Bài tập lớn trang bị điện tìm hiểu biến tần Midimaster

báo cáo bài tập lớn môn trang bị điện điện tử các máy công nghiệp, tìm hiểu các trang bị điện điện tử thông dụng như role, aptomat, công tắc tơ, biến tần, tìm hiểu về biến tấn Midimaster của Siemen về nguyên lí, hoạt động, lắp đặt.

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN TRANG BỊ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ CÁC MÁY CÔNG NGHIỆP

Giảng viên hướng dẫn: Nguyễn Thị Liên Anh Sinh viên thực hiện: Cao Ngọc Thắng

Đề tài: Tìm hiểu thông số các thiết bị điện: động cơ, rơ le, áp tô

mát, công tắc tơ, biến tần ,… và tìm hiểu về biến tần Midimaster của hãng Siemens

Phụ Lục

I Tìm hiều thông số các thiết bị điện .4

1 Thông số máy điện .4

1.1 Động cơ không đồng bộ 3 pha 4

1.2 Động cơ điện 1 chiều .5

2 Rơ-le .6

3 Biến tần .7

4 Aptomat, công tắc tơ 9

4.1 Aptomat của LG 9

4.2 Aptomat của MERLIN GERIN 9

4.3 Công tắc tơ 10

5 Thyristor 12

5.1 Thyristor do Nga chế tạo 12

5.2 Thyristor do Tây Âu chế tạo 14

II TÌM HIỂU VỀ HỌ BIẾN TẦN MIDIMASTER CỦA SISMENS 15

1 Mô tả chung 15

2 Tính năng của biến tần 15

3 Những chú ý khi lắp biến tần 16

4 Lắp điện điện cho Midimaster Vector 17

4.1 Các đầu nối nguồn của động cơ 17

4.2 Các đầu nối điều khiển 18

4.3 Bảo vệ quá tải động cơ 19

4.4 Sơ đồ khối của Midimaster vector 20

5 Điều khiển và vận hành cơ bản 21

5.1 Điều khiển 21

5.1.1 Panel điều khiến đặt phía trước 21

5.2 Vận hành cơ bản 23

5.2.1 Khái quát 23

5.2.2 Kiểm tra ban đầu 23

5.2.3 Hướng dẫn 10 thao tác cơ bản 23

6 Các chế độ vận hành 24

6.1 Điều khiển số 24

6.2 Điều khiển tương tự 25

6.3 Các chế độ điều khiển động cơ 25

6.3.1 Chế độ điều khiển tuyến tính điện áp/ tần số (V/F) (P 077 = 0 hoặc 2) 26

6.3.2 Chế độ điều khiển dòng từ thông (SCC) (P 007 = 1) 26

6.3.3 Chế độ điều khiển véc tơ không sensor (SVC) (P 007 = 3) 26

6.4 Dừng động cơ 28

7 Hệ thống các thông số 29

8 Lỗi và các mã cảnh báo 34

8.1 Mã lỗi 34

8.2 Mã cảnh báo 36

9 Thông số biến tần midimaster MDV750/3 37

A Lời mở đầu

Trang bị điện điện tử các máy công nghiệp là môn học rất quan trọng đối với sinh viên ngành Điện nói chung và đặc biệt là sinh viên ngành Tự động hóa Môn học cung cấp những kiến thức cần thiết cho sinh viên về các hệ truyền động điều khiển các máy công nghiệp, cho sinh viên cái nhìn thực tế về hệ thống tự động hóa trong các nhà máy

Bài tập này trình bày vấn đề về tìm hiểu các thông số của các thiết bị điện: động cơ, biến tần, áp tô mát, công tắc tơ,…và tìm hiểu về biến tần Midimaster của hãng Siemens Nội dung bài tập gồm 2 phần chính:

Phần 1: Tìm hiều thông số các thiết bị điện

Phần 2: Tìm hiểu họ biến tần Midimaster của Siemen

Sau thời gian học tập và tìm hiểu, dưới sự hướng dẫn của cô giáo: Nguyễn Thị Liên Anh, em đã hoàn thành bài tập của mình Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến cô, người đã luôn hướng dẫn chúng em trong suốt quá trình học tập và làm bài Tuy nhiên, trong quá trình làm bài khó có thể tránh khỏi sai sót, em mong nhận được sự đánh giá, nhận xét của thầy cô và các bạn để em có thể hoàn thiện bài tập cũng như kiến thức của mình hơn nữa

Em xin trân trọng cảm ơn!

