7. Ngày hoàn thành đồ án:
2.3.2. Lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ
Dựa vào các ưu nhược điểm trên ta chọn phương án điều chỉnh tốc độ bằng tần số.
- Cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ thống điều chỉnh tự động động cơ xoay chiều.
- Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần có kết cấu đơn giản, làm việc được trong nhiều môi trường khác nhau.
- Có khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ dễ dàng.
- Có khả năng đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau.
- Các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc (dệt, băng tải…).
- Các thiết bị đơn lẻ yêu cầu làm việc tốc độ cao (máy li tâm, máy mài…).
2.4. Phương án điều khiển phối hợp 2 cầu trục thực hiện nâng hạ đồng bộ tải trọng
Hình 1.1. Tay đòn liên kết cơ khí với trục của rotor
Ở chế độ điều khiển chạy phối hợp, hệ thống điều khiển của 2 cầu trục được kết nối với nhau thông qua điểm nối để chờ sẵn của mỗi cầu. Mỗi cầu sẽ có một khoá chuyển mạch để xác nhận chế độ điều khiển chạy phối hợp. Muốn điều khiển ở cầu nào thì chuyển vị trí của khoá chuyển mạch ở cầu đó sang chế độ chạy phối hợp còn khoá của cầu còn lại không thay đổi.
Rotor có kết cấu đối xứng, trọng tâm nằm trên trục chính giữa của rotor. Trong chế độ điều khiển chạy 2 cầu phối hợp, 1 đòn gánh được kết nối cơ khí với rotor, đảm
Chương 2: Trang bị điện – điện tử hệ thống hai cầu trục nhà máy trị an
bảo trọng tâm của đòn gánh nằm trên đường trục chính giữa của rotor , 2 đầu đòn gánh sẽ được nối vào 2 móc 250T của 2 cầu. Theo nguyên lý phân bổ lực, nếu treo tải trọng vào giữa của đòn gánh thì lực sẽ được phân bố đều vào 2 móc treo, mỗi móc treo sẽ phải chịu một nửa của tải. Do đó nếu xét về lực thì nếu tải trọng khi kết nối 2 cầu không vượt quá 500T thì tải trọng ở mỗi móc cũng không vượt quá 250T. Tuy nhiên nếu độ nghiêng của đòn gánh quá lớn sẽ dẫn đến dây cáp bị nghiêng , lúc này tải trọng của 2 động cơ nâng hạ của 2 cầu sẽ thay đổi, đồng thời gây ra chồng chéo cáp trên tang cuộn, ảnh hưởng đến kết cấu của cầu. Vì vậy phải đảm bảo cho độ nghiêng của đòn gánh phải luôn trong một giới hạn cho phép (Giới hạn này nếu có thông số cũ thì sẽ thực hiện theo thông số cũ, nếu không có thì sẽ được xác định thực tế khi thử nghiệm)
Để thực hiện điều đó, mỗi tang cáp sẽ được gắn một encoder loại tuyệt đối loại đo được nhiều vòng quay (multi turn absolute encoder) để giám sát số vòng quay của tang cáp. Đếm được số vòng quay của tang cáp, sẽ xác định được vị trí của móc treo. PLC sẽ có nhiệm vụ so sánh vị trí này của 2 móc treo và nếu 2 móc treo lệch quá giới hạn cho phép thì PLC sẽ ra lệch điều khiển biến tần chạy nhanh/chậm để đảm bảo vị trí của 2 móc treo luôn trong giới hạn cho phép.
Ưu điểm của việc dùng loại encoder này là có thể xác định được vị trí ở nhiều vòng quay (4096 vòng, mỗi vòng 8192 điểm). Vì là loại encoder tuyệt đối nên vị trí của tang cáp cũng như móc treo luôn được xác định chính xác ngay cả khi khởi động lại nguồn.
Để thuận tiện cho việc kết nối với PLC, encoder là loại có chuẩn giao tiếp Profibus, có thể kết nối trực tiếp vào mạng Profibus của hệ thống điều khiển cầu. Với kiểu kết nối này, dữ liệu luôn được đảm bảo độ chính xác vì ít bị ảnh hưởng của nhiễu điện từ bên ngoài.
Trao đổi dữ liệu giữa PLC và panel điều khiển OP được thực hiện thông qua mạng MPI.
Chương 3
THIẾT KẾ MẠCH LỰC
3.1. Các vấn đề nảy sinh khi sử dụng biến tần điều khiển động cơ
Khi biến tần hoạt động sẽ sinh ra sóng hài bậc cao harmonics ( tần số từ 150Hz đến 1kHz) và nhiễu phát xạ điện từ vào không gian EMI ( tần số từ 10kHz đến 1GHz). Các nhiễu này xuất hiện cả ở phía nguồn của biến tần và phía động cơ.
