DE TAI TIM HIEU BIEN TAN

Cấu Tạo và Nguyên lý hoat động cua Biến Tần PANASONIC,đây là đề tài tai môn học diện tử công suất,Tìm hiểu về nguyên ly hoat động cua các IGBT, chức năng của biến tần như: bảo vệ quá áp,thấp áp,quá dòng,mất pha,quá tải,chạm đất,thắng động năng,thắng DC,Moment khởi động lớn,khởi động mềm,kết nối PLC,cổng truyền thông,kết nối màn hình...

GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI

động cơ điện được sử dụng trong hầu hết mọi lĩnh vực,từ những loại động cơ nhỏ trong các thiết bị điện tử cho đến các động cơ lớn được sử dụng trong công nghiệp.Vấn đề điều khiển tốc độ động cơ là cực kỳ quan trọng bởi vì tải luôn luôn yêu cầu có những tốc độ khác nhau,người ta đã nghiên cứu các phương pháp thay đổi tốc độ động cơ như:thay đổi điện áp stato,lắp điện trở phụ vào mạch stato,thay đổi số đôi cực…Thay đổi tốc độ động cơ ra các máy công cụ theo nhiều cách như :dây đai,hộp số,nhông sên…Nhưng những phương pháp trên vẫn tồn tại nhiều nhược điểm và phạm vi sử dụng.Vì vậy phương pháp thay đổi động cơ bằng cách thay đổi tần số đã được nhiều nhà sản xuất quan tâm nghiên cứu,sản xuất và đưa vào sử dụng rộng rãi

Biến tần là thiết bị dùng để điều khiển tốc độ động cơ,và cùng với sự phát triển vượt bậc của công nghệ bán dẫn và vi xử lý được tích hợp gắn bên trong biến tần, bộ phận này giúp có thể nhận biết được điện áp đầu vào cố định với tần số cố định và biến điện áp với tần số đó thành điện áp và tần số biến thiên ba pha,tức là thông qua việc điều chỉnh tần số ta có thể điều chỉnh tốc độ động cơ thay đổi theo

ý muốn theo một dải rộng(khoảng từ 0 – 400hz).Ngoài ý nghĩa về mặt điều khiển tốc độ nó còn có nhiều chức năng khác như: bảo vệ quá áp,thấp áp,quá dòng,mất pha,quá tải,chạm đất,thắng động năng,thắng DC,Moment khởi động lớn,khởi động mềm,kết nối PLC,cổng truyền thông,kết nối màn hình việc sử dụng biến tần còn mang lại hiệu quả kinh tế,giúp tiết kiệm điện và còn nhiều ưu việt khác tùy theo công nghệ của các hãng sản xuất,tùy theo năm sản xuất,tùy loại 1 pha,3 pha và công suất khác nhau

Trong đề tài này nhóm 7 được nhận nghiên cứu về biến tần panasonic,do chưa được va chạm thực tế nhiều,tìm hiểu tài liệu từ nhiều nguồn và có nhiều thiếu xót về kỹ năng viết đề tài, về cấu tạo,nguyên lý hoạt động,ưu nhược điểm,chi tiết cách cài đặt các tham số,dữ liệu tham số…nhóm kính mong được quí thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để đề tài được hoàn thiện,chính xác về mặt kỹ thuật và đúng với tiêu chí yêu cầu

NHÓM 7

Page 1

Tìm hiểu về động cơ điện

Tùy theo chế độ làm việc,điện áp động cơ sử dụng,kiểu từ trường sinh ra trong bộ dây quấn,đặc điểm roto,kiểu kích từ…mà người ta chia động cơ điện ra nhiều tên gọi khác nhau trong công nghiệp và dân dụng và vấn đề thay đổi tốc độ của từng loại động cơ cũng rất khác nhau

