Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát động cơ xoay chiều ba pha dựa trên bộ điều khiển PLC và biến tần

Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát động cơ xoay chiều ba pha dựa trên bộ điều khiển PLC và biến tầnThiết kế hệ thống điều khiển giám sát động cơ xoay chiều ba pha dựa trên bộ điều khiển PLC và biến tầnThiết kế hệ thống điều khiển giám sát động cơ xoay chiều ba pha dựa trên bộ điều khiển PLC và biến tầnThiết kế hệ thống điều khiển giám sát động cơ xoay chiều ba pha dựa trên bộ điều khiển PLC và biến tầnThiết kế hệ thống điều khiển giám sát động cơ xoay chiều ba pha dựa trên bộ điều khiển PLC và biến tần

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan, số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trungthực và chưa được bảo vệ một học vị nào

Tôi xin cam đoan, mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn đã được cảm

ơn và các thông tin trích dẫn trong luận văn đều được chỉ rõ nguồn gốc

Hưng Yên, ngày 22 tháng 9 năm 2015

.

LỜI CẢM ƠN

Sau thời gian nghiên cứu, làm việc tích cực khẩn trương, đến nay đề tài

“Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát động cơ xoay chiều ba pha dựa trên bộ điều khiển PLC và biến tần” đã được hoàn thành.

Tôi xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến TS Hồ Khánh Lâm, người trực tiếp

hướng dẫn, tạo mọi điều kiện thuận lợi để tôi hoàn thành luận văn này Tôi xin cảm

ơn các thầy cô, lãnh đạo trong khoa Điện – Điện tử Trường Đại học Sư phạm Kỹthuật Hưng Yên đã tận tình hướng dẫn và tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong suốtquá trình học tập, nghiên cứu thực hiện luận văn

Cuối cùng tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến gia đình và người thân đã quan tâmđộng viên, giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập và hoàn thành luận văn

Hưng Yên, ngày 22 tháng 9 năm 2015

.

MỤC LỤC

LỜI CAM ĐOAN i

LỜI CẢM ƠN ii

MỤC LỤC iii

BẢNG KÍ HIỆU CÁC TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU vii

DANH MỤC HÌNH VẼ viii

LỜI MỞ ĐẦU 1

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI 1

2 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU 1

3 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU 1

3.1 Mục đích 1

3.2 Đối tượng 2

3.3 Phạm vi nghiên cứu 2

4 CÁC LUẬN ĐIỂM CƠ BẢN VÀ ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN VĂN 2

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU 2

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ HỆ SCADA TRONG CÔNG NGHIỆP 4

1.1 KHÁI NIỆM VỀ HỆ SCADA 4

1.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG 6

1.3 CƠ CHẾ THU THẬP DỮ LIỆU 7

1.4 XỬ LÝ DỮ LIỆU 8

1.5 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA SCADA 8

1.6 MỘT SỐ HÌNH ẢNH HỆ THỐNG SCADA TRONG THỰC TẾ 9

1.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1 10

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU BA PHA VÀ BIẾN TẦN DELTA VFD-B 11

2.1 ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA 11

2.1.1 Cấu tạo 11

2.1.2 Nguyên lý làm việc của ĐCKĐBBP 13

2.1.3 Các phương pháp điều khiển tốc độ ĐCKĐBBP 15

2.1.4 Các phương pháp điều khiển động cơ 17

2.2 BIẾN TẦN DELTA VFD-B 17

2.2.1 Khái niệm 17

2.2.2 Cấu tạo 18

2.2.3 Nguyên lý hoạt động chung 20

2.2.4 Ưu điểm và ứng dụng 23

2.2.5 Sơ đồ đấu dây 24

2.2.6 Các bước thiết lập tham số 29

2.2.7 Encoder hanyou nux 35

2.3 KẾT LUẬN CHƯƠNG 2 36

CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU PHẦN MỀM WINCC VÀ PLC S7 – 200 THIẾT KẾ VÀ XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA 37

3.1 PHẦN MỀM WINCC 37

3.1.1 Chức năng của WinCC 37

3.1.2 Phần mềm PC Access 39

3.2 BỘ ĐIỀU KHIỂN PLC S7 200 SIEMENS 39

3.2.1 Giới thiệu chung 39

3.2.2 Chủng loại 41

3.2.3 Ứng dụng 42

3.2.4 PLC S7-200 CPU 224 AC/DC/Relay 43

3.2.5 Tập lệnh cài đặt PID 50

3.3 MẠNG TRUYỀN THÔNG MODBUS ỨNG DỤNG TRONG HỆ THỐNG THIẾT BỊ CỦA DELTA 52

3.3.1 Thế nào là mạng truyền thông công nghiệp 52

3.3.2 Giao thức truyền thông modbus 52

3.3.3 Các chuẩn kết nối 53

3.3.4 Mạng truyền thông modbus của delta 53

3.3.5 Cơ chế giao tiếp 54

3.3.6 Chế độ truyền 62

3.4 XÁC ĐỊNH HÀM TRUYỀN ĐỐI TƯỢNG VÀ CÁC THAM SỐ PID 63

3.4.1 PID 63

3.4.2 Phương pháp điều khiển PID 67

3.4.3 Xây dựng modul truyền thông giữa PLC và biến tần 70

3.5 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ĐIỀU KHIỂN 72

3.5.1 Chương trình điều khiển 72

3.5.2 Quy ước đầu vào ra 74

3.6 THIẾT KẾ GIAO DIỆN GIÁM SÁT VÀ ĐIỀU KHIỂN TRÊN WINCC 75

3.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 3 75

CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 77

4.1 KẾT LUẬN 77

4.2 KIẾN NGHỊ 77

TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 PHỤ LỤC

BẢNG KÍ HIỆU CÁC TỪ VIẾT TẮT

Chữ

ASCII American Standard Code for

Information Interchage

Chuẩn mã trao đổi thông tin HoaKỳ

CRC Cyclic Redundancy Check Mã phát hiện lỗi

CPU Central Processing Unit Đơn vị xử lý trung tâm

FBD Function Block Diagram Lập trình theo khối chức năngGUI Graphical User Interface Giao diện đồ họa người dùngHMI Human- Machine Interface Giao diện người - máy

LAD Ladder logic Lập trình theo dạng bậc thangLRC Longitudinal Redundancy Check Mã phát hiện lỗi

PID Proportional Integral Derivative Bộ điều khiển tích phân tỉ lệ PLC Programmale Logic Controllers Khối điều khiển logic khả trìnhRTU Remote Terminal Units Khối thiết bị vào ra đầu cuối từ xaSCAD

A Supervisory Control And DataAcquisition Hệ thống điều khiển giám sát vàthu thập dữ liệuSTL StaTement List Lập trình theo tập lệnh

XML Extensible Markup Language Ngôn ngữ đánh dấu mở rộng

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2.1 Nhóm các thông số người sử dụng 32

Bảng 2.2 Nhóm các thông số cơ bản 33

Bảng 2.3 Nhóm các thông số chức năng đầu ra 34

Bảng 3.1 Các thành viên họ S7-200 41

Bảng 3.2 Module mở rộng 42

Bảng 3.3 Vùng nhớ đặc biệt sử dụng để lập trình cho HSC 45

Bảng 3.4 Vùng nhớ cho modem đếm 45

Bảng 3.5 Modem đếm của HSC 0 45

Bảng 3.6 Modem đếm của HSC0 46

Bảng 3.7 Modem đếm của HSC 2 46

Bảng 3.8 Byte trạng thái của HSC0 47

Bảng 3.9 Byte trạng thái của HSC1 47

Bảng 3.10 Byte trạng thái của HSC 2 47

Bảng 3.11 Byte điều khiển của HSC0 48

Bảng 3.12 Byte điều khiển của HSC1 48

Bảng 3.13 Byte điều khiển của HSC3 49

Bảng 3.14 Chọn kiểu reset, start và tần số đếm cho HSC 49

Bảng 3.15 Byte trạng thái và byte điều khiển của HSC3, HSC4, HSC5 49

Bảng 3.16 Giá trị tức thời, giá trị đặt 49

Bảng 3.17 Bảng địa chỉ chuẩn Modbus của các thanh ghi 60

Bảng 3.18 Các phương pháp điều khiển PID 67

Bảng 3.19 Phương pháp điều khiển bằng tay 68

Bảng 3.20 Phương pháp Ziegler-Nichols 69

DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu SCADA điển hình 4

Hình 1.2 Cấu trúc phân cấp của hệ thống tự động 4

Hình 1.3 Mô hình phân cấp hệ thống Scada 6

Hình 1.4 Cơ chế thu thập dữ liệu trong hệ thống 7

Hình 1.5 Giao diện SCADA giám sát nhà máy bia 9

Hình 1.6 Giao diện SCADA của nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi 9

Hình 1.7 Giao diện SCADA của nhà máy xử lý nước thải công nghiệp 10

Hình 2.1 Động cơ không đồng bộ 11

Hình 2.2 Lõi thép được ghép nhiều hình rẻ quạt 12

Hình 2.3 Dây quấn Stator 12

Hình 2.4 Động cơ rotor lồng sóc 13

Hình 2.5 Nam châm quay tạo ra từ trường 13

Hình 2.6 Momen quay 14

Hình 2.7 Biến tần DELTA 18

Hình 2.8 Nguyên lý hoạt động của biến tần 21

Hình 2.9 Sơ đồ mạch lực bộ biến tần ngồn áp dùng Tranzitor 22

Hình 2.10 Giản đồ điện thế và điện áp pha A dùng phương pháp PWM 22

Hình 2.11 Thông số kỹ thuật trên tem biến tần 24

Hình 2.12 Mô tả bàn phím cài đặt của biến tần VFD 25

Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý các đầu vảo ra của biến tần Delta VFD 26

Hình 2.14 Sơ đồ đấu tín hiệu vào số của biến tần khi chọn chế độ SINK 27

Hình 2.15 Sơ đồ đấu tín hiệu vào số của biến tần khi chọn chế độ SOURCE 28

Hình 2.16 Hình Encoder 35

Hình 2.17 Xung A, xung B 36

Hình 3.1 Giao tiếp với PLC 39

Hình 3.2 Mô hình thực tế PLC S7-200 40

Hình 3.3 Cánh tay robot trong sản xuất ôtô 42

Hình 3.4 Sơ đồ đấu dây PLC 224 AC/DC/Relay 44

Hình 3.5 Mạng truyền thông Modbus 52

Hình 3.6 Giao thức truyền thông Modbus 52

Hình 3.7 Chuẩn kết nối RS-232 53

Hình 3.8 Chuẩn kết nối RS-485 53

Hình 3.9 Mạng truyền thông Modbus của Delta 54

Hình 3.10 Chu trình yêu cầu- đáp ứng Modbus 55

Hình 3.11 Khung truyền ASCII 62

Hình 3.12 Khung truyền RTU 63

Hình 3.13 Đồ thị PV theo thời gian, ba giá trị Kp (Ki và Kd là hằng số) 64

Hình 3.14 Đồ thị PV theo thời gian, ba giá trị Ki (Kp và Kd là hằng số) 65

Hình 3.15 Đồ thị PV theo thời gian, ba giá trị Kd (Kp và Ki là hằng số) 66

Hình 3.16 Cấu trúc hệ thống điều khiển tốc độ động cơ 70

Hình 3.17 Sơ đồ hệ thống điều khiển tốc độ động cơ 70

Hình 3.18 Sơ đồ đấu nối truyền thông giữa PLC với biến tần 71

Hình 3.19 Quy ước đầu vào ra trên PLC S7-200 74

Hình 3.20 Quy ước đầu vào ra trên PC Access 74

Hình 3.21 Màn hình chính của giao diện WinCC 75 Y

LỜI MỞ ĐẦU

1 LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI

Hệ thống đo tốc độ động cơ là một hệ thống được áp dụng rất nhiều trongcác nhà máy sản xuất Với những yêu cầu về điều khiển tốc độ động cơ cũng nhưđiều khiển tốc độ các thiết bị trong quá trình sản xuất Từ những yêu cầu thực tế vàlòng đam mê học hỏi các hệ thống điều khiển tốc độ nên em mạnh dạn chọn đề tài

“ Thiết kế hệ thống điều khiển giám sát động cơ xoay chiều ba pha dựa trên bộ

điều khiển PLC và biến tần” này để làm đề tài luận văn tốt nghiệp của mình.

2 LỊCH SỬ NGHIÊN CỨU

Vào những giữa thập niên 90 của thế kỉ trước, do sử dụng các thiết bị vào/ra(I/O) thu thập dữ liệu cũ, nên khi kết nối sẽ ưu tiên sử dụng các chuẩn kết nối phùhợp với khoảng cách truyền dẫn như RS-485, tuy nhiên điều này lại hạn chế việclựa chọn thiết bị khi yêu cấu thay đổi

Do nhược điểm nêu trên mà đến cuối những năm 90, xu hướng dịch chuyểnsang sử dụng các chuẩn truyền thông mở như IEC870-5-101/104 và DNP 3.0 đãngày càng phổ biến trong việc sản xuất các thiết bị cũng như các nhà cung cấp giảipháp cho các hệ SCADA

Đến năm 2000 thì hầu hết các nhà sản xuất thiết bị vào/ra dữ liệu đã đồngloạt chuyển sang giao thức mở như Modicon MODBUS dựa trên chuẩn TCP/IP

Hiện nay, các hệ SCADA đang trong xu hướng dịch chuyển sang công nghệchuẩn truyền thông Ethernet và TCP/IP là các chuẩn cơ bản đang dần thay thế cácchuẩn cũ hơn

3 MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU CỦA LUẬN VĂN, ĐỐI TƯỢNG, PHẠM VI NGHIÊN CỨU

3.1 Mục đích

Nghiên cứu, tìm hiểu về hệ SCADA trong thực tế, từ đó xây dựng mô hình

hệ SCADA để điều khiển giám sát động cơ xoay chiều ba pha dùng PLC S7 – 200

Để thực hiện giám sát và điều khiển trên giao diện, nghiên cứu phần mềm WinCC

để xây dựng giao diện và lập trình giám sát, điều khiển tốc độ động cơ

Việc điều khiển một hệ thống bởi máy tính giúp cho việc lưu giữ các giá trịhiện tại được thuận lợi hơn Nghiên cứu tổng quan về PLCS7-200 và biến tần kếthợp với phần mềm WinCC để xây dựng chương trình điều khiển, giám động cơxoay chiều ba pha một cách dễ dàng, chính xác.

3.2 Đối tượng

Đối tượng điều khiển trong mô hình này là động cơ không đông bộ ba pharotor lồng sóc được điều khiển giám sát bằng PLC và biến tần

3.3 Phạm vi nghiên cứu

Bằng PC (Personal Computer) với hệ điều hành Windows XP

Giao tiếp máy tính thông qua phần mềm WinCC của công ty SIEMENS

Sử dụng hệ SCADA để thu thập dữ liệu, điều khiển và giám sát các thiết bị,các cơ cấu chấp hành ngày càng được sử dụng nhiều trong các nhà máy, xí nghiệp

và các dây chuyền sản xuất

Chương trình điều khiển: soạn thảo bằng phần mềm Step7 của SIEMENS

4 CÁC LUẬN ĐIỂM CƠ BẢN VÀ ĐÓNG GÓP MỚI CỦA LUẬN VĂN

Luận văn đã trình bày tổng quan về hệ thống điều khiển giám sát động cơkhông đồng bộ, mô hình và hiển thị trên máy

Nội dung luận văn bao gồm 4 chương:

CHƯƠNG 1 : Tổng quan về hệ scada trong công nghiệp.

Chương 2 :Tìm hiểu về động cơ không đồng bộ ba pha và biến tần DELTA VFD-B.Chương 3 : Nghiên cứu phần mềm WINCC và PLC S7 – 200 Thiết kế và xây dựng.chương trình điều khiển giám sát tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha

Chương 4 : Kết luận và kiến nghị

5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

Để đạt được mục tiêu, yêu cầu đặt ra của đề tài, việc thực hiện đề tài sửdụng các phương pháp nghiên cứu sau:

+ Phương pháp thu nhập và tổng hợp tài liệu trong nước và ngoài nước cóliên quan đến động cơ KĐB xoay chiều 3 pha, biến tần DELTA VFD-B, phần mềmS7 200, phần mềm win CC

+ Từ các dây chuyền công nghệ thực tế và lý thuyết điều khiển tự động,điều khiển logic tiến hành thiết kế hệ thống điều khiển tự động bằng PLC S7-200.

+ Nghiên cứu, thiết kế hệ thống điều khiẻn giám sát hệ thống bằng phầnmềm Win CC

+ Chạy thử giao diện giám sát nhiều lần, kiểm tra phát hiện lỗi, từ đó hoàn thiện

và nâng cấp hệ thống

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ HỆ SCADA TRONG CÔNG NGHIỆP1.1 KHÁI NIỆM VỀ HỆ SCADA

* Giới thiệu chung về khái niệm SCADA

Hình 1.1 Hệ thống giám sát và thu thập dữ liệu SCADA điển hình

Hình 1.2 Cấu trúc phân cấp của hệ thống tự động

Trong mô hình phân cấp trên đây thì ta thấy hai cấp dưới cùng là cấp trường

và cấp điều khiển, thực hiện chức năng đo lường, vận hành và điều khiển, nhưng đểmột hệ thống vận hành an toàn và hiệu quả thì cần phải có một hệ thống quản lí cáccấp điều khiển và cấp trường, đó chính là cấp thứ ba - cấp điều khiển giám sát

Trong các dây chuyền sản xuất lớn ở các nhà máy thì số lượng thiết bị điềukhiển rất nhiều, vì vậy việc quản lý cả hệ thống khá phức tạp, chính vì vậy cần thiếtphải có một trạm vận hành giám sát, nhiệm vụ của trạm vận hành, giám sát này làgiám sát các thiết bị điều khiển, theo dõi hoạt động của quá trình sản xuất, phát hiệnlỗi để khắc phục kịp thời, đồng thời có thể can thiệp vào quá trình mà không cầnthiết phải có mặt tại hiện trường, thường các trạm giám sát, vận hành ở xa hiệntrường Và cũng với trạm giám sát vận hành này ta có thể thực hiện một số chứcnăng điều khiển cao cấp Chính vì vậy khái niệm SCADA (Supervisory ControlAnd Data Acquisition) ra đời

Điều khiển giám sát và thu thập dữ liệu là một phần không thể thiếu trongmột hệ thống tự động hóa hiện đại Ngày nay khi mà công nghệ truyền thông côngnghiệp và công nghệ phần mềm phát triển đã mang lại nhiều khả năng, giải phápmới cho SCADA

Cách khái quát nhất SCADA không có gì khác là một hệ thống điều khiểngiám sát Là một hệ thống điều khiển giám sát hỗ trợ người sử dụng trong việc quansát và điều khiển từ xa Để có thể quan sát và điều khiển từ xa cần phải có hệ thốngtruy nhập và truyền tải dữ liệu, cũng như cần có giao diện người - máy HMI Khôngchỉ ở cấp điều khiển giám sát mà ở các cấp thấp hơn cũng cần phải có giao diệnngười máy - HMI để phục vụ việc thao tác và vận hành cục bộ

SCADA - được hiểu như là giải pháp điều khiển giám sát sử dụng công nghệphần mềm chuyên dụng Khác với các cấp dưới, việc thực hiện các chức năng ở cấpđiều khiển giám sát thường không đòi hỏi phương tiện, thiết bị phần cứng đặc biệtngoài các máy tính thông thường (máy tính cá nhân, máy trạm, máy chủ…)

Sự tiến bộ trong công nghệ phần mềm và kĩ thuật máy tính PC đã thúc đẩy

sự phát triển của các công cụ tạo dựng phần mềm SCADA theo một hướng mới, sửdụng PC và Window NT để làm nền phát triển và cài đặt

Một hệ SCADA ngày nay có thể đảm nhiệm vai trò điều khiển cao cấp, điềukhiển phối hợp, khi mà cấp thấp hơn không thể thực hiện.

Trọng tâm của việc xây dựng các hệ thống SCADA hiện nay chính là lựachọn công cụ phần mềm thiết kế giao diện và tích hợp hệ thống

1.2 CÁC THÀNH PHẦN CỦA HỆ THỐNG

Qu¶n lý c«ng ty

§iÒu khiÓn gi¸m s¸t

§iÒu hµnh s¶n xuÊt

Cấu trúc một hệ SCADA có các thành phần cơ bản sau:

+ Trạm điều khiển giám sát trung tâm: là một hay nhiều máy chủ trung

tâm (central host computer server).

+ Trạm thu thập dữ liệu trung gian: Là các khối thiết bị vào ra đầu cuối từ

xa RTU (Remote Terminal Units) hoặc là các khối điều khiển logic khả trình PLC

(Programmale Logic Controllers) có chức năng giao tiếp với các thiết bị chấp hành

(cảm biến cấp trường, các hộp điều khiển đóng cắt và các van chấp hành…)

+ Hệ thống truyền thông: bao gồm các mạng truyền thông công nghiệp, các

thiết bị viễn thông và các thiết bị chuyển đổi dồn kênh có chức năng truyền dữ liệucấp trường đến các khối điều khiển và máy chủ

+ Giao diện người - máy HMI (Human - Machine Interface): Là các thiết

bị hiển thị quá trình xử lí dữ liệu để người vận hành điều khiển các quá trình hoạtđộng của hệ thống

1.3 CƠ CHẾ THU THẬP DỮ LIỆU

Thông thường MTU đặt ở trung tâm, nó có thể là máy tính với phần cứng vàphần mềm chuyên dụng nhận dữ liệu quá trình từ các trạm ở xa, hoặc nó có thể làmột thiết bị Master (một dạng Controller) làm nhiệm vụ thu thập dữ liệu và điềukhiển có phần truyền thông với máy tính chủ

Các cảm biến hay cơ cấu chấp hành trong hệ thống mạng công nghiệp nóichung và trong các hệ thống SCADA sẽ được ghép nối với RTU hay PLC để thựchiện một quá trình điều khiển theo một thuật toán nhất định Đồng thời dữ liệu thuthập được (dạng số) sẽ được truyền về trung tâm theo hệ thống mạng truyền thống

Hình 1.4 Cơ chế thu thập dữ liệu trong hệ thống

Trong trường hợp dữ liệu của hệ thống biến đổi liên tục theo thời gian, hệSCADA thường hiện thị quá trình thay đổi dữ liệu này trên màn hình giao diện đồhọa (GUI) dưới dạng đồ thị.

Một ưu điểm lớn của hệ SCADA là khả năng xử lí lỗi rất thành công khi hệthống xảy ra sự cố Nhìn chung, khi có sự cố hệ SCADA có thể lựa chọn một trongcác cách xử lí sau:

• Sử dụng dữ liệu cất giữ trong các RTU: trong các hệ SCADA có các RTU

có dung lượng bộ nhớ lớn, khi hệ thống hoạt động ổn định dữ liệu sẽ được sao lưuvào trong bộ nhớ của RTU Do đó, khi hệ thống xảy ra lỗi thì các RTU sẽ sử dụngtạm dữ liệu này cho đến khi hệ thống hoạt động trở lại bình thường

• Sử dụng các phần cứng dự phòng của hệ thống: hầu hết các hệ SCADA đềuđược thiết kế thêm các bộ phận dự phòng, ví dụ như hệ thống truyền thông haiđường truyền, các RTU đôi hoặc hai máy chủ…do vậy các bộ phận dự phòng này sẽđược đưa vào sử dụng khi hệ SCADA có sự cố hoặc hoạt động offline (có thể chomục đích bảo dưỡng, sửa chữa, kiểm tra…)

1.5 XU HƯỚNG PHÁT TRIỂN CỦA SCADA

Xu hướng phát triển của các PLC và phần mềm HMI/SCADA là ngày càng

trở nên "mix and match" (tạm dịch là lựa chọn và kết nối khác nhau nhưng đều hộ trợ cho nhau để tạo thành một chỉnh thể thống nhất).

1.6 MỘT SỐ HÌNH ẢNH HỆ THỐNG SCADA TRONG THỰC TẾ

Hình 1.5 Giao diện SCADA giám sát nhà máy bia

Hình 1.6 Giao diện SCADA của nhà máy sản xuất thức ăn chăn nuôi

Hình 1.7 Giao diện SCADA của nhà máy xử lý nước thải công nghiệp

1.7 KẾT LUẬN CHƯƠNG 1

Chương 1 đã trình bày tổng quát về hệ SCADA, các thành phần của hệthống, cơ chế thu thập dữ liệu, xử lí tín hiệu và xu hướng phát triển của SCADAtrong tương lai cũng như một số hình ảnh thực tế về hệ thống SCADA ở Việt Nam

Trong giới hạn của luận văn này, chỉ thực hiện nghiên cứu và xây dựng môhình SCADA nhỏ gọn đó là xây dựng hệ thống điều khiển và giám sát tốc độĐCKĐBBP Hệ thống xây dựng gồm 3 cấp: cấp điều khiển giám sát, cấp điều khiểncục bộ, cấp thiết bị chấp hành

Hiện nay, với nền sản xuất công nghiệp hiện đại, để nâng cao năng suất, hiệusuất sử dụng của máy, nâng cao chất lượng sản phẩm và các phương pháp tự độnghóa dây truyền sản xuất thì hệ thống truyền động điện có điều chỉnh tốc độ là khôngthể thiếu Vì vậy nhiều loại động cơ điện đã được chế tạo và hoàn thiện cao hơn.Trong đó động cơ điện không đồng bộ chiếm tỉ lệ lớn trong công nghiệp, do nó cónhiều ưu điểm nổi bật như: giá thành thấp, dễ sử dụng, bảo quản đơn giản, chi phívận hành thấp…Để có thể sử dụng và điều khiển được tốc độ động cơ, ta sẽ đinghiên cứu cấu trúc, đặc điểm, nguyên lý hoạt động cũng như các phương pháp điềukhiển tốc độ động cơ

CHƯƠNG 2 TÌM HIỂU ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU BA PHA VÀ

BIẾN TẦN DELTA VFD-B2.1 ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA

2.1.1 Cấu tạo

Động cơ không đồng bộ là máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lýcảm ứng điện từ, có tốc độ của roto khác với tốc độ từ trường quay trong máy

Hình 2.1 Động cơ không đồng bộ

Động cơ không đồng bộ ba pha gồm có các bộ phận chính sau:

Phần tĩnh hay còn gọi là stato

Phần quay hay còn gọi là rotor

b) Lõi sắt :

Lõi sắt là phần dẫn từ Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên đểgiảm tổn hao, lõi sắt được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện ép lại

Hình 2.2 Lõi thép được ghép nhiều hình rẻ quạt

c) Dây quấn:

Là dây điện từ, được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt vớilõi sắt, có thể là dây nhôm hoăc đồng, được quấn thành các bối dây, tổ bối dây Tùytheo cuộn dây cuốn stato là 1 pha hay 3 pha mà ta có động cơ không đồng bộ 1 phahay 3 pha

Hình 2.3 Dây quấn Stator

2.1.1.2 Phần quay

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

a) Rotor kiểu dây quấn:

Rotor kiểu dây quấn cũng giống như dây quấn stator Dây quấn 3 pha củarotor thường đấu hình sao còn ba đầu kia được nối vào vành trượt thường làm bằngđồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạch điệnbên ngoài Đặc điểm là có hệ thống qua chổi than đưa điện trở phụ hay suất hay suấtđiện động phụ vào mạch điện roto để cải thiện tính năng mở máy, điều chỉnh tốc độhoặc cải thiện hệ số công suất của máy Khi máy làm việc bình thường dây quấnrotor được nối ngắn mạch Nhược điểm so với động cơ rotor lồng sóc là giá thànhcao, khó sử dụng ở môi trường khắc nhiệt, dễ cháy nổ

b) Rotor kiểu lồng sóc:

Kết cấu của loại dây 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 ở lại haiđầu bằng vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thành 1 cái lồng mà người ta quengọi là lồng sóc

Hình 2.4 Động cơ rotor lồng sóc

c) Khe hở:

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

2.1.2 Nguyên lý làm việc của ĐCKĐBBP

Nguyên lý dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Khi nam châm quay trongcuộn dây, điện áp sẽ sinh ra giữa 2 đầu cuộn dây Điện áp này sẽ sinh ra một dòngđiện xoay chiều Mối liên hệ giữa dòng điện sinh ra trong cuộn dây và vị trí củanam châm được chỉ ra trong hình vẽ Dòng điện lớn nhất được sinh ra khi cực N vàcực S của nam châm gần với cuộn dây nhất Tuy nhiên, chiều dòng điện ở mỗi nửavòng quay của nam châm lại ngược nhau

Hình 2.5 Nam châm quay tạo ra từ trường

Khi có dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stato thì trong khe hở khôngkhí xuất hiện từ trường quay với tốc độ n1  60f1 / p ( f1 là tần số lưới điện, p là

số cặp cực, tốc độ từ trường quay) Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tựngắn mạch nên trong dây quấn rotor có dòng điện I2 chạy qua Từ thông do dòngđiện này sinh ra hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở khe hở Dòngđiện trong dây quấn rotor tác dụng với từ thông khe hở sinh ra momen Tác dụng đó

có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n của rotor Trong những phạm vi tốc độ khácnhau thì chế độ làm việc của máy cũng khác nhau

Khi nối dây cuốn vào lưới điện xoay chiều ba pha, trong động cơ sẽ sinh ra 1

từ trường quay Từ trường này sẽ quét qua thanh dẫn rotor, làm cảm ứng trên dâycuốn rôt một sức điện động E sẽ sinh ra dòng điện I chạy trong dây cuốn Chiều củasức điện động và chiều dòng điện được xác đinh theo qui tắc bàn tay phải

Hình 2.6 Momen quay

Chiều dòng điện của thanh dẫn ở nửa phía trên rotor hướng từ trong ra ngoài,còn dòng điện của các thanh dẫn nằm ở phía dưới rotor hướng từ ngoài vào trong.Dòng điện I tác động tương hỗ với từ trường stato tạo ra lực điện từ trên dây dẫnroto và momen quay làm cho roto quay với tốc độ n theo chiều quay từ trường

Tốc độ quay của rotor n luôn nhỏ hơn tốc độ cảu từ trường quay stato n1 Có

sự chuyển động tương đối giữa rotor và từ trường quay stato duy trì được dòng điện

I và mômen M Vì tốc độ của rotor khác với tốc độ của từ trường quay stato nên gọi

là động cơ không đồng bộ

2.1.3 Các phương pháp điều khiển tốc độ ĐCKĐBBP

2.1.3.1 Phương pháp đổi đầu dây quấn

Trong quá trình vận hành động cơ khi khởi động động cơ chúng ta cần quantâm đến 2 vấn đề:

- Giảm thấp dòng điện khởi động (qua hệ thống dây dẫn chính vào dây quấnstato động cơ) ngay thời điểm khởi động

- Phương pháp giảm thấp dòng điện khởi động thực chất là giảm thấp điện ápcung cấp vào động cơ tại thời điểm khởi động Theo lý thuyết ta có được quan hệ:momen (hay ngẫu lực) khởi động tỷ lệ thuận với bình phương giá trị điện áp hiệudụng cấp vào động cơ, như vậy giảm giá trị dòng điện khởi động dẫn tới hậu quảgiảm thấp giá trị của momen khởi động

Giảm điện áp nguồn cấp vào dây quấn stato bằng phương pháp: biến áp giảmhay lắp đặt các phần tử hạn áp (cầu phân áp) dùng điện trở hay điện cảm

Sử dụng bộ biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha, dùng linh kiện điện tử điềuchỉnh thay đổi điện áp hiệu dụng nguồn 3 pha cấp vào động cơ Hệ thống khởi độngnày được gọi là phương pháp khởi động mêm (soft start) cho động cơ

Các phương pháp ra dây trên stato của động cơ không đồng bộ 3 pha:

- Động cơ 3 pha 6 đầu dây ra (vẫn hành theo 1 trong 2 phương pháp: đấu Ynối tương ứng so với sơ đồ đấu Y hay )

- Động cơ 3 pha 9 đầu dây ra (đấu vận hành theo 1 trong 2 phương pháp: đấu

Y nối tiếp – Y song song, nối tiếp - song song)

- Động cơ 3 pha 12 đầu dây ra (đấu vận hành theo 1 trong 4 cấp điện ápnguồn 3 pha tương ứng với 1 trong sơ đồ đấu dây Y nối tiếp, Y song song, nốitiếp,  song song)

Một trong các biện pháp giảm áp là đấu nối tiếp điện trở Rmm với bộ dâyquấn stato tại lúc khởi động, tác dụng của Rmm trong trường hợp này là làm giảm

áp đặt vào từng pha dây quấn stato

Tương tự như phương pháp đổi sơ đồ đấu dây để giảm dòng khởi độngphương pháp giảm áp cấp vào dây quấn stato cũng làm giảm momen mở máy Dotính chất momen tỉ lệ bình phương điện áp cấp vào động cơ, thường ta chọn các cấpgiảm áp: 80%, 64%, 50% cho động cơ Tương ứng với các cấp giảm áp này, momen

mở máy chỉ khoảng 65%, 50%, 25% giá trị momen mở máy khi cấp nguồn trực tiếpbằng định mức vào dây quấn stato

2.1.3.2 Giảm dòng khởi động dùng điện cảm giảm áp cấp vào dây quấn

Trường hợp này để giảm áp cấp vào dây quấn stato tại lúc khởi động Chúng

ta đấu nối tiếp điện cảm (có giá trị điện kháng) Xmm với dây quấn stato

Do tính chất momen tỉ lệ bình thường với điện áp cấp vào động cơ, thườngchúng ta chọn các cấp giảm áp: 80%, 64%, 50% cho động cơ Tương ứng với cáccấp giảm áp này, momen mở máy chỉ còn khoảng 65%, 50% và 25% giá trị momen

mở máy khi cấp nguồn trực tiếp bằng đúng định mức vào dây quấn stato

2.1.3.3 Giảm dòng khởi động dùng máy biến áp tự ngẫu giảm áp

Với các phương pháp giảm dòng mở máy dùng Rmm hay Xmm, dòng điện

mở máy qua dây quấn cũng chính là dòng điện qua dây nguồn Khi sử dụng biến ápgiảm áp đặt vào dây quấn stato lúc khởi động, dòng điện mở máy qua dây quấngiảm thấp Nhưng dòng điện này chỉ xuất hiện phía thứ cấp biến áp còn dòng điệnqua dây nguồn chính là dòng qua sơ cấp biến áp

Với biến áp giảm áp, dòng điện phía sơ cấp sẽ có giá trị thấp hơn dòng điệnphía thứ cấp Tóm lại khi dùng máy biến áp giảm áp để giảm dòng khởi động, dòngđiện mở máy qua dây nguồn sẽ thấp hơn dòng điện mở máy khi dùng phương phápgiảm dòng với Rmm hay Xmm

Khi dùng biến áp giảm áp để giảm dòng khởi động thời gian hoạt động củamáy biến áp được bố trí nhiều cấp điện áp ra tương ứng với các mức 80%, 64%,50% giá trị momen mở máy trực tiếp chỉ còn khoảng 65%, 50%, 25% giá trị momen

mở máy trực tiếp (khi cấp nguồn trực tiếp bằng đúng định mức cấp vào stato)

2.1.3.4 Sử dụng biến tần

Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trongđộng cơ và thông qua đó biến tần có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp,không cần dùng đến các hộp số cơ khí Biến tần thường sử dụng các linh kiện bán

dẫn để đóng ngắt tuần tự các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoaylàm quay rotor.

2.1.4 Các phương pháp điều khiển động cơ

Tùy theo tính chất, yêu cầu của quá trình mà nó đòi hỏi các phương phápđiều khiển thích hợp Tính ổn định và chính xác của tốc độ cũng được đòi hỏi ở đâyđặt ra các vấn đề cần phải giải quyết

Một điều thực sự cần thiết là phải khảo sát kỹ đối tượng mà ta cần phải điềukhiển để dẫn đến mô hình toán học cụ thể Từ đó ta sẽ giải quyết bài toán điều khiểntrên cơ sở lý thuyết đã nghiên cứu sẵn

Cũng có khá nhiều các phương pháp điều khiển khác nhau như: điều khiểnon/off Phương pháp này đem lại hiệu quả không cao, quá trình đáp ứng của hệthống chậm và kém chính xác; phương pháp điều khiển PID có độ ổn định cao, tốc

độ đáp ứng nhanh, xử lý chính xác, thích hợp cho các hệ thống yêu cầu độ chínhxác cao và thời gian đáp ứng nhanh; phương pháo điều khiển mờ có độ chính xáccao hơn cả nhưng phương pháp này đòi hỏi thuật toán điều khiển và lập trình kháphức tạp, đặc biệt đối với thiết bị không được hỗ trợ về điều khiển mờ Đối vớinhững ứng dụng không yêu cầu cao về chất lượng đầu ra thì chưa cần ứng dụngphương pháp này

Từ những phân tích ở trên, để cho đơn giản nhưng vẫn đáp ứng được các yêucầu đề ra thì tác giả sẽ lựa chọn phương pháp điều khiển PID Dưới đây ta sẽ đinghiên cứu về phương pháp này

2.2 BIẾN TẦN DELTA VFD-B

2.2.1 Khái niệm

Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong

động cơ và thông qua đó biến tần có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp,không cần dùng đến các hộp số cơ khí Biến tần thường sử dụng các linh kiện bándẫn để đóng ngắt tuần tự các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoaylàm quay rotor

2.2.2.2 Tuyến dẫn một chiều

Tuyến dẫn một chiều là một giàn tụ điện lưu trữ điện áp một chiều đã chỉnhlưu Một tụ điện có thể trữ một điện tích lớn, nhưng sắp xếp chúng theo cấu hìnhtuyến dẫn một chiều sẽ làm tăng điện dung Điện áp đã lưu trữ sẽ được sử dụngtrong giai đoạn tiếp theo khi IGBT tạo ra điện năng cho động cơ

2.2.2.3 IGBT

Thiết bị IGBT được công nhận cho hiệu suất cao và chuyển mạch nhanh.Trong biến tần, IGBT được bật và tắt theo trình tự để tạo xung với các độ rộng khácnhau từ điện áp tuyến dẫn một chiều được trữ trong tụ điện Bằng cách sử dụng điềubiến độ rộng xung hoặc PWM, IGBT có thể được bật và tắt theo trình tự giống vớisóng dạng sin được áp dụng trên sóng mang Trong hình bên dưới, sóng hình tamgiác nhiều chấm biểu thị sóng mang và đường tròn biểu thị một phần sóng dạng sin.Nếu IGBT được bật và tắt tại mỗi điểm giao giữa sóng dạng sin và sóng mang, độrộng xung có thể thay đổi PWM có thể được sử dụng để tạo đầu ra cho động cơgiống hệt với sóng dạng sin Tín hiệu này được sử dụng để điều khiển tốc độ và mô-men xoắn của động cơ

2.2.2.4 Bộ điện kháng xoay chiều

Bộ điện kháng dòng xoay chiều là cuộn cảm hoặc cuộn dây Cuộn cảm lưutrữ năng lượng trong từ trường được tạo ra trong cuộn dây và chống thay đổi dòngđiện

Bộ điện kháng dòng giúp giảm méo sóng hài, tức là nhiễu trên dòng xoaychiều Ngoài ra, bộ điện kháng dòng xoay chiều sẽ giảm mức đỉnh của dòng điệnlưới hay nói cách khách là giảm dòng chồng trên tuyến dẫn một chiều Giảm dòngchồng trên tuyến dẫn một chiều sẽ cho phép tụ điện chạy mát hơn và do đó sử dụngđược lâu hơn

Bộ điện kháng dòng xoay chiều có thể hoạt động như một bộ hoãn xung đểbảo vệ mạch chỉnh lưu đầu vào khỏi nhiễu và xung gây ra do bật và tắt các tải điệncảm khác bằng bộ ngắt mạch hoặc khởi động từ Có vài nhược điểm khi sử dụng bộđiện kháng, như chi phí tăng thêm, cần nhiều không gian pa-nen hơn và đôi khi làgiảm hiệu suất.Trong các trường hợp hiếm gặp, bộ điện kháng dòng có thể được sửdụng ở phía đầu ra của biến tần để bù cho động cơ có điện cảm thấp, nhưng điềunày thường không cần thiết do hiệu suất hoạt động tốt của công nghệ IGBT

2.2.2.5 Bộ điện kháng 1 chiều

Bộ điện kháng một chiều giới hạn tốc độ thay đổi dòng tức thời trên tuyếndẫn một chiều Việc giảm tốc độ thay đổi này sẽ cho phép bộ truyền động phát hiện

các sự cố tiềm ẩn trước khi xảy ra hỏng hóc và ngắt bộ truyền động ra Bộ điệnkháng một chiều thường được lắp đặt giữa bộ chỉnh lưu và tụ điện trên các bộ biếntần 7,5 kW trở lên Bộ điện kháng một chiều có thể nhỏ và rẻ hơn bộ điện khángxoay chiều Bộ điện kháng một chiều giúp hiện tượng méo sóng hài và dòng chồngkhông làm hỏng tụ điện, tuy nhiên bộ điện kháng này không cung cấp bất kỳ bảo vệchống hoãn xung nào cho bộ chỉnh lưu.

2.2.2.6 Điện trở hãm

Tải có lực quán tính cao và tải thẳng đứng có thể làm tăng tốc động cơ khiđộng cơ cố chạy chậm hoặc dừng Hiện tượng tăng tốc động cơ này có thể khiếnđộng cơ hoạt động như một máy phát điện Khi động cơ tạo ra điện áp, điện áp này

sẽ quay trở lại tuyến dẫn một chiều

Lượng điện thừa này cần phải được xử lý bằng cách nào đó Điện trở được

sử dụng để nhanh chóng “đốt cháy hết” lượng điện thừa này được tạo ra bởi hiệntượng này bằng cách biến lượng điện thừa thành nhiệt Nếu không có điện trở, mỗilần hiện tượng tăng tốc này xảy ra, bộ truyền động có thể ngắt do lỗi quá áp trêntuyến dẫn một chiều

2.2.3 Nguyên lý hoạt động chung

Nguyên lý cơ bản làm việc của bộ biến tần cũng khá đơn giản Đầu tiên,nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiềubằng phẳng Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện.Nhờ vậy, hệ số công suất cosφ của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vàotải và có giá trị ít nhất 0.96 Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thànhđiện áp xoay chiều 3 pha đối xứng Công đoạn này hiện nay được thực hiện thôngqua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độrộng xung (PWM) Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lựchiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảmtiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ

Hình 2.8 Nguyên lý hoạt động của biến tần

Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ vàtần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có mộtquy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển Đối với tải có mô men không đổi, tỉ

số điện áp => tần số là không đổi Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại làhàm bậc 4 Điện áp là hàm bậc 4 của tần số Điều này tạo ra đặc tính mô men làhàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm, quạt do bản thân mô mencũng lại là hàm bậc hai của điện áp

Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộlinh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại Nhờ vậy, nănglượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống

Ngoài ra, biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhauphù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau Hiện nay biến tần có tích hợp cả bộ PID

và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điềukhiển và giám sát trong hệ thống SCADA

Điều chỉnh tần số động cơ bằng biến tần: muốn điều chỉnh tốc độ động cơKĐB bằng cách thay đổi tần số ta phải có một bộ nguồn xoay chiều có thể điềuchỉnh tần số điện áp một cách đồng thời thông qua một biến tần

Để tạo ra các bộ biến tần có U và f thay đổi được người ta đã thiết kế ranhiều loại biến tần nhưng trong luận văn này ta chỉ xét đến bộ biến tần nguồn áplàm việc theo nguyên lý điều biến độ rộng xung (PWM - Pulse Width Modulation)

Bộ biến tần này đáp ứng được yêu cầu điều chỉnh, đồng thời nó còn tạo ra đượcđiện áp và dòng điện gần giống hình sin

Hình 2.9 Sơ đồ mạch lực bộ biến tần ngồn áp dùng Tranzitor

Dùng phương pháp PWM ta có giản đồ điện thế và điện áp pha A như sau:

Hình 2.10 Giản đồ điện thế và điện áp pha A dùng phương pháp PWM

Sơ đồ biến tần ba pha dùng Tranzitor gồm :

Bộ nghịch lưu biến đổi điện áp một chiều từ nguồn cấp thành điện áp xoaychiều có tần số có thể biến đổi được Điện áp xoay chiều qua bộ lọc và đưa vào sơ

đồ cầu Tranzitor

Sơ đồ biến tần Tranzitor ba pha dùng 6 Tranzitor công suất T1 từ T6 và 6 điốt

T7 từ T12 đấu song song ngược với các Tranzitor tương ứng

Tín hiệu điều khiển Vb được đưa vào bazơ của Tranzitor có dạng chữ nhật,chu kỳ là 2, độ rộng là  /2

Khi Vb = “0” > Tranzitor bị khóa

Vb = “1” > Tranzitor mở bão hòa

Các Tranzitor được điều khiển theo trình tự 1,2,3,4,5,6,1

Các tín hiệu điều khiển lệch nhau một khoảng bằng  /3

2.2.4 Ưu điểm và ứng dụng

Bảo vệ động cơ khỏi mài mòn cơ khí Khi khởi động động cơ trực tiếp từlưới điện, vấn đề shock và hao mòn cơ khí là không thể kiểm soát Biến tần giúpkhởi động êm động cơ, dù cho quá trình khởi động - ngắt động cơ diễn ra liên tục,hạn chế tối đa hao mòn cơ khí

Tiết kiệm điện, bảo vệ các thiết bị điện trong cùng hệ thống Khi khởi độngtrực tiếp, dòng khởi động lớn gấp nhiều lần so với dòng định mức, làm cho lượngđiện tiêu thụ tăng vọt Biến tần không chỉ giúp khởi động êm, mà còn làm cho dòngkhởi động thấp hơn dòng định mức, tiết kiệm lượng điện ở thời điểm này Đồngthời, không gây sụt áp (thậm chí gây hư hỏng) cho các thiết bị điện khác trong cùng

hệ thống Ngoài ra đối với tải bơm, quạt, máy nén khí…hoặc những ứng dụng kháccần điều khiển lưu lượng,áp suất, biến tần sẽ giúp ngừng động cơ ở chế độ khôngtải, từ đó tiết kiệm tối đa lượng điện năng tiêu thụ

Đáp ứng yêu cầu công nghệ Đối với các ứng dụng cần đồng bộ tốc độ, nhưngành giấy, dệt, bao bì nhựa, in, thép…hoặc ứng dụng cần điều khiển lưu lượnghoặc áp suất, như ngành nước, khí nén…hoặc ứng dụng như cẩu trục, thang máy…Việc sử dụng biến tần là điều tất yếu, đáp ứng được yêu cầu về công nghệ, cải thiệnnăng suất

Tăng năng suất sản xuất Đối với nhiều ứng dụng, như ngành dệt, nhuộm,nhựa…việc sử dụng biến tần sẽ làm năng suất tăng lên so với khi sử dụng nguồntrực tiếp, giúp loại bỏ được một số phụ kiện cồng kềnh, kém hiệu quả như puli,motor rùa (motor phụ)…

2.2.5 Sơ đồ đấu dây

2.2.5.1 Đặc tính kĩ thuật biến tần VFD-B

Cách kiểm tra thông số biến tần qua tem

Hình 2.11 Thông số kỹ thuật trên tem biến tần

Tính năng cơ bản:

+ Điều chỉnh theo đường cong V/F

+ Bộ xử lý 16bit kiểm soát ngõ ra theo kiểu SVPWM

+ Build-in EMI filter

+ Ngõ vào tham chiếu 0-10VDC hoặc 4-20mA

+ Tần số sóng mang lên đến 10kHz

+ Tiết kiệm điện năng, cài đặt đơn giản

+ Tích hợp các chức năng cao cấp như: PLC, Counter, Local/remote, step speed, Base lbock, AVR, DC braking, Over/Under voltage, Overload,Overcurrent, over heating, Self-testing, …

Multi-Điều khiển động cơ xoay chiều 3 pha công suất từ 0.75kW – 75kW

Hình 2.12 Mô tả bàn phím cài đặt của biến tần VFD

2.2.5.2 Sơ đồ nối dây cơ bản

Hình 2.13 Sơ đồ nguyên lý các đầu vảo ra của biến tần Delta VFD

Hình 2.14 Sơ đồ đấu tín hiệu vào số của biến tần khi chọn chế độ SINK

+24V: chân cấp nguồn 24V của biến tần

+ FWD: chân lệnh chạy thuận và dừng

+ REV: chân lệnh đảo chiều và dừng

+ JOG: chân lệnh chạy nhấp biến tần

+ MI1 -> MI4: 04 đầu vào số chạy nhiều cấp tốc độ với nhiều chức năng+ MI5: chân reset

+ MI6: Chân không cho phép tăng giảm tốc độ

Hình 2.15 Sơ đồ đấu tín hiệu vào số của biến tần khi chọn chế độ SOURCE

+ RA, RB, RC: 3 đầu ra rơ le trong đó: RA với RC tiếp điêm NO RB và RC

tiếp điểm NC

+ MO1, MO2, MO3: đầu ra đa chức năng kiểu cách ly quang

+ AFM: đầu ra analog kiểu điện áp: 0-10VDC

+ ACM: chân 0V đầu ra analog

+ Cổng truyền thông RS485 của biến tần

2.2.6 Các bước thiết lập tham số

Hiển thị thông báo Miêu tả

Hiển thị tần số chủ bộ điều khiển AC

Hiển thị thực tế tần số đầu ra hiện tại ở cựcU/T1,V/T2,và W/T3

Bộ phận sử dụng tính chất đặc biệt

Hiển thị dòng điện hiện tại đầu ra tại cực U/T1,V/T2, vàW/T3

Hiển thị tình trạng điều khiển motor AC chạy tiến

Hiển thị tình trạng điều khiển motor AC chạy lùi

Giá trị đếm (C)

Hiển thị tham số được lựa chọn

Hiển thị giá trị lưu trữ thực tế của tham số được lựachọn

Lỗi bên ngoài

Hiển thị “End” khoảng chừng 1 giây nếu đầu vào đãđược thừa nhận Sau đó một giá trị tham số đã được càiđặt, giá trị mới tự động trong bộ nhớ Sửa đổi một danhmục, sử dụng phím

Hiển thị “Err”, nếu đầu vào là vô hiệu

Lựa chọn chế độ:

Trong lựa chọn chế độ ấn để cài đặt tham số

Cài đặt tham số:

Di chuyển ưu tiên hiển thị

Trong chế độ cài đặt tham số có thể ấn quay lại lựa chọn chế độ

Di chuyển dữ liệu:

Tăng, giảm giá trị đặt:

Chạy thuận, ngược: