Đồ án nghiên cứu, ứng dụng biến tần và khởi động mềm điều khiển động cơ công suất lớn

Việc giảm điện áp đặt vào động cơ trong quá trình khởiđộng hoàn toàn có thể được thực hiện một cách dễ dàng bằng việc điều khiển góc mở của van bán dẫn, làm hạn chế dòng điện khởi động x

LỜI NÓI ĐẦU

Đất nước ta hiện nay đang hội nhập ngày càng sâu rộng vào nền kinh tế thế giới,việc cạnh trạnh về thị trường là rất khốc liệt Để có được những sản phẩm cạnh tranh thìcần phải thay đổi công nghệ sản xuất lạc hậu, thay vào đó là những dây chuyền sản xuấtkhép kín, tính tự động hóa cao nhằm mang đến những sản phẩm chất lượng với giá thành

rẻ, tăng tính cạnh tranh trên thị trường

Với những ưu điểm như hệ số công suất cao, vận hành tin cậy, giá thành rẻ và chi phívận hành hằng năm thấp Do đó, động cơ không đồng bộ đáp ứng được các yêu cầu caotrong điều khiển và được ứng dụng khá rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau đặc biệt

là sản xuất công nghiệp… Tuy nhiên, do cấu trúc phi tuyến với nhiều thông số nên việcđiều khiển động cơ không đồng bộ là khó khăn

Những năm gần đây, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ bán dẫn, vi điều khiểnnhiều phương pháp điều khiển mới đã được đề xuất cho điều khiển động cơ không đồng

bộ Sử dụng biến tần và khởi động mềm là hai phương pháp điều khiển động cơ tiên tiến

hiện nay, được ứng dụng rộng rãi với nhiều tính năng, đảm bảo các yêu cầu điều khiển

Đây cũng là lí do mà nhóm chúng em lựa chọn đề tài: “NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG

BIẾN TẦN VÀ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ CÔNG SUẤT LỚN” cho đồ án của chúng em Qua một thời gian tìm hiểu, nghiên cứu và nhận được sự

hướng dẫn, giúp đỡ nhiệt tình của thầy giáo hướng dẫn Trần Văn Hải cùng với các thầy

cô giáo trong khoa, các bạn, đến nay đồ án của em đã hoàn thành

Với khả năng kiến thức còn nhiều hạn chế, do đó bản đồ án này sẽ không tránhkhỏi những thiếu xót Chúng em rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ quý thầy cô

và các bạn để đồ án này được hoàn chỉnh hơn

Xin chân thành cảm ơn!

Tp.Hồ Chí Minh, ngày 6 tháng 6 năm 2012

Phạm Văn Cường

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN:

Tp.Hồ Chí Minh, Ngày… tháng… năm 2012

Giáo viên hướng dẫn

(ký và ghi rõ họ tên)

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN:

Tp.Hồ Chí Minh, Ngày… tháng… năm 2012

Giáo viên phản biện

(ký và ghi rõ họ tên)

MỤC LỤC

Trang

LỜI NÓI ĐẦU 1

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN 2

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN 3

MỤC LỤC 4

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 6

1.1 TÍNH CẦP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI 6

1.2 NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI 6

1.3 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI 6

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 7

CHƯƠNG II: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 7

2.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 8

2.2 CẤU TẠO 9

2.2.1 Phần tĩnh (Stator) 8

2.2.2 Phần quay (Rotor) 10

2.2.3 Khe hở không khí 11

2.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 11

2.4 CÁC YÊU CẦU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 14

2.4.1 Những yêu cầu đặt ra trong quá trình điều khiển động cơ 14

2.4.2 Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ 16

2.4.3 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ 24

CHƯƠNG III: GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN 29

3.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN 29

3.2 CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CỦA BIẾN TẦN 29

3.2.1 Biến tần trực tiếp 29

3.2.2 Biến tần gián tiếp 33

3.3 ỨNG DỤNG CỦA BIẾN TẦN TRONG THỰC TẾ 36

3.4 MỘT SỐ LƯU Ý KHI SỬ DỤNG BIẾN TẦN 38

3.5 MỘT SỐ LOẠI BIẾN TẦN TRÊN THỊ TRƯỜNG HIỆN NAY 38

3.6 ỨNG DỤNG CỦA BIẾN TẦN ABB- ACS150 45

3.6.1 Khởi động và nhập thông số 45

3.6.2 Các phương pháp điều khiển sử dụng biến tần ACS150 55

CHƯƠNG IV: GIỚI THIỆU VỀ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM 63

4.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN 63

4.2 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG 63

4.2.1 Cấu tạo bộ khởi động mềm 63

4.2.2 Nguyên lý hoạt động của bộ khởi động mềm 68

4.3 ỨNG DỤNG CỦA BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM TRONG THỰC TẾ 69

4.4 MỘT SỐ LOẠI KHỞI ĐỘNG MỀM TRÊN THỊ TRƯỜNG HIỆN NAY 70

4.5 ỨNG DỤNG CỦA BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM SIEMENS – 3RW44 76

4.5.1 Sơ đồ kết nối mạch nguồn và mạch điều khiển 76

4.5.2 Hiển thị và cài đặt thông số 77

KẾT LUẬN 97 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI

1.1 TÍNH CẦP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI

Trong các ngành sản xuất công nghiệp, động cơ điện không đồng bộ được sử dụngkhá phổ biến trong các hệ thống truyền động, dây chuyền sản xuất bởi tính chất đơn giản

và tin cậy trong thiết kế chế tạo và sử dụng Tuy nhiên khi sử dụng động cơ không đồng

bộ trong sản xuất đặc biệt với các động cơ có công suất lớn ta cần chú ý tới quá trình khởiđộng động cơ do khi khởi động rotor ở trạng thái ngắn mạch, dẫn đến dòng điện khởiđộng và momen khởi động lớn, nếu không có biện pháp khởi động thích hợp có thểkhông khởi động được động cơ hoặc gây nguy hiểm cho các thiết bị khác trong hệ thốngđiện

Vấn đề khởi động động cơ điện không đồng bộ đã được nghiên cứu từ lâu với cácbiện pháp khá hoàn thiện để giảm dòng điện và momen khởi động Ngày nay, công nghệbán dẫn ngày càng phát triển, các thiết bị bán dẫn công suất lớn ngày càng được sử dụng

rộng rãi, với độ tin cậy ngày càng cao, có khả năng điều khiển tốt Sự ra đời của các bộ

biến tần, bộ khởi động mềm đã giải quyết những nhược điểm mà các phương pháp điều

khiển truyền thống mắc phải Việc giảm điện áp đặt vào động cơ trong quá trình khởiđộng hoàn toàn có thể được thực hiện một cách dễ dàng bằng việc điều khiển góc mở của

van bán dẫn, làm hạn chế dòng điện khởi động xuống còn 1.5 đến 3 lần dòng định mức,

phụ thuộc vào chế độ tải vì khi động cơ được đóng điện trực tiếp vào lưới điện dòng khởi

động của động cơ không đồng bộ sẽ rất lớn từ 5 đến 7 lần dòng định mức Đồng thời điều

chỉnh tăng mômen mở máy một cách hợp lý, cho nên các chi tiết của động cơ chịu độ dồnnén về cơ khí ít hơn, tăng tuổi thọ làm việc an toàn cho động cơ Ngoài việc tránh dòngđỉnh trong khi khởi động động cơ, còn làm cho điện áp nguồn ổn định hơn không gây ảnhhưởng xấu đến các thiết bị khác trong lưới điện

Với đề tài mà chúng em thực hiện là: “NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG BIẾN TẦN

VÀ KHỞI ĐỘNG MỀM ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ CÔNG SUẤT LỚN” nghĩa là: điều

khiển động cơ sao cho có thể làm hạn chế dòng điện khởi động, cũng như tăng mômen

mở máy một cách hợp lý đồng thời điều chỉnh được tốc độ động cơ trong quá trình làmviệc Chúng em hy vọng sẽ mang đến những kiến thức hữu ích về biến tần và khởi độngmềm, để phục vụ tốt hơn cho nhu cầu học tập và vận hành thực tiễn

1.2 NỘI DUNG CỦA ĐỀ TÀI

Đề tài bao gồm các nội dung:

- Tổng quan về động cơ không đồng bộ và các phương pháp điều khiển.

- Nghiên cứu, ứng dụng biến tần.

- Nghiên cứu, ứng dụng bộ khởi động mềm.

- Thi công mô hình biến tần và bộ khởi động mềm.

1.3 GIỚI HẠN CỦA ĐỀ TÀI

Với đề tài “NGHIÊN CỨU, ỨNG DỤNG BIẾN TẦN VÀ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀMĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ CÔNG SUẤT LỚN” đã giải quyết được vấn đề giảm dòngkhởi cho động cơ khi khởi động và điều khiển điện áp ở đầu cực động cơ nhưng vẫn cònhạn chế là chưa thể nghiên cứu sâu hơn nữa những tính năng thực của biến tần và bộ khởiđộng mềm được bán trên thị trường hiện nay như:

- Tích hợp hình thức giao tiếp mạng kiểu Modbus.

- Các ngõ vào ra đa chức năng,…

1.4 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Đây là đề tài nghiên cứu lĩnh vực ứng dụng, chính vì vậy các phương pháp chủ yếu

sử dụng để thực hiện đề tài này là:

- Phương pháp tham khảo tài liệu: Bao gồm các tài liệu chuyên môn, bài giảng và

giáo trình liên quan đến đề tài, các tài liệu tải từ Internet,…

- Phương pháp thực nghiệm và mô phỏng: Tiến hành cài đặt, hiệu chỉnh và vận

hành thực tế, thiết kế và mô phỏng mạch điện,

CHƯƠNG II TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

2.1 TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

Động cơ không đồng bộ ba pha do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, sử dụng vàbảo quản thuận tiện, giá thành rẻ nên được sử dụng rộng rãi trong nền kinh tế quốc dân,nhất là loại công suất dưới 100 kW

Động cơ điện không đồng bộ rotor lồng sóc cấu tạo đơn giản nhất (nhất là loại rotorlồng sóc đúc nhôm) nên chiếm một số lượng khá lớn trong loại động cơ công suất nhỏ vàtrung bình Nhược điểm của động cơ này là điều chỉnh tốc độ khó khăn và dòng điện khởiđộng lớn thường bằng 5-7 lần dòng điện định mức Để bổ khuyết cho nhược điểm này,người ta chế tạo đông cơ không đồng bộ rotor lồng sóc nhiều tốc độ và dùng rotor rãnhsâu, lồng sóc kép để hạ dòng điện khởi động, đồng thời tăng mômen khởi động lên

Động cơ điện không đồng bộ rotor dây quấn có thể điều chỉnh tốc được tốc độ trongmột chừng mực nhất định, có thể tạo một mômen khởi động lớn mà dòng khởi độngkhông lớn lắm, nhưng chế tạo có khó hơn so với với loại rotor lồng sóc, do đó giá thànhcao hơn, bảo quản cũng khó hơn

Hình 2.1: Động cơ không đồng bộ ba pha.

 Lõi sắt:

Lõi sắt là phần dẫn từ Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để giảm tổnhao lõi sắt được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện ép lại Khi đường kính ngoài lõi sắtnhỏ hơn 90 mm thì dùng cả tấm tròn ép lại Khi đường kính ngoài lớn hơn thì dùngnhững tấm hình rẻ quạt ghép lại Mặt trong của lõi thép có các rãnh để đặt dây quấn

Rãnh kín

Rãnh hình thang

Rãnh nửa hở

Rãnh quả lê Rãnh hở

Rotor có 2 loại chính : rotor kiểu dây quấn và rotor kiểu lòng sóc

 Rotor dây quấn :

Rotor có dây quấn giống như dây quấn của stator Dây quấn 3 pha của rotor thườngđấu hình sao còn ba đầu kia được nối vào vành trượt thường làm bằng đồng đặt cố định ởmột đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài Đặc điểm là có

Hình 2.4 (a) sơ đồ bố trí ba cuộn dây stator

(b) dây quấn ba pha đặt trong rãnh.

Hình 2.3: Rãnh ở mặt trong stator.

thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất điện động phụ vào mạch điện rotor đểcải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy.Khi máy làm việc bình thường dây quấn rotor được nối ngắn mạch Nhược điểm so vớiđộng cơ rotor lồng sóc là giá thành cao, khó sử dụng ở môi trường khắc nghiệt và dễ cháy

nổ

 Rotor lồng sóc :

Kết cấu loại dây quấn này rất khác với dây quấn stator Trong mỗi rãnh của lõi sắtrotor đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và được nối tắt lại ở haiđầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành một cái lồng mà người taquen gọi là lồng sóc

2.2.3 Khe hở không khí

Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều Khe hở trong máy điện không đồng bộ rấtnhỏ để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới và như vậy mới có thể làm cho hệ số côngsuất của máy cao hơn

2.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Xét stator động cơ không đồng bộ ba pha đơn giản có 6 rãnh, trên stator được bố trí

ba cuộn dây AX, BY và CZ

Khi nối dây quấn stator vào nguồn điện 3 pha tần số f, trong dây quấn stator sẽ có hệthống dòng điện 3 pha (isu, isv, isw), dây quấn stator sẽ sinh ra từ trường quay (như hình2.5) với tốc độ:

ra mômen quay rotor Và rotor sẽ quay cùng chiều từ trường với tốc độ n2 nhỏ hơn tốc độ

n1 Hiệu số giữa tốc độ từ trường và tốc độ rotor gọi là tốc độ trượt (n):

n n n

Đây chính là hệ số trượt của động cơ

Hình 2.5: Từ trường quay stator và sự hình thành các cực từ.

Tần số dòng điện trong rotor rất nhỏ, nó phụ thuộc vào tốc độ trượt của rotor so với

từ trường:

1 1

2 1 1 2

1

*60

)(

*

*60

n

n n n p n n p

Hình 2.6 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ ba pha.

Động cơ không đồng bộ có thể làm việc ở chế độ máy phát điện nếu ta dùng mộtđộng cơ khác quay nó với tốc độ cao hơn tốc độ đồng bộ, trong khi các đầu ra của nóđược nối với lưới địện Nó cũng có thể làm việc độc lập nếu trên đầu ra của nó được kíchbằng các tụ điện

Động cơ không đồng bộ có thể cấu tạo thành động cơ một pha Động cơ một phakhông thể tự mở máy được, vì vậy để khởi động động cơ một pha cần có các phần tửkhởi động như tụ điện, điện trở …

Khi nam châm điện quay (tốc độ n1 vòng/ phút ) làm đường sức từ quay cắt qua cáccạnh của khung dây cảm ứng gây nên sức điện động E trên khung dây Sức điện động Esinh ra dòng điện I chạy trong khung dây Vì dòng điện I nằm trong từ trường nên khi từtrường quay làm tác động lên khung dây một lực điện từ F Lực điện từ này làm khungdây chuyển động với tốc độ n vòng/ phút

2.4 CÁC YÊU CẦU VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

2.4.1 Những yêu cầu đặt ra trong quá trình điều khiển động cơ

Những động cơ trước đây thường được chế tạo để làm việc với tải không đổi trongsuốt quá trình làm việc Điều này làm cho hiệu suất làm việc của hệ thống thấp, một phầnđáng kể công suất đầu vào không được sử dụng hiệu quả Hầu hết thời gian momen động

cơ sinh ra đều lớn hơn momen yêu cầu của tải

Khi khởi động trực tiếp từ lưới nguồn, dòng khởi động rất lớn Điều này làm tổnthất công suất lớn trên đường truyền và trong rotor, làm nóng động cơ, thậm chí có thểlàm hỏng lớp cách điện Dòng khởi động lớn có thể làm sụt điện áp nguồn, ảnh hưởngđến các thiết bị khác dùng chung nguồn với động cơ

Khi chạy không tải, dòng điện chạy trong động cơ chủ yếu là dòng từ hóa, tải hầunhư chỉ có tính cảm Kết quả là hệ số công suất (PF: Power Factor) rất thấp, khoảng 0,1.Khi tải tăng lên dòng điện làm việc bắt đầu tăng Dòng điện từ hóa duy trì hầu như không

đổi trong suốt quá trình hoạt động từ không tải đến đầy tải Vì vậy, khi tải tăng hệ sốcông suất cũng lên Khi động cơ làm việc với hệ số công suất nhở hơn 1, dòng điện trongđộng cơ không hoàn toàn sin Điều này cũng làm giảm chất lượng công suất nguồn, ảnhhưởng đến các thiết bị khác dùng chung nguồn với động cơ

Trong quá trình làm việc, nhiều lúc cần dừng khẩn cấp hoặc đảo chiều động cơ Độchính xác trong tốc độ, khả năng dừng chính xác, đảo chiều tốt làm tăng năng suất laođộng cũng như chất lượng sản phẩm Trong các ứng dụng trước đây, các phương pháphãm cơ thường được sử dụng Lực ma sát giữa phần cơ và má phanh có tác dụng hãm.Tuy nhiên việc hãm này rất kém hiệu quả và tổn hao nhiệt lớn

Trong nhiều ứng dụng, công suất đầu vào là một hàm phụ thuộc vào tốc độ nhưquạt, máy bơm Ở những tải loại này, momen cản tỷ lệ với bình phương tốc độ, công suất

tỷ lệ với lập phương của tốc độ Do đó việc điều chỉnh tốc độ, điều này phụ thuộc vào tải,

có thể tiết kiệm điện năng Tính toán cho thấy việc giảm 20% tốc độ động cơ có thể tiếtkiệm được 50% công suất đầu vào Mà điều này là không thể thực hiện được đối vớinhững động cơ sử dụng trực tiếp điện áp lưới

Khi lưới điện cấp cho động cơ có hệ số công suất nhỏ hơn đơn vị định mức, dòngđiện trong động cơ chứa nhiều thành phần điều hòa bậc cao Điều này làm tăng tổn thấttrong động cơ dẫn đến giảm tuổi thọ của động cơ Momen sinh ra bởi động cơ bị gợnsóng Các thành phần điều hòa bậc cao có thể loại bỏ khi hoạt động ở tần số cao bởi tínhchất cảm của động cơ Nhưng ở tần số thấp động cơ chạy sẽ bị rung, làm ảnh hưởng đếncác vòng đồng của rotor Động cơ làm việc ở lưới nguồn không ổn định nếu không đượcbảo vệ sẽ làm giảm tuổi thọ của động cơ

Từ những phân tích trên ta thấy rằng cần phải có một hệ điều khiển thông minh Sựphát triển của các van công suất, công nghệ sản xuất IC tích hợp cao cho ra đời những bộ

vi xử lý có tốc độ xử lý ngày càng nhanh và sự phát triển của kỹ thuật tính toán đã dẫnđến việc điều khiển động cơ không đồng bộ có thể đạt được chất lượng cao

2.4.2 Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ

2.4.2.1. Mở máy trực tiếp động cơ điện rotor lồng sóc

Đây là phương pháp mở máy đơn giản nhất, chỉ việc đóng trực tiếp động cơ điệnvào lưới điện là được

 Ưu điểm:

- Đây là phương pháp đơn giản

- Nếu nguồn điện tương đối lớn thì có thể dùng phương pháp này để mở máy vì

mở máy nhanh và đơn giản

 Nhược điểm:

- Dòng điện mở máy tương đối lớn

- Nếu quán tính của tải tương đối lớn, thời gian mở máy quá dài thì có thể làmcho máy nóng và ảnh hưởng đến điện áp của lưới

Mục đích của phương pháp này là giảm dòng điện mở máy nhưng đồng thời mômen

mở máy cũng giảm xuống Do đó đối với những tải yêu cầu có mômen mở máy lớn thìphương pháp này không dùng được Tuy vậy, đối với những thiết bị yêu cầu mômen mởmáy nhỏ thì phương pháp này rất thích hợp Ví dụ: tải quạt gió,bơm,

2.4.2.3.Nối điện kháng nối tiếp vào mạch điện stator:

Sơ đồ nối dây như hình 2.9 Khi mở máy trong mạch điện stator đặt nối tiếp mộtđiện kháng Sau khi mở máy xong bằng cách đóng tiếp điểm K1 của công tắc tơ thì điệnkháng này bị nối ngắn mạch Điều chỉnh trị số của điện kháng thì có thể có được dòngđiện mở máy cần thiết

Do có điện áp gáng trên điện kháng nên điện áp mở máy trên đầu cực động cơ U’

K

sẽ nhỏ hơn điện áp lưới Gọi dòng điện mở máy và mômen khi mở máy trực tiếp là IK và

MK Nếu cho rằng khi hạ điện áp mở máy, tham số của máy điện vẫn giữ không đổi thìsau khi thêm điện kháng vào:

Dòng điện mở máy còn lại là : I’

K 1

RLN

U’k I’k

 Ưu điểm:

- Thiết bị khởi động đơn giản

- Dòng điện mở máy có thể điều chỉnh được cho phù hợp với yêu cầu

- Phương pháp này được dùng cho động cơ công suất hạ áp và cao áp

2.4.2.4.Dùng biến áp tự ngẫu hạ điện áp mở máy

Sơ đồ nối dây như hình 2.10 Bên cao áp nối với lưới điện, bên hạ áp nối với động

cơ điện Sau khi mở máy xong thì cắt máy biến áp tự ngẫu (bằng cách đóng tiếp điểm K2

vào và mở K1 ra)

Gọi tỷ số biến đổi điện áp của biến áp tự ngẫu là kT (kT < 1) thì:

- Điện áp đầu cực động cơ : U’

k MK

Nếu gọi dòng điện lấy từ lưới vào là I1 (dòng điện bên sơ cấp máy biến áp tự ngẫu)thì dòng điện I1 = kT.I’

K = 2 T

 Ưu điểm:

- Dòng điện mở máy có thể điều chỉnh được cho phù hợp với yêu cầu

- Với dòng điện mở máy bằng dòng điện mở máy của phương pháp dùng cuộnkháng thì ta có mômen máy lớn hơn

- Phương pháp này dùng được cho cả động cơ hạ áp, cao áp

 Nhược điểm:

- Mômen mở máy giảm

- Phải đầu tư thêm một máy biến áp tự ngẫu

2.4.2.5.Mở máy bằng phương pháp đổi nối Y - :

Phương pháp mở máy Y -  thích ứng với những máy khi làm việc bình thường đấutam giác Khi mở máy ta đổi thành Y, như vậy điện áp đưa vào hai đầu mỗi pha chỉ có

U1/ 3 Sau khi đã chạy rồi, đổi lại thành cách đấu  Sơ đồ cách đấu dây như hình 2.11.Khi mở máy thì đóng ATM, tiếp điểm KY đóng, còn tiếp điểm K mở, như vậy máy đấu

Y Khi máy đã chạy rồi thì đóng tiếp điểm K, máy đấu 

Theo phương pháp Y -  thì khi dây quấn đấu Y thì ta có:

- Điện áp pha trên dây quấn là : Ukf = U 1

3 1

Khi mở máy trực tiếp động cơ đấu  khi đó:

- Điện áp pha trên dây quấn là : Ukf = U1

- Dòng điện pha khi mở máy là : I  k 3 I kf

Như vậy khi mở máy đấu Y thì:

- Dòng điện pha khi mở máy là : I1 = kf k

'

3

1 I 3

- Không dùng cho động cơ Y/ = 220/380

- Không điều chỉnh được dòng điện khởi động theo yêu cầu

Hình 2.11: Mở máy bằng cách đổi nối Y - .

2.4.2.6.Mở máy bằng cách thêm điện trở phụ vào rotor

U L

ATM RLN

R

R

R K

 Ưu điểm:

- Dùng cho động cơ rotor dây quấn có thể đạt được mômen mở máy lớn

- Dòng điện mở máy nhỏ nên những nơi nào mở máy khó khăn thì dùng động

cơ điện loại này

Hình 2.12: Sơ đồ nối dây và đặc tính mômen khi thêm

điện trở vào rotor để mở máy.

- Bảo quản khó hơn, hiệu suất thấp hơn.

- Tổn thất công suất trên điện trở phụ lắp vào rotor

Dùng ba cặp thyristor đấu song song ngược như hình 2.13 Ứng với các góc mở khác nhau của các cặp thyristor, điện áp trung bình đặt vào động cơ khác nhau ứng vớitừng góc 

ĐC RLN

- Bộ khởi động dùng thêm ba cặp thyristor cho nên giá thành tăng

Hình 2.13: Mở máy hạ điện áp bằng bộ điều áp xoay chiều.

2.4.3 Các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ

Có nhiều phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ như:

- Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch rotor Rf

- Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp stator

- Điều chỉnh bằng cách thay đổi số đôi cực từ

- Điều chỉnh bằng cuộn kháng bão hòa

- Điều chỉnh bằng phương pháp nối tầng

- Điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số nguồn f1

Trong các phuơng pháp trên thì phương pháp điều chỉnh bằng cách thay đổi tần sốcho phép điều chỉnh cả momen và tốc độ với chất lượng cao nhất, đạt đến mức độ tươngđương như điều chỉnh động cơ điện một chiều bằng cách thay đổi điện áp phần ứng.Ngày nay các hệ truyền động sử dụng động cơ không đồng bộ điều chỉnh tần số đangngày càng phát triển Sau đây xin trình bày phương pháp điều chỉnh động cơ không đồng

bộ bằng cách thay đổi tần số nguồn f1 và phương pháp thay đổi điện áp stator

2.4.3.1.Điều chỉnh bằng cách thay đổi tần số nguồn f 1

Như ta đã biết, tốc độ đồng bộ của động cơ phụ thuộc vào tần số nguồn và số đôicực từ theo công thức:

Φ2, hoặc từ thông tổng của mạch từ hóa Φµ Vì momen động cơ tỉ lệ với từ thông trongkhe hở từ trường nên việc giữ cho từ thông không đổi cũng làm giữ cho momen khôngđổi Có thể kể ra các luật điều khiển như sau:

- Luật U/f không đổi: U/f = const

- Luật hệ số quá tải không đổi: λ = Mth/Mc = const

- Luật dòng điện không tải không đổi: I0 = const

- Luật điều khiển dòng stator theo hàm số của độ sụt tốc: I1 = f(Δω))

2.4.3.2.Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp stator

Sức điện động của cuộn dây stator E1 tỷ lệ với từ thông Φ1 và tần số f1 theo biềuthức:

1 1 1 1 1

f

U K



Như vậy để giữ từ thông không đổi ta cần giữ tỷ số U1/f1 không đổi Trong phươngpháp U/f = const thì tỷ số U1/f1 được giữ không đổi và bằng tỷ số này ở định mức Cầnlưu ý khi momen tải tăng, dòng động cơ tăng làm tăng sụt áp trên điện trở stato dẫn đến

E1 giảm, nghĩa là từ thông động cơ giảm Do dó động cơ không hoàn toàn làm việc ở chế

độ từ thông không đổi

Ta có công thức tính momen cơ của động cơ như sau:

2 ' 2 1 0

' 2

2 1

.

/ 3

X X s

R R

s R U M

Và momen tới hạn:

) ) (

( 2

3

2 ' 2 1

2 1 1 0

2 1

X X R R

2 ' 2 1 0

' 2

2 1

.

/ 3

dm dm

dm

dm dm

X X

s

R R

s R U M

) ) (

( 2

3

2 ' 2 1

2 1 1 0

2 1

dm dm

dm

dm thdm

X X R R

U M

a f

f U

U f

U f

U

dm dm

1 1

1 1

1

(2-10)

Ta thu được:

1dm 1

1dm 1

af f

aU U

2 ' 2 1

' 2 2 1 0

.

3

X X s a

R a R

s a

R U

 '2

2 1

2 1 1

2 1 0

2

3

X X a

R a

Dựa theo công thức trên ta thấy, các giá trị X1 và X’2 phụ thuộc vào tần số trong khi

R1 lại là hằng số Như vậy khi hoạt động ở tần số cao, giá trị (X1 + X’2) >> R1/a, sụt áptrên R1 rất nhỏ nên giá trị E suy giảm rất ít dẫn đến từ thông được giữ gần như không đổi.Momen cực đại của động cơ gần như không đổi

Tuy nhiên khi hoạt động ở tần số thấp thì giá trị điện trở R1/a sẽ tương đối lớn so vớigiá trị của (X1 + X’2) dẫn đến sụt áp nhiều trên điện trở stato khi momen tải lớn.Điều nàylàm cho E bị giảm, dẫn đến suy giảm từ thông momen cực đại

Để bù lại sự suy giảm từ thông ở tần số thấp, ta sẽ cung cấp thêm cho động cơ điệnmột điện áp U0 để từ thông của động cơ định mức khi f = 0 Từ đó ta có quan hệ sau:

Với K là một hằng số được chọn sao cho giá trị U1 cấp cho động cơ:

U=Udm tại f=fdm

Khi a > 1 (f > fdm ), điện áp được giữ không đổi và bằng định mức Khi đó động cơhoạt động ở chế độ suy giảm từ thông Sau đây là đồ thị biểu thị mối quan hệ giữamomen và điện áp theo tần số trong phương pháp điều khiển U/f=const:

Từ (hình 2.14) ta có nhận xét sau:

- Dòng điện khởi động yêu cầu thấp hơn

- Vùng làm việc ổn định của động cơ tăng lên Thay vì chỉ làm việc ở tốc độđịnh mức, động cơ có thể làm việc từ 5% của tốc độ đồng bộ đến tốc độ địnhmức Momen tạo ra bởi động cơ có thể duy trì trong vùng làm việc này

- Chúng ta có thể điều khiển động cơ ở tần số lớn hơn tần số định mức bằngcách tiếp tục tăng tần số Tuy nhiên do điện áp đặt không thể tăng trên điện ápđịnh mức Do đó chỉ có thể tăng tần số dẫn đến momen giảm Ở vùng trên vậntốc cơ bản các hệ số ảnh hưởng đến momen trở nên phức tạp

- Việc tăng tốc giảm tốc có thể được thực hiện bằng cách điều khiển sự thay đổicủa tần số theo thời gian

CHƯƠNG III GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN

Hình 2.14: Đồ thị biểu thị mối quan hệ giữa momen và điện áp theo tần số theo luật

điều khiển U/f=const.

3.1 KHÁI NIỆM CƠ BẢN

Biến tần là thiết bị dùng để biến đổi nguồn điện có tần số f1 cố định thành nguồnđiện có tần số fr thay đổi được nhờ các khóa bán dẫn

Biến tần chia làm hai loại:

- Biến tần phụ thuộc - trực tiếp

- Biến tần độc lập - gián tiếp

3.2 CẤU TẠO VÀ CHỨC NĂNG CỦA BIẾN TẦN

3.2.1 Biến tần trực tiếp

Biến tần trực tiếp là bộ biến đổi tần số trực tiếp từ lưới điện xoay chiều không thôngqua khâu trung gian một chiều Tần số ra được điều chỉnh nhảy cấp và nhỏ hơn tần sốlưới (f1<flưới) Loại biến tần này hiện nay ít sử dụng

Cấu trúc của thiết bị biến tần trực tiếp như trên hình 3.1 Bộ biến đổi này chỉ dùngmột khâu biến đổi là có thể biến đổi nguồn điện xoay chiều có điện áp và tần số khôngđổi thành điện áp xoay chiều có điện áp và tần số điều chỉnh được Do quá trình biến đổikhông phải qua khâu trung gian nên được gọi là bộ biến tần trực tiếp, còn được gọi là bộbiến đổi sóng cố định (Cycloconverter)

Hình 3.1: Thiết bị biến tần trực tiếp (xoay chiều-xoay chiều)

Mỗi một pha đầu ra của bộ biến tần trực tiếp đều được tạo bởi mạch điện mắc songsong ngược hai sơ đồ chỉnh lưu tiristor (hình 3.2) Hai sơ đồ chỉnh lưu thuận nghịch lầnlượt được điều khiển làm việc theo chu kỳ nhất định Trên phụ tải sẽ nhận được điện áp

ra xoay chiều U1 Biên độ của nó phụ thuộc vào góc điều khiển , còn tần số của nó phụthuộc vào tần số khống chế quá trình chuyển đổi sự làm việc của hai sơ đồ chỉnh lưu mắcsong song ngược Nếu góc điều khiển không thay đổi thì điện áp trung bình đầu ra cógiá trị không đổi trong mỗi nửa chu kỳ điện áp đầu ra Muốn nhận được điện áp đầu ra códạng gần hình sin hơn cần phải liên tục thay đổi góc điều khiển các van của mỗi sơ đồchỉnh lưu trong thời gian làm việc của nó (mỗi nửa chu kỳ điện áp ra); chẳng hạn ở nửachu kỳ làm việc của sơ đồ thuận, thực hiện thay đổi góc điều khiển từ /2 (ứng vớiđiện áp trung bình bằng không) giảm dần tới 0 (ứng với điện áp trung bình là cực đại),sau đó lại tăng dần từ 0 lên tới /2 thì điện áp trung bình đầu ra của sơ đồ chỉnh lưu lại

từ giá trị cực đại giảm về 0, tức là làm cho góc thay đổi trong phạm vi /2 0 /2,

để điện áp biến đổi theo quy luật gần hình sin, như trên hình 3.3 Trong đó, tại điểm A có

= 0, điện áp chỉnh lưu trung bình cực đại, sau đó tại các điểm B, C, D, E góc tăngdần lên, điện áp trung bình giảm xuống dần, cho đến điểm F với = /2 điện áp trungbình là 0 Điện áp trung bình trong nửa chu kỳ là hình sin trong hình vẽ thể hiện bằng nétđứt Sự điều khiển sơ đồ ngược trong nửa chu kỳ âm điện áp ra cũng tương tự như thế

Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý bộ biến tần trực tiếp.

Hình 3.3: Đồ thị điện áp đầu ra của thiết bị biến tần xoay

chiều-xoay chiều hình sin.

Hình 3.4: Sóng hài bậc nhất dòng, áp trên tải và các chế độ làm việc

của các khâu trong biến tần trực tiếp.

Trên đây đã phân tích đầu ra một pha biến tần xoay chiều - xoay chiều (trực tiếp),đối với phụ tải ba pha, hai pha khác cũng dùng mạch điện đảo chiều mắc song songngược, điện áp trung bình đầu ra có góc pha lệch nhau 1200 Như vậy, nếu mỗi một sơ đồchỉnh lưu đều dùng loại sơ đồ cầu ba pha thì bộ biến tần ba pha sẽ cần tổng cộng tới 36tiristor (mỗi nhánh cầu chỉ dùng một tiristor), nếu dùng loại sơ đồ tia ba pha, cũng phảidùng tới 18 tiristor Vì vậy thiết bị biến tần trực tiếp tuy về mặt cấu trúc chỉ dùng mộtkhâu biến đổi, nhưng số lượng linh kiện lại tăng lên rất nhiều, kích thước tổng tăng lênrất lớn.

Do những thiết bị này đều tương tự như thiết bị của bộ biến đổi có đảo dòng thườngdùng trong hệ thống điều tốc một chiều có đảo chiều nên quá trình chuyển mạch chiềudòng điện được thực hiện giống như trong sơ đồ chỉnh lưu có điều khiển (chuyển mạch tựnhiên), đối với các linh kiện không có các yêu cầu gì đặc biệt Ngoài ra, từ hình 3.3 có thểthấy, khi điện áp đổi chiều đồ thị hình sin của điện áp nguồn cũng có thể biến đổi theo rấtnhanh chóng, vì vậy tần số đầu ra lớn nhất cũng không vượt quá 1/3 1/2 tần số lướiđiện (tuỳ theo số pha chỉnh lưu), nếu không, đồ thị đầu ra sẽ thay đổi rất lớn, sẽ ảnhhưởng tới sự làm việc bình thường của hệ thống điều tốc biến tần Do số lượng linh kiệntăng lên nhiều, tần số đầu ra giảm xuống, phạm vi thay đổi tần số đầu ra của bộ biến tầnhẹp (vì cũng bị gới hạn cả tần số thấp nhất) nên hệ điều tốc này ít được dùng, chỉ trongmột số lĩnh vực công suất lớn và cần tốc độ làm việc thấp, chẳng hạn như máy cán thép,máy nghiền bi, lò xi măng, những loại máy này khi dùng động cơ tốc độ thấp được cấpđiện bởi biến tần trực tiếp có thể loại bỏ được hộp giảm tốc rất cồng kềnh và thường dùngtiristor mắc song song mới thoả mãn được yêu cầu công suất đầu ra

Bộ biến tần trực tiếp tuy có một số nhược điểm là số lượng phần tử nhiều, phạm vithay đổi tần số không rộng, chất lượng điện áp ra thấp, nhưng có ưu điểm là hiệu suất caohơn so với các bộ biến tần gián tiếp, điều này đặc biệt có ý nghĩa khi công suất hệ thốngđiều tốc cực lớn (các hệ thống dùng động cơ công suất đến 16.000 KW) Trên đồ thị dạngsóng (hình 3.4) ta thấy công suất tức thời của biến tần bao gồm có bốn giai đoạn Tronghai khoảng ta có tích điện áp và dòng điện của biến tần dương, biến tần lấy công suất từ

lưới cung cấp cho tải Trong hai khoảng còn lại ta có tích giữa điện áp và dòng điện trongbiến tần âm nên biến tần biến đổi cung cấp lại công suất cho lưới.

3.2.2 Biến tần gián tiếp

Biến tần gián tiếp hay còn gọi là biến tần có khâu trung gian một chiều, dùng bộchỉnh lưu biến đổi nguồn xoay chiều thành một chiều, sau đó lại dùng bộ nghịch lưu biếnđổi nguồn một chiều thành xoay chiều Khâu trung gian một chiều đóng vai trò tích lũynăng lượng dưới dạng nguồn áp dùng tụ điện hoặc nguồn dòng dùng cuộn cảm tạo ra mộtkhâu cách ly nhất định giữa phụ tải và nguồn điện áp lưới Các bộ biến tần gián tiếp cócấu trúc như sau:

Hình 3.5: Sơ đồ cấu trúc của biến tần gián tiếp

M

Chức năng của các khối chính như sau:

 Chỉnh lưu: Chức năng của khâu chỉnh lưu là biến đổi điện áp xoay chiều

thành điện áp một chiều Chỉnh lưu có thể là không điều chỉnh hoặc có điềuchỉnh Ngày nay đa số chỉnh lưu là không điều chỉnh, vì điều chỉnh điện áp mộtchiều trong phạm vi rộng sẽ làm tăng kích thước của bộ lọc và làm giảm hiệusuất bộ biến đổi Nói chung chức năng biến đổi điện áp và tần số được thực hiệnbởi nghịch lưu thông qua luật điều khiển Trong các bộ biến đổi công suất lớn,người ta thường dùng chỉnh lưu bán điều khiển với chức năng làm nhiệm vụ bảo

vệ cho toàn hệ thống khi quá tải Tùy theo tầng nghịch lưu yêu cầu nguồn dònghay nguồn áp mà bộ chỉnh lưu sẽ tạo ra dòng điện hay điện áp tương đối ổn định

 Lọc: Bộ lọc có nhiệm vụ san phẳng điện áp sau chỉnh lưu.

 Nghịch lưu: Chức năng của khâu nghịch lưu là biến đổi dòng một chiều

thành dòng xoay chiều có tần số có thể thay đổi được và làm việc với phụ tải độclập Nghịch lưu có thể là một trong ba loại sau:

- Nghịch lưu nguồn áp: trong dạng này, dạng điện áp ra tải được định dạng

trước (thường có dạng xung chữ nhật) còn dạng dòng điện phụ thuộc vào tính chấttải Nguồn điện áp cung cấp phải là nguồn sức điện động có nội trở nhỏ Trong cácứng dụng điều kiển động cơ, thường sử dụng nghịch lưu nguồn áp

- Nghịch lưu nguồn dòng: Ngược với dạng trên, dạng dòng điện ra tải được

định hình trước, còn dạng điện áp phụ thuộc vào tải Nguồn cung cấp phải lànguồn dòng để đảm bảo giữ dòng một chiều ổn định, vì vậy nếu nguồn là sức điệnđộng thì phải có điện cảm đầu vào đủ lớn hoặc đảm bảo điều kiện trên theonguyên tắc điều khiển ổn định dòng điện

- Nghịch lưu cộng hưởng: Loại này dùng nguyên tắc cộng hưởng khi mạch

hoạt động, do đó dạng dòng điện (hoặc điện áp) thường có dạng hình sin Cả điện

áp và dòng điện ra tải phụ thuộc vào tính chất tải

Ngoài ra, còn có các khối phụ:

 Bộ điều khiển có nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển theo một luật điều khiển nào

đó đưa đến các van công suất trong bộ nghịch lưu Ngoài ra nó còn có chức năngsau:

- Theo dõi sự cố lúc vận hành

- Xử lý thông tin từ người sử dụng

- Xác định thời gian tăng tốc, giảm tốc hay hãm

- Xử lý thông tin từ các mạch thu thập dữ liệu

- Kết nối với máy tính

 Mạch kích là bộ phận tạo tín hiệu phù hợp để điều khiển trực tiếp các van công

suất trong mạch nghịch lưu Mạch cách ly có nhiệm vụ cách ly giữa mạch côngsuất với mạch điều khiển để bảo vệ mạch điều khiển

 Màn hình hiển thị và điều khiển có nhiệm vụ hiển thị thông số hệ thống như tần

số, dòng điện, điện áp,… và để người sử dụng có thể đặt lại thông số cho hệthống

 Các mạch thu thập tín hiệu như dòng điện, điện áp nhiệt độ,…biến đổi chúng

thành tín hiệu thích hợp để mạch điều khiển có thể xử lý được Ngoài ra còn cócác mạch làm nhiệm vụ bảo vệ khác như bảo vệ chống quá áp hay thấp áp đầuvào… Các mạch điều khiển, thu thập tín hiệu đều cần cấp nguồn, các nguồn nàythường là nguồn điện một chiều 5, 12, 15VDC yêu cầu điện áp cấp phải ổn định

Bộ nguồn có nhiệm vụ tạo ra nguồn điện thích hợp đó

Sự ra đời của các bộ vi xử lý có tốc độ tính toán nhanh có thể thực hiện các thuậttoán phức tạp thời gian thực, sự phát triển của các lý thuyết điều khiển, công nghệ sảnxuất IC có mức độ tích hợp ngày càng cao cùng với giá thành của các linh kiện ngày cànggiảm dẫn đến sự ra đời của các bộ biến tần ngày càng thông minh có khả năng điều khiểnchính xác, đáp ứng nhanh và giá thành rẻ

3.3 ỨNG DỤNG CỦA BIẾN TẦN TRONG THỰC TẾ

Với sự phát triển như vũ bão về chủng loại và số lượng của các bộ biến tần, ngàycàng có nhiều thiết bị điện – điện tử sử dụng các bộ biến tần, trong đó một bộ phận đáng

kể sử dụng biến tần phải kể đến chính là bộ biến tần điều khiển tốc độ động cơ điện.Trong thực tế có rất nhiều hoạt động trong công nghiệp có liên quan đến tốc độđộng cơ điện Đôi lúc có thể xem sự ổn định của tốc độ động cơ mang yếu tố sống còncủa chất lượng sản phẩm, sự ổn định của hệ thống… Ví dụ: máy ép nhựa làm đế giầy,cán thép, hệ thống tự động pha trộn nguyên liệu, máy ly tâm định hình khi đúc… Vì thế,việc điều khiển và ổn định tốc độ động cơ được xem như vấn đề chính yếu của các hệthống điều khiển trong công nghiệp

Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông sốnguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông … Từ đótạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu của phụtải cơ Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ:

 Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền chuyểntiếp từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản xuất

 Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện Phương pháp này làm giảm tính phứctạp của cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh, đặc biệt linh hoạt khi ứngdụng các hệ thống điều khiển bằng điện tử Vì vậy, bộ biến tần được sử dụng

để điều khiển tốc độ động cơ theo phương pháp này

Khảo sát cho thấy:

 Chiếm 30% thị trường biến tần là các bộ điều khiển moment

 Trong các bộ điều khiển moment, động cơ chiếm 55% là các ứng dụng quạtgió, trong đó phần lớn là các hệ thống HAVC (điều hòa không khí trung tâm),chiếm 45% là các ứng dụng bơm, chủ yếu là trong công nghiệp nặng

 Nâng cấp cải tạo các hệ thống bơm và quạt từ hệ điều khiển tốc độ không đổilên hệ tốc độ có thể điều chỉnh được trong công nghiệp với lợi nhuận to lớn thu

về từ việc tiết giảm nhiên liệu điện năng tiêu thụ

Tính hữu dụng của biến tần trong các ứng dụng bơm và quạt:

 Điều chỉnh lưu lượng tương ứng với điều chỉnh tốc độ bơm và quạt

 Điều chỉnh áp suất tương ứng với điều chỉnh góc mở của van

 Giảm tiếng ồn công nghiệp

 Năng lượng sử dụng tỉ lệ thuận với lũy thừa bậc ba của tốc độ động cơ

 Giúp tiết kiệm điện năng tối đa

Như tên gọi, bộ biến tần sử dụng trong hệ truyền động, chức năng chính là thay đổitần số nguồn cung cấp cho động cơ để thay đổi tốc độ động cơ nhưng nếu chỉ thay đổi tần

số nguồn cung cấp thì có thể thực hiện việc biến đổi này theo nhiều phương thức khác,không dùng mạch điện tử Trước kia, khi công nghệ chế tạo linh kiện bán dẫn chưa pháttriển, người ta chủ yếu sử dụng các nghịch lưu dùng máy biến áp Ưu điểm chính của cácthiết bị dạng này là sóng dạng điện áp ngõ ra rất tốt (ít hài) và công suất lớn (so với biếntần hai bậc dùng linh kiện bán dẫn) nhưng còn nhiều hạn chế như:

- Giá thành cao do phải dùng máy biến áp công suất lớn.

- Tổn thất trên biến áp chiếm đến 50% tổng tổn thất trên hệ thống nghịch lưu.

- Chiếm diện tích lắp đặt lớn, dẫn đến khó khăn trong việc lắp đặt, duy tu, bảo trì

cũng như thay mới

- Điều khiển khó khăn, khoảng điều khiển không rộng và dễ bị quá điện áp ngõ

ra do có hiện tượng bão hoà từ của lõi thép máy biến áp

Ngoài ra, các hệ truyền động còn nhiều thông số khác cần được thay đổi, giám sátnhư: điện áp, dòng điện, khởi động mềm (Ramp start hay Soft start), tính chất tải … màchỉ có bộ biến tần sử dụng các thiết bị bán dẫn là thích hợp nhất trong trường hợp này

3.4 MỘT SỐ LƯU Ý KHI SỬ DỤNG BIẾN TẦN

- Tùy theo ứng dụng mà bạn lựa chọn bộ biến tần cho phù hợp, theo cách đó bạn sẽ

chỉ phải trả một chi phí thấp mà lại đảm bảo độ tin cậy làm việc

- Bên trong bộ biến tần là các linh kiện điện tử bán dẫn nên rất nhạy cảm với điều

kiện môi trường, mà Việt Nam có khí hậu nóng ẩm nên khi lựa chọn bạn phải chắcchắn rằng bộ biến tần của mình đã được nhiệt đới hoá, phù hợp với môi trường khíhậu Việt Nam

- Bạn phải đảm bảo điều kiện môi trường lắp đặt như nhiệt độ, độ ẩm, vị trí Các bộ

biến tần không thể làm việc ở ngoài trời, chúng cần được lắp đặt trong tủ có khônggian rộng, thông gió tốt (tủ phải có quạt thông gió), vị trí đặt tủ là nơi khô ráotrong phòng có nhiệt độ nhỏ hơn 5000C, không có chất ăn mòn, khí gas, bụi bẩn,

độ cao nhỏ hơn 1000m so với mặt nước biển

- Đọc kỹ hướng dẫn sử dụng, nếu không hiểu hoặc không chắc chắn thì không tự ý

mắc nối hoặc thay đổi các tham số cài đặt Nhờ các kỹ thuật viên của hãng cungcấp biến tần cho bạn hướng dẫn lắp đặt, cài đặt để có được chế độ vận hành tối ưucho ứng dụng của bạn Khi biến tần báo lỗi hãy tra cứu mã lỗi trong tài liệu và tìmhiểu nguyên nhân gây lỗi, chỉ khi nào khắc phục được lỗi mới khởi động lại

- Mỗi bộ biến tần đều có một cuốn tài liệu tra cứu nhanh, bạn nên ghi chép chi tiết

các thông số đã thay đổi và các lỗi mà bạn quan sát được vào cuốn tài liệu này,đây là các thông tin rất quan trọng cho các chuyên gia khi khắc phục sự cố

3.5 MỘT SỐ LOẠI BIẾN TẦN TRÊN THỊ TRƯỜNG HIỆN NAY

3.5.1 Biến tần Simen

3.5.1.1 Biến tần Siemens M420

Họ biến tần MICROMASTER 420 - 6SE6420 có công suất định mức từ 0.37KWđến 11KW đối với điện áp vào 3 pha AC 380V đến 480V, 0.12 KW đến 5.5KW đối với

điện áp vào 3 pha AC 200V đến 240V và 0.12KW đến 3KW đối với điện áp vào 1 pha

AC 200V đến 240V tần số ngõ vào 50/60Hz

Các đặc tính khác:

- Điện áp định mức ngõ ra: 1/3 pha 220VAC và 3 pha 380VAC tuỳ theo chọn

mã hàng, tần số ngõ ra từ 0Hz đến 650Hz

- Các đầu đấu nối vào và ra: 3 đầu vào số,1 đầu vào tương tự, 1 đầu ra rơle, 1

đầu ra tương tự,1 cổng RS485, có chức năng hãm DC và hãm hổn hợp

- Phương pháp điều khiển: Phương pháp điều khiển V/F tuyến tính, V/F đa

điểm, V/f bình phương, điều khiển dòng từ thông FCC

- Chức năng bảo vệ: quá tải, thấp áp, quá áp, chạm đất, ngắn mạch, quá nhiệt

động cơ, quá nhiệt biến tần.…

- Các tuỳ chọn khác như: Bảng điều khiển BOP, bảng điều khiển AOP, bộ ghép

nối PC, đĩa CD cài đặt, modul profibus, bộ lọc đầu vào, lọc đầu ra

Ứng dụng: Dùng cho các ứng dụng đơn giản có công suất dưới 11KW (Bơm, quạt,

băng chuyền )

- Ứng dụng tốt cho hệ thống quạt.

- Ứng dụng tốt các giải pháp tiết kiệm điện trong các hệ thống quạt.

Hình 3.6:Biến tần Siemens M420

3.5.1.2 Biến tần Siemens M430:

Biến tần MICROMASTER 430 - 6SE6430 có công suất định mức từ 7.5KW đến250KW đối với điện áp vào 3 pha AC 380V đến 480V, tần số ngõ vào 50/60Hz điện ápđịnh mức ngõ ra: 3 pha 380VAC , tần số ngõ ra từ 0Hz đến 650Hz

Các đặc tính kỹ thuật khác:

- Các đầu đấu nối vào và ra : 6 đầu vào số, 2 đầu vào tương tự, 3 đầu ra rơle, 2

đầu ra tương tự,1 cổng RS485, 15 cấp tần số cố định có chức năng hãm DC vàhảm hổn hợp, có tích hợp bộ điều khiển PID

- Phương pháp điều khiển: V/f tuyến tính, V/f bình phương, V/f đa điểm, điều

khiển dòng từ thông, điều khiển vecter, điều khiển momen

- Chức năng bảo vệ: quá tải, thấp áp, quá áp, chạm đất, ngắn mạch, quá nhiệt

động cơ, quá nhiệt biến tần.…

- Các tuỳ chọn khác như: Bảng điều khiển BOP-2, bộ phụ kiện lắp BOP trên

cánh tủ, bộ ghép nối PC, modul profibus, bộ lọc đầu vào, bộ lọc đầu ra.…

Ứng dụng: Chuyên dụng cho các dự án tiết kiệm năng lượng (bơm, quạt) MM430

ứng dụng chuyên cho bơm , quạt và các Momen thay đổi theo tốc độ khác

- Ứng dụng tốt cho các hệ thống bơm.

- Giải pháp tiết kiệm điện trong các hệ thống quạt gió.

Hình 3.7: Biến tần Siemens M430