Động cơ không đồng bộ ba pha(KĐB)được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp công suất nhỏ đến công suất trung bình và chiếm tỷ lệ rất lớn so với động cơ

khác Sở dĩ như vậy là do KĐB có kết cấu đơn giản ,dễ chế tạo,vận hành an toàn,sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha.tốc độ của chúng hầu như không đổi ,tốc độ này thay đổi tùy theo số đôi cực và tần số nguồn(f=50 Hz), được tính theo biểu thức:

n = v/p (1-0).

trong đó:

f : tần số cố định của lưới điện.(f=50 Hz ở VN)

p: số đôi cực của bộ dây quấn stato.

từ biểu thức (1-0).ta thấy nếu muốn thay đổi tốc độ động cơ KĐB thì phải thay đổi số đôi cực hoặc thay đổi tần số nguồn cấp cho động cơ.

1 Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi số đôi cực.

Dây quấn stato trong động cơ KĐB roto lồng sóc có thể nối thành bao nhiêu số đôi cực khác nhau thì tốc độ có bấy nhiêu cấp,vì vậy thay đổi tốc độ chỉ có thể thay đổi từng cấp cấp một.Có nhiều cách để thay đổi số đôi cực dây quấn stato.

- Đổi cách đấu dây để có số đôi cực khác nhau(cực thật –cực giả).Dùng trong động cơ điện hai tốc độ.

- Trên rãnh stato đặt hai bộ dây quấn độc lập được đấu nối để có nhiều tốc độ khác nhau.

- Trên rãnh stato đặt hai bộ dây quấn độc lập có số đôi cực khác nhau,mỗi bộ dây quấn lại

có thể đổi cách nối để có thể có những đôi cực khác nhau.

Dây quấn roto trong động cơ KĐB roto dây quấn có số đôi cực bằng với số đôi cực trên stato vì vậy khi đấu lại để có sự thay đổi số đôi cực của stato thì cũng phải đấu lại số đôi cực ở roto dây quấn.Như vậy không tiện lợi.

Ngược lại,dây quấn động cơ KĐB roto lồng sóc lại thích ứng với bất kì số đôi cực nào khi thay đổi cách đấu nố,do đó thích hợp với việc điều chỉnh tốc độ.

Page 3

BIẾN TẦN PANASONIC

Page 5

Hình: 1

1. CẤU TẠO

 bộ lọc:bộ điện kháng xoay chiều

 Chỉnh lưu:cầu diot

 Bộ lọc DC:giàn tụ điện lưu trữ điện áp một chiều

 Bộ điện kháng một chiều

 Bộ nghịch lưu :IGBT

 Bo nhận tín hiệu cài đặt và xử lý tín hiệu

 Màn hình và nút nhấn hiển thị các thông số

 Vỏ bao bên ngoài

 Bộ phận tản nhiệt

ngoài ra tùy thuộc vào chế độ làm việc mà các sản xuất sẽ bố trí thêm một số thiết

bị khác thêm vào biến tần

b)

Hình: 2

c)

a)

2 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG:

Nguyên lý hoạt động của biến tần chủ yếu như sau:

Thứ nhất,nguồn điện xoay chiều một pha hay ba pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn một chiều bằng phẳng.Công đoạn này nó được thực hiện bộ chỉnh lưu cầu diot và tụ điện.Điện đầu vào có thể một pha hoặc ba pha,nhưng nó sẽ ở mức điện áp và tần số cố định

Thứ hai,điện áp một chiều ở trên sẽ được biến đổi(nghịch lưu)thành điện áp xoay chiều ba pha đối xứng.trước đó,điện áp một chiều đã được lưu trữ ở giàn tụ điện,điện áp một chiều này rất ở mức rất cao.Tiếp đó,thông qua trình tự kích hoạt thích hợp bộ biến đổi IGBT (transitor lưỡng cực có cổng cách điện hoạt động giống như công tắc bật tắt cực nhanh để tạo dạng sóng ngõ râ củ biến tần).Biến tần

sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều ba pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM và điện áp xoay chiều này có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tùy theo bộ điều khiển để có thể tăng giảm tốc độ động cơ

