PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
Động cơ không đồng bộ ba pha
1.1.1 Định nghĩa Động cơ không đồng bộ ba pha là máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ của roto khác với tốc độ từ trường quay trong máy Động cơ không đồng bộ ba pha được dùng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt và chế tạo đơn giản, hiều suất cao, và gần như không cần bảo trì
Hình 1.1 Động cơ không đồng bộ ba pha
Truyền động điện không đồng bộ sử dụng động cơ điện xoay chiều không đồng bộ, đặc biệt là động cơ không đồng bộ ba pha, nổi bật với kết cấu đơn giản, dễ chế tạo và vận hành an toàn khi sử dụng nguồn điện xoay chiều ba pha Mặc dù trước đây, việc điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ gặp nhiều khó khăn khiến tỷ lệ ứng dụng thấp, nhưng trong những năm gần đây, sự phát triển của thiết bị bán dẫn công suất và kỹ thuật điện tử đã thúc đẩy sự phát triển mạnh mẽ của truyền động không đồng bộ Các hệ thống điều khiển tần số hiện nay đã cải thiện đáng kể chất lượng điều chỉnh, khai thác tối đa ưu điểm của công nghệ này.
Cơ cấu động cơ không đồng bộ có thể được phân loại thành hai loại chính: vỏ bọc kín và vỏ bọc hở, tùy thuộc vào vị trí của hệ thống làm mát Hệ thống làm mát này có thể được lắp đặt bằng quạt thông gió ở bên trong hoặc bên ngoài động cơ.
Nhìn chung Mortor giảm tốc có hai phần chính là phần tĩnh và phần quay
Lõi thép là bộ phận dẫn từ của máy, có hình dạng trụ rỗng, được chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện dày từ 0,35 đến 0,5mm Các lá thép này được dập theo hình vành khăn, có rãnh bên trong để đặt dây quấn, và được sơn phủ trước khi lắp ghép lại.
Hình 1.2 Cấu tạo động cơ không đồng bộ
- Dây quấn: Dây quấn stato làm bằng dây đồng hoặc dây nhôm (loại dây email) đặt trong các rãnh của lõi thép
Bộ phận chính của máy bao gồm lõi thép được bao bọc bởi vỏ máy làm bằng nhôm hoặc gang, giúp giữ chặt lõi thép Phía dưới là chân đế để cố định vào bệ máy, trong khi hai đầu máy được đậy bởi nắp làm từ vật liệu tương tự với vỏ máy Nắp này có ổ đỡ (hay còn gọi là bạc) để hỗ trợ trục quay của roto.
Hay còn gọi là Roto, gồm lõi thép, dây quấn và trục máy
Lõi thép là một hình trụ đặc được làm từ thép kỹ thuật điện, được dập thành hình đĩa và ép chặt lại Trên bề mặt của lõi thép có các đường rãnh để lắp đặt các thanh dẫn hoặc dây quấn Lõi thép được ghép chặt với trục quay và được đặt trên hai ổ đỡ của stato.
- Dây quấn: Trên roto có hai loại: roto lồng sóc và roto dây quấn
Loại roto dây quấn có dây quấn giống như stato, loại này có ưu điểm là có môment lớn nhưng kết cấu phức tạp, giá thành tương đối cao
Roto lồng sóc có cấu trúc khác biệt so với dây quấn stato, được chế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh của roto Quá trình này tạo ra các thanh nhôm được nối ngắn mạch ở hai đầu, đồng thời có thêm các cánh quạt để làm mát bên trong khi roto quay.
Phần dây quấn của roto lồng sóc được làm từ các thanh nhôm và hai vòng ngắn mạch hình lồng, giúp cải thiện hiệu suất hoạt động Các rãnh trên roto thường được dập xiên với trục, nhằm nâng cao khả năng khởi động và giảm rung lắc do lực điện từ tác động không liên tục lên roto.
Để động cơ hoạt động, stato cần nhận dòng điện xoay chiều Dòng điện này đi qua dây quấn stato, tạo ra từ trường quay với tốc độ n = 60 f/p (vòng/phút), trong đó f là tần số của nguồn điện.
P – là số đôi cực của dây quấn stato
Trong quá trình quay của từ trường, suất điện động cảm ứng được tạo ra khi từ trường quét qua các thanh dẫn của roto Do dây quấn roto là kín mạch, sức điện động này sẽ sinh ra dòng điện trong các thanh dẫn của roto.
Các thanh dẫn có dòng điện lại nằm trong từ trường, nên sẽ tương tác với nhau, tạo ra lực điện từ đặc vào các thanh dẫn
Tổng hợp các lực này sẽ tạo ra môment quay đối với trục roto, làm cho roto quay theo chiều của từ trường
Khi động cơ hoạt động, tốc độ của roto (n) luôn thấp hơn tốc độ của từ trường (n1), dẫn đến việc roto quay chậm hơn và luôn nhỏ hơn n1 Do đó, động cơ này được gọi là động cơ không đồng bộ Độ sai lệch giữa tốc độ roto và tốc độ từ trường được gọi là hệ số trượt, ký hiệu là S.
Thông thường hệ số trượt vào khoảng 2% đến 10%
Phương pháp điều khiển tốc độ động cơ
Trong sản xuất tiêu dùng, việc điều chỉnh tốc độ của động cơ điện là rất quan trọng do mỗi động cơ được sản xuất với một tốc độ định mức cụ thể Khi moment cản trên trục động cơ thay đổi, tốc độ động cơ cũng thay đổi, nhưng sự thay đổi này không được xem là điều chỉnh tốc độ Do đó, cần có các giải pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ một cách hiệu quả trong quá trình sản xuất.
Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ là quá trình thay đổi tốc độ theo yêu cầu công nghệ, phụ thuộc vào đặc tính cơ của máy móc sản xuất Quá trình này có thể xảy ra khi mô men cản không đổi (Hình 1.3a) hoặc khi mô men cản thay đổi (Hình 1.3b).
Khi điều chỉnh tốc độ động cơ cần thỏa mãn các yêu cầu sau:
Phạm vi điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ là rất quan trọng, với yêu cầu khác nhau cho từng loại thiết bị Đối với thiết bị vận chuyển, cần điều chỉnh tốc độ trong phạm vi rộng, trong khi thiết bị dệt hay sản xuất giấy yêu cầu tốc độ ổn định và độ chính xác cao Để nghiên cứu các phương pháp điều chỉnh tốc độ, ta sử dụng các biểu thức n = n tt (1-s), n tt = 60 f p và s = 1/2 E.
Mặt khác ta lại có:
Các phương pháp điều chỉnh tốc độ được rút ra từ các công thức bao gồm: thay đổi tần số nguồn cung cấp f1, thay đổi số đôi cực P, thay đổi điện trở R2 ở mạch rôto, thay đổi điện áp nguồn cung cấp E20 U1, thay đổi điện áp mạch rôto E2 và thay đổi tần số f2 Trong số đó, điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số nguồn điện cung cấp f1 là phương pháp hiệu quả, đặc biệt khi nguồn cung cấp có khả năng thay đổi tần số Với sự phát triển của công nghệ điện tử, các bộ biến tần tĩnh từ van bán dẫn công suất đã cho phép cung cấp năng lượng điện với tần số thay đổi, khiến phương pháp này ngày càng được áp dụng rộng rãi và cạnh tranh với các hệ thống truyền động điện một chiều.
Khi thay đổi f1 mà giữ U1 = const, từ thông sẽ bị biến đổi, ảnh hưởng đến điều kiện hoạt động của máy điện Sự thay đổi này làm thay đổi hệ số cosφ, hiệu suất và tổn hao lõi thép Do đó, khi điều chỉnh tần số, cần đảm bảo từ thông được duy trì ổn định.
Trong quá trình điều chỉnh tốc độ, cần đảm bảo rằng khả năng quá tải của động cơ được duy trì không đổi trong toàn bộ phạm vi điều chỉnh Điều này có nghĩa là phải giữ cho động cơ hoạt động ổn định và hiệu quả trong mọi tình huống.
Để duy trì Mmax = const, cần giữ cho từ thông không đổi Khi thay đổi tần số, việc điều chỉnh điện áp là cần thiết để đảm bảo sự cân bằng theo công thức (7).
Mô men cực đại có thể biểu giễn bởi biểu thức:
Nếu hệ số quá tải không thay đổi, tỷ số mô men tới hạn ở hai tốc độ khác nhau phải tương đương với tỷ số mô men cản tại hai tốc độ đó.
Mô men tới hạn và mô men cảm ứng được xác định bởi tần số nguồn nạp và điện áp khác nhau Cụ thể, M ’ th và M c ’ tương ứng với tần số f’ 1 và điện áp U ’ 1, trong khi M ” th và M ” c tương ứng với tần số f ” 1 và điện áp U ” 1 Khi điều chỉnh theo công suất không đổi P 2 = const, mô men động cơ sẽ tỷ lệ nghịch với tốc độ.
Trong thực tế ta thường gặp điều chỉnh với Mc=const do đó: 1 1 U f =const (13)
Khi giữ cho ϕ=const thì cosφ=const, hiệu suất không đổi, I 0 =const Nếu mô men cản có dạng quạt gió thì: ' ' 2
Theo các biểu thức đã nêu, mô men cực đại không thay đổi khi tần số nằm trong phạm vi định mức Tuy nhiên, khi tần số vượt ra ngoài giới hạn này, tần số và mô men cực đại đều giảm do từ thông giảm Điều này xảy ra vì chúng ta đã bỏ qua độ sụt áp trên các điện trở thuần, điều này chỉ đúng với tần số cao Ở tần số thấp, giá trị X giảm và độ sụt áp trên điện trở thuần trở nên quan trọng, dẫn đến giảm từ thông và mô men cực đại Hình 1.4 minh họa đặc tính cơ khi điều chỉnh tần số với f1>f2>f3 Phương pháp điều chỉnh tần số có ưu điểm là phạm vi điều chỉnh rộng, độ điều chỉnh mượt mà và tổn hao điều chỉnh nhỏ.
Hình 1.4 Đặc tính cơ khi điều chỉnh tần số
1.2.2 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi số đôi cực
Động cơ dị bộ có thể điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực thông qua thiết bị đổi nối cuộn dây Việc thay đổi số đôi cực này cho phép linh hoạt trong việc điều chỉnh tốc độ hoạt động của động cơ.
Khi thay đổi cách nối của một cuộn dây, số cặp cực sẽ bị ảnh hưởng Cụ thể, nếu cuộn dây ban đầu được nối như hình 1.5a với số cặp cực là p, thì khi đổi nối theo hình 1.5b, số cặp cực sẽ giảm xuống còn p/2 Sự thay đổi này ảnh hưởng đến đặc tính cơ của cuộn dây, như thể hiện trong hình 1.5c.