Nguyên nhân là do tác dụng của bộ chỉnh lưu và bộ nghịch lưu với phương pháp điều biến độ rộng xung điện áp DC thành AC với dv/dt lớn (PWM) đã gây ra nhiễu.
Nhiễu sóng hài bậc cao sẽ làm méo dạng dòng điện. Dòng điện méo này sẽ ảnh hưởng ngược lại nguồn cấp và gây ảnh hưởng tới các biến tần khác, thậm chí gây cháy nổ biến tần. Với các hệ thống mạch điều khiển dùng chung nguồn cấp với mạch dộng lực biến tần, nếu ta không chống nhiễu tốt sẽ dẫn đến nguồn cấp cho các thiết bị điều khiển bị méo ( thậm chí gây cháy nổ thiết bị ) và làm cho tín hiệu điều khiển đưa về bị sai lệch -> giảm độ tin cậy của hệ mạch điều khiển.
Nhiễu phát xạ điện từ vào không gian. Các sóng điện từ này sẽ tác động vào các dây dẫn truyền tín hiệu từ các thiết bị đo và cảm biến về khối xử lý trung tâm vốn mang năng lượng nhỏ gây sai lệch. Do vậy nếu các đường dây truyền tín hiệu không được chống nhiễu tốt sẽ làm sai lệch tín hiệu đo được đưa về. Điều này sẽ gây đến việc xử lý sai tình huống của bộ xử lý trung tâm làm giảm độ tin cậy của hệ mạch điều khiển.
Chương 3:Thiết kế mạch lực
3.1.2. Ảnh hưởng của sóng hài bậc cao
- Làm tăng dòng điện ( tới 50% ) gây quá tải cho nguồn, cáp và máy biến áp. - Dòng điện bị méo dạng làm giảm hệ số công suất của nguồn.
- Tăng khả năng gây ra cộng hưởng trong mạch có nối tụ điện. - Gây nhiễu cho các thiết bị điện khác trong mạng.
3.1.3. Nhiễu phát xạ điện từ
Xuất hiện do nguồn đưa vào biến tần hoặc từ bắt nguồn các hệ thống dây.
3.1.4. Quá áp trên cực của động cơ
a. Nguyên nhân
Quá áp gây ra do phản xạ sóng dv/dt và do sự phối hợp trở kháng giữa động cơ và cáp nối biến tần động cơ
Độ lớn của quá áp và dv/dt phụ thuộc vào độ dài của cáp cũng như kĩ thuật PWM. Tuy nhiên quá áp trên cực động cơ thường gấp 2 lần diện áp một chiều trung gian.
Chương 3:Thiết kế mạch lực
Hình 4.1. Tác động của nhiễu quá áp b. Lý do hạn chế quá áp
- Hạn chế tốc độ tăng điện áp : du/dt
- Do động cơ sử dụng trong hệ thống cầu trục là động cơ của Nga, đã sử dụng nhiều năm. Vì vậy chất lượng cách điện đã bị suy giảm. Để đảm bảo cho động cơ hoạt động tốt, chất lượng điện áp đưa đến động cơ phải có chất lượng cao.
- Do chất lượng cách điện của động cơ bị suy giảm nên có thể gây ra dòng rò chạm đất. Lắp cuộn lọc đầu vào của động cơ còn nhằm hạn chế dòng rò chạm đất này.
3.1.5. Dòng điện rò
Mặc dù dòng điện rò không gây nhiễu làm ảnh hưởng đến chất lượng nguồn điện và các thiết bị khác. Tuy nhiên nếu không có cách khắc phục và kiểm tra nó sẽ gây ảnh
hưởng xấu đến hệ thống như: giảm tuổi thọ cá thiết bị và chất lượng vỏ cáp cách điện, và còn có thể gây hư hại ở bi của động cơ.
Nguyên nhân tạo dòng điện rò:
- dv/dt của điện áp động cơ tạo ra dòng điện rò khép mạch qua các tụ kí sinh xuống đất.
- Các bộ lọc nhiễu từ trường cũng tạo nguồn dòng rò qua các tụ nối đất của chúng.
3.2. Lựa chọn biến tần và thiết kế mạch lực3.2.1. Giới thiệu về Varispeed G7 của Yaskawa 3.2.1. Giới thiệu về Varispeed G7 của Yaskawa
a. Chuẩn toàn cầu mới: phương pháp điều khiển 3 cấp
Yaskawa tự hào khi có thể ra mắt sản phầm hàng đầu thế giới là biến tần đa năng Varispeed G7 với lý thuyết 3 cấp. Công nghệ điều khiển mới này đã giải quyết được vấn đề của vi phẫu và có thể sử dụng G7 trong các động cơ hiện nay.
