Lựa chọn biến tần và thiết kế mạch lực

7. Ngày hoàn thành đồ án:

3.2. Lựa chọn biến tần và thiết kế mạch lực

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 ngoài +24V có thể thực hiện được cho việc lựa chọn tín hiệu đầu vào.

- Dễ dàng làm một bộ biến đổi duy nhất: G7 giúp bạn có được 1 bộ điều biến đổi duy nhất với phần mềm thông dụng trang bị các chức năng cho các máy riêng biệt. Thư viện phần mềm phong phú, cơ bản dựa trên sự điều khiển thành thạo trên phạm vi rộng, giúp nâng cấp thiết bị.

3.2.2. Các đặc điểm cơ bản trong vận hành biến tần Varispeed G7

a. Đặc tính điều khiển

Bảng 1.1. Các đặc tính điều khiển của biến tần

Phương pháp điều khiển Sóng hình sin PWM(vector với PG, vector vòng hở 1, vector vòng hở 2, V/f, và V/f với PG(được chuyển mạch bằng thông số))

Mô men khởi động 150% ở tần số 0.3Hz(điều khiển vector vòng hở 2), 150% ở 0s(điều khiển vector với PG)

Dải điểu khiển tốc độ 1:200(điều khiển vector vòng hở 2),1:1000(điều khiển vector có PG)

Độ chính xác điều khiển tốc độ ±2%(điều khiển vector vòng hở 2 ở 25℃

±10℃),±2%(điều khiển vector có PG ở 25℃

±10℃)

Đáp ứng tốc độ 10Hz(điều khiển vector vòng hở 2), 40Hz(điều khiển vector với PG)

Chương 3:Thiết kế mạch lực

hiện(chỉ khi điều khiển vector)

Độ chính xác mô men ±5%

Dải điều khiển tần số 0.01Hz đến 400Hz

Độ chính xác tần số Chuẩn số: ±0.01%, −10℃ đến +40℃; chuẩn tương tự: ±0.1%, 25℃ ±10℃

Độ phân giải cài đặt tần số Chuẩn số: 0.01Hz, Chuẩn tương tự: 0.03Hz/60Hz(11-bit+ sign)

Độ phân giải tần số ra 0.001Hz

Công suất quá tải 150% dòng ra định mức trong 1 phút, 200% dòng ra định mức trong 0.5s

Tín hiệu cài đặt tần số -10 đến 10V, 0 đến 10V, 4 đến 20mA, chuỗi xung

Thời gian tăng/giảm tốc độ 0.01 đến 6000.0 s(cài đặt thời gian tăng giảm tốc độ không bị phụ thuộc, 4 bước có thể thực hiện) Mô men hãm Khoảng 20%(Khoảng 125% khi sử dụng điện trở

hãm)

Thêm bóng bán dẫn hãm được cấp cho loại biến tần 15kW hoặc nhỏ hơn

Các chức năng điều khiển chính

Xử lý năng lượng bị mất nhất thời, xác định tốc độ, phát hiện quá tải, giới hạn mô men, điều khiển 17 cấp tốc độ(max), sự thay đổi thời gian tăng/giảm tốc,quá trình tăng/giảm tốc theo hình S, chuỗi 3 dây, dò tự động(đông, tĩnh), DWELL, quạt mát ON/OFF, bù trượt, tần số nhảy, cài đặt giới hạn trên/dưới tần số, hãm động năng ở chế độ start/stop, hãm trượt cao, điều khiển PID( với chức năng sleep), điều khiển tiết kiệm năng lượng, truyền thông MEMOBUS(RS-485/422 max. 19.2 kbp/s), xử lý lỗi, copy hằng số, điều khiển hạ, điều khiển mô men, sự thay đổi điều khiển moomen/ tốc độ…

Bảng 1.2. Các chức năng bảo vệ

Bảo vệ quá tải động cơ Rơ le quá tải nhiệt điện

Quá dòng tức thời Động cơ tắt tự trượt đển dừng khi dòng điện ra quá định mức khoảng 200%

Cầu chì bảo vệ Động cơ tắt tự trượt đến dừng khi cầu chì nổ

Quá tải Dòng ra quá định mức 150% trong 1 phút, dòng

ra quá định mức 200% trong 0.5s

Quá điện áp Động cơ tắt tự trượt đến khi dừng nếu điện áp mạch chính vượt quá khoảng 410VDC(khoảng 820VDC với dòng 400V)

Dưới điện áp Động cơ tắt tự trượt đến khi dừng nếu điện áp mạch chính rơi xuống khoảng 190VDC(khoảng 380VDC với dòng 400V)

Mất năng lượng nhất thời Dừng ngay sau 15ms hoặc lâu hơn(trong nhà máy)

Điều khiển liên tục trong quá trình mất năng lượng ít hơn 2s(chuẩn)

Quá nhiệt bên ngoài Bộ đo nhiệt

Chống chết máy Chống chết máy trong quá trình tằng/giảm tốc độ và điều khiển tốc độ không đổi

Lỗi đất Được cung cấp bởi mạch điện(mức quá dòng)

Bộ hiển thị năng lượng nạp Hiển thị cho đến khi điện áp mạch chính đạt 50V

c. Điều kiện môi trường

Bảng 1.3. Điều kiện môi trường

Vị trí đặt Trong nhà(được bảo vệ khỏi ăn mòn khí và bụi bẩn)

Độ ẩm 95%RH (hơi)

Nhiệt độ dự trữ -20℃ đến +60℃(cho chu kỳ ngắn trong quá trình vận chuyển hàng bằng tàu thủy)

Chương 3:Thiết kế mạch lực

45℃ cho loại khung hở Độ cao so với mặt biển 1000m hoặc nhỏ hơn

3.2.3. Lựa chọn biến tần cho hệ thống

Dựa vào các đặc điểm biến tần Varispeed G7 và yêu cầu của hệ thống đối với biến tần ta thấy biến tần Varispeed G7 của Yaskawa hoàn toàn phù hợp để sử dụng. Ta chọn biến tần G7 cho các cơ cấu như sau:

Cơ cấu Loại

Công suất tác dụng (kW) Công suất biểu kiến (kVA) Dòng định mức (A) Điện áp lớn nhất Tần số lớn nhất (Hz) Điện áp và tần số đầu vào định mức Độ dao động điện áp cho phép Độ dao độn g tần số cho phép Chống sóng hài Cuộn kháng lọc 1 chiều Đầu vào 12 xung Nâng hạ chính CIMR- G7A4045 45 74 97 3 pha 380V 400 3 pha 380V, 50/60Hz +10%, -15% ±5% Được hỗ trợ Có thể thực hiện

Nâng hạ phụ CIMR- G7A4055 55 98 128 3 pha 380V 400 3 pha 380V, 50/60Hz +10%, -15% ±5% Được hỗ trợ Di chuyể n xe con CIMR- G7A4030 30 50 65 3 pha 380V 400 3 pha 380V, 50/60Hz +10%, -15% ±5% Được hỗ trợ Có thể thực hiện Di chuyể n dàn cầu trục CIMR- G7A45P5 5.5 11 15 3 pha 380V 400 3 pha 380V, 50/60Hz +10%, -15% ±5% Phải lắp thêm Khôn g thể thực hiện

Chương 3:Thiết kế mạch lực

3.2.3. Thiết kế mạch lực

a. Thiết kế mạch lực chung cho các cơ cấu

Vi các cơ cấu yêu cầu thiết kế mạch lực giống nhau nên không mất tính tổng quát ta đi xét một cơ cấu và mạch lực cho một cơ cấu được thiết kế như sau:

Chương 3:Thiết kế mạch lực

Bảng 1.1. Bản các cơ cấu

Mục đích Tên thiết bị Loại Chi tiết

Bảo vệ hệ thống biến tần Máy cắt hoặc bộ ngắt rò NF

Bên cạnh việc đưa nguồn vào ta luôn thêm bộ ngắt để bảo vệ hệ thống biến tần. Bộ ngắt rò phải là Chống cháy(với điện trở hãm) Contactor từ Dòng SC

Khi điện trở hãm được đưa vào, cho thêm một contactor để để chống cháy điện trở hãm. Đặt thêm cả một bộ khử nhiễu phóng trong cuộn dây.

Chống nhiễu phóng khi đóng/mở ra bên ngoài Bộ khử nhiễu phóng DCR2- Hấp thụ nhiễu phóng khi đóng mở contactor điện từ và rơ le điều khiển. Luôn đặt thêm một bộ lọc nhiễu phóng trong contactor điện từ và rơ le điều khiển gần biến tần.

Cách ly tín hiệu vào/ra

Bộ cách ly DGP Cách lý tín hiệu đầu vào/ ra của biến tần, và hiệu quả chống nhiễu kháng

Tăng hiệu suất đầu vào biến tần Cuộn kháng lọc một chiều, cuộn kháng lọc xoay chiều UZDA- UZDB-

Được đưa vào để tăng hệ số công suất đầu vào biến tần. Biến tần G7 có thêm cuộn kháng lọc 1 chiều cho loại 18.kW hoặc lớn hơn( riêng dòng 15kW hoặc nhỏ hơn thì chỉ hỗ trợ chức năng). Khi sử dụng công suất biểu kiến lớn đưa vào(600kVA hoặc lớn hơn), đưa vào thêm cuộn kháng một chiều hoặc xoay chiều

Bộ lọc nhiễu đầu vào

3 pha LNFD- FN-

Giảm nhiễu tuần hoàn hệ thống công suất đầu vào biến tần, hoặc bắt nguồn từ hệ thống dây. Thêm một bộ lọc có thể đặt gần biến tần.

Giảm tác động của nhiễu đến sóng điện từ và thiết bị điều khiển Bộ chống điện áp không dùng để giảm nhiễu phát xạ (FIL001098) F11080GB (FIL001097) F200160PB (300-001- 041)

Giảm nhiễu từ dây quấn quanh bên trong hệ thống công suất đầu vào biến tần. Có thể đặt gần biến tần.

Ta có thể đặt chúng ở bên cạnh cả đầu vào lẫn đầu ra biến tần.

Bộ lọc nhiễu đầu ra

LF-

Giảm nhiễu phát ra từ hệ thống dây bên cạnh đầu ra của biến tần. Có thể đặt bộ lọc