Tài liệu tham khảo - ntnghiadtcn Tai lieu bien tan

Tài liệu tham khảo - ntnghiadtcn Tai lieu bien tan tài liệu, giáo án, bài giảng , luận văn, luận án, đồ án, bài tập lớn...

CHƯƠNG 1

GIỚI THIỆU CHUNG VỀ BIẾN TẦN CÔNG NGHIỆP

1.1 Khái niệm về biến tần

Bộ biến tần là một thiết bị dùng để chuyển đổi điện áp hoặc dòng điện xoay chiều ở đầu vào từ một tần số này thành điện áp hoặc dòng điện có một tần số khác

Từ nguồn lưới một pha, với sự giúp đỡ của bộ biến tần, ta có thể mắc vào tải động

cơ ba pha Bộ biến tần còn được sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật nhiệt điện, cung cấp năng lượng cho lò cảm ứng

1.2.2 Nguyên tắc điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha

Ta xét tốc độ đồng bộ (tốc độ không tải lý tưởng, là tốc độ lớn nhất mà roto có thể đạt đến, bỏ qua độ trượt s) có công thức sau:

n0= 60f/p Trong đó

n0: tốc độ đồng bộ (vòng/phút) f: tần số lưới điện (Hz)

p: số cặp cực trên stato Stato được quấn theo số cặp cực: p = 1, 2, 3, 4 tương ứng với tốc độ đồng bộ:

n = 3000, 1500, 1000, 750 vòng/phút Thông thường mỗi động cơ chỉ có thể được thiết kế để làm việc ở 2 tốc độ đồng bộ Nếu động cơ được quấn với nhiều tốc độ thì rất phúc tạp và giá thành không dễ chấp nhận Mặt khác, việc thay đổi số cặp cực chỉ đạt được một tốc độ hạn chế, nhiều trường hợp không phù hợp với công nghệ sản xuất Do đó dùng số cặp cực để thay đổi tốc độ động cơ là điều không khả thi

Dựa vào công thức trên, ta thấy chỉ có tần số là dễ dàng thay đổi được một cách linh hoạt thông qua bộ biến tần

Theo cấu trúc mạch điện có các bộ biến tần:

- Gián tiếp: mạch chứa khâu trung gian 1 chiều

- Trực tiếp: không chứa mạch trung gian 1 chiều

Biến tần trong công nghiệp thường là biến tần gián tiếp

1.4 Giới thiệu bộ biến tần gián tiếp:

Hình 1.1: Sơ đồ khối của bộ biến tần gián tiếp Cấu tạo gồm có bộ chỉnh lưu với chức năng chỉnh lưu điện áp xoay chiều với tần số cố định ở ngõ vào và bộ nghịch lưu thực hiện việc chuyển đổi điện áp (hoặc dòng điện) chỉnh lưu sang dạng áp hoặc dòng điện xoay chiều ở ngõ ra Bằng cấu trúc như trên, ta có thể điều khiển tần số ra một cách độc lập không phụ thuộc tần số vào

1.5 Các ứng dụng của biến tần trong công nghiệp

1.5.1 Các vấn đề khi điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha

So với các loại động cơ điện khác (động cơ điện đồng bộ, động cơ điện 1 chiều) thì động cơ điện không đồng bộ có nhiều ưu việt như: kết cấu đơn giản, dễ sử dụng, độ bền cao, giá đầu tư thấp Nhưng nếu sử dụng thiết bị điều khiển loại đơn giản thì động cơ không đồng bộ lại tồn tại một số nhược điểm sau:

- Dòng điện khởi động rất lớn, gấp 4-6 lần dòng định mức của động cơ, thậm chí còn cao hơn đặc biệt ở những máy luôn có tải thường trực như máy bơm nước, quạt ly tâm, máy nén khí, băng tải, máy nghiền búa Điều này đã gây ảnh hưởng xấu tới những máy khác đang vận hành đồng thời và giảm tuổi thọ động cơ điện

- Tốc độ vòng quay của động cơ điện cảm ứng chỉ được điều khiển theo từng cấp (hữu cấp), thông thường mỗi động cơ chỉ thay đổi được một trong các dãy tốc

độ đồng bộ như: 3000 – 1500 vòng/phút, 1500 – 1000 vòng/phút và 1000 – 750 vòng/trên phút, trong khi có những công nghệ sản xuất yêu cầu hệ thống truyền động cần được điều khiển tốc độ liên tục (vô cấp) theo momen và phụ tải thay đổi nên hệ thống truyền động điện trên không có khả năng đáp ứng

- Để khởi động và dừng động cơ không đồng bộ công suất vừa và lớn, thông thường các cơ sở sản xuất sử dụng phương pháp khởi động trực tiếp (qua cầu dao hoặc aptomat) nên gây sụt áp trên đường dây khá lớn Cơ sở sản xuất có điều kiện thì sử dụng thiết bị khởi động sao / tam giác đã hạn chế được dòng điện khi khởi động nên độ sụt áp và tổn hao điện năng trên đường dây giảm đáng kể Tuy nhiên phương pháp này vẫn không thể phù hợp với xu thế sản xuất hàng hóa chất lượng cao theo công nghệ tiên tiến và tỉ lệ tổn thất điện năng trên toàn hệ thống vẫn còn khá cao

Do đó, biến tần được đưa vào sử dụng để khắc phục tất cả các vấn đề trên 1.5.2 Biến tần với công suất điều khiển lớn

Điều khiển động cơ không đồng bộ công suất từ 15kW đến trên 600 kW với các tốc độ khác nhau

Điều chỉnh lưu lượng của bơm, lưu lượng không khí ở quạt ly tâm, năng suất máy, năng suất băng tải

Ổn định lưu lượng, áp suất ở mức cố định trên hệ thống bơm nước, quạt gió, máy nén khí cho dù nhu cầu sử dụng thay đổi

Điều khiển quá trình khởi động và dừng chính xác động cơ trên hệ thống băng tải

1.5.3 Biến tần với công suất điều khiển nhỏ

Biến tần có công suất từ 0.18 kW đến 14kW có thể dùng để điều khiển những máy công tác như: cưa gỗ, khuấy trộn, nâng hạ

1.6 Hiệu quả khi sử dụng biến tần trong công nghiệp

Biến tần kết hợp với động cơ không đồng bộ đem lại những lợi ích sau:

- Hiệu suất làm việc của máy cao

- Quá trình khởi động và dừng động cơ rất êm dịu nên giúp cho tuổi thọ của động cơ và các cơ cấu cơ khí dài hơn

- An toàn, tiện lợi và việc bảo dưỡng cũng ít hơn do vậy đã giảm bớt số nhân công phục vụ và vận hành máy

Tiết kiệm điện năng ở mức tối đa trong quá trình khởi động và vận hành

Ngoài ra, hệ thống máy có thể kết nối với máy tính ở trung tâm Từ trung tâm điều khiển, nhân viên vận hành có thể thấy được hoạt động của hệ thống và các thông số vận hành (áp suất, lưu lượng ), trạng thái làm việc cũng như cho phép điều chỉnh, chẩn đoán và xử lý sự cố có thể xảy ra

CHƯƠNG 2

TÌM HIỂU VỀ BIẾN TẦN MITSUBISHI FR – E520 – 0.4K

Hình 2.1: Biến tần MITSUBISHI FR – E520 – 0.4K

2.1 Cách đọc tên biến tần Misubishi

Mỗi hãng sản xuất có cách đọc tên khác nhau Kí hiệu Fr – E520 – 0.4K có ý nghĩa như sau:

FR: viết tắt tên của nhà sản xuất.(Freqrol)

Hình 2.2: Kí hiệu biến tần

E520: tên dòng sản phẩm Mỗi dòng sản phẩm được sản xuất có một kí hiệu riêng (A, E ), trong đó:

E510: điện áp ngõ vào biến tần là 100V

E520: điện áp ngõ vào biến tần là 200V

E540: điện áp ngõ vào biến tần là 400V

0.4K: công suất của biến tần là 0.4Kw tương đương 1/2 HP Có thể có các giá trị khác như 0.1K, 0.2K, 0.75K, 1.5K, 2.2K, 3.7K, 5.5K, 7.5K

Phía sau E520 nếu ghi chữ S có nghĩa điện áp ngõ vào 1pha AC, nếu ghi chữ

W có nghĩa điện áp ngõ vào 1 pha AC và có 2 ngõ ra điện áp Nếu không ghi thì ngõ vào là 3 pha AC

2.2 Một số loại biến tần khác của Mitsubishi

2.2.1 Loại có điện áp ngõ vào 3 pha 200V

Hình 2.3: Biến tần 3 pha 200V 2.2.2 Loại có điện áp ngõ vào 3 pha 400V

Hình 2.4: Biến tần 3 pha 400V

2.2.3 Loại có điện áp ngõ vào 1 pha 200V

Hình 2.5: Biến tần 1 pha 200V 2.2.4 Loại có điện áp ngõ vào 1 pha 100V

Hình 2.6: Biến tần 1 pha 100V

Có thể lắp đặt biến tần ở trong một cái hộp hoặc khung nhưng phải đảm bảo

sự thông hơi và sự làm mát biến tần Quạt làm mát phải được lắp đặt tại vị trí phù hợp, nếu không sẽ gây ra sự tăng nhiệt độ của biến tần do sự thông hơi bị giảm đi

Hình 3.1: Cách lắp quạt làm mát

3.1.2 Yêu cầu về nhiệt độ

Biến tần chịu ảnh hưởng lớn đối với nhiệt độ môi trường xung quanh Vì vậy,

ở nơi lắp đặt, nhiệt độ cho phép là trong khoảng -10oC đến 50oC (14oF đến 122oF) Tránh những nơi có nhiệt độ cao hoặc độ ẩm cao và có ánh sáng chiếu trực tiếp

Bề mặt lắp đặt biến tần không được là vật liệu dễ cháy Những vật dụng không cần thiết xung quanh biến tần phải được dọn dẹp sạch sẽ

Nơi lắp đặt không để gần dầu hỏa, xăng, khí gas, vải, tơ Không để biến tần ở những nơi bụi bặm hoặc dơ bẩn

Biến tần phải được lắp đặt một cách cố định và chắc chắn bằng vít Không được được đặt nằm hoặc treo lơ lửng

Hình 3.2: Tư thế đặt biến tần

3.2 Sơ đồ đấu dây

3.2.1 Sơ đồ các điểm kết nối trên biến tần

Hình 3.3: Sơ đồ các điểm kết nối trên biến tần

3.2.2 Các tiếp điểm trên mạch chính

- R, S, T (L1, L2, L3): Nối với nguồn điện cấp cho biến tần Biến tần FR - E520 0.4K sử dụng nguồn 3 pha hoặc 1 pha cho ngõ vào đều được Nếu dùng nguồn 1 pha thì ta nối vào chân R, S (L1, L2)

Hình 3.4: Ngõ vào điện áp 1 pha cấp cho biến tần

Hình 3.5: Dùng nguồn 3 pha cho ngõ vào biến tần

Hình 3.6: Dùng nguồn 1 pha cho ngõ vào biến tần

- U,V,W: Là ngõ ra của biến tần nối đến 3 pha của động cơ

- P (+), PR: Kết nối với điện trở hãm để giúp cho việc giảm tốc nhanh hơn

Hình 3.7: Kết nối với điện trở hãm

3.2.3 Các tín hiệu ngõ vào điều khiển

- STF: Tín hiệu điều khiển động cơ chạy thuận

- STR: Tín hiệu điều khiển động cơ chạy nghịch

- RH, RM, RL, MRS: Tín hiệu điều khiển đa cấp tốc độ

- RES: Chân Reset Sử dụng để đưa biến tần trở về trạng thái ban đầu khi xảy ra lỗi

- SD: Đầu nối chung cho các tín hiệu vào

- PC: Nguồn 24V DC

- 10: Điện áp chuẩn của ngõ vào analog (5V hoặc 10V)

- 2: Tín hiệu ngõ vào analog

- 5: Chân chung analog

- 4: Ngõ vào analog sử dụng nguồn dòng (4 – 20mA)

3.2.4 Các tín hiệu ngõ ra

- A, B, C: Các ngõ ra Relay, dùng để kết nối với các thiết bị như chuông báo, đèn báo hiệu…

- RUN, FU: là các ngõ ra dùng để báo hiệu sự hoạt động của biến tần theo 1 tham số

cụ thể nào đó (báo hiệu động cơ đang hoạt động, báo hiệu quá tải, báo hiệu có lỗi xảy ra,… thường kết hợp với đèn báo)

- SE: Chân chung của RUN, FU

- FM: Tín hiệu analog ngõ ra

CHƯƠNG 4

CÀI ĐẶT CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN

4.1 Phương pháp cài đặt thông số

Thông số (Parameter, viết tắt là Pr) trong biến tần bao gồm từ Pr0 cho đến Pr991, mỗi thông số có một chức năng riêng Ví dụ, Pr1 là thông số để cài đặt tần số cao nhất, Pr2 là tần số thấp nhất Trong quá trình hoạt động thường có sự kết hợp giữa nhiều thông số để đạt được những yêu cầu kỹ thuật đặt ra

Các bước cài đặt một thông số:

Trước khi cài đặt một thông số nào đó cần phải đảm bảo rằng động cơ đang ngừng hoạt động và chế độ điều khiển đang chọn là chế độ điều khiển dùng bàn phím trên biến tần

Bước 1: chọn thông số muốn cài đặt (từ Pr0 cho đến Pr991)

Bước 2: thay đổi giá trị của thông số

Bước 3: lưu giá trị thông số

4.1.1 Bước 1: chọn thông số

Ấn phím MODE cho đến khi xuất hiện màn hình

Hình 4.1: Màn hình hiển thị việc cài đặt thông số

Ấn phím SET lần thứ nhất để chọn thay đổi số thứ tự của thông số ở hàng trăm, sau đó dùng phím lên/xuống thay đổi số này

Ấn phím SET lần thứ hai để chọn thay đổi số thứ tự của thông số ở hàng chục

Ấn phím SET lần thứ ba để thay đổi hàng đơn vị

Giả sử cài đặt thông số Pr79 thì màn hình sẽ xuất hiện như sau:

Hình 4.2: Lựa chọn số thứ tự thông số

4.1.2 Bước 2: thay đổi giá trị của thông số

Ấn phím SET để vào thông số đã chọn

Dùng phím lên/xuống để thay đổi giá trị Mỗi giá trị của thông số có một ý nghĩa riêng theo sự sắp đặt của nhà sản xuất mà khi đi vào cài đặt từng thông số cụ thể thì ta sẽ xét đến sau

4.1.3 Bước 3: lưu giá trị thông số đã thay đổi

Sau khi thay đổi giá trị ở bước 2, ta nhấn và giữ phím SET khoảng 1.5 giây để lưu lại quá trình cài đặt

Hình 4.3: Hoàn tất việc cài đặt

4.2 Khôi phục cài đặt

4.2.1 Xóa các thông số đã cài đặt

Khi muốn cài đặt mới lại các thông số, mà các thông số thường liên qua với nhau, nên đôi khi ta phải xóa tất cả các thông số đã cài để khỏi mất thời gian cài đặt lại từng thông số

Ấn MODE đến khi xuất hiện màn hình sau:

Hình 4.4: Màn hình hiển thị các chức năng giúp đỡ

Ấn phím lên/xuống cho đến khi xuất hiện Pr.Cl, cài đặt vào thông số này giá trị là 1

Hình 4.5: Xóa các thông số

4.2.2 Khôi phục cài đặt gốc

Đưa tất cả các thông số trở về giá trị cài đặt ban đầu của nhà sản xuất

Sau khi chọn màn hình HELP như trên, ấn phím lên xuống để chọn màn hình AllC, cài đặt vào giá tri là 1

- Chế độ 2: External operation mode

Pr79 được cài vào giá trị là 2: tín hiệu điều khiển ra lệnh cho động cơ chạy hoặc dừng là 2 tín hiệu ngõ vào STF, STR của biến tần Đồng thời, biến trở để điều chỉnh tần số là biến trở ngoài được nối vào chân 10, 2, 5 của biến tần

- Chế độ 3: kết hợp giữa chế độ 1 và 2 (operation mode 1)

Pr79 được cài vào giá trị là 3: tín hiệu điều khiển ra lệnh cho động cơ chạy hoặc dừng là 2 tín hiệu ngõ vào STF, STR Biến trở để điều chỉnh tần số là biến trở của biến tần

- Chế độ 4: kết hợp giữa chế độ 1 và 2 (operation mode 2)

Pr79 được cài vào giá trị là 4: tín hiệu điều khiển ra lệnh cho động cơ chạy hoặc dừng là 2 nút RUN và STOP Biến trở để điều chỉnh tần số là biến trở ngoài

- Chế độ 0: Pr79 được cài vào giá trị là 0: trong lúc vận hành ta có thể lựa chọn một trong hai chế độ 1 và 2 bằng cách dùng bàn phím

Trong các chế độ trên, chế độ 0, 2, 3, 4 có thể sử dụng được tất cả các tín hiệu ngõ vào điều khiển của biến tần (control input signals), chẳng hạn như sử dụng các tín hiệu RH, RM, RL để chạy đa cấp tốc độ, chỉ có chế độ 1 là không sử dụng được các ngõ vào điều khiển này

Hình 4.7: Chuyển đổi giữa chế độ 1 và 2 bằng phím lên/xuống

4.3.2 Cài đặt chức năng bảo vệ quá dòng

Là chức năng bảo vệ cho biến tần Khi có hiện tượng tải tiêu thụ dòng điện vượt quá giá trị cài đặt thì biến tần sẽ báo lỗi và tự động dừng hoạt động

Các thông số cài đặt: Pr9 và Pr48

Pr 9: cài đặt dòng điện tối đa cho phép

Pr48: cài đặt dòng điện tối đa cho phép thứ 2

Thông thường, nhà sản xuất khuyến cáo nên đặt giá trị Pr9 bằng 85% giá trị dòng điện tối đa cho phép của biến tần Cụ thể biến tần FR-E520 0.4K có dòng điện cho phép tối đa là 3A, do đó ta cài vào Pr9 và Pr48 giá trị là 2.55A

Pr48 chỉ có tác dụng khi tín hiệu ngõ vào điều khiển RT lên mức ON

4.3.3 Tần số cao nhất (Maximum frequency)

Là tần số tối đa cho phép động cơ hoạt động Giả sử ta cài vào là 60 Hz thì động cơ chỉ có thể hoạt động ở mức từ 60 Hz trở xuống

Thông số cài đặt là Pr1

4.3.4 Tần số thấp nhất (Minimum frequency)

Là tần số hoạt động thấp nhất của động cơ Giả sử ta cài vào là 10 Hz thì động

cơ chạy tối thiểu ở mức 10Hz Khi động cơ đã hoạt động thì dù ta xoay biến trở điều chỉnh tần số xuống dưới 10 Hz thì động cơ vẫn chạy mức 10Hz

Thông số cài đặt là Pr2

4.3.5 Tần số khởi động (Starting frequency)

Là tần số khi động cơ khởi động Động cơ chỉ bắt đầu hoạt động khi ta cấp cho nó 1 tần số bằng hoặc lớn hơn tần số khởi động Giả sử ta cài vào là 20Hz thì khi ta ấn nút RUN nhưng tần số cấp cho động cơ dưới 20Hz thì động cơ vẫn đứng

- Khi cấp điện động cơ chưa hoạt động

- Khi điều chỉnh tần số lên đến 20 Hz thì động cơ mới bắt đầu hoạt động ở 20Hz

- Lúc này, ta xoay biến trở về mức thấp nhất thì động cơ vẫn hoạt động ở 10Hz

Trường hợp 2: nếu TSKĐ nhỏ hơn TSNN Cho TSLN = 60 Hz, TSKĐ = 10Hz, TSNN = 20 Hz thì:

- Khi cấp điện, động cơ hoạt động ngay ở tần số 20Hz

- Lúc đó động cơ sẽ luôn hoạt động trong khoảng tần số từ 20 đến 60Hz Thông số cài đặt là Pr13

4.3.6 Cài đặt thời gian tăng tốc, thời gian giảm tốc

Các thông số cài đặt:

- Pr7: thời gian tăng tốc

- Pr8: thời gian giảm tốc

- Pr20: tần số tăng giảm tốc tham khảo

- Pr21: kiểu thời gian tăng giảm tốc

- Pr44: thời gian tăng tốc thứ 2

- Pr45: thời gian giảm tốc thứ 2

Hình 4.8: Thông số cài đặt thời gian tăng tốc/giảm tốc

- Thời gian tăng tốc (Pr7): là thời gian tính từ lúc ra lệnh cho động cơ hoạt động cho đến khi động cơ đạt đến một tốc độ hoạt động ổn định (giới hạn cài đặt từ

0 đến 3600s hoặc từ 0 đến 360s tùy thuộc vào thông số Pr21)

- Thời gian giảm tốc (Pr8) là thời gian tính từ lúc ra lệnh cho động cơ dừng hoạt động cho đến khi vận tốc quay của động cơ trở về 0 (giới hạn cài đặt từ 0 đến 3600s hoặc từ 0 đến 360s tùy thuộc vào thông số Pr21)

- Tần số tăng giảm tốc tham khảo (Pr20) là tần số mà ta cài vào để biến tần hiểu được là với tần số tham khảo đã cài vào Pr20 thì thời gian tăng tốc và giảm tốc

sẽ bằng giá trị cài vào Pr7 và Pr8 Như vậy, khi động cơ hoạt động ở những tần số khác nhau thì biến tần sẽ dùng tần số tham khảo để tính ra thời gian tăng giảm tốc cho phù hợp

- Kiểu thời gian tăng giảm tốc (Pr21): cho phép chọn 1 trong 2 giới hạn cài đặt:

+Nếu Pr21 = 0 thì cho phép cài từ 0 đến 3600s

+ Nếu Pr21 = 1 thì cho phép cài từ 0 đến 360s

- Thời gian tăng tốc thứ 2 và thời gian giảm tốc thứ 2: cũng tương tự như thời gian tăng tốc và thời gian giảm tốc được cài ở Pr7 và Pr8 Bình thường thì biến tần

sẽ sử dụng 2 thông số là Pr7 và Pr8 làm thời gian tăng tốc và giảm tốc Nhưng khi tín hiệu điều khiển RT ở ngõ vào lên mức ON thì biến tần sẽ sử dụng Pr44 và Pr45

để làm thời gian tăng tốc và giảm tốc

Hình 4.9: Biểu diễn thời gian tăng tốc/giảm tốc

4.3.7 Cài đặt đa cấp tốc độ

Biến tần FR-E520 0.4K cho phép chạy được 15 cấp tốc độ khác nhau Tần số của tốc độ tối đa là 400Hz

Nguyên tắc cài đặt đa cấp tốc độ như sau:

Các cấp tốc độ được cài đặt sẵn trong các thông số:

Giả sử ta cài đặt cho động cơ chạy ở 4 cấp tốc độ là:

- Tốc độ 1: 10 Hz