Hiệu quả cao và chức năng cung cấp điểu khiển dòng vector có ý nghĩa lớn đối với năng lượng và việc điều khiển chính xác cao cho 1 dải khác nhau của thiết bị và máy móc.
G7 không chỉ giảm đi giá thành ban đầu mà còn còn giảm những chi phí biến động đột ngột trong suốt quá trình thực hiện điều khiển tiết kiệm năng lượng.
b. Được thiết kế cho mọi môi trường quen thuộc trên thế giới
G7 đã giảm được những rắc rồi phức tạp đáng kể trong việc điều khiển động cơ và
các nguồn năng lượng ứng dụng. Mọi phức tạp của việc chuyển mạch 1 biến tần đã được giải quyết, nó tăng khả năng nâng cao thiết bị 1 cách dễ dàng và nhanh chóng hơn.
Nó được thực hiện theo mạng lưới và chuẩn quốc tế, vì vậy nó có thể được sử dụng mọi nơi.
- Giải quyết vấn đề điều khiển của dòng biến tần 400V. - Có tính chất toàn cầu.
- Thân thiện trong môi trường.
c. Biến tần hiệu suất cao ,thiết kế dễ sử dụng.
G7 cho hiệu suất cao và chức năng lớn. Thư viện phần mềm có phạm vi rộng cho việc điều khiển bằng tay các chức năng cơ bản nhanh, toàn bộ hệ thống được thiết kế thân thiện đối với người vận hành cho việc cài đặt trong suốt quá trình bảo dưỡng.
Chương 3:Thiết kế mạch lực
- Thực hiện điều khiển cấp cao. - Dễ sử dụng.
- Dễ dàng làm bộ biến đổi đặc trưng.
d. Ứng dụng.
Máy công nghiệp:
- Công nghệ sản xuất giấy: tốc độ cao, máy in quay báo nén chính xác cao, điều khiển mô men và tốc độ chính xác cao trong máy cuốn.
- Vận chuyển: đáp ứng nhanh, chính xác vị trí cao trong cầu trục máy xếp chồng. - Bơm và quạt: Điều khiển lưu lượng bơm hiệu quả cao, các tòa nhà thông minh:
thang máy, máy điều hòa…
- Công cụ máy gia công cắt gọt kim loại: cho các trục quay trung tâm của máy gia công cắt gọt.
Thiết bị trong đời sống:
- Những tiện nghi thông dụng: điều khiển lưu lượng nước chính xác cho bồn tắm, an toàn và trơn cho tàu hỏa.
- Thiết bị trị liệu: thiết bị tia-X yêu cầu êm ả, chuyển động nhẹ nhàng.
- Máy chế biến thực phẩm: tăng chất lượng với mô men lớn trong máy xăng. e. Giải pháp cho việc điều khiến dòng biến tần 400V.
Biến tần đa năng dòng 400V đầu tiên trên thế giới sử dụng thuyết điều khiển 3 cấp, điện áp đầu ra gần với dạng sóng sin. Nó cung cấp giải pháp cho vấn đề hư hại phóng điện áp và ăn mòn điện ổ trục động cơ tương ứng với điện áp trục. Những động cơ đa năng hiện nay có thể được sử dụng không có bộ lọc nhiễu phóng. Nhiễu và dòng rò được giảm lớn(giảm 1 nửa so với trong nhà).
Đặc trưng của lý thuyết 3 cấp
- Giảm điện áp phóng: giảm nhiễu điện áp phóng cho động cơ, loại trừ việc cần thiết bảo vệ phóng điện áp cho động cơ.
- Giảm nhiễu điện: nhiễu dẫn(nguồn cung cấp) và nhiễu phát xạ được gây nên bởi truyền động biến tần, giảm đến mức tối thiểu ảnh hưởng của các thiết bị ngoài.
Hình 1.1. Một số phương pháp làm giảm nhiễu điện từ
- Giảm nhiễu âm thanh: giảm nhiễu âm thanh, khó thực hiện đối với các thiết kế thông thường.
f. Thân thiện trong môi trường.
- Điều khiền tiết kiệm năng lượng phạm vi rộng: tiến gần đến hiệu quả lớn nhất. Hiệu quả cao, điều khiển năng lượng tiết kiệm được đạt được cho nhiều ứng dụng cả trong điều khiển vector lẫn điều khiển V/f.
- Đối phó, giảm tối thiểu dòng hòa âm học: Ở các loại 18.5kw hoặc được trang bị nhiều hơn với cuộn kháng một chiều để tăng hệ số công suất và hỗ trợ 12 xung vào.
Chương 3:Thiết kế mạch lực
g. Có tính chất toàn cầu.
