Bài tập giữa kỳ trang bị điện máy công nghiệp

Chi tiết về biến tần Sinamic G120 Biến tần SINAMIC G120 là dòng sản phẩm biến tần được thiết kế để điều khiển tốc độ / mô men của động cơ xoay chiều 3 pha chính xác và hiệu quả.. Khái ni

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN

Bài tập giữa kỳ Trang bị điện máy công nghiệp

Sinh viên thực hiện Đinh Văn Thuấn 20101776

Chữ ký GVHD

Lời cảm ơn

Đầu tiên, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã đưa bộ môn “Trang bị điện máy công nghiệp” vào chương trình giảng dạy Đặc biệt, em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Ts.Nguyễn Mạnh Linh là người đã tận tình dạy dỗ và truyền đạt những kiến thức quý báu cho em trong suốt học kỳ vừa qua Trong thời gian tham dự lớp học của thầy, em đã được tiếp cận với nhiều kiến thức bổ ích và rất cần thiết cho quá trình học tập, làm việc sau này của em Bộ môn Trang bị điện máy công nghiệp

là một môn học thú vị và vô cùng bổ ích Tuy nhiên, những kiến thức và kỹ năng về môn học này của em vẫn còn nhiều hạn chế Do đó, bài báo cáo của em khó tránh khỏi những sai sót Kính mong thầy xem xét và góp ý giúp bài tập của em được hoàn thiện hơn Em xin chân thành cảm ơn!

Tóm tắt nội dung bài tập dài

Được sự phân công và hướng dẫn của thầy Nguyễn Mạnh Linh trong môn học

“Trang bị điện máy công nghiệp”,và các kiến thức em tự tổng hợp được,em đã hoàn thành được yêu cầu của bài tập.Bên cạnh đó em cũng thu được những kiến thức rất lí thú,học tập được nhiều điều thực tế trong thực tiễn môn học

Bài tập của em xin được chia làm ba phần

CHƯƠNG 1 : “Biến tần”

CHƯƠNG 2 : “Khởi động mềm”

CHƯƠNG 3 : “Các giải pháp điều kiển chuyên dụng cho băng tải”

Mục lục

Lời cảm ơn 2

Tóm tắt nội dung bài tập dài 3

Danh mục hình ảnh 5

Danh mục bảng 6

BIẾN TẦN 7

1 Đôi nét về biến tần 7

2.Biến tần Biến tần Sinamic G120 8

3 Cách cài đặt và điều kiển 11

CHƯƠNG 2 15

KHỞI ĐỘNG MỀM 15

1 Khái niệm về khởi động mềm 15

2 Ưu điểm của khởi động mềm 15

3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của khởi động mềm 16

4 Các hãng khởi động mềm 17

5 Khởi động mềm ABB PSTX 30-600-70 22

CHƯƠNG 3 25

CÁC GIẢI PHÁP ĐIỀU KIỂN CHUYÊN DỤNG CHO BĂNG TẢI 25

1 Đôi nét về hệ thống băng tải 25

2 Các loại hệ thống băng tải 27

3 Các giải pháp điều kiển chuyên dụng trong hệ thống băng tải 32

Tài liệu tham khảo 34

Danh mục hình ảnh

Hình 3 : Phần mềm STARTER và giao diện khi khởi động 12

Hình 10 : Khởi động mềm của hãng CHINT 19

Hình 14 : Sơ đồ lắp đặt khởi động mềm của ABB PSTX30-600-70 24

Hình 16 : Một trong những hệ thống băng tải đầu tiên, dặt tại Milan 26

Hình 20 : Cảm biến tiện cận dùng trong hệ thông băng tải 32

Danh mục bảng

Bảng 2 : Thông số kỹ thuật chi tiết của ABB PSTX30-600-70 22

CHƯƠNG 1

BIẾN TẦN

1 Đôi nét về biến tần

Khái niệm : Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện một chiều hoặc xoay chiều thành

dòng điện xoay chiều có tần số và điện áp có thể điều chỉnh

Nguyên lý hoạt động của biến tần

▪ Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96 Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ tiến

bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực 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

▪ Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số

vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển Đối với tải có mô men không đổi, tỉ số điện áp – tần số

là không đổi Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại là hàm bậc 4 Điện áp là hàm bậc 4 của tần số Điều này tạo ra đặc tính mô men là hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mô men cũng lại là hàm bậc hai của điện áp

▪ Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống

▪ Ngoài ra, biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau Ngày nay biến tần có tích hợp cả bộ PID và thích

hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA

Phân loại biến tần : Biến tần có nhiều loại, nếu chia theo nguồn điện đầu vào ta có

2 loại cơ bản là: Biến tần cho động cơ 1 pha và biến tần cho động cơ 3 pha Trong đó, biến tần cho động cơ 3 pha được sử dụng rộng rãi hơn

2.Biến tần Biến tần Sinamic G120

Hiện nay trên thị trường có rất nhiều loại biến tần nhưng trong bài báo cáo này em chọn biến tần Sinamic G120 của hãng siemens sở dĩ vì các sản phẩm của hãng siemens rất phổ biến,hơn nữa các phần phềm lập trình cũng rất là phổ biến và thông dụng

Hình 1: Biến tần Siemens SINAMICS G120

Chi tiết về biến tần Sinamic G120

Biến tần SINAMIC G120 là dòng sản phẩm biến tần được thiết kế để điều khiển (tốc độ / mô men) của động cơ xoay chiều 3 pha chính xác và hiệu quả Biến tần Siemens G120 có giải công suất từ 0,37 đến 250 kW với điện áp lưới 400V và 690V, phù hợp cho hầu hết các ứng dụng về truyền động dùng biến tần trong cấp vỏ IP20

Biến tần G120 có giải công xuất như sau

• 0.55 – 7,5 KW 1/3 AC 200 tới 240 V ± 10%

• 0.37 – 250 KW 3 AC 380 tới 480 V ± 10%

Thông tin chi tiết

Bảng 1-1 : Chi tiết biến tần Siemens G120

Phương pháp điều khiển V/f control

Vector control without encoder Vector control with encoder Torque control

Loại động cơ Động cơ đồng bộ ba pha

Động cơ không đồng bộ

Khả năng quá tải High Overload

200% for 3 seconds: 150% for 57 seconds Low overload

150% for 3 seconds: 110% for 57 seconds

PROFIBUS DP EtherNet/IP USS/Modbus RTU BACnet MS/TP CANopen

Chức năng điều khiển Flying restart

Trượt động cơ, kẹt động cơ, quá nhiệt động cơ.

Quá nhiệt biến tần.

3 Cách cài đặt và điều kiển

Đề có thể cài đặt và điều kiển biến tần thì ta sẽ kết nối biến tần với máy tính và sau đó điều kiển thông qua phần mềm “STARTER”

Trước tiên ta sẽ kết nối biến tần với máy tính nhờ cáp kết nối USB mini

Hình 2 : Sơ đồ kết nối biến tần với máy tính

Sau khi đã kết nối phần cứng thì tiếp theo ta sẽ kết nối phần mềm

Để có thể kết nối phần mềm thì ta sẽ xử dụng phần mềm STARTER của hãng siemens như đã đề cập tới ở trên

Hình 3 : Phần mềm STARTER và giao diện khi khởi động

Sau khi đã khởi đọng phần mềm thì ta sẽ tiến hành kết nối thông qua các bước sau:

Bước 1 : Tạo một project

Chọn project → chọn New thì ta sẽ thu được một cửa sổ chứa thông tin project Tai đay ta

sẽ đătj tên cho project vừa tạo(Lưu í trong tên file project không được đặt ký tự “.” thì phần mềm sẽ không nhận)

Hình 4 : Project vừa tạo và tên

Bước 2 : Chọn giao thức kết nối

Đầu tiên ta vào Project → chọn Set PG/PC interface tại cửa sổ Set PG/PC interface ta chọn USB S7USB.1

Bước 3 : Kết nối biến tần với máy tính

Trên thanh công cụ ta chọn “connect to selected target devices”

Hình 5 : Giao diện kết nối

Hình 6 : Biến tần máy tính tìm được

connect to selected target devices

Sau khi máy tính tìm được biến tần thì sẽ hiển thị một cửa số mới.Tại cửa sổ này ta chọn biến tần muốn kết nối và chọn “access point”

Sau khi kết nối thành công thì biến tần sẽ được hiển thị như sau

Hình 7 : Biến tần được kết nối

Để xem thông tin của biến tần ta chọn “Control unit”

Hình 8 : Toàn bộ thông tin của biến tần

Biến tần được kết nối

CHƯƠNG 2 KHỞI ĐỘNG MỀM

1 Khái niệm về khởi động mềm

Khởi động mềm (soft start) là thiết bị khá phổ biến và quan trọng trong công nghiệp hiện nay, là bộ khởi động sử dụng bộ biến đổi điện áp xoay chiều bằng cách điều khiển góc kích SCR nhằm điều khiển điện áp stato Tần số nguồn điện cung cấp không thay đổi, thay vào đó bộ khởi động mềm làm tăng dần điện áp đầu vào của động cơ từ mức lúc vừa khởi động cho đến mức điện áp định mức Chính vì vậy, người sử dụng có thể điều chỉnh được chính xác lực khởi động

Đặc điểm của khởi động mềm :

Thứ nhất, dừng tự do theo quán tính, nếu nguồn điện cấp vào bị ngắt trực tiếp, các động cơ sẽ chạy theo quá tính trước khi dừng hẳn trong một khoảng thời gian xác định Tuy nhiên, đối với một số thiết bị động cơ nhỏ thì thời gian quán tính có thể rất ngắn, nên xảy ra các trường hợp dừng tải điện đột ngột phá hủy về cơ, do đó, nên phòng tránh các trường hợp đó

Thứ hai, dừng mềm, có nghĩa là nhờ chức năng dừng mềm mà điện áp động cơ được giảm từ từ trong khoảng từ 1 - 20 giây, còn tuỳ thuộc vào yêu cầu sử dụng

Cuối cùng, đó là tiết kiệm năng lượng khi non tải, nếu động cơ điện vận hành không tải hay non tải, trong trường hợp này khởi động mềm giúp tiết kiệm điện năng nhờ giảm điện áp động cơ, việc giảm điện áp do đó làm giảm dòng điện

2 Ưu điểm của khởi động mềm

Trước hết, khởi động mềm là thiết bị hỗ trợ quá trình khởi động và bảo vệ động cơ khi có sự cố Phương pháp khởi động truyền thống có dòng và momen khởi động rất lớn, gây ra quá tải cơ khí trên động cơ và sụt áp trên lưới điện Từ đó dẫn đến các tình trạng hỏng hóc, giảm tuổi thọ của động cơ điện và các loại thiết bị điện khác

Mặc khác, khởi động mềm còn hỗ trợ việc khởi động mềm và dừng mềm của động

cơ Để thực hiện điều này, khởi động mềm điều khiển đóng cắt các thyristor để tăng từ từ điện áp khởi động, dòng khởi động và momen khởi động Chức năng dừng mềm đặc biệt thích hợp cho các tải bơm nước, khi mà việc dừng đột ngột bơm sẽ sinh ra hiện tượng búa nước gây hư hỏng bơm và đường ống Chức năng này cũng rất phù hợp cho việc dừng hoạt động của các băng tải, đặc biệt là các hàng hóa dễ vỡ và dễ bị xô đổ

Bên cạnh đó, khởi động mềm tích hợp các chức năng giám sát, bảo vệ động cơ khi vận hành bao gồm bảo vệ lỗi pha đầu vào và đầu ra, bảo vệ ngắn mạch cho tải, bảo vệ quá tải, quá dòng, và bảo vệ quá áp, thấp áp

Sử dụng động cơ có công suất lớn hơn hoặc bằng 7.5 kW thì nên sử dụng khởi động mềm để tăng tuổi thọ cho động cơ cũng như tránh hư hại cho các thiết bị điện khác

3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của khởi động mềm

a Cấu tạo

Về phần cấu tạo, khởi động mềm bao gồm các bộ phận được thiết lập như sau:

Đầu tiên, đó là bộ phận điều khiển, tùy theo từng loại sẽ khác nhau đôi chút, nhưng bao gồm các nhóm chính như màn hình và bàn phím hoặc điều khiển bằng vít hay được cài đặt bằng vặn biến trở Công dụng mang lại là điều khiển số hoặc cơ khí, các ngõ ra chức năng rờle báo trạng thái, điều khiển bảo vệ chống quá nhiệt, quá tải, các cổng kết nối truyền thông Modbus, Profibus, điều khiển thời gian khởi động bằng biến trở hoặc bằng màn hình

Thứ hai đó là Thyristor hay SCR (Silicon controler rectifier) dùng để điều khiển, đóng ngắt dòng điện

Thứ ba là bộ phận tản nhiệt và quạt làm mát

Thứ tư là bộ phận contactor Bypass, tùy vào từng loại khởi động mềm khác nhau mà

bộ phận này có sẵn hoặc không có sẵn

Và cuối cùng là lớp vỏ ngoài bảo vệ, cũng tùy loại theo các tiêu chuẩn bảo vệ do môi trường sử dụng

b Nguyên lý hoạt động

Hệ thống của bộ khởi động mềm bao gồm 3 cặp thyristor (đó là phần tử bán dẫn) được lắp dặt song song ngược cho 3 pha Vì momen của động cơ tỉ lệ với bình phương hiệu điện thế, cường độ dòng điện tỉ lệ với hiệu điện thế, do đó, momen gia tốc và cường

độ dòng điện được điều chỉnh thông qua trị số hiệu dụng của hiệu điện thế Quy luật này được điều chỉnh thông qua khởi động và dừng 3 cặp thyristor song song ngược Như vậy,

bộ khởi động mềm hoạt động dựa trên việc điều khiển hiệu điện thế lúc khởi động và khi dừng, có nghĩa là trị số hiệu dụng của hiệu điện thế sẽ thay đổi Nếu dừng động cơ thì mọi tín hiệu để kích mở thyristor sẽ bị cắt và lúc này cường độ dòng điện cũng sẽ dừng tại điểm qua không kế tiếp của điện áp nguồn

Khởi động mềm dùng để điều khiển động cơ điện nhằm hạn chế ảnh hưởng trong các trường hợp sụt giảm hiệu điện thế của hệ thống điện, làm giảm sự hao mòn, hư hỏng cho

hệ thống máy móc và cơ khí, giúp động cơ khởi động và dừng một cách êm ái, ở một số ứng dụng khởi động mềm có chức năng là chống quá tải đột ngột bảo vệ thiết bị, có thể điều khiển momen xoắn theo sát với tải của động cơ điện và tính năng giảm tuyến tính giúp giảm dòng một cách từ từ khi theo yêu cầu sử dụng

4 Các hãng khởi động mềm

a Khởi động mềm hãng LS

Trên thị trường hiện nay có rất nhiều tên tuổi của các thương hiệu thiết bị điện với nhiều kiểu mẫu mã và tính năng khác nhau, trong đó có thiết bị điện LS với mật độ phủ sóng dày đặc trong các công trình xây dựng LS là tập đoàn chuyển sản xuất và cung cấp các dòng sản phẩm thiết bị điện khac nhau nổi tiếng đền từ Hàn Quốc với thị trường vô cùng rộng lớn Không chỉ riêng khởi động mềm mà tất cả các sản phẩm thiết bị điện của tập đoàn LS đều được sản xuất trên dây chuyền công nghệ hiện đại của Hàn Quốc Chọn lọc những nguyên vật liệu cao cấp để sản xuất trên quy trình giám sát nghiêm ngặt về kỹ

thuật Chính vì vậy, người tiêu dùng không cần phải lo lắng về chất lượng của dòng sản phẩm khời động mềm đến từ thương hiệu LS

Tất cả sản phẩm LS khi đến tay của khách hàng đều là những sản phẩm chất lượng, với thiết kế hoàn chỉnh Chất lượng của sản phẩm được khẳng định qua thời gian sử dụng lâu dài theo năm tháng, rất ít khi xảy ra các sự cố hỏng hóc nên hạn chế việc phải thay mới gây tốn kém về chi phí Để đảm bảo mua được các dòng sản phẩm thiết bị điện LS với chất lượng tốt nhất như đề cập ở trên thì việc tìm đến những địa chỉ phân phối uy tín

là rất cần thiết Do đó, người tiêu dùng cần tìm hiểu các đại lý phân phồi của thương hiệu

LS trước khi mua hàng

Hình 9 : khởi động mềm hãng LS

b Khởi động mềm của hãng Chint

Được sản xuất bởi hãng thiết bị điện Chint, một trong những thương hiệu sản xuất thiết

bị điện hàng đầu ở Trung Quốc và nổi tiếng trên toàn thế giới Khởi động mềm Chint là dòng sản phẩm có chất lượng cao, được sử dụng rộng rãi nhất hiện nay tại Việt Nam, nó chiếm tới 70% các đơn hàng nằm trong phân khúc cận cao cấp

Được áp dụng công nghệ mới nhất, khởi động mềm Chint có nhiều tính năng ưu việt, khả năng làm việc ổn định cao và quan trọng hơn là an toàn tuyệt đối cho người sử dụng

Bộ khởi động mềm này được sử dụng nhiều cho các hệ thống điện công nghiệp, nhà máy, dây chuyền tự động hóa, các công trình xây dựng dân dụng và công nghiệp, các nhà máy

xử lý nước, xử lý chất thải Ngoài ra, các dòng sản phẩm thiết bị điện khác của Chint cũng được tin tưởng sử dụng cho các công trình lớn như tòa nhà cao tầng, các khu nghỉ dưỡng cao cấp, sân bay, cầu cảng… Độ bền cao và đặc biệt rất thích hợp với môi trường

Hình 10 : Khởi động mềm của hãng CHINT

nóng ẩm, mưa nhiều tại Việt Nam Thương hiệu Chint cũng là một cân nhắc tốt dành cho người sử dụng

c Khởi động mềm của hãng Siemens

Thương hiệu Siemens luôn đặt ra các tiêu chuẩn cho công nghệ tiên tiến và vẽ nên các thị trường tiềm ẩn Với cách làm thông minh đó, Siemens đã xây nên những ý tưởng

có tầm nhìn xa đến tương lai của các thiết bị gia dụng hiện đại Siemens đã xây dựng và phát triển một đội ngũ kỹ sư giỏi nhất ở đất nước Đức tiên tiến, họ đã cống hiến ngày đêm không ngừng cho sự phát triển hàng ngày của xã hội, họ đã mang đến cho chúng ta những thiết kế tinh tế nhất, những sáng kiến tiến tiến nhất của công nghệ giúp con người chạm nhanh đến một lối sống thượng lưu của đời sống thành thị

Các dòng thiết bị điện mang thương hiệu Siemens trong đó bao gồm dòng sản phẩm khởi động mềm Siemens (Soft Starter Siemens) đã và đang được sử dụng nhiều trong các nhà máy, dây chuyền sản xuất hiện đại Thương hiệu này khẳng định được uy tín, chất lượng, độ bền qua thời gian, dễ dàng lắp đặt và đưa vào hoạt động, độ tin cậy làm việc rất cao, rất an toàn cho người vận hành.Được chế tạo theo công nghệ mới nhất, khởi động mềm Siemens phù hợp với những tiêu chuẩn công nghiệp của những sản phẩm khác Khởi động mềm Siemens có rất nhiều chủng loại để khách hàng thoải mái lựa chọn và có nhiều ưu điểm hơn, đặc biệt thích hợp cho những lựa chọn nhằm ứng dụng trong ngành công nghiệp

Hình 11 : Khởi động mềm của hãng Siemens