Để thay đổi cách nối cuộn dây trong động cơ, có thể áp dụng các phương pháp như mắc nối tiếp với số đôi cực là p hoặc mắc song song với số đôi cực là p/2 Hình 1.5 minh họa cách đổi nối cuộn dây, trong đó hình 1.6a thể hiện quá trình chuyển đổi từ nối sao sang sao kép Việc thay đổi số đôi cực ảnh hưởng đến đặc tính cơ của động cơ.
Hình 1.6 Đổi nối cuộn dây
Với cách nối này ta có: Giả thiết rằng hiệu suất và hệ số cosφ không đổi thì công suất trên trục động cơ ở sơ đồ Y sẽ là: P y = 3U d I p ηcosφ 1
Cho sơ đồ YY ta có:
P yy = 3U d 2Ipηcosφ 1 , do đó
Tỷ số P y /P yy = 2 cho thấy rằng khi tốc độ tăng gấp đôi, công suất cũng thay đổi theo tỷ lệ tương ứng Phương pháp này được gọi là cách đổi nối có M = const.
Người ta còn thực hiện đổi nối theo nguyên tắc Δ sang YY(sao kép) hình 1.6b
P yy = 3U d 2Ipηcosφ 1 , do đó
Tỷ số P yy /P Δ = 2/3 = 1,15 được coi là không đổi, cho thấy đây là phương pháp đổi nối với P=const Sử dụng cuộn dây độc lập với số cực khác nhau, động cơ dị bộ nhiều tốc độ có thể đạt được Động cơ này thường có stato với 2 hoặc 3 cuộn dây, mỗi cuộn dây có số đôi cực khác nhau Khi trang bị thiết bị đổi nối cuộn dây, ta có thể tạo ra 6 số cặp cực tương ứng với 6 tốc độ khác nhau Phương pháp thay đổi tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực là rẻ tiền và dễ thực hiện, nhưng do P là số nguyên, nên việc thay đổi tốc độ có tính nhảy bậc và phạm vi thay đổi tốc độ không rộng.
1.2.3 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp nguồn cung cấp
GIỚI THIỆU VỀ PLC, BIẾN TẦN
PLC S7 - 300
Kỹ thuật điều khiển logic khả trình (PLC) đã được phát triển từ những năm 1968 đến 1970, yêu cầu người sử dụng có trình độ kỹ thuật điện tử cao trong giai đoạn đầu Hiện nay, các thiết bị PLC đã trở nên phổ biến và phát triển mạnh mẽ, dễ dàng tiếp cận hơn cho người dùng.
Thiết bị điều khiển logic khả trình (PLC) là một giải pháp linh hoạt cho việc điều khiển các thuật toán số thông qua ngôn ngữ lập trình, thay vì sử dụng mạch số Với khả năng thay đổi thuật toán dễ dàng và giao tiếp hiệu quả với các thiết bị khác, PLC trở thành một bộ điều khiển nhỏ gọn Để thực hiện chương trình điều khiển, PLC cần có các tính năng tương tự như máy tính, bao gồm bộ vi xử lý trung tâm (CPU), hệ điều hành, bộ nhớ để lưu trữ chương trình và dữ liệu, cùng với các cổng vào ra để kết nối với các thiết bị bên ngoài.
Để phục vụ các bài toán điều khiển số, PLC cần có các khối hàm chức năng như Timer, Counter và các hàm chức năng đặc biệt khác Do đó, các PLC được thiết kế với những tính năng này.
- Để chịu được các rung động, nhiệt độ, độ ẩm, bụi bẩn và tiếng ồn
- Có sẵn giao diện cho các thiết bị vào ra
- Được lập trình dễ dàng với ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, chủ yếu giải quyết các phép toán logic và chuyển mạch
- Thu thập các tín hiệu vào và các tín hiệu phản hồi từ các cảm biến
- Liên kết, ghép nối các tín hiệu theo yêu cầu điều khiển và thực hiện đóng mở các mạch phù hợp với công nghệ
- Tính toán và soạn thảo các lệnh điều khiển đến các địa chỉ thích hợp
Các thành phần cơ bản của một bộ PLC:
Hình 2 1 Sơ đồ hệ thống
Hệ thống PLC phổ biến bao gồm năm thành phần chính: bộ xử lý, bộ nhớ, bộ nguồn, giao diện vào ra và thiết bị lập trình Sơ đồ hệ thống PLC thể hiện sự kết hợp chặt chẽ giữa các bộ phận này để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
Bộ xử lý, hay còn gọi là bộ xử lý trung tâm (CPU), là linh kiện chủ chốt chứa bộ vi xử lý Nó nhận tín hiệu đầu vào và thực hiện các hoạt động điều khiển dựa trên chương trình được lưu trữ trong bộ nhớ của CPU, đồng thời truyền các quyết định dưới dạng tín hiệu đến các thiết bị đầu ra.
Bộ nguồn chuyển đổi điện áp AC thành điện áp thấp cho bộ vi xử lý (thường là 5VDC) và cung cấp điện cho các mạch điện của các module khác (thường là 24V) Thiết bị lập trình được sử dụng để tạo các chương trình điều khiển cần thiết, sau đó chuyển giao cho PLC Thiết bị lập trình có thể là thiết bị chuyên dụng, thiết bị cầm tay nhỏ gọn, hoặc phần mềm cài đặt trên máy tính cá nhân.
Bộ nhớ trong các hệ thống điều khiển là nơi lưu trữ chương trình và có thể bao gồm các loại như RAM, ROM và EPROM Để đảm bảo chương trình hoạt động liên tục trong trường hợp mất điện, người ta thường chế tạo nguồn dự phòng cho RAM, với thời gian duy trì khác nhau tùy thuộc vào từng PLC cụ thể Ngoài ra, bộ nhớ cũng có thể được thiết kế dưới dạng module, giúp dễ dàng thích nghi với các chức năng điều khiển có kích cỡ khác nhau và cho phép mở rộng bằng cách cắm thêm khi cần thiết.
Giao diện vào là nơi bộ xử lý tiếp nhận thông tin từ các thiết bị ngoại vi và truyền tải thông tin đến các thiết bị bên ngoài Tín hiệu vào có thể đến từ các công tắc, cảm biến nhiệt độ, hoặc tế bào quang điện, trong khi tín hiệu ra có thể được cung cấp cho cuộn dây, rơle, van điện từ, và động cơ nhỏ Các tín hiệu vào/ra có thể là tín hiệu rời rạc, tín hiệu liên tục hoặc tín hiệu logic.
Hình 2 2 Giao diện vào ra của PLC
Tín hiệu vào cho các PLC thường được cách ly bằng linh kiện quang, giúp bảo vệ hệ thống Các PLC cỡ lớn có thể nhận tín hiệu ở các mức điện áp như 5V, 24V, 110V và 220V, trong khi đó, các PLC cỡ nhỏ chỉ hỗ trợ tín hiệu 24V.
Tín hiệu ra của PLC có thể được cách ly bằng rơle hoặc quang, với các thông số như tín hiệu chuyển mạch 24V, 100mA; 110V, 1A một chiều; hoặc 240V, 1A xoay chiều, tùy thuộc vào loại PLC Đối với các PLC cỡ lớn, dải tín hiệu ra có thể được điều chỉnh bằng cách lựa chọn các module ra phù hợp.
2.1.1 Giới thiệu bộ điều khiển lập trình loại Simatic S7-300
PLC S7-300 của Siemens là một dòng sản phẩm cỡ vừa, mạnh mẽ, lý tưởng cho các ứng dụng vừa và lớn với yêu cầu cao về chức năng đặc biệt.
S7-300 bao gồm CPU và các mô-đun được lắp đặt trên các khung (rack), với mỗi khung có thể chứa tối đa 8 mô-đun, không bao gồm mô-đun CPU và nguồn CPU có khả năng kết nối và hoạt động với tối đa 4 khung (32 mô-đun), và các khung này được kết nối với nhau thông qua mô-đun IM - Mô-đun giao diện.
Hình 2 3 Cách ghép nối các modul trên 1 rack
Hình 2.4 Cách ghép nối rack trong hệ PLC S7-300
Hình 2.5 Địa chỉ mặc định của các modul trong hệ PLC S7-300
Có nhiều loại CPU khác nhau, đặt tên theo bộ vi xử lý: CPU 312, 313, 314, 315,
CPU 316, 317, 318, 319 được trang bị các hàm chức năng gọi là IFM (Integrated Function Module) Ngoài ra, CPU còn có cổng DP để kết nối mạng trong hệ điều khiển Đặc biệt, CPU có ký hiệu C tích hợp thêm các chức năng như thuật toán PID, điều chế độ rộng xung và khả năng đọc xung tốc độ cao từ Encoder.
Module nguồn nuôi PS (Power Supply):
Cấp nguồn 24VDC cho CPU và các modul mở rộng Có loại 2A (PS 307 2A) hoặc loại 5A (PS 307 5A) hoặc 10A (PS 307 10A) Module nguồn nuôi có 3 loại với các thông số đó là 2A, 5A,10A
Các module mở rộng này được chia thành 4 loại chính bao gồm:
* Module tín hiệu SM (Signal Module): Module mở rộng cổng tín hiệu vào/ra bao gồm:
DI (Digital Input): Module mở rộng các cổng vào số
DO (Digital Output): Module mở rộng các cổng ra số
DI/DO (Digital Input /Digital Output): Module mở rộng các cổng vào/ra số
AI (Analog Input): Module mở rộng các cổng vào tương tự
AO (Analog Output): Module mở rộng các cổng ra tương tự
AI/AO (Analog Input/Analog Output): Module mở rộng các cổng vào/ra tương tự
Module ghép nối IM (Interface Module) là giải pháp cần thiết cho các hệ thống có nhiều đầu vào/ra khi CPU cần mở rộng từ 2 rack trở lên (trên 8 modul tín hiệu) Các modul này, bao gồm IM360, IM361, và IM365, đảm nhận vai trò kết nối các nhóm modul mở rộng thành một khối thống nhất, được quản lý bởi một module CPU duy nhất Các modul mở rộng được lắp đặt trên một thanh rack để đảm bảo tính đồng bộ và hiệu quả trong hoạt động.
Mỗi rack có khả năng lắp tối đa 8 module mở rộng, không bao gồm module CPU và module nguồn Một module CPU S7-300 có thể kết nối và làm việc với tối đa 4 racks, và các rack này cần được kết nối với nhau thông qua module IM.
Biến tần Siemens MM420
2.2.1 Đặc tính cơ bản của Micromaster MM420
- Đặt được thời gian tăng tốc khi khởi động động cơ và thời gian giảm tốc khi dừng động cơ (tới 650s)
Bài viết hiển thị các tham số quan trọng bao gồm: tần số đầu ra, tần số đặt, điện áp đầu ra, điện áp một chiều sau chỉnh lưu, dòng động cơ, mô men quay, tốc độ động cơ và trạng thái đường truyền nối tiếp.
- Tần số ra có thể được điều khiển bởi:
+ Tần số đặt sử dụng bàn phím
+ Tần số đặt sử dụng tín hiệu tương tự với độ phân giải cao (dòng hoặc áp) + Bộ phân áp mở rộng
+ Chức năng thay đổi tốc độ qua bộ phân áp
- Lựa chọn phương pháp điều khiển Tương tự
- Số điều khiển trực tiếp từ panel hoặc qua đầu vào số Điều khiển xa thông qua Bus nối tiếp
- Lựa chọn chế độ điều khiển (đường cong U/f, SVC, FCC)
- Nhân tỉ lệ các tham số có thể hiển thị
- Điều khiển dừng động cơ đúng vị trí (không phụ thuộc vào tốc độ động cơ trước khi dừng)
- Đầu ra rơle dùng để đóng cắt các thiết bị bảo vệ, phối hợp điều khiển hay đóng cắt thiết bị phanh ngoài
- Đặt thời gian đóng mở phanh ngoài
- Đặt tỉ số cảnh báo quá nhiệt hay quá dòng động cơ, đặt tần số xung
- Đặt tham số cho đường truyền nối tiếp (Tốc độ baud, time out, module )
- Cho phép chế độ đảo chiều hay không có đảo chiều động cơ
- Có chế độ báo lỗi (lưu trữ được 4 trạng thái lỗi gần nhất)
- Tự động nhận dạng điện trở Rotor
- Đặt thời gian trích mẫu cho tín hiệu phản hồi, có thể nhân tỉ lệ tín hiệu phản hồi
- Đặt giới hạn tần số, đặt tham số điều khiển P, I, D
- Có thể tự động đặt lại tham số mặc định của nhà sản xuất
- Có chế độ dùng điện trở hãm ngoài
- Có thể tự reset khi đã sửa lỗi, dễ dàng cài đặt, lập trình và sử dụng
- Chịu quá tải 200% trong 3s cho tới 150% trong 60s
- Mô men khởi động lớn và điều chỉnh chính xác tốc độ motor bởi điều khiển véc tơ
- Có thể kết hợp thêm với bộ lọc, điều chỉnh dòng nhanh
- Khoảng nhiệt độ hoạt động 0-50oC
- Có sẵn các hàm điều khiển chuẩn P, I, D dùng cho điều chỉnh vòng kín (vòng ngoài)
- Có sẵn nguồn 15V, 50mA cấp cho các bộ biến đổi phản hồi
- Điều khiển từ xa qua đường truyền nối tiếp RS485 sử dụng giao thức USS với đặc tính điều khiển tới 31 bộ điều biến tần qua giao thức USS
- Các thông số được đặt từ khi sản xuất có thể đặt lại cho các thiết bị của châu Âu, Asian và bắc Mỹ
- Cài sẵn hãm một chiều với bộ hãm phức hợp đặc biệt
- Tăng/giảm thời gian với chương trình san bằng
- Hai chương trình đầu ra rơ le (13 hàm)
- Chương trình đầu ra tương tự (1 cho MMV, 2 Cho MDV)
- Có thể chọn module Profibus DP hoặc CANbus
- Tự động phân tích 2,4,6 hoặc 8 cực motor bởi phần mềm
- Tích hợp phần mềm điều khiển quạt làm mát
- Có thể gắn cạnh nhau mà không cần điều kiện về khoảng cách
Một số tham số cơ bản
Bảng 2.4 Một số tham số cơ bản
Tần số đầu vào 47Hz-63Hz
Tần số đầu ra 0Hz- 650Hz Độ phân giải 0.01Hz Đặc tính quá tải 200% trong 3s và 150% trong 60s
Chế độ bảo vệ Quá áp, thấp áp, quá nhiệt
Các chế độ bảo vệ thêm Ngắn mạch, chạm đất, không tải(hở mạch) Đầu vào tương tự/ PID Đơn cực :0-10V hoặc 2-10V( nên dùng biến trở 4,7K)
0-20mA hoặc 4-20mA Lưỡng cực :-10 - +10V Độ phân giải đầu vào tương tự 10 bít Đầu ra tương tự 0-20mA/4-20mA, độ ổn định 5% Độ ổn định điểm đặt Tương tự Itđ, lực hút điện từ lớn hơn lực kéo lò xo (F > Flx), tấm động sẽ bị hút về phía phần tĩnh, làm giảm khe hở mạch từ Khi khe hở mạch từ nhỏ, lực hút tăng lên, khiến tấm động được hút dứt khoát về phía phần tĩnh và tiếp điểm động đóng vào tiếp điểm tĩnh.
Khi dòng điện trong cuộn dây giảm, lực lò xo sẽ vượt qua lực hút điện từ, kéo tấm động ra khỏi phần tĩnh Sự gia tăng khe hở mạch từ làm giảm lực điện từ, khiến lò xo kéo tấm động trở lại, làm cho tiếp điểm động rời khỏi tiếp điểm tĩnh.
Các thông số cơ bản
- Điện áp định mức cuộn hút là điện áp cấp cho cuộn hút làm việc ở chế độ lâu dài Điện áp này có thể là 9, 12 , 24 , 110 , 220 , 440 một chiều và 24 , 110 , 220 ,
440 xoay chiều Điện áp này ghi trên cuộn hút
- Điện áp định mức: Điện áp làm việc lâu dài của mạch điện mà rơle khống chế Điện áp định mức có thể là 24 , 110 , 220 , 440 một chiều và 24 , 110 , 127 , 220 , 380 , 500 xoay chiều
- Đòng điện định mức: Dòng điện dài hạn qua tiếp điểm của rơle mà không làm hỏng tiếp điểm
Tuổi thọ của thiết bị cơ khí được xác định dựa trên số lần đóng ngắt, thường dao động từ vài trăm ngàn lần cho các lần đóng ngắt không có điện và khoảng một trăm ngàn lần cho các lần đóng ngắt có dòng điện với các thông số như điện áp cách điện và điện áp thử cách điện.
Chương trình điều khiển hệ thống
Hình 3.14 Sơ đồ thuật toán
Hình 3.15 Sơ đồ hệ thống
3.3.3 Nguyên lý hoạt động của hệ thống
PLC điều khiển toàn bộ hoạt động của hệ thống thông qua chương trình điều khiển Các đầu vào như nút nhấn và công tắc chuyển chế độ sẽ tác động vào PLC, trong khi các đầu ra của PLC sẽ điều khiển biến tần và cuộn hút contactor.
+ Khi PLC tác động vào cuộn hút của contactor nhờ rơ le trung gian 24V, nguồn
Khi contactor đóng lại, tủ động lực cung cấp nguồn 3 pha cho biến tần, cho phép biến tần điều khiển tốc độ động cơ một cách phù hợp Quá trình đóng ngắt của biến tần được quản lý thông qua PLC.
Có hai chế độ điều khiển tốc độ động cơ: chế độ thủ công, khi người dùng nhấn các nút để điều khiển động cơ hoạt động theo ý muốn, và chế độ tự động, trong đó động cơ hoạt động theo chương trình đã được lập trình sẵn cho PLC.
3.3.4 Các bước cài đặt biến tần siemen MM420 và kết nối PLC siemen S7 300
* Các bước cài đặt biến tần
Bảng 3.1 Bảng cài đặt biến tần
P0003 = 2 Mức truy nhập của người dùng
1 Mức cơ bản: Cho phép truy nhập tới những thông số thường dùng nhất
2 Mở rộng: Ví dụ truy nhập đến các các chức năng I/O
3 Chuyên gia (chỉ dành cho chuyên gia) P0004 = 0 Lọc thông số
0 Tất cả các thông số
4 Cảm biến tốc độ P0010 = 0 Cài đặt thông số
30 Cài đặt tại nhà máy Chú ý
P0010 nên được để ở 1 để cài đặt thông số định mức trên nhãn của động cơ
P0100 = 0 Tiêu chuẩn Châu Âu/ Bắc Mỹ
0 Châu Âu [KW], tần số mặc định 50Hz
1 Bắc Mỹ [hp], tần số mặc định 60Hz
2 Bắc Mỹ [kW], tần số mặc định 60Hz Chú ý Đối với P0100 = 0 hoặc 1, giá trị P0100 được xác định khi cài đặt khoá chuyển DIP 50/60
ON = hp, 60Hz P0205 = 0 Ứng dụng bộ biến tần (nhập vào kiểu mômen yêu cầu)
0 Mômen không đổi (ví dụ thang máy, máy nén, máy gia công)
1 Mômen biến đổi (ví dụ bơm, quạt) Chú ý
Thông số này chỉ có tác dụng đối với bộ biến tần trong hệ truyền động ≥ 5.5 kW / 400V
1 Động cơ không đồng bộ (hay động cơ dị bộ)
2 Động cơ đồng bộ Chú ý Đối với P0300 = 2 (động cơ đồng bộ), chỉ được phép điều khiển kiểu V/f (P1300< 20)
P0003 = 1 Mức truy nhập của người dùng
1 Mức cơ bản: Cho phép truy nhập tới những thông số thường dùng nhất
2 Mở rộng: Ví dụ truy nhập đến các các chức năng I/O
3 Chuyên gia (chỉ dành cho chuyên gia) P0010 = 1 Cài đặt thông số
30 Cài đặt tại nhà máy Chú ý
P0010 nên được để ở 1 để cài đặt thông số định mức trên nhãn của động cơ
Mã lỗi P0304 liên quan đến điện áp định mức của động cơ Điện áp định mức [V] được ghi trên nhãn của động cơ cần phải được kiểm tra kỹ lưỡng Việc này giúp xác định cấu hình mạch Y/∆, đảm bảo phù hợp với cách nối mạch trên bảng đầu nối của động cơ.
P0003 = 2 Mức truy nhập của người dùng
1 Mức cơ bản: Cho phép truy nhập tới những thông số thường dùng nhất
2 Mở rộng: Ví dụ truy nhập đến các các chức năng I/O
3 Chuyên gia (chỉ dành cho chuyên gia) P0010 = 0 Cài đặt thông số
30 Cài đặt tại nhà máy Chú ý
P0010 nên được để ở 1 để cài đặt thông số định mức trên nhãn của động cơ
P0305 Dòng điện định mức động cơ
Dòng điện định mức [A] ghi trên nhãn của động cơ P0307 Công suất định mức động cơ thông số F
Công suất định mức [kW/hp] ghi trên nhãn của động cơ Nếu P0100 = 0 hoặc 2, giá trị tính theo đơn vị kW Nếu P0100 = 1, giá trị tính theo đơn vị hp ϕ
P0308 Hệ số Cosϕ định mức động cơ
Hệ số công suất định mức (cosϕ) được ghi trên nhãn sản phẩm Nếu cài đặt là 0, giá trị sẽ được tính toán tự động Trong trường hợp P0100 có giá trị 1 hoặc 2, P0309 không có ý nghĩa và không cần nhập P0309 đại diện cho hiệu suất định mức của động cơ.
Hiệu suất định mức của động cơ theo [%] được ghi trên nhãn Cài đặt là 0, giá trị được tính bên trong Nếu P0100 = 0 thì P0309 không có ý nghĩa, không cần nhập
P0310 = 50 Tần số định mức động cơ
Tần số định mức của động cơ tính theo [Hz] ghi trên nhãn
Số đôi cực được tự động tính toán lại nếu thông số thay đổi P0311 Tốc độ định mức động cơ
Tốc độ định mức của động cơ tính theo [v/ph] ghi trên nhãn Cài đặt là 0, giá trị được tính bên trong
Chú ý: Cần phải nhập thông số trong trường hợp điều khiển vectơ mạch kín, điều khiển V/f với FCC và để bù độ trượt
P0302 Dòng từ hoá động cơ 0
(Dòng này được nhập theo % của P0305) Dòng điện từ hoá động cơ tính theo % P0305 (dòng điện định mức động cơ)
Với P0320 = 0, dòng từ hoá động cơ được tính toán sử dụng P0340
= 1 hoặc sử dụng P3900 = 1-3 (kết thúc quá trình cài đặt nhanh)- và được hiển thị trong thông số r0331
P0335 Chế độ làm mát động cơ
(Chọn hệ thống làm mát động cơ)
0 Làm mát tự nhiên: Sử dụng trục gá quạt được gắn với động cơ
1 Làm mát cưỡng bức: Sử dụng quạt làm mát cấp nguồn riêng
2 Làm mát tự nhiên và quạt bên trong
3 Làm mát cưỡng bức và quạt bên trong P0640 Hệ số quá tải động cơ
(Hệ số quá tải của động cơ tính theo [%] tương ứng với P0305)
Hệ số này xác định giới hạn dòng điện tối đa cho phép, tương ứng với % dòng điện định mức của động cơ (P0305) Sử dụng P0205, thông số này được cài đặt ở mức 150% cho mômen không đổi và 110% cho mômen thay đổi.
P0700 = 2 Chọn nguồn lệnh (nhập nguồn lệnh)
4 USS trên đường chuyền BOP
5 USS trên đường chuyền COM (các đầu nối 29 và 30)
6 CB trên đường chuyền COM (CB = môđun truyền thông) P0701 = 1 Chức năng đầu vào số 1 Đầu nối số 5
P0702 = 12 Chức năng điểm nối số 2 Đầu nối số 6
12 Đảo chiều P1000 = 2 Lựa chọn điểm đặt tần số *
(nhập vào nguồn điểm đặt tần số)
4 USS trên đường chuyền BOP
5 USS trên đường chuyền COM ( các đầu dây điều khiển 29 và 30)
6 CB trên đường chuyền COM ( CB là môđun truyền thông)
10 Không có điểm đặt chính + Điểm đặt MOP
11 Điểm đặt MOP + Điểm đặt MOP
12 Điểm đặt tương tự + Điểm đặt MOP
76 CB trên đường chuyền COM + Điểm đặt tương tự 2
77 Điểm đặt tương tự 2 + Điểm đặt tương tự 2 P1080 = 0 Tần số nhỏ nhất
Đặt tần số nhỏ nhất cho động cơ (đơn vị Hz) là bước quan trọng để đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả mà không cần tính đến tần số điểm đặt Giá trị này áp dụng cho cả chế độ quay thuận và quay ngược của động cơ.
Đặt tần số lớn nhất cho động cơ (đơn vị Hz) để đảm bảo động cơ hoạt động hiệu quả mà không cần quan tâm đến tần số điểm đặt Giá trị này được cài đặt sẽ áp dụng cho cả chế độ quay thuận và quay ngược.
Thời gian tăng tốc (đơn vị s) là khoảng thời gian mà động cơ cần để đạt được tần số tối đa từ trạng thái dừng mà không sử dụng phương pháp tăng tốc theo dạng đường cong Nếu thời gian tăng tốc được cài đặt quá ngắn, có thể dẫn đến cảnh báo A0501 (giá trị giới hạn dòng) hoặc gây ra lỗi F0001 (quá dòng) khiến bộ biến tần của hệ truyền động bị dừng.
Thời gian giảm tốc (P1135 = 5 giây) là khoảng thời gian mà động cơ cần để giảm tốc từ tần số lớn nhất (P1082) đến điểm dừng mà không sử dụng phương pháp giảm tốc theo dạng đường cong Nếu thời gian tăng tốc được cài đặt quá nhỏ, có thể dẫn đến việc xuất hiện cảnh báo A0501 liên quan đến giá trị giới hạn dòng.
A0502 (giá trị giới hạn quá áp) hoặc làm cho bộ biến tần của hệ truyền động bị dừng với các lỗi F0001 (quá dòng) hoặc F0002 (quá áp)
OFF3 Thời gian giảm tốc ( nhập thời gian giảm tốc dừng nhanh bằng s)
Khi nhập thời gian để động cơ giảm từ tần số tối đa P1082 xuống trạng thái dừng hoàn toàn nhằm thực hiện lệnh OFF3 (dừng nhanh), nếu thời gian giảm tốc được đặt quá thấp, sẽ xuất hiện đèn báo A0501 (giá trị dòng điện giới hạn), A0502 (giá trị điện áp vượt quá cho phép) hoặc động cơ có thể không hoạt động do lỗi F0001 (quá dòng) hoặc F0002 (quá điện áp).
( Nhập mode điều khiển theo yêu cầu)
3 V/f kiểu có thể lập trình được
5 V/f cho các ứng dụng kiểu máy dệt
6 V/f kiểu FCC cho các ứng dụng kiểu máy dệt
19 V/f chế độ điều khiển qua điểm đặt hiệu điện thế độc lập
20 Chế độ điều khiển vectơ không sensor
21 Chế độ diều khiển vector có sensor
22 Điều khiển mômen xoắn vector không sensor
23 Điều khiển mômen xoắn vector có sensor P1500 Chọn điểm đặt mômen xoắn
(nhập nguồn cho điểm đặt mômen xoắn)
0 Không có điểm đặt chính
2 Điểm đặt kiểu tương tự
4 USS trên đường truyền BOP
5 USS trên đường truyền COM ( Các đầu điểu khiển 29 và 30)
6 CB trên đường truyền COM (CB: môđun truyền thông)
7 Điểm đặt kiểu tương tự 2 P1910 Chọn dữ liệu cho động cơ
0 Không hoạt động P1960 Tối ưu hoá thiết bị điều khiển tốc độ
Để tối ưu hóa thiết bị điều khiển tốc độ, cần kích hoạt chế độ điều khiển vectơ vòng kín (P1300 hoặc 21) Sau khi hoàn tất việc chọn chế độ tối ưu hóa (P1960 = 1), đèn báo A0542 sẽ không hiển thị.
30 Cài đặt tại nhà máy Chú ý
P0010 nên được để ở 1 để cài đặt thông số định mức trên nhãn của động cơ
P3900 = 1 Kết thúc quá trình cài đặt nhanh thông số
( bắt đầu quá trình tính toán động cơ)
0 Không ở chế độ cài đặt nhanh thông số (không có quá trình tính toán môtơ)
Quá trình tính toán các thông số động cơ và thiết lập lại các thông số khác theo chế độ nhà máy là rất quan trọng, đặc biệt là những thông số không được cài đặt nhanh (gán "QC" = 0).
2 Quá trình tính toán các thông số môtơ và cài đặt lại chế độ I/O theo chế độ định mức
Để tính toán các thông số của môtơ, chỉ cần sử dụng 3 chỉ số cụ thể mà không cần cài đặt thêm các thông số khác Lưu ý rằng với P3900 được thiết lập ở giá trị 1, 2 hoặc 3, P0340 sẽ tự động điều chỉnh về 1 và các dữ liệu phù hợp sẽ được tính toán chính xác.
3.3.5 Kết nối biến tần siemen MM420 với PLC siemen S7 300
* Kết nối biến tần với PLC
Chân nguồn “-“ của PLC nối với chân 9 của biến tần
Chân Q124.1 của PLC nối với chân 5 của biến tần
Chân Q124.2 của PLC nối với chân 6 của biến tần
Cổng analog PIW752, AO0+ dạng điện áp V của PLC nối chân 3 của biến tần và AO0- của PLC nối với chân 4 hoăc chân 2 của biến tần
Hình 3.16 Kết nối biến tần với PLC
Các chức năng địa chỉ trong bảng:
Bảng 3.2 Chức năng, địa chỉ
Chức năng Địa chỉ Start I 124.0 Stop I 124.1 Đảo chiều I 124.2 Tăng tốc I 124.3 Giảm tốc I 124.4 Động cơ Q 124.1 Quay nghịch Q 124.2 Cần tăng tốc Q 5.0 Cần giảm tốc Q 5.1 UNSCALE FC 106
Hình 3.17 Khai báo biến Symbols
3.3.7 Chương trình điều khiển hệ thống điều khiển tốc độ động cơ
Chế tạo, vận hành mô hình hệ thống điều khiển tốc độ động cơ ba pha
3.4.1 Một số hình ảnh của mô hình
Hình 3.19 Một số hình ảnh về mô hình
Hình 3.20 Hình ảnh về mô hình
Hình 3.21 Mặt trước mô hình
Kết quả vận hành trên mô hình cho thấy thiết bị điều khiển lập trình PLC S7-300 đã thực hiện hiệu quả việc điều khiển trong hệ thống Thiết bị này có khả năng điều chỉnh tốc độ và đảo chiều động cơ, đáp ứng đầy đủ các yêu cầu đề ra.
Trong quá trình vận hành động cơ ba pha, có hai phương pháp điều khiển tốc độ chính: điều khiển bằng tay và điều khiển tự động.
Trong quá trình điều khiển bằng tay còn bộc lộ ưu, nhược điểm và có nhiều sai sót nên qua đây cũng rút ra được bài học kinh nghiệm
Trong quá trình điều khiển tự động, PLC có ưu điểm nổi bật là khả năng giao tiếp dễ dàng với các thiết bị điều khiển và bảo vệ nhiều khí cụ điện Điều này được thực hiện thông qua các cổng giao tiếp số và tương tự, giúp PLC thực hiện hiệu quả chức năng điều khiển.