2.1 BỘ ĐIỆN KHÁNG XOAY CHIỀU:

là cuộn cảm hoặc cuộn dây,nó lưu trữ năng lượng trong từ trường được tạo

ra trong cuộn dây và chống sự thay đổi dòng điện.giúp giảm méo sóng hài(nhiễu trên dòng xoay chiều) ngoài ra nó còn giảm mức đỉnh của dòng điện lưới làm giảm dòng chồng trên tuyến dẫn một chiều,điều này sẽ làm cho tụ chạy mát hơn và có tuổi thọ cao hơn

Bộ điện kháng xoay chiều có thể hoạt động như một bộ hoãn xung để bảo vệ mạch chỉnh lưu đầu vào khỏi nhiễu hoặc xung gây ra do đóng ngắt các tải điện cảm khác bằng bộ ngắt mạch hoặc khởi động từ

Hình: 3

Page 7

Nhược điểm khi sử dụng bộ điện kháng là:chi phí tăng thêm,cần không gian lắp đặt và đôi khi giảm hiệu suất

2.2 BỘ CHỈNH LƯU

Qúa trình chỉnh lưu được thực hiện bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu cầu diot sóng toàn phần,bộ chỉnh lưu cầu diot tương tự với bộ chỉnh lưu thường thấy trong

bộ nguồn,trong đó dòng điện xoay chiều một pha được chuyển đổi thành một chiều.nhưng cầu diot được sử dụng trong biến tần lại được sắp xếp sao cho dòng điện xoay chiều 3 pha(AC) thành điện 1 chiều(DC).các diot chỉ cho phép dòng điện theo một hướng,vì vậy cầu diot hướng dòng electron của điện năng từ dòng xoay chiều thành dòng một chiều

2.3.BỘ LỌC:

Là một giàn tụ điện lưu trữ điện áp một chiều đã chỉnh lưu.một tụ điện có thể trữ một điện tích lớn,nhưng sắp xếp chúng theo hình tuyến dẫn một chiều sẽ làm tăng điện dung.Điện áp này được sử dụng trong giai đoạn tiếp theo khi IGBT tạo ra điện năng cho động cơ

b) a)

Hình: 4

2.4: BỘ NGHỊCH LƯU IGBT.

Thiết bị IGBT được công nhận cho hiệu suất cao và chuyển mạch

nhanh,IGBT được bật tắt theo trình tự để tạo xung với các độ rộng khác nhau từ điện áp tuyến dẫn một chiều được trữ trong tụ điện.Bằng cách sử dụng điều biến độ rộng xung ,IGBT có thể được bật tắt theo trình tự giống với sóng dạng sin được áp dụng ở sóng mang(sóng tải) trong lĩnh vực viễn thông

hình 6 b: sóng hình tam giác biểu thị sóng mang và nét liền cong biểu thị một phần dạng sóng hình sin.Nếu IGBT được bật tắt tại mỗi điểm giao giữa sóng dạng sin và sóng mang,độ rộng xung có thể thay đổi.PWM có thể được sử dụng để tạo đầu ra cho động cơ giống hệt với sóng dạng sin.Tín hiệu này được sử dụng để điều khiển tốc độ của động cơ

Page 9

Hình: 5

a)

Hình: 6

b)

2.5: BỘ ĐIỆN KHÁNG MỘT CHIỀU.

Bộ điện kháng một chiều giới hạn tốc độ thay đổi dòng tức thời trên tuyến dẫn một chiều,việc giảm tốc độ thay đổi nay sẽ cho phép bộ truyền động phát hiện

sự cố tiềm ẩn trước khi xảy ra hỏng hóc và ngắt bộ truyền động ra.Bộ điện kháng một chiều thường được lắp giữa bộ chỉnh lưu và tụ điện trên các biến tần có công suất lớn,ngoài ra nó còn bảo vệ tụ điện trước hiện tượng sóng hài và dòng chồng

2.6 ĐIỆN TRỞ HÃM:

Khi tải có lực quán tính làm cho động cơ quay theo trong khi đó động cơ đã ngắt điện,hiện tượng này động cơ đóng vai trò như máy phát điện,và tạo ra điện

áp quay trở lạituyến dẫn một chiều,lượng điện này phải được triệt tiêu đi bằng cách nào đó.Từ đó người ta đã thiết kế ra mạch điện trở hãm nhằm mục đích giải phóng lượng điện này thành nhiệt.nếu không có mạch điện trở hãm biến tần sẽ luôn báo lỗi quá áp mỗi khi có hiện tượng này xảy ra

Hình 8

3 CÁC DÒNG BIẾN TẦN PANASONIC.

3.1 DÒNG VF-0

đặc điểm:

• Nhỏ gọn

• Dễ dàng sử dụng với bảng điều khiển

• Chi phí hiệu quả

1 PHA 230V –AC

0,2 KW

0,4 KW

0,75 KW

1,5 KW

3 PHA 400V-AC

0,75 KW

1,5KW

2,2 KW

3,7 KW

3.2 DÒNG VF – CE

đặc điểm:

• Điều khiển vecto

• Công nghệ tiên tiến

Page 11

Hình 9

Hình 10

• Nhiều giao diện lựa chọn

1 PHA 230V –AC

0,25 KW

0,37 KW

0,75 KW

1,5 KW

2,2 KW

3 PHA 400V-AC

0,75 KW

1,5 KW

2,2 KW

4 KW

3.3 DÒNG VF-8Z

ĐẶC ĐIỂM:

• Dải tần rộng(0,2-400hz)

• Tăng giảm tốc độ hoàn hảo

• Hoạt động êm,ổn định ở tần số thấp

• Đặt trước tốc độ

• Nhiều dạng bảo vệ

3 PHA 400V- AC

Hình 11

5,5 KW

7,5 KW

11 KW

15 KW

19 KW

22 KW

30 KW

37 KW

4.CÀI ĐẶT THAM SỐ.

Trong việc cài đặt biến tần thì nhà sản xuất đưa ra rất nhiều tính năng theo từng model biến tần,tùy thuộc vào cơ cấu tải,kiểu bảo vệ,điều khiển bên trong hay ngoài…mà người sử dụng có thể lựu chọn các tham số cài đặt

4.1 GIAO DIỆN MÀN HÌNH ĐIỀU KHIỂN

Mỗi model đều có những giao diện màn hình khác nhau nhưng nhìn chung chúng đều có những phím chức năng chủ yếu như sau:

màn hình hiển thị Hiển thị dòng,tần số,tốc độ,lỗi,dữ liệu cài đặt chức

năng,tham số (gồm 3 led 7 đoạn) Phím khởi động RUN Phím điều khiển chạy tại chỗ

Phím dừng STOP Phím dừng tại chỗ

Phím chọn chế độ

MODE

Dùng thay đổi:tần số ngõ ra,hiển thị dòng,cài đặt tần số,cài đặt hướng vòng quay,cài đặt chức năng

Phím điều chỉnh

chương trình SET

Dùng để lưu dữ liệu,thay đổi màn hình hiển thị giữa tham

số và dữ liệu màn hình

Page 13

Hình 12

Hình 13

R

S

T

L1 L2

T U V

BIẾN TẦN PANASONIC

C B A

TÍN HIỆU

0÷5V

0÷10V

4÷20mA

4

TIN HIEU

Analog 5V

PWM

1 2 3 BIEN TRO

5 6 7 8 9

START/STOP FOR/REV SW1 SW2 SW3

10 11

NGÕ VÀO TRANSITOR(C) NGÕ VÀO TRANSITOR(E)

DB +

DB

-DIEN TRO HAM

U V W

L1 L2 L3

Phím tăng ▲ Dùng để tăng giá trị thông số cài đặt,số lượng thông số

Phím giảm ▼ Dùng để giảm giá trị thông số cài đặt,số lượng thông số

Biến trở Núm vặn điều chỉnh tần số(khoảng tần số đã được cài đặt)

4.2 SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY

4.3 CÁC THAO TÁC CƠ BẢN TRÊN PHÍM MÀN HÌNH

Cách cài đặt tham số:

• Nhấn phím MODE 2 lần để hiển thị ra P01

• Dùng phím ▲/▼ để có thể tìm tham số cài đặt( P02,P03,P04… )

• Nhấn SET để cài đặt P(1 n) đã lựa chọn

Page 15

GIÁ TRỊ MỚI

POWER

ON

NHẤN MODE

NHẤN

MODE

NHẤN SET

NHẤN

MODE

NHÂN

▼/▲

P01

NHẤN SET NHẤN

▼/▲

• Nhấn phím ▲/▼ để có thể tìm các giá trị dữ liệu cài đặt(0,1,2….)

• Nhấn SET để nhập vào

• Nhấn MODE để trở về ban đầu

• Các giá trị mới sẽ được lưu lại sau 1sec

4.2 BẢNG CÁC THAM SỐ CÀI ĐẶT

Tham số

cài đặt

Giá trị

dữ

liệu

cài đặt

Giải thích

P01 Cài đặt thời gian tăng tốc ngõ ra từ 0,5Hz đến maximum

P02 Cài đặt thời gian giảm tốc ngõ ra từ maximum về 0,5 Hz

P03

50 Tần số ngõ ra max là 50 Hz(không cài tham số P15)

60 Tần số ngõ ra mã là 60 HZ(không cài tham số P16)

FF Cài đặt này phù hợp với maximum ở P15,tần số chuẩn ở P16

P04

0 Cài đặt hằng số momen ứng với động cơ

1 Momen bình phương với tải quạt,máy bơm

P06 Cài đặt chi tiết relay nhiệt quá tải(màn hình hiển thị OL)

P 07 Cài đặt thông số của relay nhiệt quá dòng

P 08

0 Chạy trong,RUN chạy,STOP dừng,thuận nghịch bằng núm

biến trở

1 Chạy trong,RUN chạy,STOP dừng,▲ chạy thuận,▼chạy

nghịch

3 Chạy ngoài,chạy thuận chân 3-5,chạy nghịch chân 3-6,nhanh

chậm nối biến trở vào chân 1-2-3

P09

0 Chạy trong sử dụng biến trở trên giao diện điều chỉnh tần số

1 Chạy trong sử dụng ▼,▲ để điều chỉnh tần số khi led hiển thị

giá trị tần số

2 Chạy ngoài sử dụng chân 1-2-3 để nối với biến trở ngoài điều

khiển giá trị tần số

3 Chạy ngoài sử dụng tín hiệu điện áp 0-5v nối vào chân 2-3

(+2,-3)

4 Chạy ngoài sử dụng tín hiệu điện áp 0-10v nối vào chân 2-3

5 Sử dụng tín hiệu dòng 4-20mA nối vào chân 2-3 (+2,-3),nối

điện trở 200Ω vào giữ chân 2-3

1 Chỉ cho phép chạy thuận

P11 0 Dừng có độ dốc,tần số giảm bởi tín hiệu dừng hợp với thời

gian

1 Dừng tức thời,ngõ ra tín hiệu biến tần bị khóa bởi tín hiệu

dừng P12 Cài đặt tần số cho ngõ ra của biến tần tắt khi biến tần giảm tần

số cho đến khi dừng hẳn( 0,5÷60 Hz)

