LỜI NÓI ĐẦU Trong năm gần khoa học kỹ thuật công nghệ phát triển mạnh mẽ, lĩnh vực Điện - Điện tử không nằm trào lưu Chính khả phát triển mạnh mẽ làm nên trình chuyển biến sâu sắc lý thuyết lẫn thực tiễn đời sống khoa học kĩ thuật công nghệ Điều trước hết phải kể đến đời ngày hoàn thiện biến đổi điện tử công suất (ĐTCS), với kích thước nhỏ gọn, tác động nhanh cao, dễ dàng ghép nối với mạch dùng mạch vi điện tử, vi xử lý máy tính Các hệ truyền động điện tự động ngày thường sử dụng theo nguyên tắc điều khiển theo mạch vòng nối cấp, mạch điều khiển thích nghi hay nguyên tắc điều khiển vectơ cho động xoay chiều Phần lớn mạch điều khiển dùng biến tần (BBT) với chương trình phần mềm linh hoạt, dễ dàng thay đổi cấu trúc tham số luật điều khiển, làm tăng độ tác động nhanh độ xác cao cho hệ truyền động Chính lí mà việc chế tạo chuẩn hoá hệ thống truyền động đại có nhiều đặc tính làm việc khác dễ dàng đáp ứng theo yêu cầu nhà sản suất Chính vậy, để giải vấn đề hiểu rõ BBT mục đích nghiên cứu đồ án Đề tài em là: “Nghiên cứu biến tần MicroMaster hãng siemens Ứng dụng biến tần điều khiển truyền động đồng nhiều động “ Với hướng dẫn giáo viên, Tiến Sĩ Nguyễn Tiến Ban Nội dung đề tài bao gồm chương sau: Chương : Biến tần gián tiếp ứng dụng Chương : Biến tần MicroMaster hãng siemens Chương : Ứng dụng BBT điều khiển truyền động đồng nhiều động LỜI CẢM ƠN Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quý Thầy Cô trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng, người dìu dắt tận tình, truyền đạt cho kiến thức kinh nghiệm quý báu suốt thời gian học tập trường Tôi xin trân trọng gửi lời cảm ơn đến tất Thầy, Cô Ngành ĐiệnĐiện Tử đặc biệt Tiến Sĩ Nguyễn Tiến Ban tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, tạo điều kiện thuận lợi để hoàn thành tốt đồ án tốt nghiệp Tôi xin cảm ơn gia đình tôi, người thân cho điều kiện tốt để học tập suốt thời gian dài Ngoài xin gửi lời cảm ơn đến tất người bạn tôi, người gắn bó, học tập giúp đỡ năm qua suốt trình thực đồ án tốt nghiệp Hải Phòng, Ngày 26 tháng năm 2008 Chương BIẾN TẦN GIÁN TIẾP TRONG ỨNG DỤNG HIỆN NAY 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày việc tự động hóa công nghiệp ổn định tốc độ động không xa lạ với người công tác nghành kỹ thuật Biến tần thiết bị điện tử hỗ trợ đắc lực việc điều chỉnh tốc thay đổi tốc độ động cách dễ dàng mà hầu hết xí nghiệp sử dụng Biến tần dùng chủ yếu để điều khiển động Trong nhà máy xí ngiệp biến tần ứng dụng nhiều với đặc trưng sau: Thiết kế nhỏ gọn dễ dàng lắp đặt Có nhiều cách lựa chọn truyền thông Điều khiển cho chất lượng truyền động cao Các đầu đầu vào linh hoạt Thời gian tăng tốc, giảm tốc cài đặt Tránh cộng hưởng lên động lên máy Khởi động bám biến tần nối động quay Tích hợp nhiều bảo vệ Có phương thức cài đặt khác nhau, qua hình điều khiển phần mềm miễn phí Do biến tần sử dụng nhiều ứng dụng truyền động điện cung cấp điện 1.2 CẤU TRÚC CHUNG CỦA BIẾN TẦN GIÁN TIẾP 1.2.1 Khái niệm chung biến tần Biến tần thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều với tần số lưới điện thành dòng xoay chiều có tần số khác với tần số lưới Và biến tần chia thành loại biến tần trực tiếp biến tần gián tiếp 1.2.2 Bộ biến tần gián tiếp Biến tần gián tiếp thiết bị điện từ biến đổi lượng điện xoay chiều thành xoay chiều có biên độ điện áp tần số khác với tần số biên độ điện áp lưới thông qua khâu trung gian Như để biến đổi tần số cần thông qua khâu trung gian chiều có tên biến tần gián tiếp Bộ biến tần gián tiếp có sơ đồ khối hình vẽ 1-1: Hình 1.1: Sơ đồ khối biến tần gián tiếp Điện áp xoay chiều có tần số công nghiệp chỉnh lưu