Thiết Kế, Lắp Ráp Tủ Điện Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Không Đồng Bộ 3 Pha.docx

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2 ĐỀ TÀI THIẾT KẾ, LẮP RÁP TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA MỤC LỤC MỤC LỤC 2 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN 3 LỜI C[.]

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KĨ THUẬT

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

ĐỒ ÁN CHUYÊN NGÀNH 2

ĐỀ TÀI : THIẾT KẾ, LẮP RÁP TỦ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN TỐC

ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA

MỤC LỤC

MỤC LỤC 2

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN 3

LỜI CẢM ƠN 4

GIỚI THIỆU CHUNG 5

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 6

1.1 Giới thiệu động cơ KĐB 3 pha roto lồng sóc 6

1.1.1 Khái niệm 6

1.1.2 Cấu tạo 6

1.1.3 Nguyên lí hoạt động 7

1.1.4 Ứng dụng 8

1.1.5 Điều chỉnh tốc độ động cơ 8

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TỦ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ 3 PHA KDB 11

2.1 PLC FX1N-48MR 11

2.1.1 Khái niệm 11

2.1.2 Cấu tạo 11

2.1.3 Input 12

2.1.4 Output 13

2.1.5 Ưu nhược điểm của PLC 14

2.2 Biến tần Mitsubishi E700 15

2.2.1 Khái niệm 15

2.2.2 Cấu tạo 15

2.2.3 Nguyên lý hoạt động 16

2.2.4 Ứng dụng 17

2.2.5 Sơ đồ đấu nối và đặc tính 17

2.3 Sơ đồ đấu nối plc với biến tần 21

2.4 Nguyên lí hoạt động 21

2.5 Chương trình điều khiển 21

CHƯƠNG 3 : KIỂM TRA, KHẢO SÁT, ĐÁNH GIÁ 23

3.1 Kiểm tra khảo sát 23

3.2 Đánh giá 23

3.3 Hình ảnh thực tế 23

KẾT LUẬN 24

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN

LỜI CẢM ƠN

Trong thời gian làm đồ án chuyên ngành 2, em đã nhận được nhiều sự giúp đỡ,đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè Em xin gửi lờicảm ơn chân thành đến TS Lê Thị Minh Tâm, giảng viên Trường Đại học Sư phạm kỹthuật Hưng Yên người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm đồ

án Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong Trường Đại học Sư phạm

kỹ thuật Hưng Yên nói chung, các thầy cô trong bộ môn nói riêng đã dạy dỗ cho emkiến thức về các môn đại cương cũng như các môn chuyên ngành, giúp em có được cơ

sở lý thuyết vững vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập Cuốicùng, em xin chân thành cảm ơn thầy cô, gia đình và bạn bè, đã luôn tạo điều kiện,quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và hoàn thành đồ ánchuyên ngành 2

Em xin chân thành cảm ơn!

Hưng yên, ngày , tháng , năm 2020

Sinh viên thực hiện đề tài

Nguyễn Viết TrườngCao Quốc Tuyển

GIỚI THIỆU CHUNG

1 Lý do chọn đề tài

Một trong những thành tựu quan trọng nhất của tiến bộ khoa học kỹ thuật là tự động hóa sản xuất Nó cho phép nâng cao độ chính xác gia công, đồng thời cũng rút ngắn được thời gian sản xuất, giảm sức lao động, tăng cao năng suất và

an toàn lao động, mang lại hiệu quả kinh tế Chính vì vậy ở nước ta hiện nay và nhiều nước trên thế giới đã và đang ứng dụng rộng rãi các dây chuyền sản xuất

tự động vào hầu hết các lĩnh vực sản xuất

Thực tế cho thấy các dây chuyền sản xuất tự động đều được giám sát và điều khiển thông qua bộ PLC và biến tần vì tính linh hoạt của nó, đễ lắp đặt, bảo trì, bền và dễ lập trình, cài đặt Vì vậy áp dụng thiết bị lập trình điều khiển PLC ngày càng trở lên phổ biến Chính vì vậy, chúng em đã lựa chọn đề tài: “ Thiết

kế, lắp ráp tủ điện dùng biến tần và PLC điều khiển động cơ KĐB 3 pha”

2 Mục đích nghiên cứu của đề tài

Nghiên cứu, phân tích lựa chọn thiết bị, thiết kế sơ đồ và thử nghiệm chương trình điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc đảm bảo yêu cầu Sản phẩm của đề tài có thể ứng dụng trong quá trình nghiên cứu và có thể đảm bảo tính công nghiệp, có tính khả thi trong thực tiễn

CHƯƠNG 1 : GIỚI THIỆU TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 Giới thiệu động cơ KĐB 3 pha roto lồng sóc

1.1.1 Khái niệm

Động cơ điện 3 pha là 1 dạng máy điện không đồng bộ hoạt động sử

dụng dòng điện xoay chiều 3 pha Đây là loại động cơ điện được sử dụngthông dụng trong các ngành công nghiệp hoặc trong những dây chuyền sản xuất công suất lớn, cụ thể như các loại máy bơm ly tâm trục ngang, máy bơm ly tâm trục đứng…

Dòng điện 3 pha trong động cơ điện khi chạy qua nam châm điện được đặt lệch trên một vòng tròn sẽ tạo ra từ trường quay và các cuộn dây sẽ được bố trí tương tự như cách bố trí đường dây trong máy phát điện 3 pha Đối với động cơ điện 3 pha, dòng điện được đưa từ ngoài vào bên trong các cuộn dây 1, 2, 3

Khi motor điện xoay chiều 3 pha được đem đấu nối vào dòng điện 3 pha thì từ trường quay cũng sẽ được tạo ra để nhằm làm rotor quay trên trục Roto truyền chuyển động ra ngoài thông qua qua trục máy giúp vận hànhcác cơ cấu chuyển động hay các chuyển động của máy công cụ

- Phần rotor: Là phần quay của motor điện, nó được ghép lại bằng nhiều thanh kim loại để tạo thành dạng cái lồng có hình trụ ngay ngắn Rotor của động cơ được chia thành 2 loại, đó là: loại rotor lồng

sóc được tạo thành từ nhiều thanh kim loại song song cùng và các dây quấn.

1.1.3 Nguyên lí hoạt động

- Những lá sắt trong động cơ điện 3 pha là những lá sắt rất mỏng để giúp giảm dòng điện xoáy đến mức nhỏ nhất có thể Người có chuyênmôn đều biết được rằng một lợi thế lớn nhất của động cơ điện 3 pha

đó chính là nó có thể tự khởi động Đồng thời, với mục đích tránh sự dao động của momen quay trong động cơ, các thanh dẫn truyền trongrotor của động cơ được thiết kế đặt xiên so với bộ phận trục quay

- Trong cấu tạo động cơ không đồng bộ 3 pha có sử dụng một chiếc rotor lồng sóc đã được thay vì sử dụng một vòng dây kín đơn giản Loại rotor lồng sóc được cấu tạo bao gồm nhiều thanh dẫn được ngắnmạch 2 đầu, quá trình này được thực hiện bởi 2 vòng ngắn mạch

- Sẽ có 1 khoảng nhỏ mô men quay chuyển động từ cặp thanh dẫn này sang cho cặp thanh dẫn tiếp theo của động cơ nếu các thanh dẫn trongđộng cơ điện 3 pha được đặt thẳng song song với trục Đây là nguyênnhân gây ra sự dao động moment quay trong động cơ và làm rotor bị giật, gián đoạn khi quay Với cách đặt theo hướng xiên các thanh dẫnrotor, trước khi mô men quay của động cơ điện 3 pha ngừng thì các cặp thanh dẫn khác cũng đi vào hoạt động Do vậy, việc này giúp tránh được quá trình dao động của mô men quay

- Nguyên lý hoạt động cơ bản của một động cơ điện xoay chiều 3 pha

đó là:

+ Khi ta thực hiện cho dòng điện 3 pha có tần số f vào trong 3 dây quấn stator thì ngay lập tức chúng sẽ tạo ra từ trường quay bên trong động cơ với tốc độ là n1 = 60f/ p. 

+ Từ trường quay ở phía bên trong động cơ sẽ giúp bạn dễ dàng cắt lần lượt các thanh dẫn của phần dây quấn rotor cùng với cảm ứng củacác sức điện động Đồng thời, các dây quấn rotor cũng được thực hiện việc đấu nối kín mạch Vì thế, sức điện động cảm ứng của động

cơ điện 3 pha sẽ làm sinh ra dòng điện ở trong các thanh dẫn rotor Khi đó, lực tác dụng tương hỗ của từ trường quay của máy cùng với thanh dẫn mang dòng điện rotor sẽ gây cho rotor quay nhanh hơn với tốc độ n < n1, quay đồng thời cùng với nó và cùng chiều với n1.+ Như ta đã biết, rotor n của động cơ điện 3 pha luôn có tốc độ quay nhỏ hơn tốc độ vốn có của từ trường quay n1 Khi tốc độ quay của chúng bằng nhau thì lực điện từ bằng 0, trong dây quấn rotor sẽ không còn tồn tại cả sức điện động lẫn dòng điện cảm ứng

Công thức tính hệ số trượt của tốc độ là: s = (n1n)/ n1

Công thức tính tốc độ của động cơ là: n = 60f/ p.(1s) (vòng/ phút)

- Động cơ điện của máy bơm nước 3 pha

- Động cơ điện của máy phát điện xoay chiều 3 pha

- Động cơ điện của motor giảm tốc

- Động cơ điện của motor kéo

- Động cơ điện 3 pha ứng dụng khác trong lĩnh vực công nghiệp như:Máy bơm nước 3 pha: Chuyên cung cấp nước cho dây chuyền sản xuất hiện dại, công nghiệp, dùng cho nồi hơi, các loại tháp tản nhiệt, đặc biệt

là hệ thống cứu hỏa, phòng cháy chữa cháy

Motor giảm tốc 3 pha: Được dùng rộng rãi trong dây chuyền sản xuất phân bón, dây chuyền băng tải chuyển nông sản trong kho, công nghệ sản xuất sắt thép, motor 3 pha của máy tời dùng trong xây dựng, công nghiệp

Motor kéo 3 pha: Loại động cơ 3 pha này có tốc độ cao, được sử dụng cho động cơ của các loại máy bơm nước cao áp

1.1.5 Điều chỉnh tốc độ động cơ

- Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số

Với điều kiện năng lực quá tải không đổi, có thể tìm ra được quan hệ giữa điện áp , tần số và mômen M

Trong công thức về mômen cực đại, nếu bỏ qua điện trở :

Với C – hệ số

Khi thay đổi tần số đặc tính cơ thay đổi

Họ đặc tính cơ với

Sơ đồ mạch điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số:

Rectifier – chỉnh lưu (AC → DC)

Inverter – Nghịch lưu (DC → AC)

f – control – điều khiển tần số

Giả thiết và là điện áp và mômen lúc tần số , căn cứ vào điều kiện năng lực quá tải không đổi:

Do đó:

Trong thực tế ứng dụng, thường yêu cầu mômen không đổi:

Trường hợp yêu cầu công suất Pcơ không đổi, nghĩa là mômen tỉ lệ nghịch với tần số:

Do đó:

Khi thay đổi tần số , phải đồng thời thay đổi đưa vào động cơ

Trường hợp và tần số giảm có đặc tính cơ trên đồ thị, cách điều chỉnh này có các đặc tính thích hợp với loại tải cần khi vận tốc thay đổi

CHƯƠNG 2 : THIẾT KẾ, CHẾ TẠO TỦ ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ

ĐỘNG CƠ 3 PHA KDB2.1 PLC FX1N-48MR

2.1.1 Khái niệm

PLC là tên viết tắt của dòng chữ Programmable Logic Controller. (Có thể hiểu

một cách đơn giản trong tiếng việt là: Thiết bị điều khiển cho phép người dùng lập trình (Khả trình))

Thông qua bộ điều khiển PLC, người dùng hoàn toàn có thể thay đổi thuật toán điều khiển thông qua việc lập trình PLC (Viết bằng ngôn ngữ lập trình)

Các hãng sản xuất PLC rất nổi tiếng và được sử dụng nhiều nhất phải kể đến: Siemens (Đức), Omron và Mitsubishi (Nhật Bản), Delta (Đài Loan)

PLC FX1N

2.1.2 Cấu tạo

- Cấu trúc :

Tất cả các PLC hiện nay đều gồm có thành phần chính sau :

- Bộ nhớ chương trìn RAM, ROM

- Một bộ vi xử lý trung tâm CPU, có vai trò xử lí các thuật toán

- Các modul vào/ra tín hiệu

Khối nguồn nuôi: nguồn trong các PLC thường là 24VDC

Module CPU: ( cũng có bộ PLC sử dụng nguồn 220VAC Những PLC không có module nguồn thì được cấp nguồn bên ngoài CPU: central processing unit: đơn vị xử lý trung tâm ) Bao gồm: bộ vi xử lý và bộ nhớ

Module xuất nhập (I/O module)

– Module nhập (input module ) được nối với các công tắc, nút ấn, các bộsensor … để điều khiển từ chương trình bên ngoài

– Module xuất (output module) được nối với các tải ở ngõ ra như cuộn dây của relay, contactor, đèn tín hiệu, các bộ ghép quang

2.1.3 Input

4 Power supply switch

5 Power ON pilot indicator

6 Power supply for loads

7 Grounding resistor 100Ω or less

11 DC Power supply 24V DC

12 Service Power Supply, 24V DC 400mA

3 Reverse-current protection diode

4 External Mechanical Interlock

2.1.5 Ưu nhược điểm của PLC

- Ưu điểm.

+ Sự ra đời của hệ điều khiển PLC đã làm thay đổi hẳn hệ thống điều khiển cũng như các khái niệm thiết kế về chúng, hệ điều khiển dùng PLC có những ưu điểm sau:

+ Giảm đến 80% số lượng dây nối.

+ Công suất tiêu thụ của PLC rất thấp

+ Khả năng tự chuẩn đoán do đó giúp cho việc sửa chữa được nhanh chóng.

+ Chức năng điều khiển thay đổi dễ dàng bằng thiết bị lập trình, khi không có các yêu cầu thay đổi các đầu vào ra thì không cần phải nâng cấp phần cứng

+ Giảm thiểu số lượng rơle và timer so với hệ điều khiển cổ điển

+ Không hạn chế số lượng tiếp điểm sử dụng trong chương trình - Thời gian để một chu trình điều khiển hoàn thành chỉ mất vài ms, điều này làm tăng tốc độ và năng suất PLC

+Chức năng lập trình dễ dàng, ngôn ngữ lập trình dễ hiểu, dễ học

+ Chương trình điều khiển có thể được in ra giấy chỉ trong thời gian ngắn giúp thuận tiện cho vấn đề bảo trì và sửa chữa hệ thống

+ Kích thước nhỏ gọn, dễ dàng bảo quản, sửa chữa.

+ Dung lượng chương trình lớn để có thể chứa được nhiều chương trình phức tạp

+ Hoàn toàn tin cậy trong môi trường công nghiệp

+ Dễ dàng kết nối được với các thiết bị thông minh khác như: máy tính, kết nối mạng Internet, các Module mở rộng.

+ Độ tin cậy cao, kích thước nhỏ

+ Giá bán cạnh tranh

+ Đặc trưng của tất cả các dòng PLC bất kì là khả năng có thể lập trình được, chỉ số IP ở dải quy định cho phép PLC hoạt động trong môi trường khắc nghiệt công nghiệp, yếu tố bền vững thích nghi, độ tin cậy, tỉ lệ hư hỏng rất thấp, thay thế và hiệu chỉnh chương trình dễ dàng, khả năng nâng cấp các thiết bị ngoại vi hay mở rộng số lượng đầu vào nhập và đầu ra xuất được đáp ứng tuỳ nghi trong khả năng trên có thể xem là các tiêu chí đầu tiên cho chúng ta khi nghĩ đến thiết kế phần điều khiển trung tâm cho một hệ thống hoạt động tự động.

- Nhược điểm.

+ Đòi hỏi người dùng có khả năng và trình độ chuyên môn cao + Giá thành cao

+ Khi hỏng khả năng sửa chữa khó.

2.2 Biến tần Mitsubishi E700

2.2.2 Cấu tạo

- Bên trong biến tần là các bộ phận có chức năng nhận điện áp đầu vào

có tần số cố định để biến đổi thành điện áp có tần số thay đổi để điều khiển tốc độ động cơ Các bộ phận chính của biến tần bao gồm bộ chỉnh lưu, bộ lọc, bộ nghịch lưu IGBT, mạch điều khiển Ngoài ra biến tần được tích hợp thêm một số bộ phận khác như: bộ điện khángxoay chiều, bộ điện kháng 1 chiều, điện trở hãm (điện trở xả), bàn phím, màn hình hiển thị, module truyền thông,

2.2.3 Nguyên lý hoạt động

- Đầu tiên, nguồn điện 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 Điện đầu vào có thể là một pha hoặc 3 pha, nhưng nó sẽ ở mức điện áp và tần số cố định (ví dụ 380V 50Hz)

- Điện áp 1 chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng Mới đầu, điện áp một chiều được tạo ra sẽ được lưu trữ trong giàn tụ điện Tiếp theo, thông qua quá trình tự kích hoạt thích hợp, bộ biến đổi IGBT (viết tắt của tranzito lưỡng cực có cổngcách điện hoạt động giống như một công tắc bật và tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của biến tần) sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều 3 pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM

2.2.4 Ứng dụng

- Do ưu điểm vượt trội nên biến tần được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp và dân dụng, đặc biệt là trong công nghiệp Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến không thể thiếu biến tần: Bơm nước, quạt hút/đẩy, máy nén khí, băng tải, thiết bị nâng hạ, máy cán kéo, máy épphun, máy cuốn/nhả, thang máy, hệ thống HVAC, máy trộn, máy quay ly tâm, cải thiện khả năng điều khiển của các hộp số, thay thế cho việc sử dụng cơ cấu điều khiển vô cấp truyền thống trong máy công tác,

2.2.5 Sơ đồ đấu nối và đặc tính

- Đặc tính :

+ Dòng Fr-E720 có điện áp 220V, công suất từ 0,1 – 7,5 kW

+ Chế độ điều khiển V/F và điều khiển véc tơ từ thông nâng cao, giúphiệu suất điều khiển cao nhất có thể

+ Khả năng mở rộng các chân điều khiển và truyền thông

+  Chức năng nâng cao đáp ứng cho tất cả các ứng dụng

- Cách cài đặt thông số :

+ Muốn thay đổi thông số cài đặt thì đầu tiên ta cần xác định biến tần

đang ở chế độ chạy bằng keypad (đèn PU sáng) Nhấn vào nút PU/EXT để chuyển từ EXT sang PU, nếu không chuyển được bằng nút này thì cài thông số P.79 = 1 Quy trình thay đổi thông số

bằng nút nhấn được trình bày như hình dưới

+ Chú ý: Nếu sử dụng các loại biến tần Mitsubishi cũ, để cài đặt về

thông số mặc định của nhà sản xuất ta cài ALLC = 1.

- Chức năng cơ bản

- Nhóm thông số động cơ

- Nhóm chức năng ngõ vào

- Chức năng các chân ngõ ra

- Thông số bảo vệ biến tần

- Điều khiển biến tần chạy bằng biến trở ngoài và các cấp tốc độ

- Cài đặt thông số chạy các cấp tốc

2.3 Sơ đồ đấu nối plc với biến tần

2.4 Nguyên lí hoạt động

- Đầu tiên ta chọn chiều quay cho động cơ bằng công tắc gạt 3 vị trí, khi đó

chân chung SD sẽ được nối với chân STR (quay thuận) hoặc chân STF (quay ngược)

- Sau đó ta mới có thể chọn các cấp tốc độ quay cho động cơ :

- RL : cấp tốc độ nhỏ nhất 15Hz

- RM : cấp tốc độ nhỏ trung bình 30Hz

- RH : cấp tốc độ nhỏ lớn nhất 50Hz

- Ta cũng có thể điều chỉnh tốc độ trực tiếp trên biến tần bằng tham số

P79=1 hoặc điều chỉnh qua biến trở ngoài qua tham số P79=4

2.5 Chương trình điều khiển