Nopbao Cao

BIẾN TẦN

Nội dung đề tài • • • • • •

Sơ lược động cơ không đồng bộ Khái niệm cơ bản biến tần Nguyên lý hoạt động biến tần Các phương pháp điều chỉnh tần số Khảo sát một số lọai biến tần trong thực tế ứng dụng

Sơ Lược Động Cơ KĐB

Đặc tính cơ của động cơ kĐB

Đặc tính cơ một số loại tải ω

ω

ω

Pc1 Pc2

Tải bơm, quạt gió

Mc

Tải động cơ xe điện

Mc

Tải máy cuộn(tôn, giấy…)

ω Tốc độ thấp

Tốc độ cao

Mc

Tải máy nâng (thang máy, bộ phận nâng hạ cẩu trục..)

Tải máy xúc

Mc

Mc

Chế độ làm việc của động cơ ω Chế độ hãm

II

I

P = Mω Động cơ

Động cơ

P = Mω

M ω Tải

M ω Tải

Động cơ

Động cơ

P = Mω

Chế độ động cơ

Chế độ động cơ

M ω Tải

M

M ω Tải

P = Mω

III

IV

Chế độ hãm

Các phần tư làm việc của hệ thống truyền động điện

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN • Biến tần là một thiết bị biến đổi năng lượng xoay chiều có tần số f1 sang nguồn điện xoay chiều có tần số khác f2 • Một đặc điểm chung của các nhà máy, xí nghiệp là sử dụng rất nhiều động cơ bơm, quạt và các động cơ truyền động có tải cần sự thay đổi tốc độ. • Đối tượng điều khiển biến tần chủ yếu là các động cơ không đồng bộ(1 pha hoặc 3 pha) • Công thức tính tốc độ quay motor: n=60f/p • Với quan hệ này, tốc độ quay của động cơ chỉ cũng phụ thuộc vào tần số của lưới điện. • Phân lọai:được phân lọai theo số pha, dãy công suất dãy điện áp, pháp điều khiển, cấu trúc mạch điện… -Theo số pha có các bộ biến tần : 1 pha, 3 pha -Theo cấu trúc mạch điện: biến tần trực tiếp, biến tần gián tiếp

Nguyên lý họat động

Nguyên lý họat động • Điện áp xoay chiều tần số cố định 50Hz được chỉnh lưu thành dòng điện một chiều nhờ bộ chỉnh lưu(CL) (có thể là không điều khiển hoặc bộ chỉnh lưu có điều khiển), sau đó qua bộ lọc và bộ nghịch lưu(NL) sẽ biến đổi thành nguồn điệp áp xoay chiều có tần số thay đổi cung cấp cho động cơ. Công đọan này được thực hiện thông qua hệ IGBT(transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp khác nhau từng theo ứng dụng • Hệ thống điện áp xoay chiều ba pha có thể thay đổi gía trị biên độ và tần số vô cấp tùy theo bộ điều khiển . Theo lý thuyết giữa tần số và điện áp có một quy luật nhất định tùy theo chế độ điều khiển , đối với tải có moment không đổi, tỉ số điện áp _tần số là không đổi.

BỘ CHỈNH LƯU Boä chænh löu coù nhieäm vuï bieán ñoåi doøng ñieän xoay chieàu thaønh doøng ñieän moät chieàu

BOÄ CHÆNH LÖU MAÏCH TIA BA PHA ÑIEÀU KHIEÅN

BOÄ NGHÒCH LÖU Boä nghòch löu coù nhieäm vuï chuyeån ñoåi naêng löôïng töø nguoàn ñieän moät chieàu khoâng ñoåi sang daïng naêng löôïng ñieän xoay chieàu ñeå cung caáp cho taûi xoay chieàu.

BOÄ NGHÒCH LÖU AÙP BA PHA

TÓM TẮT CÁC LINH KIỆN BÁN DẪN CÔNG SUẤT THÔNG DỤNG • Caùc linh kieän baùn daãn coâng suaát trong laõnh vöïc ñieän töû coâng suaát coù hai chöùc naêng cô baûn: ñoùng vaø ngaét doøng ñieän ñi qua nó • . Linh kieän khoâng ñieàu khieån nhö diode, diac • . Caùc linh kieän ñieàu khieån kích ñoùng ñöôïc nhö thyristor, triac • Caùc linh kieän điều khieån kích ngaét ñöôïc nhö transistor(BJT,MOSFET,IGBT), GTO.

Khả năng tải & đóng cắt của các linh kiện ĐTCS hiện nay

CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN TẦN SỐ. • Có nhiều phương pháp để điều khiển bộ nghịch lưu tạo ra điện áp có biên độ và tần số mong muốn cung cấp cho động cơ là: • Phương pháp E/f • Phương pháp V/f • Phương pháp điều rộng xung (SinPWM). • Phương pháp điều chế vectơ không gian ( Space Vectơ) • điều khiển moment,…..

Phương pháp E/f • • • • • •

Tốc độ của động cơ không đồng bộ tỉ lệ trực tiếp tần số nguồn cung cấp. Thay đổi tần số của nguồn cung cấp cho động cơ thì ta cũng có thể thay đổi được tốc độ đồng bộ, và tương ứng là tốc độ của động cơ. Tuy nhiên, nếu chỉ thay đổi tần số mà vẫn giữ nguyên biên độ nguồn áp cấp cho động cơ sẽ làm cho mạch từ của động cơ bị bão hòa Điều này dẫn đến dòng từ hóa tăng, méo dạng điện áp, và dòng điện cung cấp cho động cơ gây ra tổn hao lõi từ, và tổn hao dòng trong dây quấn Stator Vì vậy, khi giảm tần số nguồn cung cấp cho động cơ mà nhỏ hơn tần số định mức đòi hỏi phải giảm điện áp V cung cấp cho động cơ, sao cho từ thông trong khe hở không khí được giữ không đổi. Khi động cơ làm việc với tần số cung cấp lớn hơn tần số định mức, phải giữ điện áp cung cấp không đổi và bằng định mức.

Phương pháp V/f •

Tuy nhiên trong thực tế, việc giữ từ thông không đổi đòi hỏi mạch điều khiển rất phức tạp. Nếu bỏ qua sụt áp trên điện trở, và điện kháng tản mạch stator, ta có thể xem như U ≈ E. Khi đó, nguyên tắc điều khiển E/f=const được thay bằng phương pháp V/f=const.. • Trong phương pháp V/f=const, như đã trình bày ở trên, thì tỉ số V/f được giữ không đổi, và bằng giá trị tỉ số này ở định mức khi moment tải tăng dòng động cơ tăng làm gia tăng sự sụt áp trên điện trở stator dẫn đến E giảm (từ thông động cơ giảm)

PHÖÔNG PHAÙP ÑIEÀU CHEÁ ÑOÄ ROÄNG XUNG SIN (SIN PWM)

• • • • • • • • •

• •

Veà nguyeân lyù, phöông phaùp thöïc hieän döïa vaøo kyõ thuaät analog. Giaûn ñoà kích ñoùng coâng taéc boä nghòch löu döïa treân cô sôûso saùnh hai tín hieäu cô baûn: - soùng mang up(carrier signal) taàn soá cao - soùng ñieàu khieån ur-( reference signal) (hoaëc soùng ñieàu cheá- modulating signal) daïng sin coâng taéc leû ñöôïc kích ñoùng khi soùng ñieàu khieån lôùn hôn soùng mang (ur>up). Soùng ñieàu khieån ur mang thoâng tin veà ñoä lôùn trò hieäu duïng vaø taàn soá soùng haøi cô baûn cuûa ñieän aùp ôû ngoõ ra . Trong tröôøng hôïp boä nghòch löu aùp ba pha, ba soùng ñieàu khieån cuûa ba pha phaûi ñöôïc taïo leäch nhau veà pha 1/3 chu kyø cuûa noù Goïi mf laø tæ soá ñieàu cheá taàn soá (Frequency modulation ratio) : mf = f carrier /f reference Vieäc taêng giaù trò mf seõ daãn ñeán vieäc taêng giaù trò taàn soá caùc soùng haøi xuaát hieän. goïi ma laø tæ soá ñieàu cheá bieân ñoä (Amplitude modulation ratio) ma = Um-reference / Um-carrier Neáu ma ≤ 1 (bieân ñoä soùng sin nhoû hôn bieân ñoä soùng mang) thì quan heä giöõa bieân ñoä thaønh phaàn cô baûn cuûa aùp ra vaø aùp ñieàu khieån laø tuyeán tính.

Phương pháp vectơ không gian: • • •

Khái niệm vector không gian và phép biến hình vector không gian: cho đại lượng ba pha Ua,Ub,Uc cân bằng tức thỏa mãn hệ thức: Ua(t)+Ub(t)+Uc(t)=0. (2.1) Bất kì hàm số nào thoả mãn phương trình trên, đều có thể chuyển sang hệ toạ độ 2 chiều vuông góc. Ta có thể biểu diễn phương trình trên dưới dạng 3 vectơ gồm [Ua,0,0] trùng với trục OX, vectơ[0,Ub,0] lệch một góc 1200 so với trục OX , và vectơ[0,0,Uc] lệch 2400 so với trục OX như hình sau:

biểu đồ đóng cắt các khoá và dạng sóng của điện áp các pha như sau

MỘT SỐ LỌAI BIẾN TẦN TRONG THỰC TẾ • Biến tần Hitachi • Biến tần Omron • Biến tần yakawa,….

BIẾN TẦN HITACHI

BIẾN TẦN HITACHI •

Dòng L100, L200, L300P: Các bộ biến tần này sử dụng chế độ điều khiển V/f nên phù hợp với các ứng dụng cho bơm và quạt hoặc các loại tải khác có yêu cầu mômen khởi động không lớn và ít khi làm việc ở vùng tốc độ thấp như băng tải, thang cuốn, máy đóng gói, các máy nhựa (dãy dòng sản phẩm này là lựa chọn tối ưu cho giải pháp tiết kiệm năng lượng và chi phí đầu tư).

•

Dòng SJ100, SJ200, SJ300: Các bộ biến tần này sử dụng chế độ điều khiển “Sensorless Vector” hoặc “Vector Control With Encder Feedback” với đầy đủ các tính năng cao cấp cho những ứng dụng có yêu cầu mômen khởi động lớn và điều kiện làm việc đóng cắt liên tục, hay phải thường xuyên làm việc ở vùng tốc độ thấp như máy công cụ, cầu trục, cần trục nâng hạ trong công nghiệp, thang máy,…

Đặt tính kỹ thuật

Power Circuit Terminals

BIẾN TẦN OMRON 3G3JX Loại nhỏ (0,1-7,5kW) Model thông dụng: Loại 0,4kW: 3G3JX-A(2,4)004 Loại 1,5kW: 3G3JX-A(2,4)015 Loại 3,7kW 3G3JX-A(2,4)037 trong đó : 2 = 3 pha 200VAC 4 = 3 pha 400VAC

• Công suất: 0,1 kw - 7,5kW, điều khiển dạng V/f • Tiết kiệm năng lượng và tăng tuổi thọ động cơ • Lắp đặt, sử dụng dễ dàng, bảo trì thuận tiện • Thuật điều khiển PID • Chức năng dừng khẩn cấp • Có sẵn lọc nhiễu tín hiệu vô tuyến • Tự khởi động sau mất điện nhất thời • Có chức năng truyền thông • 1 đầu ra số và 1 đầu ra analog thông báo tình trạng biến tần. • Có chiết áp chỉnh tốc độ tích hợp trên biến tần • Có cổng truyền thông RS-422/485 sử dụng giao thức MODBUS-RTU

BIẾN TẦN OMRON 3G3RX Loại lớn (0,4-400kW) Model thông dụng: Loại 11kW: 3G3RX-A(2,4)110 Loại 15kW: 3G3RX-A(2,4)150 trong đó: 2 = 3 pha 200VAC 4 = 3 pha 400VAC

• Công suất: 0,4kW - 400kW; điều khiển dùng vector control • Tuổi thọ cao hơn hẳn với linh kiện cao cấp (tụ, quạt, v.v…) • Tiết kiệm năng lượng và tăng tuổi thọ động cơ • Đáp ứng mọi yêu cầu ứng dụng phức tạp. • Lắp đặt, sử dụng dễ dàng, bảo trì thuận tiện, khối đấu nối dây tín hiệu có thể tháo rời. • Thuật điều khiển PID • Chức năng dừng khẩn cấp • Có sẵn lọc nhiễu tín hiệu vô tuyến • Tự khởi động sau mất điện nhất thời • Cổng truyền thông RS-422/485 sử dụng giao thức MODBUS-RTU

Biến tần Yakawa • • • • •

G7 V7 J7 F7 V1000,….

Biến tần G7

Circuit Terminals

Đầu Nối Mạch điều khiển

Loại

Đầu nối

Chức năng tín hiệu

Mức tín hiệu

Chuỗi xung vào

S1

Chạy thuận(chạy/dừng)

Điện áp vào +24 VDC 8mA(photo-coupler)

S2

Chạy ngược(chạy/dừng)

S(3->12)

Ngỏ vào đa chức năng S(3->12)

SC

Chân điều khiển chung

+V

+15V ngỏ ra

+15V(max 20mA)

-V

-15V ngỏ ra

-15V(max 20mA)

A1

Tần số chuẩn(Master)

-10V->+10V,0->10V(trở kháng vào 20KΩ)

A2

Ngỏ vào tương tự đa chức năng

0 đến 10V(trở kháng vào 20KΩ)

A3

Tần số chuẩn(Master)

4 đến 20mA(trở kháng vào 250Ω)

AC

Analog common

E(G)

Kế nối dây mass

P1

Ngỏ ra 1 đa chức năng(PHC)

P2

Ngỏ ra 2 đa chức năng(PHC)

PC

Ngỏ ra chung Photo-coupler

P3

Ngỏ ra 3 đa chức năng(PHC)

Ngỏ vào tương tự

Ngỏ ra photo-coupler

+48 VDC 50mA hoặc nhỏ hơn

C3 P4

Ngỏ ra 4 đa chức năng(PHC)

C4 Ngỏ ra Relay

MA

Contact NO

MA

Contact NC

MC

Ngỏ ra chung contact Relay

M1

Ngỏ ra đa chức năng Contact NO

250VAC 1A hoặc nhỏ hơn 30VDC 1A hoặc nhỏ hơn

M2 Ngỏ ra Analog Monitor

Xung I/O

FM

Analog Monitor1

0 đến ±10VDC ±5% 2mA hoặc nhỏ hơn

AM

Analog Monitor2

AC

Analog common

RP

Ngỏ vào xung đa chức năng

0 đến 32 KHz(3KΩ)

MP

Ngỏ ra xung đa chức năng

0 đến 32 KHz(2.2KΩ

Kết nối điện trở hãm

Điều khiển hồi tiếp

Danh sách thông số cài đặt • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

Phương pháp thiết lập ban đầu Thiết lập hằng số Chọn chế độ họat động Tìm tốc độ Điều khiển PID Chức năng giảm dần đều Mất điều khiển Tiết kiệm năng lượng Thời gian tăng giảm tốc Bù trượt motor Bù momen Điều chỉnh tốc độ ASR Tần số sóng mang Tần số tham chiếu Tần số giới hạn Nhảy tần số Điều chỉnh momen Đặc tuyến điều khiển V/f Cài đặt thông số motor

Danh sách thông sô cài đặt(tt) • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • • •

Chọn cài đặt PG Tham chiếu tương tự từ Card Tham chiếu số từ Card Lựa chọn Card truyền thông Các cực đầu vào đa chức năng Các cực đầu ra đa chức năng Truyền thông MEMOSBUS Quá tải motor Mất điện tạm thời Ngăn ngừa động cơ dừng Phát hiện tần số Khởi động lải do lỗi Phát hiện momen Giới hạn momen Bảo vệ phần cứng Chức năng bảo vệ hồi tiếp tốc độ Độ trượt Tốc độ Chuyển động thuận Chọn giám sát Chức năng sao chép Motor autotuning

Danh sách thông số

Chức năng bảo vệ động cơ • • • • • • • • • •

Bảo vệ quá tải Bảo vệ quá dòng Bảo vệ quá áp Bảo vệ quá nhiệt Bảo vệ mất pha Bảo vệ thấp áp Lỗi nối đất Lỗi Eeprom Điện trở phanh Tốc độ,….

Hiển thị

Lỗi

Giải thích

OC Over Current

Quá dòng

Dòng ra vượt quá mức tải cho phép(200%)

GF Ground Fault

Lỗi nối đất

Dòng điện tiếp đất ở đầu ra biến tần vượt khỏang 50% tỉ lệ dòng ra cho phép

PUF Main IBGT Fuse Blown Cháy cầu chì

Cầu chì ở mạch điện chính bị cháy

OVDC Bus Fuse Open

Vượt điện áp ở mạch chính

Hiệu điện thế DC ở mạch chính vượt mức cho phép Tầng 200V:~410V Tầng 400V:~820V

UV1 DC Bus Undervolt

Mạch điện chính sụt áp

Điện thế DC mạch chính tụt dưới mức cho phép (L2-05) Tầng 200V:~190V Tầng 400V:~380V

UV2 CTL PS Undervolt

Lỗi kiểm sóat nguồn điện

Hiệu chỉnh điện thế nguồn sụt

PF Input pha loss

Lỗi điện thế mạch chính

Điện thế DC mạch chính dao động bất thường

OH(ÓH1) Heatsnk Overtemp Quá nhiệt

Nhiệt độ bộ làm mát biến tần vượt quá giá trị cài đặt L8-02 hoặc 105oC

OH3 Motor Overheat1

Động cơ quá nhiệt

Biến tần sẽ dừng hoặc tiếp tục họat động tùy theo thông số cài đặt L1-03

RH DynBrk Resistor

Bộ phanh hãm quá nhiệt

Chức năng bảo vệ phanh hãm cài đặt trong L8-01 đã họat động

OL1 Motor Overloaded

Động cơ quá tải

Chức năng bảo vệ động cơ quá tải đã họat động căn cứ trên giá trị nhiệt lượng của các phần điển tử bên trong

OL3 Overtorque Det1

Lỗi vượt mức momen xoắn

Dòng điện lớn hơn giá trị cài đặt ở mục L6-02 và lâu hơn giá trị cài đặt L6-03

OL7 HSB-Ol

Tuột phanh OL

Tần số đầu ra không thay đổi với thời gian dài hơn cài đặt tại N3-04

UL3 Undertorq Det1

Dưới mức momen xoắn

Dòng điện dưới mức cài đặt tại L6-02 lâu hơn cài đặt tại L6-03

OS Overspeed Det

Quá tốc độ

Tốc độ lớn hơn giá trị cài đặt F1-08 và dài hơn giá trị cài đặt tại F1-09

CPF03 EEPROM Error

Lỗi EEPROM

CPF05 External A/D Err

Lỗi bộ A/D của bộ xử lý CPU bên trong

ứng Dụng Biến Tần • • • • •

Băng tải Bơm, quạt Máy nghiền máy trộn Nâng hạ cần trục Cửa, thang máy,….