Báo cáo đồ án ổn định áp suất máy nén khí môn kỹ thuật điều khiển động cơ

• Động cơ có công suất P=20HP, 50 Hz, tốc độ tối thiểu của máy nén là 20 Hz; • Chọn động cơ, thiết bị, biến tần; • Điều khiển khởi động máy nén khí sử dụng bình trung gian, khi động cơ dừng thì xả bình trung gian để khởi động dễ dàng; • Ổn định áp suất khí nén đầu ra là 10 Kg cm2; • Bảo vệ quá tải động cơ; • Bảo vệ quá áp suất bình chứa: dừng động cơ khi bình chứa có áp suất quá 14 Bar; • Tự động khởi động lại nếu áp suất bồn về dưới 8 Bar, hoặc điện phục hồi sau khi mất điện.

KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ

Đề tài: Ổn định áp suất máy nén khí

Mục lục:

I TÌM HIỂU VẤN ĐỀ 1

II GIẢI PHÁP 3

III CHỌN THIẾT BỊ 4

1 MÁY NÉN KHÍ 4

2 ĐỘNG CƠ KÈM THEO MÁY NÉN KHÍ 4

3 CHỌN BIẾN TẦN 5

4 CHỌN THIẾT BỊ BẢO VỆ BIẾN TẦN 6

4.1 Chọn điện trở hãm 6

4.2 AC Input & output Reactors 7

4.3 EMC filter 8

5 CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHO MẠCH ĐỘNG LỰC 8

6 CHỌN THIẾT BỊ CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN: 11

6.1 RELAY ÁP SUẤT 11

6.2 BỘ CHUYỂN ĐỔI AC/12VDC 12

6.3 VAN MỘT CHIỀU 13

6.4 CẢM BIẾN ÁP SUẤT 14

6.5 Chọn Valve điện từ cho bình trung gian: 15

6.6 Chọn CB cho mạch điều khiển 16

6.7 Chọn Relay trung gian: 17

6.8 Chọn cáp cho mạch điều khiển 18

6.9 Đèn báo: 18

6.10 Chọn nút nhấn 19

7 CHỌN TỦ ĐIỆN: 20

IV THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN 20

V CÀI ĐẶT BIẾN TẦN: 22

Phân công nhiệm vụ:

 Yêu cầu của đề tài:

 Động cơ có công suất P=20HP, 50 Hz, tốc độ tối thiểu của máy nén là 20 Hz;

 Chọn động cơ, thiết bị, biến tần;

 Điều khiển khởi động máy nén khí sử dụng bình trung gian, khi động cơ dừng thì

xả bình trung gian để khởi động dễ dàng;

 Ổn định áp suất khí nén đầu ra là 10 Kg/ cm2;

 Bảo vệ quá tải động cơ;

 Bảo vệ quá áp suất bình chứa: dừng động cơ khi bình chứa có áp suất quá 14 Bar;

 Tự động khởi động lại nếu áp suất bồn về dưới 8 Bar, hoặc điện phục hồi sau khimất điện

 Máy có mã lực nhỏ, áp lực thấp: chủ yếu sử dụng máy piston

 Máy 10HP trở xuống, đồng thời cần cách âm thì có thể lựa chọn kiểu máy hộp cách âm hoặc kiểu máy cuộn

 Máy 20HP trở lên: Chủ yếu chọn máy trục vít và máy giải nhiệt bằng nước

 Máy cao áp (12kg/cm2 trở lên): có thể chọn máy piston cao áp

Dựa theo yêu cầu ổn định áp suất ở 10 kg/cm2, công suất 20HP nên ta chọn loại máy nén trục vít một cấp Đường đặc tính cơ của máy sản xuất:

 Đặc tính cơ của máy sản xuất:

 Yêu cầu điều khiển tốc độ: không yêu cầu cao do đặc tính của tải không đòi hỏiđáp ứng tốc độ cao

 Moment biến thiên tỷ lệ với tốc độ quay

 Vấn đề đặt ra là khi áp suất trong bình chứa khí giảm thì phải phải tăng tốc độ động cơ để nén khí vào bình chứa nhiều hơn, còn khi áp suất bình chứa khí tăng sovới mức đặt thì phải giảm tốc độ động cơ để giảm lượng khí nén vào bình chứa khí

 Sử dụng bình khí trung gian, khi dừng động cơ xả hết khí trong bình khí trung gian

để động cơ khi khởi động không có áp suất

Van điện từ

Cảm biến áp suất

 Nếu lưu lượng cung cấp = lưu lượng tiêu thụ làm áp suất bên trong đường ống sẽ

giữ nguyên không thay đổi

Do đó, nếu áp suất trong đường ống là không đổi, lượng cung cấp khí chỉ cần đáp ứng đủ

lượng khí tiêu dùng Đây là mục đích của một hệ thống cung cấp khí với áp suất không đổi

II GIẢI PHÁP:

đặt

Biếntần

Máy nén khí

Bình trung gian

Relay

áp suất Bình

chứa khí

D

 Dùng máy nén khí hãng ABAC ( Ytaly), có động cơ kèm theo;

 Dùng biến tần của hãng Delta;

 Dùng van điện từ để xả bình khí trung gian khi dừng động cơ;

 Dùng cảm biến áp suất Sensy phản hồi áp suất để điều khiển đôṇ g cơ;

 Dùng van một chiều để giữ khí trong bình chứa không đi ngược vào bình khí trung

gian;

 Dùng rơle áp suất để bảo vệ quá áp suất bình chứa khi áp suất đạt quá 14 Bar và

khởi động lại khi áp suất dưới 8 Bar

I

Van

1 chiều

Độn

g cơ

(Catalog Máy nén khí Abac trang 7)

ĐỘNG CƠ KÈM THEO MÁY NÉN KHÍ :

(Catalog động cơ ABAC trang 26)

CHỌN BIẾN TẦN:

 Tiêu chí lựa chọn

 Phù hợp với công suất động cơ là 25HP

 Dùng được cho máy nén khí

 Dành cho bơm quạt

 Có điều khiển PID

(Catalog Biến tần Delta trang 155)

CHỌN THIẾT BỊ BẢO VỆ BIẾN TẦN :

4.1 Chọn điện trở hãm :

 Tiêu chí lựa chọn:

 Chọn theo công suất của biến tần là 25 HP

 Chọn theo sự hướng dẫn trong Catalog Biến tần

 Thông số kĩ thuật:

 Hãng sản xuất : Delta

 Model: VDF185CP43A21;

(Catalo Biến tần trang 155 )

4.2 AC Input & output Reactors:

(Catalog biến tần trang 77)

 Yêu cầu kĩ thuật :

 Contactor dùng để điều khiển biến tần nên ta chọn contactor loại dùng chotải AC1

 Có dòng định mức lớn hơn hoặc bằng dòng vào lớn nhất của biến tần.(32A)

 Phù hợp với công suất động cơ 25HP

 MCCB phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn

 Có dòng định mức lớn hơn hoặc bằng dòng định mức của biến tần ( 32A)

 Thông số kĩ thuật

Dòng định mức: 32A Điện áp định mức:690VDòng ngắn mạch : 25kA( 415V) Số cực: 3

(Catalog trang 2/6, xem thêm trang 2/22)

5.3 CÁP ĐỘNG LỰC :

 Tiêu chí lựa chọn:

 Dòng điện định mức phải lớn hơn hoặc bằng dòng định mức biến tần

 Dòng điện phát nóng lâu dài cho phép chọn càng cao càng tốt

 Nhiệt độ làm việc dài hạn cho phép phải lớn hơn 700C

Khi chọn cáp, cần xem xét những yếu tố sau:

 Cáp 3 lõi, ruột đồng, cách điện và vỏ bằng nhựa PVC, cấp điện áp 0,6/1kV.Tần số 50Hz, lắp đặt cố định Nhiệt độ làm việc dài hạn cho phép đối vớicáp là 700C.

(Trang 1 “CADIVI Cable catalogue.pdf”)

CHỌN THIẾT BỊ CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN:

6.1 RELAY ÁP SUẤT

 Tiêu chí lựa chọn:

 Bảo vệ bồn chứa bằng cách dừng máy nén khi áp suất quá 14 bar

 Tự khởi động lại khi áp suất dưới 8 bar

 Relay áp suất này phải làm việc được trong môi trường chất khí

 Thông số kĩ thuật:

 Hãng sản xuất: Danfoss

 Model: KP36 – Mã 0601137*

 Dải áp suất 2-14 bar

 Áp suất tối đa: 17bar

 Sai số có thể điều chỉnh: 0.7 – 4 bar

Sơ đồ đấu dây:

(Trang 2 catalogue” relay ap suat danfoss.pdf”)

6.2 BỘ CHUYỂN ĐỔI AC/12VDC

 Tiêu chí lựa chọn:

 Điện áp đầu vào: 220VAC

 Điện áp đầu ra: 12VDC và mức ổn định cao

 Thông số kỹ thuật:

 Hãng sản xuất: OMRON

 Model: S8FS-G01512C

 AC / DC: 220VAC/12 VDC

(Trang 1 “Nguồn AC/DC.pdf”)

 Chịu được áp suất > 10 Bar

 Giải pháp: Chọn van hãng Kitz Mã 10FCO

(Catalog cảm biến áp suất trang 1)

6.5 Chọn Valve điện từ cho bình trung gian:

 Mục đích : Điều khiển xả khí trong bình trung gian khi dừng hoặc khi cần thiết.

 Yêu cầu :

 Nguồn cấp 220 V AC

 Dùng cho khí

 Ở đây chọn valve EA200-1 của hãng kitz với các thông số:

 Công suất tối đa khi vận hành : 1 Mpa(= 10bar)

 Nguồn 220 VAC

Dùng cho khí

( Catalog valve điện từ trang 5)

6.6 Chọn CB cho mạch điều khiển :

Chọn MCB phải bảo vệ được các thiết bị của mạch điều khiển như cuộn hút

contactor,các relay và tiếp điểm……

Theo tính toán sơ bộ dòng điện của các thiết bị trong mạch điều khiển thì dòng điệntổng nhỏ hơn 2A Nên chọn MCB có dòng định mức 6A

 Chọn MCB loại 5SX4206-7 của SIEMENS

 Dòng điện: 6A

 Điện áp: 400V

 Dòng điện cắt: 10 kA

 Số cực : 2

6.7 Chọn Relay trung gian:

 Yêu cầu: Dùng để điều khiển đóng cắt các tiếp điểm trên biến tần và trên mạchđiều khiển

Chọn relay của hãng Siemens

(Catalog relay 3/161)

6.8 Chọn cáp cho mạch điều khiển.

 Mục đích: Kết nối các thiết bị điện trên mạch điều khiển.

 Yêu cầu: Phù hợp với dòng điện tổng của mạch điều khiển

 Giải pháp: Chọn loại cáp CXV – 0,6/1 KV 1 lõi với đường kính 1.5mm2 của hãng Cadivi

6.9 Đèn báo:

 Mục đích: Báo nguồn, báo tình trạng làm việc của hệ thống

 Yêu cầu: Sử dụng với điện áp điều khiển 220V

 Giải pháp: Chọn đèn led báo của IDEC

(Catalog Đèn báo IDEC trang 3)

(Catalog nút nhấn ABB Trang 13)

 Chọn đế bao gồm 1 tiếp điểm thường mở và 1 tiếp điểm thường đóng: Mã :MCBH-11 1SFA 611 605 R1111

(Catalog Nút nhấn ABB Trang 36)

CHỌN TỦ ĐIỆN:

 Yêu cầu:

 Chứa các thiết bị điều khiển

 Thỏa mãn tổng các thông số kích thước của các thiết bị có trong tủ điện

 Bảng liệt kê các kích thước thiết bị đặt trong tủ điều khiển :

( Catalog Tủ điện trang 6)

IV THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN :

 Yêu cầu hệ thống :

 Phần mạch động lực :

 Cấp nguồn được cho biến tần

 Đấu nối các chân biến tần đúng với catalog để khi điều khiển biến tần có thể khởi động/dừng động cơ ; nhận tín hiệu chính xác từ cảm biến áp suất hồi về

 Động cơ hoạt động chạy máy nén khí khởi động thông qua bình trung gian cấpkhí cho bình chứa để sử dụng cho các nhu cầu

 Các thiết bị bảo vệ phải có khả năng đóng ngắt tự động khi trong hệ thống códòng điện quá tải vượt quá giới hạn định mức

 Bộ nguồn 220/12VDC phải luôn đảm bảo ổn định đầu ra và đấu đúng chân cảmbiến

 Phần mạch điều khiển :

 Nút nhấn hoạt động đóng ngắt các tiếp điểm điều khiển trên biến tần Start/Stop

 Các đèn báo kèm theo để thông báo sự cố/trạng thái hoạt động của mạch độnglực

 Các thiết bị bảo vệ cách ly được mạch động lực và điều khiển ra khỏi nguồn khixảy ra sự cố quá tải hoặc ngắn mạch

 Thuyết minh hoạt động :

 Đóng MCCB , khi đó đèn Đ1, Đ2, Đ3 sáng báo hiệu nguồn 3 pha sẵn sàng cấp

cho mạch động lực

 Đóng MCB khi đó đèn MĐK sáng báo hiệu mạch điều khiển đã được cấp

nguồn

 Nhấn POWER ON cuộn hút contactor KM1 ở mạch điều khiển có điện

 Tiếp điểm của KM1 ở mạch động lực đóng cấp nguồn cho biến tần

 Tiếp điểm của KM1 ở mạch điều khiển đóng để duy trì nguồn cấp cho cuộn hút contactor KM1.

 Đèn BT sáng báo biến tần đã được cấp nguồn.

 Nhấn Start (Nút nhấn giữ) cuộn hút Rtg có điện, van điện từ Rđt có điện

 Tiếp điểm của Rtg mạch điều khiển đóng lại duy trì nguồn cung cấp cho cuộn hút Rtg.

 Van điện từ bị tác động (tiếp điểm R –B) chuyển đổi trạng thái đóng cửavan không cho khí thoát ra môi trường

 Đèn RUN sáng báo động cơ đang hoạt động.

 Nhấn Stop thì Rtg, Rđt mất điện

 Động cơ dừng

 Van điện từ trờ về trạng thái lò xo mở van xả khí trong bình khí trung gian ra môi trường, khí trong bình chứa khí không đi ngược lại bình khítrung gian được nhờ tác dụng của van một chiều

 Nhấn POWER OFF cuộn hút KM1 mất điện, các tiếp điểm bên mạch động lực

mở ra ngắt nguồn vào biến tần

 Bảo vệ quá áp suất hoặc quá tải :

 Khi quá áp suất, rơ le áp suất tác động, tiếp điểm thường đóng mở ra cắt nguồn vào cuộn Rtg động cơ dừng, tiếp điểm thường mở đóng lại cấp nguồn cho tiếp điểm R-W của Van điện từ xả khí và cấp nguồn cho đèn báo OVER PRESSUARE sáng báo sự cố quá áp suất.

 Khi gặp sự cố thì tiếp điểm Rb1-Rc1 mở tiếp điểm Rtg bên mạch động lực biến tần mất điện, động cơ dừng hoạt động, tiếp điểm Ra1-Rc1 đóng lại cấp ngồn cho đèn LỖI báo có sự cố.

 Khi ngắn mạch hoặc quá tải, MCCB tác động cắt nguồn điện vào biến tần.

 Khi mất điện hoặc sụt áp thì KM1 không tác động, tiếp điểm duy trì của KM1

mở, khi có điện lại thì biến tần tự hoạt động trở lại bằng chế độ tự động đã càiđặt

V CÀI ĐẶT BIẾN TẦN:

Run

- Phím khởi động Biến tần

Stop/Reset Phím dừng Biến tần – Được ưu

tiên cao nhất trong mọi tình huống

FRD/REV Phím điều khiển hướng Hoạt động

cho Biến tần

Enter Phím Enter và di chuyển đến mức

tiếp theo – Nếu ở lệnh cuối cùng Khi nhấn lệnh này sẽ được xác

-nhận

ESC Chức năng của phím này là trở về

Menu trước – Cũng có chức năngnhư phím Return trong các Menu

con

Chức năng để trở về Menu chínhPhím trái - phải – lên - xuống

- Các phím chức năng

Hand Phím chọn cách cài đặt thông số

tần số nguồn hoạt động bằng tay

và điều khiển hoạt động bằng tay

Auto Phím chọn cài đặt mặc định tần sốđiều khiển Biến tần là từ chân

Led Stop/Reset

Trạng thái On: Biến tần đang ở

chế độ dừng

Nhấp nháy: Biến tần đang ở trạng

thái chờ

Led Steady yellow LED Hướng hoạt động của BiếntầnLed Hand Việc cài đặt có thể thực hiện khi

Biến tần đang chạy

Led Auto Việc cài đặt có thể thực hiện khi

Biến tần đang chạy

 Yêu cầu kĩ thuật :

 Nhập các thông số của động cơ

 Nhập các thông số biến tần và bảo vệ quá tải

 Chọn kiểu điều khiển ( ở đây chọn kiểu 3C)

 Cài đặt kênh tham chiếu AI1, tín hiệu phản hồi AI2

 Cài đặt chế độ PID và các thông số

Từ những yêu cầu trên ta sẽ cài đặt biến tần theo các nhóm gồm nhiều thông số như sau :

 Nhóm thông số chương trình cơ bản :

06-05 Lựa chọn loại thời gian tăng và

06-45 Lựa chọn khi mất pha ngõ ra 0 – Cảnh báo và tiếp tục

06-73 Lựa chọn khi thấp dòng xảy ra 3- Cảnh báo và tiếp tục

nhà máy dựa trên tần số

00-25 Cài đặt thuộc tính: giá trị thập phân

và đơn vị tính 0021h – giá trị thập phân1 chữ số, đơn vị tính % Mode

 Nhóm thông số của khối các Terminals:

02-13 Cài đặt ngõ ra Relay Output 1 11 (Đổi trạng thái khi BT

 Nhóm nâng cao :

08-00 Nguồn phản hồi PID 1 – Hồi tiếp âm bởi chân