P17 0 Không sử dụng tính năng ngăn cản sự tăng tốc

1 Sử dụng tính năng ngăn cản sự tăng tốc

P18 0 Không sử dụng tính năng ngăn cản sự giảm tốc

1 Sử dụng tính năng ngăn cản sự giảm tốc

P19

(Nối

SW1

vào

chân

số 7)

0 Ngõ vào điều chỉnh đa tốc độ SW1

5 Ngõ vào dừng tức thời

6 Ngõ vào tín hiệu điều chỉnh tần số

7 Chọn ngõ vào đặc 2nd

P20

0 Ngõ vào điều chỉnh đa tốc độ SW2

5 Ngõ vào dừng tức thời

6 Ngõ vào tín hiệu điều chỉnh tần số

7 Chọn ngõ vào đặc trưng 2nd

0 Ngõ vào điều chỉnh đa tốc độ SW3

Page 17

5 Ngõ vào dừng tức thời

6 Ngõ vào tín hiệu điều chỉnh tần số

7 Chọn ngõ vào đặc trưng 2nd

P22 0 Không sử dụng chức năng điều khiển điều rộng độ xung

1 Không sử dụng chức năng điều khiển điều rộng độ xung P23 Tín hiệu điều rộng độ xung trung bình00000(1÷100 sec)

P25 Chọn chức năng ngõ ra transitor(nối diều khiển vào chân số

10&11) P26 Cài đặt chức năng ngõ ra relay(nối vào chân A,B&C)

P27 Cài đặt tần số ngõ ra cực thu Transitor

P41 Cài đặt tần số nền 2nd với tính năng chuyển mạch chọn loc 2nd

(45÷250Hz) P42 Cài dặt mức khuếch đại momen nền 2nd với tính năng chuyển

mạch chọn lọc 2nd

P47 Cài đặt giới hạn dòng,khi quá tải tần số sẽ tự động giảm P48 Chế độ khởi động hao điện,thận trọng khi khởi động lại đột

ngột

P49 Khởi động lướt qua,motor được khởi động lại khi nguồn được

khôi phục P50 Cài đặt thời gian chờ của chế độ,khởi động lướt qua và chức

năng chạy lại

P51

0 Chức năng chạy lại không có tác dụng

1 Chỉ chạy lại khi phát hiện lỗi quá tải,quá nhiệt bất thường của

bộ ổn định tản nhiệt

2 Chỉ thực hiện chạy lại khi lỗi quá áp

3 Chạy lại khi phát hiện cả lỗi quá nhiệt ,quá dòng và quá áp

P54 Dùng để cài đặt tần số mức trên ở ngõ ra

P55

0 Cài đặt chức năng độ lệch/dộ khuếch đại không có tác dụng

1 Cài đặt chức năng độ lệch/dộ khuếch đại có tác dụng

P56 cài đặt độ lệch tần số (dữ liệu -99÷250Hz)

P57 Cài đặt độ khuếch đại tần số (0,5÷ 250Hz)

P58 0 Tín hiệu ngõ ra analog với tín hiệu điện áp

1 Tín hiệu ngõ ra là xung

P59

0 Bỏ chức năng bú analog và xung

1 Chức năng cài đặt bù tín hiệu điện áp

2 Chức năng cài đặt bù tín hiệu xung

P60 0 Chọn bộ giám sát chi tiết trên màn hình hiển thị tần số

1 Chọn bộ giám sát chi tiết trên màn hình hiển thị tốc độ

truyền P61 Cài đặt bộ nhận so với tần số khi tốc độ truyền được hiển thị

trên màn hình

P64 Cài đặt tần số truyền thông(mặc định là 0,8Hz)có thể thay đổi

để giảm độ ồn và cộng hưởng cơ học khi vận hành

P66 0 Chế độ cài đặt được thiết lập bởi người sử dụng

1 Chế độ cài đặt mặc định của nhà sản xuất

Page 19