- Hỗ trợ mạng lưới làm việc toàn cầu: Tất cả các mẫu đều được thực hiện đầy đủ với chuẩn RS-422/485(MEMOBUS/Modbus protocol). Mạng lưới làm việc bằng cách sử dụng các card kết nối tự chọn. Bây giờ chúng ta có thể nối với máy chủ và PLC, quản lý việc thi hành tập trung của các thiết bị sản phẩm và giảm hệ thống dây nối dễ dàng.
- Hỗ trợ điều khiển số với 7 ngôn ngữ: Bộ điều khiển panel số LCD bao gồm thiết bị hỗ trợ 7 ngôn ngữ: tiếng anh, tiếng nhật(katakana), Đức, Pháp, Ý, Tây Ban Nha và Bồ Đào Nha.
- Chuẩn toàn cầu: Cấp chứng chỉ bởi UL/cUL và CE.
- Nguồn cấp thay đổi: 3 pha 200V cho dòng 200-240V, 3 pha 400V cho dòng 380- 480V. Nguồn cấp 1 chiều như các biến tần thông thưởng.
h. Thực hiện điều khiển cấp cao.
- Đặc tính mô men đáng chú ý: Máy quan sát mới(sáng chế sắp được công bố) tăng đặc tính mô men(150%/0.3 Hz cho 2 vòng điều khiển vector hở) để cung cấp công suất lớn hơn cho máy. Với bộ phát xung, sự điều khiển mô men lớn nhiều hơn 150% là có thể thậm chí ở tốc độ 0.
- Điều khiển mô men chính xác: chức năng giới hạn mô men chính xác cho phép điều khiển chính xác mô men ra, bảo vệ máy trước sự lên xuống đột ngột của tải. - Đáp ứng nhanh: Điều khiển mẫu hiệu chỉnh đảm bảo phản ứng nhanh ngay cả khi
không có bộ phát xung(gấp đôi so với trong nhà). Với 1 bộ phát xung ta có thể làm được 1 bộ điều khiển tốc độ cao dòng vector duy nhất, thay đổi chuẩn tốc độ đáp ứng nhanh chóng(đáp ứng tốc độ 40 Hz/máy). Tốc độ giữ không đổi cho nếu như tải bị thay đổi.
- Xác định tốc độ cao: Chức năng xác định tốc độ cao giảm thời gian phục hồi sau khi năng lượng mất trong chốc lát(giảm 1 nửa so với ở trong nhà). Phục hồi là hoàn toàn có thể không hề phụ thuộc bởi chiều quay.
- Chức năng dò đơn giản: Thêm vào chức năng dò tự động động vốn có, 1 chức năng dò tự động tĩnh mới đã xuất hiện để làm bộc lộ hiệu suất cao nhất của các động cơ.
- Chức năng an toàn và bảo vệ: Tốc độ cao, chức năng điều khiển dòng chính xác cao hỗ trỡ điều khiển kết nối bằng các bộ ngắt quá dòng khử nhiễu, khởi động lại sau khi mất năng lượng trong chốc lát, chống chết máy và xử lý lỗi. Bộ đo nhiệt độ trong động cơ giúp bảo vệ nó không bị quá nhiệt.
i.Thân thiện với ngưởi sử dụng.
- Điều khiển đơn giản: Bộ điều khiển hiển thị LCD 5 dòng làm cho nó trở nên đơn giản trong vấn đề kiểm tra các thông tin cần thiết. Và chức năng copy đơn giản hóa khi tải xuống và đưa lên hằng số. Dễ dàng cài đặt với chế độ chương trình
nhanh gọn. Các hằng số được thay đổi có thể kiểm tra 1 lần bằng chế độ kiểm tra lại. Với cáp mở rộng tùy chọn, sự điều khiển từ xa là có thể sử dụng được. 1 bộ điều khiển hiện thị LED có thể sử dụng cho các chức năng tùy chọn.
- Dễ dàng duy trì và kiểm tra: Các đầu có thể tháo gỡ ra khi thay đổi khối hệ thống dây nối dầy đặc. Tuổi thọ của quạt làm mát được tăng lên có thể tháo gỡ chỉ tiếp xúc 1 lần bằng chức năng điều khiển on/off. Thời gian điều khiển tích lũy và thời gian điều khiển quạt làm mát có thể được ghi lại và hiển thị. Một công cụ hỗ trợ sử dụng một PC là hoàn toàn có thể. Mọi hằng số của mỗi biến tần có thể được quản lý bởi 1 PC .
- Giao diện đầu vào ra riêng biệt: Thêm vào đầu vào lệnh tương tự và đầu ra giám sát tương tự, nó còn hỗ trợ đầu vào chuỗi xung lệnh và đầu ra giám sát chuỗi xung. Cung cấp 10 đầu vào đa chức năng và 5 đầu ra đa chức năng. Điểm đầu vào logic có thể được chuyển đổi sang dạng NPN/PNP. 1 nguồn năng lượng cấp và từ bên