Ôn thi điều khiển động cơ

Soft starter Bộ khởi động mềm: Kiến thức chung:  Khái niệm: là bộ khởi động dùng cho bộ biến đổi điện áp xoay chiều để điều khiển điện áp stato bằng cách điều khiển góc kích SCR  Cấu t

Ôn thi điều khiển động cơ

I Soft starter (Bộ khởi động mềm):

Kiến thức chung:

 Khái niệm: là bộ khởi động dùng cho bộ biến đổi điện áp xoay chiều để điều khiển điện áp stato bằng cách điều khiển góc kích SCR

 Cấu tạo: gồm 3 cặp thyristor mắc song song ngược

 Nguyên lý: Điều khiển điện áp tăng dần bằng cách giảm dần góc kích

 Mục đích: để hạn chế dòng điện và sụt áp lưới, hạn chế môment giúp khởi động êm

Câu hỏi:

1 Tại sao khi khởi động trực tiếp dòng điện khởi động lớn?

2 Sụt áp là gì, tại sao khởi động trực tiếp động cơ dị bộ gây ra sụt áp?

Sụt áp là đo điện áp đầu nguồn cao hơn điện áp cuối nguồn.

Do khi khởi động, dòng khởi động lớn làm sụt áp trên động cơ

Q=0,24 I2 R ( định luật Jun Lenxơ)

3 Sốc cơ khí là gì? Tại sao gây ra tác hại?

4 Làm thế nào để tăng dần điện áp cấp cho động cơ dị bộ, tại sao điện áp tăng dần thì dòng điện khởi động giảm?

Vì khi điện áp tăng dần thì động cơ bắt đầu tăng tốc, làm hệ số trượt giảm đi

5 Sử dụng bypass contactor thì được lợi ích gì, khi nào thì đóng bypass contactor? Thiết bị nào trong mạch điều khiển thực hiện thao tác đóng bypass contactor?

6 Làm thế nào để bảo vệ quá tải động cơ khi khởi động và khi chạy ổn định

7 Thiết bị nào bảo vệ ngắn mạch cho softstarter và động cơ?

8 Tại sao phải nối đất, nối cái gì? Để làm gì

Nối đất để bảo vệ người và thiết bị khi có sự cố chập mạch

9 Thời gian tăng tốc là gì? Tại sao nếu thời gian tăng tốc quá ngắn thì dòng điện khởi động lớn hơn so với yêu cầu

Là thời gian bắt đầu tăng dần điện áp

Thời gian tăng tốc quá ngắn cũng gần nghĩa như khởi động trực tiếp, làm động

cơ chưa tăng tốc kịp, hệ số trượt sẽ lớn

10 Tại sao softstater không sử dụng được cho các lọai tải thể năng?

Vì moment khởi động thấp, khôg đủ lớn và nhanh

II Biến tần:

Kiến thức chung:

 Khái niệm: Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt trên cuộn dây bên trong động cơ và thông qua đó biến tần có thể điều khiển động cơ, không cần dùng đến các hộp số cơ khí

 Cấu tạo:

 Nguyên lý hoạt động:

+ Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều phẳng Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Điện đầu vào có thể là một pha hoặc ba pha, nhưng nó sẽ

ở mức điện áp và tần số cố định

+ Sau đó, Điện áp một chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện

áp xoay chiều 3 pha đối xứng Mới đầu, điện áp Một chiều được tạo ra sẽ được trữ trong giàn tụ điện Điện áp một chiều này ở mức rất cao

Tiếp theo, thông qua trình tự kích hoạt thích hợp bộ biến đổi IGBT (IGBT là từ

viết tắt của Tranzito Lưỡng cực có Cổng Cách điện hoạt động giống như một công tắc bật và tắt cực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của Biến tần) của Biến tần sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều 3 pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM)

Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên

độ và tần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển (khi cần tăng hoặc giảm tốc độ của động cơ)

Câu hỏi:

1 Cầu chỉnh lưu làm bằng các linh kiện điện tử gì? Vai trò của cầu chỉnh lưu

2 Bộ lọc có thiết bị gì, tại sao lại phải thêm bộ vào mạch, tại sao bộ lọc lại làm điện áp phẳng hơn

3 Bộ nghịch lưu làm bằng các linh kiện nào, nguyên lý làm việc của bộ nghịch lưu, tần số băm PWM của bộ nghịch lưu có giá trị khoảng bao nhiêu, dạng điện áp đầu ra của bộ nghịch lưu như thế nào

4 DC choke, AC choke cấu tạo gồm những gì, khác gì với các cuộn kháng thông thường ở tần số 50 Hz, tại sao DC choke/AC choke không phải lúc nào cũng được cấp theo biến tần Nhiệm vụ của DC choke/DC choke

5 Nếu không có bộ xạc mạch DC khi khởi động thì chuyện gì xảy ra? Thiết bị nào điều khiển việc đóng, cắt bộ xạc DC

6 Tại sao phải có thiết bị hỗ trợ hãm động năng? Nếu không có thì chuyện gì xảy ra? Khi nào thì bộ hãm làm việc?

III Hãm động cơ AC dùng biến tần:

Kiến thức chung:

 Khái niệm: Hãm là trạng thái mà moment của động cơ ngược chiều với tốc độ, nghĩa là M < 0

Trạng thái hãm còn được gọi là trạng thái máy phát

 Có 5 loại hãm:

Hãm tái sinh (Regeneration ): trả năng lượng về lưới Hãm động năng ( Dynamic braking): chuyển điện thành nhiệt bên điện trở ngoài

Hãm DC Infection: Bơm dòng 1 chiều vào Roto Ram to stop: Giảm dần tốc độ

Coast to stop: thả tự do, dừng bằng moment tải

 Phân tích từng loại hãm:

1 Hãm DC Infection:

- Ngắt nguồn AC, Cấp nguồn điện DC vào 2 pha của stator, sử dụng PWM tạo dòng điện

1 chiều trong 2 pha của stator

- Động cơ hoạt động như máy phát điện 1 chiều, điện sinh ra trong mạch rotor biến thành nhiệt trong rotor

- Hiệu quả hãm giảm dần khi tốc độ thấp

2 Hãm động năng ( Dynamic braking):

- Xảy ra khi động cơ làm việc ở Q2, chế độ máy phát, tốc độ rotor lớn hơn tốc độ từ trường quay (tạo bởi tần số do biến tần)

- Cơ năng từ động cơ chuyển thành điện năng nạp vào DC bus

- Mạch logic đóng Transitor S để xả điện năng qua điện trở R

- Là kỹ thuật hãm phổ biến nhất

- Ưu điểm: đơn giản

Nhược điểm:

+ Tốn điện (không tận dụng được điện trả về)

+ Tốn điện trở

+ Chỉ thích hợp với thiết bị hoạt động liên tục, ít hãm, đảo chiều

3 Hãm tái sinh :

Mạch nghịch lưu phụ thuộc dùng SCR

Mạch chỉnh lưu tích cực dùng IGBT (Active Front End)

- Hãm tái sinh hoạt động trong Q2, Q4

- Đòi hỏi bộ nghich lưu SCR hoặc IGBT (Active Front End)

- Phương pháp : lắp thêm bộ nghịch lưu phụ thuộc song song với bộ chỉnh lưu, nghịch lưu phụ thuộc hoạt động tương tự ở động cơ 1 chiều, phát điện về lưới

Khi tốc độ động cơ lớn hơn tốc độ không tải, động cơ sẽ như là một máy phát đưa điện ngược trở lại DC Bus, tụ C tích điện, cầu hãm tái sinh sẽ chuyển điện trên DC Bus (khi cổng Gate được kích hoạt) về lưới điện xoay chiều

Ưu điểm

Tiết kiệm năng lượng, hãm nhanh Thích hợp tải ngắn hạn lặp lại

Nhược điểm :

Chi phí đầu tư cao, không thích hợp với tải ít thay đổi

Câu hỏi:

1 Khi nào thì động cơ hãm, làm thế nào để hãm động cơ từ Q1, sang Q2.

2 Khi hãm thì động cơ làm việc ở chế độ nào? Tại sao? So sánh tốc độ động cơ ở chế độ động cơ và chế độ hãm

3 Mạch hãm gồm các thành phân nào? Thiết bị nào điều khiển mạch hãm, quy trình điều khiển như thế nào? Tại sao lại ngắt mạch hãm khi điện áp DC bus thấp?

4 Phân biệt giá trị điện trở và công suất điện trở hãm Giá trị điện trở hãm lấy từ đâu ra, tại sao không được chọn giá trị này cao hơn, hoặc thấp hơn?

5 Tại sao chọn công suất điện trở hãm bằng cơ nãng hãm chia cho thời gian chu

kỳ giữa 2 lần hãm

6 Nếu động cơ hãm quá nhanh, nhưng moment quán tính của máy sản xuất lớn, thì chuyện gì xảy ra với biến tần, tại sao? Khắc phục điều này như thế nào?