B Nội dung

I Tìm hiều thông số các thiết bị điện

1 Thông số máy điện

1.1 Động cơ không đồng bộ 3 pha

- Hiệu suất: 81%

- Hệ số công suất cos ф: 0,86

- Bội số momen cực đại : 2,2

- Bội số momen khởi động : 2,0

- Bội số dòng điện khởi động: 6

- Khối lượng : 25 kg

- Động cơ 3 pha không đồng bộ 3K-4K là dãy động cơ theo thiết kế mới nhất của Việt Nam, động cơ có chung ưu điểm đó là hiệu suất cao, mô men mở máy khỏe, tiếng ồn và độ rung thấp, kiểu dáng hình thức đẹp, kích thước lắp đặt và dãy công suất phù hợp với tiêu chuẩn IEC

Chất lượng động cơ được đảm bảo bởi hệ thống Quản lý chất lượng Quốc tế ISO

- Cấp làm kín: IP23S, IP54, IP55, IP56

- Cấp làm mát: IC06, IC17,IC37, IC86, IC666

- Vị trí lắp đặt: Nằm ngang hoặc thẳng đứng

- Tiêu chuẩn: IEC, CSA

Hình 1.1.2.1 Động cơ điện 1 chiều

Hình 1.1.3.1 Rơ-le trung gian

- Thông số kỹ thuật: Số cặp tếp điểm: DPDT (4)

Tải trở : 3A, 220 VAC / 3A, 24 VDC

Tải cảm ứng: 0.8A, 220 VAC / 1.5A, 24 VDC

- Kích thước : 36x28x21.5

- Rơle công suất loại nhỏ 3-5A đã được cải tiến với nhiều model dùng cho điều khiển Logic và các ứng về điều khiển công suất

- Có nhiều loại: Loại có đèn hiển thị hoạt động, loại công suất lớn, loại có diode

- Chịu được điện áp tới 2000VAC

- Tuổi thọ cao

3 Biến tần

- Hãng sản xuất : ABB

- Quá tải 1.5 lần trong 1 phút

- Điều khiển PID, điều khiển moment

- Có bộ lọc EMC

- Truyền thông : RS485

- Ứng dụng : Các lại tải mô men không đổi hoặc mô men thay đổi như băng tải, bơm, quạt, …

4 Aptomat, công tắc tơ

- Cường độ dòng điện cắt ngắn mạch (kA.rms): Icu = 2.5 ( với U = 380/415V)

- Cường độ dòng điện cắt ngắn mạch phục vụ định mức Dòng điện xoay chiều 50/60Hz:

- Khả năng cắt dòng ngắn mạch định mức (kA.rms): Ics = 100% Icu

- Dòng điện ngắn mạch chịu đựng định mức (kA.rms) V AC 50/60 Hz:

- Công tắc tơ điện từ của hãng LG Industrial

- Đầu tiên ta tìm hiểu về các chế độ tải xoay chiều, chúng được chia thành 4 nhóm như sau:

+ AC1: Tải điện trở (tải nhẹ)

+ AC2: Động cơ vành trượt: Mở máy, hàm nhanh, đảo chiều (tải nặng)

+ AC3: Động cơ lồng sóc: Mở máy, dừng máy (tải trung bình)

+ AC4: Động cơ lồng sóc: Mở máy nhanh, hãm nhanh, đảo chiều ( tải nặng)

- Công suất tiêu thụ trung bình của cuộn dây: + Khởi động (VA): 50;

Bảng 1 Thông số một số loại Thyristor của Nga

Giải thích:

- Itb: Giá trị dòng điện trung bình tối đa cho phép chảy qua van trong điều kiện tiêu chuẩn : van hoạt động trong mạch chỉnh lưu một pha một nửa chu kì, tải trở thuần, dòng điện dạng sin kéo dài trong 180o điện, chế độ làm mát chuẩn

- Idinh: Trị số biên độ dòng điện dạng hình sin cho phép một lần qua van, sau đó phải ngắt điện áp đặt lên van

- Irò: Dòng điện rò khi van ở trạng thái khóa

- Cấp điện áp: Phân cấp theo điện áp tối đa mà van chịu được lâu dài ở cả hai chiều thuận và ngược Giá trị thực bằng số cấp nhân 100V

- Cấp du/dt: Phân cấp theo tốc độ tăng điện áp thuận lớn nhất đặt lên van mà van

sẽ rơi vào hiện tượng tự dẫn không cần dòng điều khiển

- Cấp tph: Phân theo thời gian phục hồi tính chất khóa cho van

- Cấp di/dt: Cấp theo tốc độ tăng dòng điện lớn nhất qua van mà van không bị đánh thủng

