Đề tài: Nghiên cứu hệ biến tần-Động cơ không đồng bộ 3 pha ppt

Khái niệm.Động cơ không đồng bộ 3 pha là máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ của rotor khác với tốc độ từ trường quay trong máy.. Dây quấn phấn ứng là

BỘ CÔNG THƯƠNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI

Nguyễn Thanh Hiếu

Lời nói đầu

Như chúng ta đã biết ngày nay,Trong thời đại công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước,ngành công nghiệp có 1 vai trò quan trọng nhằm thúc đẩy và phát triển nền kinh tế.Đưa công nghệ mới vào sản xuất là 1 yêu cầu tất yếu.

Khi mà động cơ điện càng được ứng dụng rộng rãi trong nghành công nghiệp thì điều khiển nó 1 cách tối ưu là 1 vấn

đề được đặt ra Có nhiều phương pháp để điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha.Trải qua nhiều giai đoạn, qua nhiều phương pháp.Cho đến khi Biến tần được tạo ra và đưa vào ứng dụng thì nó trở thành 1 giải pháp tối ưu và được dùng rất rộng rãi.

Có nhiều hãng nước ngoài sản xuất các loại biến tần khác nhau Misubishi là 1 trong số đó.Chúng em đã được giao đề tài”nghiên cứu hệ biến tần-Động cơ không đồng bộ 3 pha” chuyên sâu về biến tần của hãng Mitsubishi.Em đã chọn biến tần FR-A700 để nghiên cứu.Qua đề tài này em đã có thêm nhiều kiến thức hơn về hệ biến tần-động cơ không đồng bộ 3 pha.

Chúng em xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong khoa Điện

đã giúp đỡ chúng em đặc biệt là thầy Nguyễn Đăng Khang đã trực tiếp giảng dạy và hướng dẫn chúng em làm bài tiểu luận

Mặc dù đã có nhiều cố gắng nhưng trong quá trình làm bài tập lớn, chưa có nhiều kinh nghiệm nên còn có nhiều nhiều sai sót trong cách trình bày cũng như phần thể hiện đồ án của mình mong các thầy, cô và các bạn góp ý và bổ sung thêm.

Em xin chân thành cảm ơn.

Mục Lục

I KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA

II TÌM HIỂU CHUNG VỀ BIẾN TẦN

III GIỚI THIỆU BIẾN TẦN MITSUBISHI FR-A700

III KẾT LUẬN

I Khái quát về động cơ không đồng bộ 3 pha

1 Khái niệm.

Động cơ không đồng bộ 3 pha là máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ của rotor khác với tốc độ từ trường quay trong máy

gồm trục, lõi sắt và dây quấn roto

Ngoài ra khe hở trong ĐCKĐB

rất nhỏ nên roto trong ĐCKĐB rất tròn và đều

2.1 Phần tĩnh ( hay Stator):

Trên stator có vỏ , lõi thép và dây quấn

2.1.1 Vỏ máy :

Vỏ máy có tác dụng cố định lõi thép và dây quấn.Thường võ

máy làm bằng gang Đối với vỏ máy có công suất tương đối lớn ( 1000 kw ) thường dung thép tấm hàn lại làm vỏ máy ,tùytheo cách làm nguội ,máy và dạng vỏ máy cũng khác nhau

2.1.2.Lõi thép:

Lõi thép là phần dẫn từ Vì từ trường đi qua lõi thép là từ

trường quay nên để giảm bớt tổn hao , lõi thép được làm

bằng những lá thép kỹ thuật điện dày 0,5 mm ép lại Khi đường kính ngoài của lõi thép nhỏ hơn 990mm thì dùng cảtấm thép tròn ép lại Khi đường kính ngoài lớn hơn trị số

trên thì phải dùng những tấm thép hình rẻ quạt ( hinh 1.2 )

ghép lại thành khối tròn

Mỗi lõi thép kỹ thuật

điện đều có phủ sơn cáchđiện trên bề mặt để giảmhao tổn do dòng điện xoáygây nên .Nếu lõi thépngắn thì có thể ghép thànhmột khối nếu lõi thép quádài thì ghép thành nhữngtấm ngắn mỗi tấm thépdài từ 6 đến 8 cm đặt cáchnhau 1cm để thông giócho tốt Mặt trong cùa láthép có sẽ rảnh để dặt dây quấn

2.1.3 Dây quấn:

Dây quấn stator được đặt vài các rãnh của lõi thép và được

cách điện tốt với lõi thép Dây quấn phấn ứng là phần dâybằng đồng được trong các rãnh phần ứng và làm thành mộthoặc nhiều vòng kín Dây quấn là bộ phận quan trọng nhấtcủa động cơ vì nó trực tiếp tham gia vào quá trình biến dổinăng lượng từ điện năng thành cơ năng Đồng thời về mặtkinh tế thì giá thành của dây quấn cũng chiếm tỷ lệ khá caotrong toàn bộ giá thành của máy

+ Các yêu cầu đối với dây quấn bao gồm :

- Sinh ra được một sức điện động cần thiết có thể cho

một dòng điện nhất định chạy qua mà không bị nóng quá một

Hình 1.2 tấm thép hình rẻ

quạt

nhiệt độ nhất định để sinh ra một moment cần thiết đồng thờiđảm bảo đổi chiều tốt

- Triệt để tiết kiệm vật liệu , kết cấu đơn giản làm việc

 Trong một số máy cở lớn còn dùng dây quấn hỗn hợp

đó là sự kết hợp giữa hai dây quấn xếp và song

2.2 Phần quay( hay Rotor )

Phần này gồm 2 bộ phận chính là lõi thép và dây quấn rotor: 2.2.1 Lõi Thép:

Nói chung người ta dùng các lá thép kỹ thuật điện như ởstator lõi thép được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giárotor của máy Phía ngoài của lá thép có sẽ rãnh để đặt dâyquấn

2.2.2 Dây Quấn Rotor:

Phân loại làm hai loại chính rotor kiểu dây quấn va roto kiểu lồng sóc:

Loại rotor kiểu dây quấn : rotor kiểu dây quấn (hình 1.3 )cũng giống như dây quấn ba pha stator và có cùng số cực từdây quấn stator Dây quấn kiểu này luôn đấu hình sao ( Y ) và

có ba đấu ra đấu vào ba vành trượt gắn vào trục quay rotor vàcách điện với trục Ba chổi than cố định và luôn tỳ trên vành

trượt này để dẫn điện và một biến trở cũng nối sao nằm ngoàiđộng Cơ để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ

Hình 1.3 : rotor kiểu dây quấn

Rotor kiểu lồng sóc ( hình 1.4 ) : Gồm các thanh đồng hoặc

thanh nhôm đặt trong rãnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắnmạch ở hai đấu Với động cơ nhỏ ,dây quấn rotor được đúcnguyên khối gồm thanh dẫn , vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt

và cánh quạt làm mát .Các động cơ công suất trên 100kwthanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh rotor và gắnchặt vành ngắn mạch

2.3 Khe hở :

Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều , khe hở trong máy

điện không đồng bộ rất nhỏ ( từ 0,2mm đến 1mm trong máyđiện cở nhỏ và vừa ) để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lướivào ,và như vậy có thể làm cho hệ số công suất của máy tăngcao

3,Nguyên lí làm việc động cơ không đồng bộ 3 pha

Khi có dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stato thì trong

khe hở không khí suất hiện từ trường quay với tốc độ n1 =60f1/p (f1 là tần số lưới điện ; p là số cặp cực ; tốc độ từ trườngquay ) Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắnmạch nên trong dây quấn rotor có dòng diện I2 chạy qua Từthông do dòng điện này sinh ra hợp với từ thông của stator tạothành từ thông tổng ở khe hở Dòng điện trong dây quấn rotortác dụng với từ thông khe hở sinh ra moment Tác dụng đó cóquan hệ mật thiết với tốc độ quay n của rotor Trong nhữngphạm vi tồc độ khác nhau thì chế độ làm việc của máy cũngkhác nhau Sau đây ta sẽ nghiên cứu tác dụng của chúngtrong ba phạm vi tốc độ

Hệ số trượt s của máy :

s = =

Như vậy khi n = n1 thì s = 0 , còn khi n = 0 thì s = 1 ; khi n >

n1 ,s < 0 và rotor quay ngược chiều từ trường quay n < 0 thì s

độ động cơ điện

3.2 Rotor cùng chiều từ trường nhưng tốc độ n > n1 (s < 0)

Dùng động cơ sơ cấp quay rotor của máy điện không đồng bộ

vượt tốc độ dồng bộ n > n1 Lúc đó chiều từ trường quay quétqua dây quấn rotor sẽ ngược lại , sức điện động và dòng điệntrong dây quấn rotor cũng đổi chiều nên chiều nên chiều của

M cũng ngược chiều n1 , nghĩa là ngược chiều với rotor , nên

đó là moment hãm ( hình 1.5b ).Như vậy máy đã biến cơ năngtác dụng lên trục động cơ điện ,do động cơ sơ cấp kéo thànhđiện năng cung cấp cho lưới điện ,nghĩa là động cơ làm việc ởchế độ máy phát

3.3 Rotor quay ngược chiều từ trường n < 0 (s > 1)

Vì nguyên nhân nào đó mà rotor của máy điện quay

ngược chiều từ trường quay hình 1.5c , lúc này chiều của sức điện động và moment giống như ở chế độ động cơ Vì moment sinh ra ngược chiều quay với rotor nên có tác dụng hãm rotor lại Trường hợp này máy vừa lấy điện năng ở lưới điện vào , vừa lấy cơ năng từ động cơ sơ cấp Chế độ làm việc này gọi

Trong đó : s = Khi động cơ không tải Pcu << Pdt nên s ~ 0 động cơ điện quay gần tốc độ đồng bộ n ~ n1 Khi tăng tải thì tổn hao đồng cũng tăng lên n giảm một ít , nên đường đặc tínhtốc độ là đường dốc xuống

Đặc tính moment M=f(P2)

Ta có M = f(s) thay đổi rất nhiều nhưng trong phạm vi 0 < s

< sm thì đường M = f(s) gần giống đường thẳng ,nên M2 = f(P2) đường thẳng qua gốc tọa độ

Đặc tính hệ số công suất cos = f(P2)

Vì động cơ luôn luôn nhận công suất phản kháng từ

lưới Lúc không tải cos rất thấp thường < 0,2 Khi có tải dòng điện I2 tăng lên nên cos cũng tăng

4 CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ

ĐCKĐB

4.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp.

4.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số

4.3 Điều chỉnh điện áp bằng cách điều chỉnh xung điện trở rotor

4.4 Điều chỉnh tốc độ bằng cách nối cấp trả năng lượng về nguồn.

II Giới thiệu biến tần

A Khái niệm:

Bộ biến tần là thiết bị biến đổi năng lượng điện từ tần số công nghiệp 50Hz hoặc 60Hz sang nguồn có tần số thay đổi cung cấp cho động cơ điện xoay chiều

B Giới thiệu chung

Mitsubishi Electric Automation, nhà cung cấp sản phẩm

tự động hóa tầm cỡ thế giới cho nhiều ngành công nghiệp mớiđây đã cho ra mắt bộ biến tần tính năng cao A700 để điều khiển động cơ từ ½ đến 600 mã lực A700 sẽ thay thế các dòng biến tần A500 và A500L của công ty cho ra mắt từ năm 1997

FR-A700 là dòng biến tần đầu tiên của Mitsubishi có tích hợp bộ điều khiển khả trình (PLC) và mang trong mình nhiều đặc điểm của công nghệ đặc biệt mà Mitsubishi phát triển cho các sản phẩm truyền động servo Đặc điểm đáng chú

ý như tự động điều chỉnh Tính năng này giúp tự động bù vào

sự thay đổi quán tính tải trọng Kết quả là mang lại hoạt động trơn tru, thời gian ngưng hoạt động giảm và chi phí hoạt động thấp “A700 nhanh hơn, thông minh hơn, khỏe mạnh hơn mọi loại biến tần chúng tôi đã giới thiệu trước đây”, ông Chris Cusick, giám đốc marketing của Mitsubishi cho biết “Với PLC tích hợp trong A700, người sử dụng có thể điều chỉnh thiết bị theo yêu cầu ứng dụng của mình” Có tốc độ hồi đáp

300 radian/giây, nhanh hơn 10 lần so với các dòng A500, A700 hỗ trợ hầu hết các giao thức thông dụng, gồm Profibus

DP, CC-Link, DeviceNet, LonWorks, ControlNet, Modbus RTU, Metasys N2, EtherNet IP và Modbus TCP/IP, tất nhiên,

cả giao thức mạng RS485 độc quyền của Mitsubishi Ngoài

ra, A700 còn hỗ trợ mạng kết nối chuyển động sợi quang cho

C Cấu trúc chung của biến tần.

1 Sơ đồ nguyên lý

Khâu chỉnh lưu: Biến đổi nguồn xoay chiều về 1 chiều

Khâu lọc: Tụ C lọc các thành phần điện áp xoay chiều

Khâu nghịch lưu độc lập nguồn áp cầu 3 pha: Biến đổi nguồn

1 chiều thành nguồn xoay chiều 3 pha có tần số, điện áp có

thể thay đổi Các van T1,T2 T6 có thể là tranzitor công suất,mosfet, GTO, thyristor, hoặc IGBT

Khâu điều khiển: Tạo xung điều khiển các van

2 Dạng sóng điện áp và dòng điện đầu ra biến tần

3 Luật điều khiển của biến tần

• Tốc độ động cơ theo tần số: n = 60*f*(1 - s) / p

• Mômen sinh ra tỷ lệ với từ thông và dòng điện:

M = K.Φ.I.cosφ Muốn điều khiển mômen:

Φ = constant

3.1 Luật điều khiển U/f

- Duy trì tỷ số U/f không đổi

- Duy trì từ thông không đổi

3.2 Điều khiển véc tơ từ thông

• Nguyên lý: chuyển đổi hệ phương trình máy điện,

chuyển các đại lượng vô hướng (điện áp, dòng điện, từ thông) thành các véc tơ tương ứng

• Trên hệ quy chiếu với véc tơ từ thông, thành lập được hệphương trình:

Từ thông Φr = K1.IdMômen M = K2.Φs.Iq

Id, Iq là các thành phân dọc trục và ngang trục của véc tơ dòng điện

• Nguyên lý: chuyển đổi hệ phương trình máy điện,

chuyển các đại lượng vô hướng (điện áp, dòng điện, từ thông) thành các véc tơ tương ứng

• Trên hệ quy chiếu với véc tơ từ thông, thành lập được hệphương trình:

Từ thông Φr = K1.IdMômen M = K2.Φs.Iq

Id véc tơ dòng điện dọc trục

Iq véc tơ dòng điện ngang trục

4 Các ưu điểm khi sử dụng biến tần:

+ Giảm tổn thất điện năng

+Cho phép mở rộng dải điều chỉnh tốc độ nâng cao chất

lượng động lực học hệ thống

+Dễ lắp đặt, vận hành đơn giản, không gian lắp đặt nhỏ

+Đáp ứng được nhiều ứng dụng khác nhau trong công

1.1 Cấu trúc biến tần FR-A700

1.1.1 Khái niệm biến tần

Biến tần là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện có tần số

b) Biến tần gián tiếp

Biến tần gián tiếp được chia làm hai loại: biến tần nguồn dòng

và biến tần nguồn áp

Ứng dụng: Bộ biến tần thường được sừ dụng để điều khiền

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 biếnthiên

Ngoài việc thay đổi tần số còn có sự thay đổi tổng số pha Từ nguồn lưới một pha, với sự giúp đỡ của bộ biến tần ta có thể mắc vào tải động cơ ba pha Bộ biến tần còn dược sử dụng rộng rãi trong kỹ thuật nhiệt điện Bộ biến tần trong trường hợp này cung cấp năng lượng cho lò cảm ứng

1.1.2 Cấu trúc biến tần FR-A700

Biến tần FR-A700 là biến tần nguồn áp gồm các phần cơ bản:

+ Bộ chỉnh lưu: Có nhiều dạng khác nhau, mạch tia, mạch

cầu một pha hoặc ba pha Thông thường ta gặp ,mạch cầu ba pha.Thông thường, bộ chỉnh lưu có dạng không điều

khiển,bao gồm các diode mắc dạng mạch cầu Độ lớn điện áp

và tần số áp ra của bộ nghịch lưu còn có thể điều khiển thông qua phương pháp điều khiển xung thực hiện trực tiếp ngay trên bộ nghịch lưu

Ở chế độ máy phát của tải (chẳng hạn khi hãm động cơ khôngđồng bộ), năng lượng hãm được trả ngược về mạch một chiều

và nạp cho tụ lọc Cf Năng lượng nạp về trên tụ làm điện áp

nó tăng lên và có thể đạt giá lớn có thể gây quá áp Để loại bỏ hiện tượng quá điện áp trên tụ Cf, ta có thể đóng mạch xả điện

áp trên tụ qua một điện trở mắc song song vơi tụ thông qua công tắc bán dẫn S

+ Mạch trung gian một chiều: Có chứa tụ lọc với điện dung

khá lớn Cf (khoảng vài ngàn µ F ) mắc vào ngõ vào của bộ

nghịch lưu Điều này giúp cho mạch trung gian hoạt động nhưnguồn điện áp Tụ điện cùng với cuộn cảm Lf của mạch trung gian tạo thành mạch nắn điện áp chỉnh lưu Cuộn kháng Lf có tác dụng nắn dòng điện chỉnh lưu Trong nhiều trường hợp, cuộn kháng Lf không xuất hiện trong cấu trúc mạch và tác dụng nắn dòng của nó có thể được thay thế bằng cảm kháng tản máy biến áp cấp nguồn cho bộ chỉnh lưu Do tác dụng củadiode nghịch đảo bộ nghịch lưu, điện áp đặt trên tụ chỉ có thể đạt các giá trị dương Tụ điện còn thực hiện chức năng trao đổi năng lượng ảo giữa tải của bộ nghịch lưu và mạch trung gian bằng cách cho phép

dòng id2 thay đổi chiều nhanh không phụ thuộc vào chiều của dòng id1

chuyển mạch phụ thuộc bên ngoài

1.2 Kiểm tra sản phẩm và nhận dạng các bộ phận

Mở bao bì biến tần và kiểm tra các tấm công suất trên bìa đĩa phía trước và đánh giá trên mặt bên biến tần để đảm bảo rằng

sản phẩm đồng ý với đơn đặt hàng và biến tầnđược nguyên vẹn.

Inverter Type

Phụ kiện

Quạt bao gồm đinh vít cố định (22K hoặc ít hơn)

Những con ốc theo tiêu chuẩn Châu Âu

1.3 Lắp đặt và nối dây

1.3.1 Đấu dây

1.3.1.1 Sơ đồ nối dây

1.3.1.2 Đặc điểm kĩ thuật của các đầu cuối trên mạch chính

1.3.1.3 Đấu mạch điều khiển

Chỉ dẫn chức năng điểm cuối có thể chọn lựa để sử dụng từ trang 178→ trang 196 (chọn lựa chức năng đầu cuối I/O)

(1) Tín hiệu vào

(2) Tín hiệu đầu ra:

2Bảng điều khiển hoạt đông

2.1 Các phần của bảng điều khiển hoạt động2.2 Bảng điều khiển hoạt động

2 3 Hoạt động khóa cho một thời gian dài

Hoạt động bằng cách sử dụng quay số thiết và quan trọng của bảng điều khiển hoạt động có

thể được thực hiện không hợp lệ để ngăn chặn sự thay đổi tham số và bắt đầubất ngờ và ngăn chặn

Thiết lập "10" hoặc "11" Pr.161, sau đó nhấn “MODE” trong 2s để làm cho quay số thiết lập và hoạt động chính không hợplệ.)

Khi các hoạt động quay số và phím cài đặt được thực hiện không hợp lệ, “HOLD” xuất hiện trên bảng điều khiển hoạt động

Khi quay số thiết lập và hoạt động chính là không hợp lệ,

“HOLD” sẽ xuất hiện nếu các hoạt động quay số hoặc phím thiết lập được thực hiện (khi quay số thiết lập hoặc hoạt độngchính không được thực hiện cho 2s, màn hình hiển thị giám sát sẽ xuất hiện.) để làm cho quay số cài đặt và hoạt động chính hợp lệ một lần nữa, nhấn “MODE” trong 2s.)

2 Bấm “ PU/EXT” để chọn chế độ hoạt động PU

3 Bấm “MODE” để chọn tham số cài đặt

4 Vặn núm điều chỉnh cho tới khi P.16 1(Pr.161) xuất hiện