thành nguồn chiều nhờ chỉnh lưu ( CL) không điều khiển chỉnh lưu có điều khiển Sau lọc qua lọc tới nghịch lưu (NL) biến đổi thành nguồn xoay chiều ba pha có tần số biến đổi cung cấp cho động Tần số điện áp thực khâu nghịch lưu thông qua luật điều khiển u/f không đổi, điều khiển từ thông không đổi hay điều khiển vector … - Bộ biến tần gián tiếp chia làm loại tuỳ thuộc vào chỉnh lưu nghịch lưu Và sau cấu trúc loại: + Bộ biến tần với nghịch lưu nguồn áp điều biến độ rộng xung với chỉnh lưu dùng diode hình 1.2: Hình 1.2: Biến tần gián tiếp nguồn áp chỉnh lưu diode Điện áp chiều từ chỉnh lưu không điều khiển (dùng diode) có trị số không đổi lọc nhờ tụ điện có trị số lớn Điện áp tần số điều chỉnh nhờ nghịch lưu điều biến độ rộng xung (PWM) Các mạch nghịch lưu tranzito ( BJT, MOSFEST, IGBT ) điều khiển theo nguyên lý PWM đảm bảo cung cấp điện áp động có dạng gần sin + Bộ biến tần gián tiếp nguồn áp dạng xung vuông chỉnh lưu có điều khiển dùng tiristor hình 1.3: Hình 1.3: Biến tần gián tiếp nguồn áp chỉnh lưu điều khiển Điện áp điều chỉnh chỉnh lưu có điều khiển ( thông thường tiristor tranzitor ) Bộ chỉnh lưu có chức điều chỉnh tần số động Dạng điện áp có dạng hình xung vuông + Bộ biến tần gián tiếp nguồn dòng chỉnh lưu điều khiển Hình 1.4: Bộ biến tần gián tiếp nguồn dòng với chỉnh lưu điều khiển Nguồn chiều cung cấp cho nghịch lưu nguồn dòng với lọc cuộn kháng đủ lớn 1.3 ƯU ĐIỂM VÀ NHƯỢC ĐIỂM CỦA BỘ BIẾN TẦN GIÁN TIẾP 1.3.1.Ưu điểm Bộ biến tần làm việc theo nguyên tắc thay đổi tần số thay đổi điện áp nên đảm bảo mômen khởi động đủ vượt tải tốc độ đạt thấp Trong đó, dòng điện đưa vào động không tăng, phối hợp điện áp tần số để giữ cho từ thông đủ sinh mômen Dòng khởi động lớn hệ truyền động biến tần dòng định mức Khởi động biến tần không làm sụt áp lưới khởi động, đảm bảo ứng dụng khác không bị ảnh hưởng Do trình khởi động biến tần mềm hoá tiết hệ truyền động điện bảo đảm tuổi thọ cao Hệ số công suất cos ϕ giữ 0.96 Điều đảm bảo cho lưới điện có hiệu suất sử dụng cao giảm chi phí cho hệ thống bù công suất phản kháng Điều khiển động biến tần đảm bảo chế độ điều khiển liên tục Tạo khả tự động hoá, nhờ PID có sẵn biến tần dùng điều khiển vòng kín trình 1.3.2 Nhược điểm Nhược điểm biến tần gián tiếp có hiệu suất thấp qua lần biến đổi Công suất kích thước biến đổi lớn Hoạt động biến tần gián tiếp phụ thuộc vào loại nguồn tải 1.4 GIỚI THIỆU VỀ MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN (ĐK) TẦN SỐ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ DÙNG BBT GIÁN TIẾP Điều khiển tần số phương pháp điều khiển đại cho phép điều chỉnh tốc độ động trơn rộng hiệu 1.4.1 Điều khiển điện áp-tần số không đổi 1.4.1.1 Chế độ làm việc động điều khiển điện áp-tần số không đổi Sơ đồ thay động không đồng trình bày hình vẽ 1.5 đây: (a) (b) (c) Ic (d) Hình 1.5: Mạch điện thay động không đồng (a): Mạch điện tương đương pha stato (b): Mạch điện tương đương pha roto (c): Mạch điện tương đương pha (d): Mạch điện tương đương pha dạng đơn giản Chế độ làm việc động điều khiển điện áp-tần số không đổi phân tích sở giả thiết: Điện áp stato động có dạng hình sin đối xứng pha, có trị số biên độ tần số thay đổi Với giả thiết bỏ qua hiệu ứng bề mặt; điện trở stato không đổi, điện trở từ hoá bỏ qua, nhánh mạch điện từ hoá gồm điện kháng từ hoá (Xm) Sức điện động stato Es sinh từ thông khe hở nhỏ điện áp stato U s, lượng sụt áp trở kháng tản từ stato (Rs+jXsσ)Is Do bỏ qua thành phần sóng hài sức từ động, nên từ thông khe hở có dạng hình sin từ thông móc vòng vòng dây stato hàm hình sin Từ thông móc vòng vòng dây stato có dạng: Φ=Φmsinωst (1.1) Trong đó: ωs=2πfs -Tần số góc điện áp nguồn cung cấp Sức điện động ứng với vòng dây stato là: ex= dφ =ωsΦmcosωst dt (1.2) Và trị số hiệu dụng sức điện động stato là: Es=ωsΦmKw.N1/ =4,44Kw.fs.N1.Φm (1.3) Với N1 số vòng dây nối tiếp pha; Kw hệ số dây quấn Từ (1.1) thấy Φm tỉ lệ với tỉ số Es/ωs Es/fs Khi điều khiển tần số, giữ từ thông khe hở không đổi động sử dụng hiệu nhất, tức có khả sinh mômen lớn Từ thông khe hở không đổi trì tỉ số E s/fs không đổi Nếu sụt áp trở kháng tản từ bé bỏ qua sức điện động E s xấp xỉ điện áp Us Do đó, từ từ thông khe hở trì gần không đổi trì tỉ số U s/fs số Đây nội dung luật điều khiển điện áp- tần số không đổi Và phương pháp điều khiển sử dụng phổ biến hệ thống điều khiển hở (ĐKH) đơn giản Đặc tính tuyến tính điện áp- tần số thực kỹ thuật ĐK điện áp- tần số biến tần Tuy nhiên vùng tần số thấp, sụt áp trở kháng tản từ lớn nên từ thông khe hở giảm, khả sinh momen động giảm Từ sơ đồ thay hình 1.5 viết phương trình cân điện áp sau: U s = ( Rs + jX sσ ) I s + ( R' r ' + jX ' sσ ) I r s (1.4) ' JX m ( I s − I r ) = ( R' r ' + jX ' rσ ) I r s (1.5) Momen động tính theo công thức: M = p R' I 'r ωs s (1.6) Trong đó: R’r , X’r σ : Điện trở, điện kháng stato qui đổi roto Xm : Điện kháng từ hoá p : Số cực từ Độ trượt động tính theo công thức: s= f sl ω sl = fs ωs (1.7) Trong : ω s = 2πf s : Tần số góc nguồn cấp ω sl = 2πf sl : Tần số góc roto ( tốc độ trượt) fsl , fs : Tần số nguồn cấp roto stato Sử dụng tốc độ góc điện , tốc độ trượt tính theo: ω sl = ω s − ω r = sω r (1.8) Kết hợp phương trình (1.4) (1.7), momen động biểu thị hàm điện áp stato U1 tần số góc ω s , ω sl theo biểu thức: U M = p s  ωs    ω sl  Rs − ω s Rr'   ω sl X M2 / Rr ' ( 2   ω sl Rs X r'  ' X s X r − X m  + X s +  ω sl Rr'     ) (1.9) Với Xs=Xs σ +Xm : Điện kháng tổng stato ứng với tần số nguồn cấp ω s Xr’=Xr’ σ +Xm : Điện kháng tổng roto ứng với tần số nguồn cấp ω s Với luật ĐK tần số điện áp - tần số không đổi (U s/ ω s= conts), vùng có tần số cao ( xung quanh tần số định mức ) momen tới hạn có trị số gần không phụ thuộc tần số tỉ số (R s/fs) nhỏ Khi tần số giảm, từ thông khe hở giảm sụt áp điện trở stato ứng với dòng điện định mức không đổi tần số, kết momen tới hạn động giảm, đặc biệt giảm nhanh vùng tần số thấp Ví dụ vùng tần số nhỏ 10Hz Đồ thị đặc tính có công suất 170w, 1370 vg/ph hình vẽ 1.6 minh họa cho nhận xét Ở trạng thái hãm ( máy phát ) chiều dòng công suất ngược dấu với động Tương tự áp stato có hướng ngược lại, sức điện động stato ( Es) tăng dẫn tới từ thông khe hở tăng so với trạng thái động Như kết biểu diễn hình vẽ 1.6, coi mạch từ không bão hoà, momen động trạng thái hãm lớn, đặc biệt vùng tần số trung bình 600 500 Tèc ®é (rad/s) 400 50Hz 300 40Hz 30Hz 200 20Hz 100 10Hz 5Hz -6 -4 -2 Momen Hình 1.6: Đặc tính điều chỉnh Us/fs số động (170W, 415V, 0.46A, 1378v/ph) Trong điều kiện làm việc thực tế, tượng bào hoà từ, nên trị số momen hãm nhỏ đáng kể so với tính toán Ở trạng thái động cơ, mạch từ không bão hoà nên đặc tính thực tế động nhận phương trình (1.9) Có thể xác định trị số tần số góc roto tới hạn công thức sau: ω slth = ±ω s Rr' Rs2 + X s2 ( X s X r' − X m2 ) + Rs2 X r' (1.10) Dấu “ + “ ứng với trạnh thái động , dấu “ – “ ứng với trạng thái hãm Nếu điện kháng từ hoá (Xm) lớn với điện kháng tản từ stato (X s σ ) roto (Xr σ ) biểu thức (1.10) viết dạng sau 10 người ta vận hành điều khiển phải quy chuẩn lại cách thay đổi hệ số điều khiển Ở hệ thống điều khiển tốc độ vòng hở động điều chỉnh tần số nguồn cấp thích hợp với hệ thống truyền động điện không yêu cầu cao chất lượng trình độ thông thường động làm việc chế độ xác lập Hệ thống điều khiển hở đáp ứng hệ thống cần có trình gia tốc giảm tốc nhanh tần số nguồn thay đổi nhanh vượt tần số roto giới hạn 3.1.2 Hệ thống điều khiển vòng kín (HTĐKK) Hệ thống điều khiển vòng kín gọi hệ điều khiển hồi tiếp (feedback control system) tín hiệu đáp ứng y(t) hồi tiếp so sánh với tín hiệu tham khảo (u) ngõ vào Một tín hiệu sai số tỷ lệ với sai biệt y u so sánh đưa đến điều khiển (C) để sửa sai Một hệ thống với nhiều đường hồi tiếp gọi hệ điều khiển vòng kín trình bày hình vẽ 3.2 Hình 3.2: Hệ thống điều khiển kín M : Các cảm biến e : Tín hiệu sai lệnh điều khiển f : Tín hiệu hồi tiếp Tín hiệu hồi tiếp (f) nhằm để giảm thiểu sai biệt tiêu chuẩn tham khảo (u) tín hiệu (y) hệ thống 54 Khi có tác động nhiễu bên suốt trình hoạt động.Thí dụ nhiễu nhiệt mạch khuyếch đại điện tử, nhiễu tia lửa điện sinh từ chổi than cổ góp động điện Hiệu hồi tiếp nhiễu tuỳ thuộc vào nơi mà nhiễu tác động vào hệ thống Tuy nhiên nhiều vị trí hồi tiếp giảm thiểu hậu nhiễu Đối với hệ điều khiển vòng kín cần thiết cho hệ thống làm việc ổn định chế độ xác lập điện áp nguồn phụ tải thay đổi có phản ứng độ nhanh 3.2 VẤN ĐỀ KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN TẦN Trong trường hợp ta muốn cho động trạng thái đứng yên chuyển sang chạy tần số đặt phải thông qua trình khởi động mềm tránh cho động khởi động đến tốc độ đặt, gây dòng điện khởi động lớn làm hỏng động Tần số nguồn cung cấp tăng từ giá trị (đứng yên) đến giá trị đặt (tương ứng với biên độ tăng từ V đến Vf=V0+K.freq) Thời gian khởi động thay đổi theo công suất động Đối với động công suất lớn thời gian khởi động lâu so với động công suất nhỏ Thời gian khởi động động thông thường chọn từ đến 10 giây Sơ đồ khởi động động phương pháp biến tần trình bày hình vẽ 3.3 55 1 t t f t Hình 3.3: Quá trình hoạt động điều khiển Sau tần số nguồn đạt đến giá trị yêu cầu lúc đầu giữ nguyên giá trị Trong trình động chạy ổn định mà có nhu cầu thay đổi tần số có trình chuyển tần số bước thay nhảy đến giá trị tần số yêu cầu Khi muốn thay đổi chiều động cần phải đưa động tần số đủ nhỏ sau thực việc đổi chiều quay (thay đổi thứ tự pha nguồn cấp cho động cơ) tránh tượng momen xoắn làm gẫy trục động Khi muốn hãm nhanh dùng phương pháp hãm phương pháp hãm động có dùng điện trở thắng Đặc tính thời gian tăng tốc giảm tốc BBT trình bày hình vẽ 3.4 f f fMAX f MAX t(s) (a) t(s) (b) Hình 3.4: Đặc tính tăng tốc giảm tốc BBT khởi động động (a): Thời gian tăng tốc (b): Thời gian giảm tốc 56 Nhìn vào đường đặc tính ta thấy muốn thay đổi tần số từ ( f=0 đến Max ) từ ( f= Max đến 0) tần số không thay đổi mà thay đổi khoảng thời gian đặt Như hình dung trình hoạt động điều khiển sau Sơ đồ khởi động minh hoạ hình vẽ 3.5 Hình 3.5: Sơ đồ điều chỉnh động BBT Đoạn ứng với khởi động động - tần số tăng từ đến giá trị đặt sau khoảng thời gian khởi động (ts) Đoạn ứng với trạng thái làm việc ổn định động Đoạn ứng với ngừng động chế độ làm việc theo chiều tăng, tần số động giảm dần giá trị đặt Đoạn ứng với chế độ ngừng khởi động động Đoạn ứng với chế độ làm việc động theo chiều ngược, tần số tăng từ đến giá trị đặt sau khoảng thời gian (ts) 3.3 ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG PHƯƠNG PHÁP BIẾN TẦN Trong trình điều chỉnh tốc độ động tốc độ động cần thay đổi để phù hợp với tốc độ định mức Với động xoay chiều pha việc điều chỉnh tốc độ động khó khăn Trước với cấu tạo động xoay chiều pha tốc độ quay động coi không đổi với lưới điện xoay chiều có tần số công nghiệp (f=50Hz) thông qua quan hệ f= pn 60 57 n :Là tốc độ quay p : Là số đôi cực Với quan hệ tốc độ quay động phụ thuộc vào tần số lưới điện Như để thay đổi tốc độ quay động cách dễ dàng ta sử dụng biến tần Việc điều chỉnh tốc độ động phương pháp biến tần mang lại hiệu kinh tế cao Với điều chỉnh vô cấp tốc độ động làm tăng chất lượng trình 3.4 HỆ BIẾN TẦN NHIỀU ĐỘNG CƠ 3.4.1 Hệ thống tổng thể hệ biến tần nhiều động Converter L Inverter R D1 D3 D5 T3 T1 C L1 CPU D6 D4 D2 M1 MC2 A L2 L3 MC1 T5 M2 B C Th MC3 T6 T4 T2 ThiÕt bÞ ®o M3 PG Hình 3.6: Sơ đồ tổng thể hệ BT nhiều động Trong trường hợp nhiều động làm việc, điều chỉnh tốc độ ta cấp điện cho động BBT có điều chỉnh điện áp mạch trung gian Khi yêu cầu quay đồng động không cao dùng động đồng mà không dùng động dị bộ, việc điều chỉnh không thay đổi Ở hệ truyền động nhiều động sử dụng biến tần, tần số biến đổi không lớn lắm(200Hz) thường sử dụng BBT có khâu trung gian, không điều chỉnh điện áp BBT điều chỉnh độ rộng xung Sử dụng BBT loại có ưu điểm sau: - Không phải dùng van điều khiển nên rẻ tiền 58 - Hệ số công suất cao - Phân chia lượng biến đổi thực lưới chiều, thời điểm có hệ thống làm việc chế độ máy phát hệ truyền động khác làm việc chế độ động - Dễ dừng hệ thống ( điện áp ) mạch trung gian có điện áp không điều chỉnh 3.4.2 Vấn đề điều chỉnh tốc độ đồng nhiều động hệ Hệ truyền động nhiều động hệ truyền động có sử dụng hai động trở lên Các động liên kết với học liên kết với mạch điện (Để kéo chung tải quay tốc độ với quay với tốc độ khác giữ ổn định hai tốc độ nhiều tốc độ theo tỷ số Truyền động nhiều động thường sử dụng dây chuyền sản xuất liên tục, vật liệu đồng thời chạy qua nhiều phần truyền động thiết bị công nghệ, truyền động cần phải làm việc với tốc độ thích hợp tốc độ không đổi gắn với yêu cầu chung hệ Tuỳ thuộc vào sản phẩm, kích thước, vật liệu yêu cầu chất lượng đòi hỏi cấu trúc hệ truyền động đơn giản hay phức tạp Trong sản xuất công nghiệp, thường gặp máy cán liên tục, máy xe giấy, công nghiệp dệt sản xuất thuỷ tinh,vv… Yêu cầu truyền động nhiều động cho dây chuyền công nghệ sản xuất liên tục gồm yêu câu bản: Tất truyền động thành phần phải giữ tỷ lệ tốc độ không đổi chế độ tĩnh chế độ động, ta gọi yêu cầu đồng hoá tốc độ Đối với dây chuyền sản xuất vật liệu thay đổi, bề dày vật liệu thay đổi dẫn đến yêu cầu thay đổi tốc độ làm việc, thường tỷ lệ thay đổi không lớn 59 Một số dây chuyền yêu cầu chất lượng sản phẩm cao độ đồng vật liệu cao sai số Như hệ truyền động phải đảm bảo có độ xác điều chỉnh cao Một số vật liệu sản xuất dây chuyền liên tục có yêu cầu chủng loại, tính chất đặt yêu cầu phải giữ sức căng không đổi Vì yêu cầu hệ truyền động phải điều chỉnh tốc độ lực kéo Đối với hệ đồng hoá tốc độ việc điều chỉnh hệ phụ thuộc vào loại liên kết động thành phần: Các động liên kết cứng qua hộp giảm tốc độ yêu cầu đặc tính động phải tuyệt đối cứng Ở vật liệu băng không truyền lực kéo Như truyền động hệ điều chỉnh tốc độ phát tín hiệu đặt tốc độ cho tất truyền động động lại, truyền động có nhiệm vụ điều chỉnh giữ momen không đổi Tốc độ truyền động chạy theo băng lực căng cấu truyền động mạch điều chỉnh xác định Nếu không đo trực tiếp lực kéo, người ta phải tạo mạch vòng nhân tạo dây chuyền tín hiệu tỷ lệ với chiều dài, mạch vòng hiệu chỉnh tốc độ động hệ truyền động Ở dây chuyền sản xuất vật liệu mỏng dễ đứt giấy, vật liệu tổng hợp v.v tất truyền động thành phần phải giữ tốc độ không đổi Ở ta phải dùng phương pháp đồng bám tức điều chỉnh tất truyền động có tỷ lệ tốc độ không đổi theo chiều chuyển động vật liệu Đối với truyền động có cuộn cuộn nhả yêu cầu tốc độ truyền động phải thay đổi phụ thuộc vào đường kính cuộn vật liệu, hay nói cách khác phải giữ tốc độ dài vật liệu không đổi 3.4.3 PLC với vai trò điều khiển vòng PLC (Programable logic control) loại cho phép thực linh hoạt thuật toán điều khiển số (ĐKS) thông qua ngôn ngữ lập trình thay 60 cho việc phải thể thuật toán mạch số Như với vai trò ĐK PLC trở thành ĐKS nhỏ gọn, dễ thay đổi thuật toán đặc biệt dễ trao đổi thông tin với môi trường xung quanh Với PLC toàn chương trình ĐK lưu nhớ nhớ PLC dạng khối chương trình lặp theo chu trình vòng quét Nguyên lý chung cấu trúc ĐK PLC hình 1.5 Hình 3.7: Nguyên lý chung cấu trúc điều khiển PLC Để thực chu trình ĐK, tất nhiên PLC phải có tính máy tính nghĩa phải có vi sử lý (CPU), hệ điều hành nhớ để lưu trữ chương trình ĐK, liệu có cổng vào để giao tiếp với đối tượng Bên cạnh PLC cần phải có thêm khối chức đặc biệt khác đếm (Couter), định thời gian ( Timer)…Và khối chức chuyên dụng Module CPU PLC loại module có chứa vi sử lý, hệ điều hành, nhớ, timer, đếm cổng truyền thông ( RS485)… có vài cổng vào số 61 Trên hình vẽ 2.1 PLC với vai trò điều khiển vòng kết hợp với BBT dùng để ĐK động xoay chiều pha phương pháp điều biến độ rộng xung sử dụng biến tần gián tiếp dùng IGBT Hình 3.8: Sơ đồ ĐK động xoay chiều ba pha điều khiển biến tần PWM PLC M : Động xoay chiều MC : Contactor bảo vệ ngắn mạch tải M PG : Cảm biến tốc độ dùng để đo tốc độ động sau đưu vào khối nhận biết khối sử lý trung tâm BBT ACR : Bộ điều chỉnh dòng PWM : Bộ điều chỉnh độ rộng xung PLC đóng vai trò ĐK trung tâm sử lý tín hiệu thu thập từ hệ thống BBT để ĐK động contactor Đông (M) điều khiển thông qua BBT tiếp điểm contactor Cảm biến tốc độ (PG) với tín hiệu đo từ động đưa ngược trở BBT PLC với vai trò ĐK kết hợp với BBT để giám sát điều chỉnh tốc độ động Với thiết kế hệ thống tự động giám sát tốc độ động điện áp dòng điện hệ thống ĐK ngược lại để đảm bảo động vận hành với tốc độ đạt định mức 62 3.4.4 Giới thiệu hệ truyền động điện hạ thuỷ tàu thuỷ triền đà ngang nhà máy đóng tàu Saigon ship marin Hiện Việt Nam nghành đóng tàu đóng vai trò nghành công nghiệp mũi nhọn Nghành đóng tàu đem lại lợi nhuận cho đất nước hàng trăm tỷ đồng với hợp đồng lớn từ nhà tư nước Với nhà máy đóng tàu việc đóng sửa chữa vấn đề quan trọng để chọn phương án hạ thủy để thuận tiện cho việc đóng sửa chữa lại vấn đề phụ thuộc vào địa điểm nơi hạ thủy Ở nhà máy đóng tàu có nhiều phương án hạ thủy thuận tiện cho việc đóng sửa chữa hạ thủy ụ hay hạ thủy triền đà Nếu hạ thủy ụ có ụ ụ chìm Với ụ thường áp dụng cho việc sửa chữa tàu Với phương án hạ thủy ụ chìm phương án an toàn cho việc hạ thủy Hạ thủy triền đà có phương án hạ thủy theo triền đà dọc hạ thủy triền đà ngang Với phương triền đà dọc áp dụng cho việc đóng tầu để hạ thủy chúng đòi hỏi vị trí hạ thủy phải rộng Vì sức phóng tàu hạ thủy lớn Nếu vị trí hạ thủy không đủ lớn dẫn đến hạ thủy tàu phóng đà hỏng thân tàu gây ách tắc giao thông Vói vị trí không thuận tiện cho việc hạ thủy theo triền đà dọc người ta áp dụng phương pháp hạ thủy theo triền đà ngang Hình 3.9 giới thiệu phương pháp hạ thuỷ theo triền đà ngang nhà máy đóng tàu Saigon Ship Marin Đây phương pháp tối ưu mà nhà máy đóng tàu Saigon ship marin áp dụng Nhưng để đầu tư cho phương án tốn kém, đòi hỏi ta phải bố trí loạt động xoay chiều rải rộng Điều kiện cần phải phối hợp nhiều động để kéo tải Vậy yêu cầu đặt tốc độ động phải tuyệt đối Do việc lựa chọn động phải có công suất Như để đồng 63 động biến tần đáp ứng yêu cầu Và ta dùng BBT cho nhiều động BBT cho động Hình 3.9: Giới thiệu mô hình động hộp biến tần nhà máy đóng tàu Saigon ship marin Với phương án dùng BBT cho nhiều động đòi hỏi BBT có công suất lớn để động làm việc ổn định dải rộng tránh tượng tải Để động làm việc đồng với ta dùng cảm biến tốc độ (PG) với tốc độ đo từ động đưa lại khối CPU biến tần để so sánh sử lý với tốc độ đặt ban đầu Trên hình 3.10 biểu diễn BBT dùng khởi động nhiều động BBTMM MC1 M1 MC2 M2 MCx MX PG Hình 3.10: Một BBT khởi động nhiều động 64 Với phương án BBT cho động Đây phương án tối ưu tốn Vì với phương án hạ thủy theo triền đà ngang để nhiều động kéo tải đòi hỏi hệ thống phải làm việc ổn định Như để động làm việc đồng ta phải đồng BBT với Các biến tần giám sát máy tính bên Máy tính có nhiệm vụ quan sát điều khiển tín hiệu ( dòng điện, điện áp) từ BBT Trên hình 3.11 biểu diễn biến tần cho động với giám sát máy tính bên MC1 BBTMM1 thiÕt bÞ ®o M¸y tÝnh PG MC2 BBTMM2 thiÕt bÞ ®o thiÕt bÞ ®o M2 PG MCx BBTMMx M1 Mx PG Hình 3.11: Sơ đồ biểu diễn biến tần điều khiển động Để đồng biến tần với ta dùng sensor lấy tín hiệu từ đầu biến tần (như tín hiệu dòng, áp, tần số) sau tín hiệu đo phản hồi trở lại khối CPU biến tần Khối có nhiệm vụ so sánh sử lý tín hiệu đặt ban đầu tín hiệu xuất cho phù hợp 65 KẾT LUẬN Qua thời gian tháng thực làm tốt nghiệp đề tài em hoàn thành làm công việc sau - Tìm hiểu, nghiên cứu biến tần - Tìm hiểu số ứng dụng biến tần dùng điều khiển truyền động điện cung cấp điện - Tìm hiểu ứng dụng biến tần điều khiển truyền động nhiều động Trong thời gian thực nghiên cứu tiến hành làm đồ án, hướng dẫn tận tụy thầy giáo Tiến Sĩ Nguyễn Tiến Ban, em hoàn thành nhiệm vụ đồ án tốt nghiệp Đây đề tài mang tính chất ứng dụng khoa học kỹ thuật, việc khảo sát, nghiên cứu đối tượng phải tỉ mỉ xác Tuy nhiên khối lượng công việc lớn, vốn kiến thức thực tế chưa sâu, việc trình bày đồ án tránh khỏi thiếu sót chưa thật sâu Em kính mong bảo, giúp đỡ thầy cô, để em hiểu rõ vấn đề nghiên cứu mình, tiếp cận tốt với thực tế, ngày nắm kỹ chuyên môn Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo môn Điện - Điện tử trường đại học dân lập Hải Phòng, đặc biệt thầy giáo Tiến Sĩ Nguyễn Tiến Ban tận tụy giúp đỡ em hoàn thành đồ án tốt nghiệp Em xin chân thành cám ơn ! Hải phòng, Ngày tháng năm 2008 Sinh viên Dương Văn Thảo 66 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn, Điều khiển tự động truyền động điện, Nhà xuất xây dựng [2] Lê Văn Doanh, Nguyễn Thế Công, Trần Văn Thịnh, Điện tử công suất lý thuyết -thiết kế -ứng dụng, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [3] Bùi Quốc Khánh, Phạm Quốc Hải, Nguyễn Văn Liễn, Dương Văn Nghi (1999), Điều chỉnh tự động truyền động điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật [4].Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Mạnh Tiến, Đoàn Quang Vinh, Điều khiển động xoay chiều cấp từ biến tần bán dẫn, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Hà Nội [5].GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn(2002), Mô hệ thống điện tử công suất truyền động điện, Nhà xuất xây dựng [6] GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn, TS Nguyễn Tiến Ban (2007), Điều khiển tự động hệ thống TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN, Nhà xuất khoa học kỹ thuật 67 MỤC LỤC 68 [...]... cần được điều khiển theo tốc độ động cơ (1.44) trong điều kiện các tham số động cơ là hằng số, tần số góc có thể xác định nhờ một chương trình lập sẵn- “mô hình tổn hao” theo thuật toán (1.44) Sơ đồ hệ thống điều khiển với bộ điều khiển tổn hao nhỏ nhất có dạng như hình 1.20 Hình 1.20: Sơ đồ khối hệ thống điều khiển với mô hình tổn hao Bộ điều khiển đo liên tục tốc độ của động cơ và tính ra tần số f... khuyếch đại của bộ điều khiển 31 tối ưu hiệu suất có thể xác định bằng tính toán hoặc mô phỏng và có thể chỉnh định bù nhiệt độ Bộ điều chỉnh tốc độ đưa tín hiệu điều chỉnh bộ chỉnh lưu để điều chỉnh điện áp, từ đó điều chỉnh momen động cơ nhằm duy trì tốc độ độc lập với điều chỉnh tần số 32 Chương 2 BIẾN TẦN MICROMASTER CỦA HÃNG SIEMENS 2.1 GIỚI THIỆU VỀ HÃNG SIEMENS VỚI CÁC SẢN PHẨM CÔNG NGHIỆP Siemens. .. đối xứng qua trục tung; do đó hệ thống truyền động điện có khả năng làm việc được ở bốn góc phần tư Một dạng khác của sơ đồ điều khiển từ thông khe hở thông qua điều khiển tần số- tần số trượt được trình bày trên hình 1.14 sau đây 21 Hình 1.14: Hệ thống truyền động điều khiển độ trượt sử dụng biến tần gián tiếp nguồn dòng Sơ đồ gồm hai mạch vòng điều khiển kinh điển (truyền thống): Mạch vòng điều chỉnh... đồ khối hệ thống truyền động biến tần - động cơ không đồng bộ với điều khiển điện áp - tần số hằng số được trình bày trên hình 1.8a Mạch lực gồm một bộ chỉnh lưu điều khiển (CL) một pha hoặc ba pha, bộ lọc và bộ nghịch lưu ( NL ) dạng sóng xung vuông Tín hiệu tần số đặt ω sđ khi bỏ qua tần số trượt sẽ là tín hiệu đặt tốc độ Tín hiệu điều khiển điện áp U sđ được tính từ tín hiệu tần số nhờ khâu tỉ lệ... điều khiển độ trượt: Điều khiển trực tiếp và điều khiển gián tiếp Ở phương pháp điều khiển gián tiếp, độ trượt được điều khiển thông qua điều khiển dòng điện stato và từ thông khe hở Phương pháp này yêu cầu phải có cảm biến từ thông là loại cảm biến khó chế tạo và giá thành đắt; vì vậy khả năng ứng dụng trong thực tế bị hạn chế Phương pháp điều khiển trực tiếp tỏ ra ưu việt hơn phương pháp điều khiển. .. hàm của tốc độ trượt ω sl và không phụ thuộc vào tần số nguồn cung cấp 1.4.2.2 Điều khiển từ thông khe hở bằng điều khiển điện áp - tần số Với phương pháp điều khiển điện áp- tần số động cơ có thể làm việc được ở 2 vùng tốc độ, vùng tốc độ dưới cơ bản và vùng tốc độ trên cơ bản a Vùng tốc độ dưới cơ bản Khi làm việc với từ thông khe hở không đổi, động cơ sẽ sinh ra momen định mức ứng với dòng điện động. .. kh«ng ®æi 1.0 Vïng momen kh«ng ®æi 0 1.0 M/M®m Hình 1.9: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 15 M u1 M=1/ ω s i1 f st 0 1.0 ωs ω rdm 2.0 Hình 1.10: Các đặc tính điều chỉnh của động cơ không đồng bộ b Vùng tốc độ trên cơ bản Tăng tần số nguồn điện stato lớn hơn định mức, tốc độ động cơ sẽ tăng lớn hơn định mức, trong khi điện áp động cơ sẽ được duy trì ở giá trị định mức Do đó tỉ số Us/fs sẽ giảm dẫn... khởi động biến tần Nút tần này mặc định không sử dụng được, nó Dừng động cơ chỉ sử dụng được khi cài đặt P700= 1 OFF1: Nhấn nút này dừng động cơ theo thời gian giảm tốc Nút này mặc định không sử dụng được, nó chỉ sử dụng được khi cài đặt P700=1 OFF2 : Nhấn nút này 2 lần để dừng động cơ tự do Hàm này luôn sử dụng được khi P700=1 Thay đổi chiều Nhấn nút này để thay đổi chiều quay của quay động cơ Khi động. .. năng lượng về bộ biến đổi công suất Với bộ biến tần gián tiếp nguồn dòng, động năng tích luỹ trong hệ thống được hãm tái sinh trả về lưới điện Ở các bộ biến tần có bộ chỉnh lưu không điều khiển, năng lượng dư thừa sẽ tiêu tán trên điện trở hãm nối trong mạch một chiều Trị số độ trượt lớn nhất được hạn chế sao cho động cơ làm việc với độ trượt nhỏ hơn trị số tới hạn ở trạng thái động cơ và 27 máy phát... thể điều khiển momen động cơ không đồng bộ Ví dụ, khi IsΦ là hằng số, momen động cơ sẽ thay đổi sẽ thay đổi tuyến tính theo I sm như minh họa bằng sơ đồ cấu trúc hình 1.15 Hình 1.15: Sơ đồ cấu trúc tính momen động cơ Trong hệ thống truyền động điện, các thành phần dòng điện i sΦ, ism được điều bám theo các tín hiệu đặt IsΦd và Ismd nhờ các bộ điều chỉnh dòng điện tương ứng Các đại lượng đầu vào của