- 𝛥U: Sụt áp thuận trên van ở dòng định mức

- Uđk: Điện áp điều khiển nhỏ nhất đảm báo dòng điều khiển mở van

- Iđk: Dòng điều khiển nhỏ nhất vẫn đảm bảo mở được van

- tm: Thời gian van mở để van chuyển từ trạng thái khóa sang trạng thái dẫn

- toC: Nhiệt độ vỏ van tương ứng chế độ dòng điện trung bình tối đa cho phép

Itb

5.2 Thyristor do Tây Âu chế tạo

Bảng 2 Thông số một số loại Thyristor của Tây Âu

Giải thích:

- Itb: Dòng điện trung bình cho phép qua van

- Uo: Điện áp ngưỡng

- Rđ: Điện trở động

- Umax: Điện áp cực đại cho phép đặt lên van ( cả hai chiều thuận và ngược)

- du/dt: Tốc độ tăng điện áp thuận trên van

- tph: Thời gian phục hồi tính chất khóa cho van

- di/dt: Tốc độ tăng dòng cực đại cho phép quan van

- 𝛥U: Sụt áp thuận trên van

- RT: Điện trở của van

II TÌM HIỂU VỀ HỌ BIẾN TẦN MIDIMASTER CỦA SISMENS

2 Tính năng của biến tần

- Dễ lắp đặt và lập trình

- Khả năng quá tải 200% trong 3(s) hay 150% trong 60(s)

- Mô men khởi động cao và đảm bảo độ chính xác trong điều tốc nhờ điều khiển véc tơ

- Tuỳ chọn bộ lọc tích phân RFI trong các biến tần đầu vào một pha MMV 12 – MMV 300 và các biến tần đầu vào 3 pha MMV 220 / 3 đến MDV 750/ 3

- Chức năng điều khiển giới hạn dòng điện nhanh (FCL) đảm bảo vận hành chính xác

- Dải nhiệt độ làm việc từ 0 đến 40oC

- Điều khiển chu trình kín sử dụng các hàm mạch vòng PID

- Khả năng điều khiển từ xa thông qua các RS485 dùng giao thức nối tiếp đa năng (USS)

- Khả năng điều khiển tới 31 bộ biến tần thông qua giao thức USS

- Bao gồm một loạt các thông số đủ để đáp ứng hầu hết các ứng dụng

- Bộ nhớ trong ổn định để lưu giữ các thông số được cài đặt

Thông báo lỗi được chương trình hoá theo tiêu chuẩn của châu Âu và Bắc Mỹ Tần số ra (tương ứng với tốc độ động cơ) có thể được điều khiển bằng một trong các phương án sau:

+ Điểm đặt tần số sử dụng bàn phím

+ Điểm đặt tần số tương tự (analog) với độ phân giải cao (đầu vào dòng hoặc áp)

+ Triết áp bên ngoài để điều chỉnh tốc độ động cơ

+ Có 8 tần số định thông qua các đầu vào nhị phân

+ Chức năng triết áp động cơ

+ Thông qua truyền số liệu từ xa (giao diện nối tiếp)

- Định sẵn hãm động năng bằng dòng một chiều với cơ cấu hãm kết hợp

- Định sẵn hãm bằng phương pháp dùng điện trở ngoài (MMV)

- Thời gian gia tốc, giảm tốc có thể lập trình linh hoạt

- Bù trừ tự động bằng cách điều khiển dòng liên tục thay đổi

- Panel điều khiển trước bằng phần mềm

- Hai đầu ra rơle có thể lập trình được (13 chức năng)

- Đầu ra tương tự có thể lập trình được (1 với MMV; 2 với MDV)

- Đầu nối ngoài cho panel điều khiển nâng cao tuỳ chọn hoặc sử dụng giao diện RS485 ngoài

- Tự động phát hiện động cơ 2, 4, 6, hoặc 8 cực bằng phần mềm

- Tích hợp sẵn phần mềm điều khiển quạt gió làm mát

- Khả năng lắp đặt liền nhau

- Tuỳ chọn cấp bảo vệ IP56 (NEMA 4/12) đối với các bộ biến tần MDV

3 Những chú ý khi lắp biến tần

- Nhiệt độ là việc: Thấp nhất = 0oC và cao nhất là 40oC

- Độ cao: Nếu biến tần được lắp đặt ở nơi có độ cao >1000m thì các yêu cầu sẽ được giảm đi

- Sự va chạm: Không làm rơi biến tần hoặc có các va chạm bất ngờ

- Rung lắc: Không được lắp đặt biến tần ở những nơi mà rung liên tục

- Nhiễu điện từ: Không lắp đặt biến tần gần nguồn nhiễu điện từ

- Điều kiện khí hậu, ô nhiễm: Không lắp đặt biến tần ở môi trường có nhiều bụi, khí có tính ăn mòn…

- Nước: Hãy để cho nơi để biến tần tránh khỏi các mối nơi có khả năng có nước

Ví dụ không cài đặt biến tần ở nơi nước bị ngưng tụ Tránh lắp đặt biến tần nơi quá ẩm và ngưng tụ hơi nước có thể xảy ra

- Sự quá nhiệt: Đảm bảo các lỗ thông khí của biến tần không bị che đi

4 Lắp điện điện cho Midimaster Vector

Hình 4 Các kết nối về điện của biến tần

4.1 Các đầu nối nguồn của động cơ

- Đảm bảo rằng nguồn cấp cho đúng điện áp và được thiết kế đảm bảo cho dòng cần thiết Đảm bảo rằng các áp tô mát và cầu chì thích hợp với giá trị dòng định mức được nối giữa nguồn cấp và biến tần

Nối đúng nguồn cáp tới các đầu nối L1, L2, L3 (3 pha) và các cực tiếp địa PE

sử dụng cáp 4 lõi cho biến tần

- Dùng cáp 4 lõi để nối tới động cơ, cáp được nối tới động cơ qua các đầu nối

U, V, W và đầu tiếp địa PE.( như hình 1)

- Nếu cần thiết có thể nối thêm khối hãm vào các cực đấu DC + và DC – trên biến tần

- Xiết chặt tất cả các đầu nối nguồn và động cơ

- Các động cơ không đồng bộ và đồng bộ có thể nối tới biến tần MDV hoặc là độc lập hoặc song song

Chú ý:

Nếu sử dụng một động cơ đồng bộ hoặc không đồng bộ nối tới biến tần thì dòng điện động cơ có thể bằng 2.5 đến 3 lần dòng điện mong muốn do đó phải chọn loại biến tần cho thích hợp

4.2 Các đầu nối điều khiển

Kết nối điều khiển tới MIDIMASTER Vector được thực hiện thông qua hai khối thiết bị đầu cuối nằm như trong hình 1

Hình 5 Sơ đồ kết nối phần điều khiển

- Chú ý:

+ Không sử dụng các đầu nối RS 485 bến trong (chân 24 và 25) nếu đã dùng cổng RS485 bên ngoài trên panel đặt trước của biến tần

+ Các chuyển mạch DIP dùng để lựa chọn các đầu vào tương tự giữa điện áp U

và dòng điện I và cũng để lựa chọn tín hiệu phản hồi áp hay dòng Chỉ có thể điều chỉnh được các chuyển mạch này khi nâng nắp che của biến tần

4.3 Bảo vệ quá tải động cơ

Khi làm việc ở tốc độ nhỏ hơn tốc độ định mức hiệu quả làm mát của quạt gió ở gần đầu trục động cơ giảm Do đó hầu hết các động cơ phải chọn lại định mức khi làm việc liên tục ở tần số thấp Để đảm bảo cho động cơ được bảo vệ chống quá nhiệt trong những điều kiện nh­ vậy cần thiết phải có một cảm biến nhiệt độ PTC gắn ở động cơ và được nối với các đầu nối điều khiển của biến tần nh­ hình vẽ:

4.4 Sơ đồ khối của Midimaster vector

Hình 6 Sơ đồ khối của Midimaster

5 Điều khiển và vận hành cơ bản

Bấm nút này khi bộ biến tần ngừng chạy làm cho máy khởi động và chạy ở tần số đã đặt trước Bộ biến tần dừng ngay khi buông nút Ên này ra Bấm nút này khi máy đang chạy sẽ không

có hiệu lực Nút này bị cấm nếu P123 = 0 Nót: RUN:

Bấm nút này để khởi động bộ biến tần, nút này bị cấm nếu

P121 = 0 Nót STOP:

Bấm nút này để bộ biến tần ngưng hoạt động

P122 = 0  Nút lên: Bấm nút này để đặt các thông số và giá trị thông số

tới giá trị cao hơn Nút này không có hiệu lực khi đặt thông số

P124 = 0  Nút xuống: Bấm nút này để đặt các thông số và giá trị các

thông số tới giá trị thấp hơn Nút này không có hiệu lực khi P124

= 0

P

Nút đặt thông số: Bấm nút này để chuyển đổi các thông số và giá trị thông số Nút này bị cấm nếu P051  P055 hoặc P356 = 14 khi sử dụng các đầu vào số

5.1.2 Chuyển mạch lựa chọn DIP

Hình 8

Có 5 chuyển mạch lựa chọn DIP có thể đặt phù hợp với thông số P023 hoặc P323

tuỳ theo chế độ làm việc của biến tần hình 2.6 thể hiện các vị trí chuyển mạch theo chế độ chuyển mạch khác nhau

5.2 Vận hành cơ bản

5.2.1 Khái quát

- Bộ biến tần không có khoá nguồn chính vì vậy nó luôn luôn hoạt động khi khoá nguồn đóng Nó chuyển sang trạng thái chờ với các đầu ra không hoạt động cho đến khi bấm nút RUN hoặc có tín hiệu ON qua đầu nối 5 (quay sang phải) hoặc đầu nối 6 (quay sang trái) xem phần các thông số P051 – P005 và P356

- Nếu tần số đầu ra (P001 = 0) được chọn hiển thị trên màn hình, điểm đặt tương ứng được đặt hiển thị khoảng chừng 1.5 s mỗi lần khi bộ biến tần ngừng chạy

- Bộ biến tần được đặt chương trình tại nhà máy cho các ứng dụng tiêu chuẩn trên các động cơ chuẩn 4 cực Khi sử dụng các động cơ khác cần phải nhập các thông số kĩ thuật từ bảng ghi công suất vào các thông số P080 tới P085) lưu ý không thể nhập các thông số này trừ khi P009 = P002 hoặc P003

- Nếu bộ biến tần sử dụng cho một động cơ 8 cực đặt P082 với tốc độ gấp 2 lần tốc độ danh định của động cơ Nếu biết rằng điều này sẽ làm cho màn hình hiển thị gấp đôi số vòng trên phút thực tế khi P001 = P005

5.2.2 Kiểm tra ban đầu

- Kiểm tra tất cả các dây dẫn được nối chính xác và thiết bị phải được đặt ở vị trí an toàn

- Đóng nguồn cấp điện cho biến tần

- Đảm bảo an toàn trước khi khởi động động cơ, ấn nút RUN trn biến tần màn hình sẽ hiển thị 5.0 và động cơ bắt đầu quay biến tần sẽ gia tốc lên 5 Hz trong 1s

- Đảm bảo rằng động cơ quay đúng chiều yêu cầu cần ấn nút FORWARD/ REVERSE nếu cần

- Ấn nút STOP trên biến tần màn hình sẽ hiển thị 0.0 động cơ giảm tốc độ dần

và kết thúc quá trình dừng sau 1s

5.2.3 Hướng dẫn 10 thao tác cơ bản

Phương pháp cơ bản để cài đặt biến tần được miêu tả dưới đây, phương pháp này sử dụng 1 điểm đặt tần số (digital) và chỉ yêu cầu thay đổi thông số tối thiểu

từ giá trị mặc định giả sử một động cơ 4 cực tiêu chuẩn của động cơ siemens được nối với biến tần

Step/Action Button Display

5.0

2 Ấn nút nhập thông số P P000

3 Ấn nút  đến khi P005 được hiển thị  P005

4 Ấn nút P để hiển thị điểm đặt tần số hiện thời

(Giá trị mặc định của nhà máy là 5 Hz) P P005.o

5 Ấn để đạt giá trị điểm đặt tần số theo yêu

8 Ấn nút P để thoát khỏi thủ tục đặt thông số

màn hình sẽ hiển thị chuyển đổi giữa giá trị tần số

ra hiện thời và giá trị tần số đặt

P 0.0

35.0

9 Khởi động biến tần bằng nút RUN, trục động

cơ sẽ quay và màn hình hiển thị tần số đang gia

tốc lên giá trị tần số đạt 35 Hz

Chú ý: Điểm đặt tần số sẽ đạt được sau 7s

(mặc định thời gian tốc độ đặt bởi P002 là 10s để

đạt tới tần số 50 Hz là giá trị tần số động cơ lớn

6 Các chế độ vận hành

6.1 Điều khiển số

Đối với cấu hình khởi động cơ bản sử dụng điều khiển số quá trình diễn ra như sau: