Báo Cáo Đồ Án Học Phần Tự Động Hóa

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN : ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT ĐƯỜNG ỐNG BẰNG BIẾN TẦN MITSUBISHI (DÙNG BỘ PID 1 BƠM) _ dùng biến tần điều khiển tốc độ động cơ để bơm trực tiếp ổn định áp suất cho tòa nhà chung cư để duy trì áp suất trong đường ống

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN TỰ ĐỘNG

ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT ĐƯỜNG ỐNG BẰNGBIẾN TẦN MITSUBISHI (DÙNG BỘ PID - 1 BƠM)

ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT ĐƯỜNG ỐNG BẰNG BIẾNTẦN MITSUBISHI (DÙNG BỘ PID - 1 BƠM)

Người Thực hiệnPhan Hữu B

Hệ thống bơm nước sinh hoạt cho tòa nhà 33 tầng cần duy trì áp

suất đường ống là 4 bar để cung cấp đủ nước Trên đường ống có gắn cảm biến áp suất để đưa tín hiệu về biến tần Sử dụng bộ điều khiển PID trong biến tần để điều khiển tốc độ của động cơ bơm duy trì được áp suất 4 bar trên đường ống.

Hệ thống bơm nước có các thiết bị như sau:

- Biến tần (chọn loại biến tần Mitsubishi FR-E720) - Bơm ba pha

- Cảm biến áp suất có tín hiệu ngõ ra: 0-10VDC - Các nút nhấn: START, STOP, SW, RESET

- Các đèn báo hiển thị: RUN-L, STOP-L, ERR-L

Hệ thống sử dụng lưới điện 3 pha có Ud=380V và có thể cung cấp lưu lượng Q = 20 m3/h.

Bảng 1: Hệ thống hoạt động theo yêu cầu sau:

Trạng thái ban đầu

1 Cấp nguồn, đèn báo 3 pha và đèn STOP-L sáng

Trường hợp không bị lỗi

Chế độ hoạt động AUTO

Nhấn START, đèn RUN-L sáng, bơm hoạt động

Bơm được điều khiển chạy với tốc độ thay đổi theo bộ PID Nhấn STOP, đèn RUN-L tắt, đèn STOP-L sáng, hệ thống dừng hoạt động

Nhấn START thì Bơm chạy với tốc độ định mức Nhấn STOP thì Bơm dừng

Trường hợp bị lỗi

4 Trường hợp Bơm bị lỗi thì dừng biến tần (bơm dừng hoạt động), đèn ERR-L sáng và RUN-L tắt, đèn STOP-L sáng

5 Khắc phục lỗi sau đó nhấn nút RESET hệ thống trở lại trạng thái ban đầu

3 Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

a Vẽ sơ đồ khối hệ thống

b Vẽ sơ đồ nguyên lý của hệ thống c Vẽ sơ đồ bố trí thiết bị

d Sơ đồ đấu nối thiết bị

e Tính toán và chọn động cơ bơm, biến tần, cảm biến, CB, tủ điện, dây động lực…

f Trình bày các thông số cài đặt cho biến tần và giải thích - Cài đặt chế độ vận hành

- Cài đặt các thông số cơ bản của động cơ

- Cài đặt thời gian tăng/ giảm tốc, moment khởi động - Cài đặt các thông số bảo vệ

- Cài đặt chế độ điều khiển PID.

4 Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ )

- Sơ đồ bố trí thiết bị và đấu dây của mô hình - Sơ đồ khối và giản đồ giải thuật của hệ thống

LỜI CẢM ƠN

Đồ án môn học HỌC PHẦN TỰ ĐỘNG là đồ án nhằm giúp cho sinh viên chúng em hiểu biết thêm rất nhiều về thực tiễn, đó là sự gắn bó giữa lý thuyết và thực hành, là tiền đề làm đồ án tốt nghiệp sắp tới Đồ án môn học này giúp cho em có kiến thức vững vàng hơn trong chuyên môn

Qua đó giúp em tự tin hơn khi làm các đồ án môn học khác Trong thời gian qua nhờ sự giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn, đã truyền đạt những kiến thức trong thực tiễn và học tập để có nền tảng cho tương lai sau này ra trường

Đặc biệt em xin chân thành cảm thầy Đặng Đắc Chi đã hướng dẫn tận tình trong quá trình làm đồ án Đồng thời em cũng thật sự cám ơn cơ sở vật chất khá đầy đủ của trường góp phần rất quan trọng quá trình làm đồ án của chúng em

Do điều kiện khách quan và kiến thức, cũng như kinh nghiệm thực tế còn hạn chế, nên đồ án này chắc chắn không tránh khỏi thiếu sót Vậy em mong các thầy, cô trong bộ môn giúp đỡ chỉ bảo thêm để em hoàn thiện hơn trong học tập và trong công việc sau này

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1

1.1Tổng quan về đề tài 1

1.2Mục tiêu của đề tài 1

1.2.1 Ý nghĩa của đề tài 1

1.2.2 Phương pháp thực hiện 1

1.3Cấu trúc của quyển 2

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 3

2.1 Bộ điều khiển biến tần FR-E700 3

2.2.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 13

2.3 Máy bơm nước ly tâm 14

2.3.2 Phân loại 15

2.3.3 Máy bơm ly tâm trục đứng 15

CHƯƠNG 3:THIẾT KẾ HỆ THỐNG VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ 17

3.1 Sơ đồ khối hệ thống 17

3.1.1 Sơ đồ bố trí hệ thống cấp nước trực tiếp 17

3.1.2 Sơ đồ hệ thống điều khiển 18

3.2 Sơ đồ đấu dây động lực và điều khiển 19

3.3 Tính toán chọn các thiết bị 21

3.3.1 Bộ điều khiển biến tần FR-E720 21

3.3.2 Tính chọn bơm ba pha 22

3.3.3 Tính chọn cảm biến áp suất 22

3.5 Tổng hợp các thiết bị chính trong hệ thống và giá tham khảo 26

Bơm 3 pha 380V (PENTAX MSVB 4/15) 26

Rơ le nhiệt MT-32 27

CHƯƠNG 4: CÀI ĐẶT THÓNG SỐ BIẾN TẦN 28

4.1 Yêu cầu của hệ thống 28

4.2 Sơ đồ đấu dây điều khiển ổn định áp suất đường ống bằng biến tần Mitsubishi 29

4.3 Cài đặt thông số biến tần 30

CHƯƠNG 5 : KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 32

MỤC LỤC HÌNH ẢNH

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc cơ bản của biến tần 4

Hình 2.2 Hình ảnh biến tần FR-E720 8

Hình2.3 sơ đồ nối dây biến tần FR-E720 11

Hình 2.4 Cảm biến áp suất đường ống 13

Hình 2.5 Cấu tạo cảm biến áp suất 14

Hình 2.6 Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất 14

Hình 2.7 hình ảnh máy bơm ly tâm trục đứng và trục ngang 15

2.3.3.1 Cấu tạo 15

Hình 2.8 hình ảnh cấu tạo máy bơm ly tâm trục đứng 16

Hình 3.1 sơ đồ bố trí hệ thống cấp nước trực tiếp 17

Hình 3.2 sơ đồ khối hệ thống điều khiển 18

Hình 3.3 Sơ đồ đấu dây biến tần 20

Hình 3.4 sơ đồ kết nối rơ le, contactor ,nút nhấn và đèn báo 20

Hình 3.5 sơ đồ đấu dây mạch động lực 21

Hình 3.6 sơ đồ lắp đặt thiết bị điện trong tủ 26

MỤC LỤC BẢNG BIỂU Bảng 3.1 Bảng chọn động cơ PENTAX 22

Bảng 3.2 Bảng chọn mã relay nhiệt của hãng Fuji 23

Bảng 3.3 Bảng chọn contactor 3 pha của hãng LS 24

Bảng 3.4 Bảng chọn MCCB của hãng LS 24

Bảng 3.5: Bảng chọn MCCB của hãng LS 25

TÓM TẮT

Một trong những vấn đề mà các cư dân trong một chung cư rất quan tâm là áp lực nước sinh hoạt Áp lực nước thường yếu vào giờ cao điểm gây bất tiện cho các cư dân và ảnh hưởng nhiều đến cuộc sống Để giải quyết vấn đề này người ta sẽ sử dụng phương pháp điều khiển áp lực nước theo thời gian vận hành Đề tài “Điều khiển áp suất đường ống” được nghiên cứu trong báo cáo này là một trong những phương án xử lý vấn đề nêu trên

Đồ án này thực hiện điều khiển áp suất nước trong đường ống cung cấp nước thông qua việc điều khiển động cơ bằng chế độ PID của biến tần, để áp suất nước trong đường ống nằm trong khoảng 4 bar, lưu lượng 20m3/h Toàn bộ quá trình hoạt động được thực hiện được giám sát và điều khiển trên biến tần.

Đồ án gồm có các thành phần cơ bản sau:

- Tính toán chọn thiết bị và thiết kế tủ điện điều khiển

- Phương án điều khiển được thực hiện theo yêu cầu của đồ án đưa ra.

CHƯƠNG 1: GIỚI THIỆU 1.1 Tổng quan về đề tài

Việc cấp thoát nước là vấn đề luôn được quan tâm khi xây dựng tòa nhà Để giải quyết vấn đề này thì có nhiều giải pháp được đưa ra Sau đây là hai giải pháp nhà đầu tư thường đề xuất:

Giải pháp 1 (phương pháp gián tiếp): Xây dựng bể nước trên mái, nước được bơm từ bể nước ngầm lên bể chứa trên mái, sau đó từ bể nước trên mái sẽ phân phối đến các đường ống cho các tầng phía dưới, phương án này không sợ mất điện máy bơm vì bể nước mái dự trữ được lượng nước tối thiểu 1 ngày đêm.

Giải pháp 2 (phương pháp trực tiếp): là phương án không cần sử dụng bể nước mái, nước từ bể ngầm qua hệ thống máy bơm (có hệ thống bình tăng áp) cấp trực tiếp cho các hộ Phương án này được sử dụng rất nhiều ở các nước phát triển do nguồn điện ổn định Nhược điểm phương án này là hệ thống bơm có công suất lớn và phải có bình áp, phải có hệ thống điện dự phòng.

Trong đề tài này chúng ta chọn phương pháp trực tiếp với yêu cầu như sau: điều khiển áp suất đường ống trong một chung cư thông qua việc điều khiển 1 động cơ bơm 3 pha có bảo vệ bằng biến tần, áp suất nước trong đường ống được đo bởi một cảm biến áp suất.

Các thông số cơ bản được miêu tả dưới đây:

- Tòa nhà 33 tầng, trung bình mỗi tầng 3m, lưu lượng 20m3/h - 01 dộng cơ bơm 3 pha

- 01 cảm biến áp suất có ngõ ra 0-10VDC - Hệ thống dưới lưới điện 3 pha có Ud = 380V

1.2 Mục tiêu của đề tài

Với những công trình cũ hoặc nhỏ để áp suất nước đủ sử dụng người ta sử dụng một bồn nước để ở vị trí cao nhất của công trình, sau đó bơm nước dự trữ lên trên này, tận dụng thế năng để tạo áp lực nước cho toàn bộ công trình Phương pháp này đơn giản và dễ thực hiện, tuy nhiên lượng nước dự trữ trên bồn không được nhiều, áp lực nước không đồng đều tại các thời điểm và các nơi, phải thường xuyên vệ sinh cho bồn nước và không thể cung cấp nước cho một lượng lớn nhu cầu sử dụng với phương pháp này Đề tài nghiên

cứu này thực hiện một trong những phương pháp ổn định áp suất nước trong một tòa nhà hay rộng hơn là ổn định áp suất cho một công trình dân sinh hoặc công trình công cộng Giải quyết vấn đề áp suất không ổn định, cũng như đảm bảo lượng nước lớn cho cả một công trình.

Nguyên tắc điều khiển của hệ thống: biến tần đọc giá trị áp suất được trả về từ cảm biến, sau đó cho phép chạy động cơ bơm dựa vào mức áp suất dặt trước đề áp suất nước được ổn định trong khoảng 4 bar.

Đề thực hiện được đề tài em dã:

- Nghiên cứu kĩ và nắm rõ cách điều khiển máy bơm - Tìm hiểu về biến tần và cảm biến áp suất

- Tính toán và chọn thiết bị: cảm biến, biến tần, contactor, mccb, cho phù hợp với nhu cầu sử dụng

- Vẽ sơ đồ khối và sơ đồ đấu dây Ưu điểm:

- Áp suất nước trong đường ống ổn dịnh trong khoảng cho trước - Điều khiển linh hoạt máy bơm

- Bảo vệ được dộng cơ khi:ngắn mạch, quá tải, - Kế nối với biến tần điều khiển dễ dàng

1.3 Cấu trúc của quyển

Quyển đồ án này gồm: CHƯƠNG 1 GIỚI THIỆU

Trong chương này giới thiệu về đề tài Tổng quan về đề tài

Mục tiêu của đề tài Cấu trúc của quyển

CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT

CHƯƠNG 3 THIẾT KẾ SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY VÀ TÍNH CHỌN THIẾT BỊ Trình bày về sơ đồ lắp đặt, sơ đồ đấu dây và tính chọn thiết bị Các thiết bị trong hệ thống

Sơ đồ khối hệ thống Sơ đồ lắp đặt thiết bị

Sơ đồ đấu dây động lực và điều khiển Tính chọn các thiết bị

CHƯƠNG 4 CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN

CHƯƠNG 5 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN

CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Bộ điều khiển biến tần FR-E700

2.1.1 Tổng quan về biến tầna khái niệm

Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được Nói cách khác: Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ và thông qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp, không cần dùng đến các hộp số cơ khí Biến tần thường sử dụng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần tự các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay làm quay rô-to (rotor).

Biến tần thường được sử dụng để điều khiển vận tốc động cơ xoay chiều theo phương pháp điều khiển tần số, theo đó tần số của lưới nguồn sẽ thay đổi thành tần số biến thiên.

b Phân loại biến tần

- Phân loại theo phương pháp biến đổi: Biến tần trực tiếp và biến tần gián tiếp

- Phân loại theo nguồn ra: Biến tần nguồn dòng và biến tần nguồn áp

- Phân loại theo phương pháp điều khiển: Phương pháp điều khiển cổ điển và phương pháp điều khiển PWM, phương pháp điều khiển vector và phương pháp điều khiển ma trận, …

- Phân loại theo nguồn cấp vào: Biến tần 1 pha, biến tần 3 pha, …

c Cấu tạo của biến tần

Cấu tạo biến tần khá độc đáo, bên trong biến tần thường có các bộ phận có khả năng nhận điện áp đầu vào cùng với tần số cố định để có thể biến đổi thành loại điện áp có tần số thay đổi nhằm mục đích điều khiển tốc độ động cơ Các bộ phận chủ yếu của biến tần bao gồm các bộ lọc, bộ chỉnh lưu cũng như bộ nghịch lưu IGBT và mạch điều khiển

Bộ chỉnh lưu: Bộ chỉnh lưu (diode) giống như các bộ chỉnh lưu

khác trong bộ nguồn, trong đó điện áp xoay chiều được biến đổi thành một chiều Điện áp sau khi chỉnh lưu đi qua tụ lọc sẽ có điện áp phẳng, ổn định để cấp nguồn cho IGBT.

Bộ nghịch lưu: Thiết bị IGBT là bộ phận quan trọng của biến

tần, đảm bảo chuyển mạch nhanh, cho hiệu xuất cao IGBT được điều khiển kích mở theo trình tự lập trình sẵn.

Phần điều khiển: Phần điều khiển có chức năng đảm bảo kết

nối với mạch ngoại vi nhận tín hiệu đưa vào IC chính để điều khiển biến tần theo cấu hình và cài đặt được lập sẵn của người sử dụng Phần điều khiển bao gồm các bộ phận:

- IC chính đảm nhiệm vai trò để xử lý thông tin và điều khiển biến tần

- Ngõ vào analog: nhận tín hiệu điện áp 4 – 20mA hoặc điện áp 0 – 10V

- Ngõ vào số: để kích cho biến tần chạy

- Ngõ ra analog: đảm nhiệm vai trò kết nối với thiết bị ngoại vi khác để giám sát hoạt động của biến tần

- Ngõ ra số: xuất tín hiệu chạy, cảnh báo…

d Nguyên lý hoạt động

Trước khi tìm hiểu nguyên lý hoạt động của biến tần, chúng ta nên biết rõ để thay đổi được tốc độ của động cơ có thể sử dụng những phương pháp nào?

Cho đến hiện nay thì có 3 phương pháp chính có thể sử dụng là: - Cách 1: Thay đổi số cực động cơ P

- Cách 2: Thay đổi hệ số trượt s

- Cách 3: Thay đổi tần số f của điện áp đầu vào

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc cơ bản của biến tần

Trong đó, 2 phương pháp đầu khó thực hiện và không mang lại hiệu quả cao Phương pháp thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số là phương pháp hiệu quả nhất.

- Tín hiệu vào là điện áp xoay chiều một pha hoặc ba pha Bộ chỉnh lưu có nhiệm biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều.

- Bộ lọc có nhiệm vụ sang phẳng điện áp một chiều sau chỉnh lưu.

- Nghịch lưu có nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều thành điện áp xoay chiều có tần số có thể thay đổi được Điện áp một chiều được biến thành điện áp xoay chiều nhờ việc điều khiển mở hoặc khóa các van công suất theo một quy luật nhất định.

- Bộ điều khiển có nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển theo một luật điều khiển nào đó đưa đến các van công suất trong bộ nghịch lưu Ngoài ra nó còn có chức năng sau:

 Theo dõi sự cố lúc vận hành  Xử lý thông tin từ người sử dụng

 Xác định thời gian tăng tốc, giảm tốc hay hãm  Xác định đặc tính – momen tốc độ

 Xử lý thông tin từ các mạch thu thập dữ liệu, kết nối với máy tính.

- Mạch kích là bộ phận tạo tín hiệu phù hợp để điều khiển trực tiếp các van công suất trong mạch nghịch lưu Mạch cách ly có nhiệm vụ cách ly giữa mạch công suất với mạch điều khiển để bảo vệ mạch điều khiển.

- Màn hình hiển thị và điều khiển có nhiệm vụ hiển thị thông tin hệ thống như tần số, dòng điện, điện áp,… và để người sử dụng có thể đặt lại thông số cho hệ thống Các mạch thu thập tín hiệu như dòng điện, điện áp, nhiệt độ,… biến đổi chúng thành tín hiệu thích hợp để mạch điều khiển có thể xử lý được Ngài ra còn có các mạch làm nhiệm vụ bảo vệ khác như bảo vệ chống quá áp hay thấp áp đầu vào…

- Các mạch điều khiển, thu thập tín hiệu đều cần cấp nguồn, các nguồn này thường là nguồn điện một chiều 5, 12, 15VDC yêu cầu điện áp cấp phải ổn định Bộ nguồn có nhiệm vụ tạo ra nguồn điện thích hợp đó Sự ra đời của các bộ vi xử lý có tốc độ tính toán nhanh có thể thực hiện các thuật toán phức tạp thời gian thực, sự phát triển của các lý thuyết điều khiển , công nghệ sản xuất IC có mức độ tích hợp ngày càng cao cùng với giá thành của các linh kiện ngày càng giảm dẫn đến sự ra đời của các bộ biến tần ngày càng thông minh có khả năng điều khiển chính xác, đáp ứng nhanh và giá thành rẻ Nguồn điện xoay chiều một pha hay ba pha được chỉnh lưu, sau đó lọc thành nguồn điện một chiều bằng phẳng nhờ tụ điện và bộ chỉnh lưu cầu diode Nhờ vậy, cos(ɣ) - hệ số công suất biến tần có giá trị không phụ thuộc vào tải và có Min=0.96.

Tiếp đến, điện áp một chiều được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều ba pha đối xứng, thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng cách điều chế độ rộng xung (PWM).

Nhờ công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực rất phát triển hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ.

Ngoài ra, biến tần tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau Biến tần còn tích hợp cả bộ PID, FOC, Vector , Torque control và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau (RS232 hoặc RS485), phù hợp cho công tắc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA hay các hệ thống có tích hợp màn hình HMI, Bộ lập trình PLC…

e Ứng dụng của biến tần

Với sự phát triển như vũ bão về chủng loại và số lượng của các bộ biến tần, ngày càng có nhiều thiết bị điện- điện tử sử dụng các bộ

biến tần, trong đó một bộ phận đáng kể sử dụng biến tần phải kể đến chính là bộ biến tần điều khiển tốc độ động cơ điện.

Trong thực tế có rất nhiều hoạt động trong công nghiệp có liên quan đến tốc độ động cơ điện Đôi lúc có thể xem sự ổn định của tốc độ động cơ mang yếu tố sống còn của chất lượng sản phẩm, sự ổn định của hệ thống,… Ví dụ: máy ép nhựa , cán thép, hệ thống tự động pha trộn nguyên liệu, máy ly tâm định hình khi đúc,… Vì thế, việc điều khiển và ổn định tốc độ động cơ được xem như vấn đề chính yếu của các hệ thống điều khiển trong công nghiệp.

Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông từ đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu của phụ tải cơ Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ.

- Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản xuất - Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện Phương pháp này làm

giảm tính phức tạp của cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh, đặc biệt linh hoạt khi ứng dụng các hệ thống điều khiển bằng điện tử Vì vậy, bộ biến tần được sử dụng để điều khiển tốc độ động cơ theo phương pháp này.

Khảo sát cho thấy: Chiếm 30% thị trường biến tần là các bộ điều khiển moment.

Trong các bộ điều khiển moment động cơ chiếm 55% là các ứng dụng quạt gió, trong đó phần lớn là các hệ thống HAVC (điều hòa không khí trung tâm), chiếm 45% là các ứng dụng bơm, chủ yếu là trong công nghiệp nặng.

Nâng cấp cải tạo các hệ thống bơm và quạt từ hệ điều khiển tốc độ không đổi lên hệ tốc độ có thể điều chỉnh được trong công nghiệp với lợi nhuận to lớn thu về từ việc tiết giảm nhiên liệu điện năng tiêu thụ.

Tính hữu dụng của biến tần trong các ứng dụng bơm và quạt: - Điều chỉnh lưu lượng tương ứng với điều chỉnh tốc độ bơm và

- Điều chỉnh áp suất tương ứng với điều chỉnh góc mở của van

- Giảm tiếng ồn công nghiệ

- Năng lượng sử dụng tỉ lệ thuận với lũy thừa bậc ba của tốc độ động cơ

- Giúp tiết kiệm điện năng tối đa.

Như tên gọi, bộ biến tần sử dụng trong hệ truyền động, chức năng chính là thay đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ để thay đổi tốc độ động cơ nhưng nếu chỉ thay đổi tần số nguồn cung cấp thì có thể thực hiện việc biến đổi này theo nhiều phương thức khác, không dùng mạch điện tử Trước kia, khi công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn chưa phát triển, người ta chủ yếu sử dụng các nghịch lưu dùng máy biến áp Ưu điểm chính của các thiết bị dạng này là sóng dạng điện áp ngõ ra rất tốt (ít hài) và công suất lớn (so với biến tần hai bậc dùng linh kiện bán dẫn) nhưng còn nhiều hạn chế như:

- Giá thành cao do phải dùng máy biến áp công suất lớn.

- Tổn thất trên biến áp chiếm đến 50% tổng tổn thất trên hệ thống nghịch lưu.

- Chiếm diện tích lắp đặt lớn, dẫn đến khó khăn trong việc lắp đặt, duy tu, bảo trì cũng như thay mới.

- Điều khiển khó khăn, khoảng điều khiển không rộng và dễ bị quá điện áp ngõ ra do có hiện tượng bão hoà từ của lõi thép máy biến áp.

Ngoài ra, biến tần tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau Biến tần còn tích hợp cả bộ PID, FOC, Vector , Torque control (sensorless hoặc encorder) và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau (RS232 hoặc RS485), phù hợp cho công tác điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA hay các hệ thống có tích hợp màn hình HMI, Bộ lập trình PLC…

2.1.2 Biến tần Mitsubishi FR-E720

Biến tần FR-E720 là dòng biến tần được sản xuất bởi hãng Mitsubishi của Nhật Bản Thích hợp dùng cho băng tải, thang máy, máy đóng gói, máy công cụ, máy ép,… Đây là dòng biến tần có thiết kế nhỏ gọn, tiết kiệm không gian lắp đặt, thân thiện với môi trường.

Hình 2.2 Hình ảnh biến tần FR-E720

Đặc điểm chung:

- Biến tần Mitsubishi FR-E720 series có hệ thống làm mát: Self-cooling, Forced air cooling

- Nhỏ gọn nhưng được trang bị tính năng và hiệu suất ở mức cao nhất

- Dễ sử dụng và tiết kiệm điện năng

- Biến tần FR-E720 có bộ kiểm tra hoạt động với chức năng đảm bảo an toàn khi làm việc

- Thiết kế tuổi thọ cao với khả năng tự tìm lỗi - Có chức năng mật khẩu

- Dễ dàng thay thế quạt làm mát - Điện trở phanh có thể kết nối

- Chức năng bảo vệ và quá tải với hệ thống kiểm tra sự cố phase cho cả đầu vào và ra đảm bảo hoạt động không xảy ra hỏng hóc

- FR-E720 series thân thiện với môi trường và an toàn.

2.1.3 Thông số kỹ thuật

Biến tần có nhiều dòng khác nhau như: E720, E740, FR-E720S, FR_E710W và đồng thời cho người dùng có nhiều sự lựa chọn với nguồn điện áp AC/DC

Mỗi loại biến tần có đặc điểm và giá trị điều khiển khác nhau như: điện áp, công suất số lượng chân, tùy theo mỗi ứng dụng mà có thể lựa chọn biến tần phù hợp làm cho hệ thống hoạt động tốt với

Quạt, bơm, HVAC

Nguồn cấp 3Pha 200 - 240VAC 50Hz/60Hz

Analog, Digital, Lựa chọn đa tốc độ, cài đặt từ xa, chọn chức năng thứ hai, bốn cấp quá tải tùy chọn, hoạt động JOG, điều khiển PID có giá trị, hoạt động luân phiên PU, V/F, PU-NET, External-NET, ngõ ra dừng lại, lựa chọn tự giữ bắt đầu, cài đặt lại biến tần, báo tín hiệu khi biến tần hoạt động và khóa ngoài khi PU hoạt động

Ngõ ra Open collector hở, Relay , Cảnh báo tình trạng quá tải, ngõ ra phát hiện tần số, tái tạo phanh, cảnh báo lỗi rơ le, biến tần sẵn sàng hoạt động, ngõ ra phát hiện dòng, giới hạn PID, cảnh báo quạt tản nhiệt quá nóng,cảnh báo giảm

tốc khi mất điện tức thời, điều khiển PID kích hoạt, PID bị gián đoạn, giám sát an toàn, cảnh báo tuổi thọ, hẹn giờ thời gian bảo trì.

Chức năng bảo vệ

Động cơ, quá dòng tức thời, quá tải, quá áp, thấp áp, mất áp, quá nhiệt, quá nhiệt điện trở phanh, ngăn chặn sụt

Chức năng chính

Thiết lập tối đa, tối thiểu tần số, lựa chọn đầu vào rơ le nhiệt Chức năng tự động dò tốc độ động cơ khi mất nguồn sử dụng cảm biến tốc độ, Tích hợp sẵn bộ điều khiển PID, liên kết máy tính … Truyền thông

Hỗ trợ các chuẩn truyền thông RS-485, kết nối PU,USB, Modbus-RTU, Profibus, CC-Link, CAN open và SSCNET III

Cấp bảo vệ IP00 (Mở lắp biến tần), IP20 (Đóng lắp)

2.1.4 Sơ đồ nối dây biến tần FR-E720

Hình2.3 sơ đồ nối dây biến tần FR-E720

Giải thích những chân cơ bản trên biến tần: - R S T (L1 L2 L3): đấu vào nguồn động lực - U V W: đấu vào động cơ

- PR P1: có thể kết nối với điện trở xả sử dụng trong các trường hợp chạy tải lớn, có quán tính lớn hoặc thời gian tăng/giảm tốc ngắn.

- Chân SD: chân tín hiệu chung của các tín hiệu ngõ vào.

- Chân STR: chạy ngược (có nghĩa là khi nối chân STR với chân SD, biến tần sẽ chạy ngược).

- Chân STF: chạy thuận (có nghĩa là khi nối chân STF với chân SD, biến tần sẽ chạy thuận ).

- Chân PC: chân nguồn 24V - RES: là chân reset

- MRS: là chân output stop - RH: chân tín hiệu tốc độ cao

- RM: chân tín hiệu tốc độ trung bình - RL: chân tín hiệu tốc độ thấp

- FM: chân để báo tốc độ của biến tần (nối chân FM và chân SD với 1 đồng hồ hiển thị tốc độ)

- Chân điều khiển tốc độ: 10-2-5

 Chân 10 là chân ngõ ra 5v của biến tần  Chân 5 là chân GND

 Chân 2 là chân chênh áp

- Khi đấu biến trở ta đấu vào 3 chân 10-2-5, chân 2 là chân giữa của biến trở, chân 10-5 là 2 chân bìa của biến trở, khi vặn biến trở lên mà động cơ giảm tốc độ thì có thể đảo 2 chân 10 và 5 lại với nhau.

- Chân 4 là chân tín hiệu ngõ vào analog dòng điện 0- 20mA, 4-20mA trong đó đấu chân 4 và số 5

- Chân RUN là báo tin hiệu running của biến tần - Chân FU là chân Free quenlcy detection

- Chân SE mở cửa ngõ ra phổ biến

- Chân A B C: bộ rơ le ngõ ra, trong đó 1 cặp thường đóng và 1 cặp thường hở, bộ rơ le này đang mặt định chế độ báo lỗi để chuyển chế độ thì ta vào cài lại thông số của biến tần.

2.2 Cảm biến áp suất

2.2.1 Định nghĩa

Cảm biến áp suất là thiết bị điện tử chuyển đổi tín hiệu áp suất sang tín hiệu điện, thường được dùng để đo áp suất hoặc các ứng dụng có liên quan đến áp suất.

Hình 2.4 Cảm biến áp suất đường ống

2.2.2 Ứng dụng

Cảm biến áp suất đường ống nước được ứng dụng phổ biến trong việc giám sát áp suất Trong hệ cung cấp nước, xử lý nước thải, chữa cháy, hệ thống đường nước lạnh, đường áp gas, khí nén… và rất nhiều ứng dụng khác nữa Bằng giám sát áp suất nước giúp vận hành theo yêu cầu, chức năng của hệ thống Cảnh báo khi có sự thay đổi áp suất nước đưa tín hiệu về bộ điều khiển tại chỗ hoặc trung tâm để xử lý, nhằm giám sát khắc phục sự cố sớm nhất.

2.2.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động