7 Tại sao phải bải vệ quá tải và quá nhiệt điện trở hãm, bảo vệ bằng cách nào

IV Điều khiển tần số động cơ dị bộ 3 pha, phương pháp u/f = const

Kiến thức chung:

U= k.f

K = U/f

= constan

 Ưu điểm:

Thay đổi f - nhưng duy trì U/f = constant,

- Động cơ làm việc ở từ thông định mức, với monent tới hạn ổn định

- Không bị bão hòa từ, tránh dòng từ hóa lớn

- Giữ cho đặc tính cơ không đổi

 Nhược điểm:

Ở tần sô, sụt áp trên trở kháng ngắn mạch cuộn dây là tương đối lớn so với sức điện động cảm ứng

Moment giảm ở tốc độ thấp

 Cách khắc phục:

- Tăng điện áp ở tần số thấp

- Duy trì dòng điện không tải Im = const để ag = Const Công thức:

Câu hỏi:

1 Tại sao khi u/f = const thì moment tới hạn không đổi? Nếu moment tới hạn tăng thì có ích gì không? Nếu moment tới hạn giảm thì có hại gì không? Tại sao?

2 Tại sao ta lại muốn từ thông khe khí băng giá trị định mức khi thay đổi tần số với u/f=const Nếu từ thông tăng thì sao?

3 Tại sao điều khiển u/f=const không phù hợp với tải thể năng

4 Tại sao đặc tính cơ thực tế lại thấp hơn ở tần số thấp so với đặc tính cơ lý thuết, tác hại của hiện tượng này?

5 Tại sao biến tần u/f không phù hợp với các tải thể năng? Tại sao lại phù hợp với tải bơm quạt?

6 Trong mô hình điều khiển biến tần u/f=const, thiết bị nào làm nhiệm vụ phát xung và thay đổi tần số

V Chọn biến tần theo đặc tính khai thác

1 Chế độ dài hạn tự làm mát

2 Chế độ dài hạn động cơ tự làm mát bắt buộc

3 Chế độ quá tải ngắn hạn -2 min

4 Chế độ quá tốc độ định mức

5 Chế độ chống kẹt máy cca 1 sec

Giải thích:

1 Ta có M= K I, I tỉ lệ với moment M nên động cơ tự làm mát được, đường đặc tính này dùng cho tải có momment biến thiên theo tốc độ: bơm ly tâm M=k2

2 Khi động cơ làm việc ở cùng thấp tấp, M không đổi, I không đổi -> nhiệt không đổi-> không thể tự làm mát-> buộc phải làm mát

Vùng đặc tính này: tải có moment nhỏ như băng truyền , điều khiển là u/f

3 Là đường quá tải ngắn hạn trong 2 phút khi khởi động moment cần rất lớn từ 1.7 Mđm, dùng để tải và thắng moment nghỉ, sau khi hoạt động xong nó làm việc ở chế độ định mức

 dùng cho tải có moment lớn: tải thế năng có công suất lớn ; thang máy,

cẩu-> sử dụng biến tần vectơ

4 Trên tốc độ định mức, làm việc ở quá tốc định mức -> moment giảm dần Chỉ làm việc quá tốc khi động cơ cho phép

Đường này ứng dụng cho tải có công suất không đổi : máy tời, máy kéo, máy cưa, máy bào

- : Khi động cơ cần 1 moment cực kì lớn trong thời gian ngắn để vượt qua điểm kẹt

Câu hỏi:

1 Phân biệt chế độ là việc dài hạn và chế độ làm việc ngắn hạn.

Chế độ làm việc dài hạn Chế độ làm việc ngắn hạn

Làm việc với phụ tải trong thời gian

Nhiệt độ làm việc của máy đạt giá trị

2 Cái gì gây ra quá tải, nếu quá tảiu thì chuyện gì xảy ra với biến tần và động cơ?

Khi I tăng nhanh, và tăng quá giá trị định mức sẽ gây quá tải

Nếu quá tải sẽ gây nóng động cơ, có thể cháy Biến tần sẽ “trip”

3 Tại sao có thể quá tải ngắn hạn nhưng không thể quá tải dài hạn? Tại sao

ta lại cần động cơ có khả năng quá tải ngắn hạn cao

Vì chỉ chịu được sức nóng trong thời gian ngắn

Vì trong thực tế cần máy cưa, cẩu

4 Nếu động cơ và biến tần chạy ở tốc độ thấp hơn tốc độ định mức, nhưng moment tải vẫn là moment định mức thì chuyện gì xảy ra?

Do n < nđm trong khi Mtải = Mđm sẽ gây ra quá tải và động cơ không kéo nổi, dẫn đến động cơ dừng lại, gây nóng động cơ

5 Ta có thể sử dụng động cơ kéo tải cao hơn định mức ở tốc độ thấp hơn định mức được không? Tại sao?

Không thể Vì động cơ không thể quá tải dài hạn

6 Tại sao ta lại có nhu cầu quá tải ngắn hạn động cơ? Nếu động cơ+biến tần

có khả năng quá tải ngắn hạn cao thì ta được lợi ích gì?

Để động cơ co moment khởi động cao, lớn hơn moment nghỉ Khi xong có thể trở về hoạt động bình thường

Ứng dụng trong nhiều máy sản xuất

7 Lọai tải nào yêu cầu động cơ+ biến tần có khả năng quá tải ngắn hạn cao? Tại sao?

Tâỉ thế năng, nâng hạ

Vì ban đầu, động cơ cần một moment rất lớn để nâng hạ tải từ trạng thái nghỉ

8 Biến tần u/f và biến tần vector lọai nào có khả năng quá tải ngắn hạn cao hơn?

Vì biến tần vectơ là vòng kín nên điều khiển chính xác hơn

9 Tại sao ta chọn biến tần u/f cho tải bơm ly tâm? Lợi ích gì?

Vì rẻ tiền, moment tỉ lệ n2, khi khởi động moment rất nhỏ Lợi ích, đáp ứng nhu cầu, phù hợp tải

10 Tại sao tải nâng hạ cần moment khởi động cao hơn moment định mức? Nếu dùng biến tần u/f cho tải nâng hạ thì chuyện gì xảy ra?

Vì tải nâng hạ cần một moment lớn khi khởi động Nếu dùng biến tần u/f sẽ không giữ được tải vì không thể xuất ra một moment cao khi ở tốc độ thấp

VI Tính năng điều khiển của biến tần - bộ điều khiển PID

Kiến thức chung:

 Yêu cầu điều khiển bơm ổn định:

Ví dụ:

Ứng dụng ổn định áp suất bơm quạt:

- Áp suất tăng khi động cơ tăng tốc kéo bơm

- Biến tần có tích hợp PID để ổn định áp suất, tốc độ

U= KP + KI edt + KD

Chức năng của PID trong biến tần được kích hoạt bởi những thành phần cơ bản :

 1 tín hiệu tham chiếu analog

 1 tín hiệu phản hổi analog input

 Cài đặt hệ số Proportional, Integral, Derivative

 Hệ số tỉ lệ đối với tín hiệu phản hổi

 Hàm Ramp đối với các tín hiệu tham chiếu (ACC, Dec)

 Giới hạn đầu ra

 Chức năng đảo đầu ra: - ( analog input, internal, pulse hoặc preselected)

- dòng hoặc điện áp

Câu hỏi:

1 Tại sao điền khiển PID ứng dụng được cho điều khiển mức bồn và điều khiển áp suất đầu ra của bơm?

Vì điều khiển PID là bộ điều khiển dùng để ổn định các thông số KI , KP, KD

Hoặc Kp, TI, TD

2 Phân biệt điều khiển tốc độ vòng kín có phản hồi và điều khiển PID có phản hồi Phân biệt ý nghĩa của giá trị áp suất điều khiển tham chiếu và giá trị tốc

dộ tham chiếu trong điều khiển PID Giá trị nào được biến tần thay đổi?

Điều khiển tốc độ vòng kín có phản hồi: dùng encoder hoặc tachometer để phản hồi về

Điều khiển PID có phân hồi là dùng các cảm biến nhiệt độ, lưu lượng, áp suất

để phản hồi về

Giá trị tham chiêu tốc độ là không đổi

Giá trị tham chiếu áp suất là thay đổi, phụ thuộc áp suất đầu ra

3 Trong điều khiển ổn định áp suất bơm thì tại sao áp suất bơm thay đổi? Làm thế nào để ổn định áp suất bơm?

Do nhu cầu sử dụng của người dùng nên phải ổn định

Dùng cảm biến áp suất bơm đặt ngay trên đường ống , so sánh giữa giá trị đặt và giá trị phản hồi, rồi dùng biến tần PID điều khiển tốc độ bơm và áp suất

4 Trong quá trình điều khiển tốc độ quay của động cơ có thay đổi hay không? Tại sao?

Nếu áp suất tăng hơn giá trị đặt, tốc độ động cơ giảm và ngược lại

5 Có mấy dạng tín hiệu phản hồi? Ưu điểm của phản hồi dòng so với phản hồi áp.

Có 2 dạng tín hiệu phản hồi: dòng và áp

Ưu điểm của tín hiệu dòng là tránh được sụt áp Nếu dùng thì chọn dạng tín hiệu

4 – 20mA vì nếu dùng 0- 20mA, khi mất cảm biến thì PID vẫn tưởng là đang nhận thiết bị ( 0mA)

6 Mối quan hệ giữa giải tín hiệu tham chiếu thông qua input đầu vào (0-10 V) với giải đo được của cảm biến?

Quan hệ tuyến tính

7 Ý nghĩa của thông số P, nếu P quá lớn thì chuyện gì xảy ra, nếu P quá bé thì chuyện gì xảy ra?

Thông số Kp: nếu P quá bé thì thời gian đáp ứng chậm

Nếu P quá lớn thì đáp ứng nhanh, vọt lố lớn

8 Tại sao thực tế ta sử dụng thông số I tương đối bé mà không cần I lớn? Khi nào thì ta thấy I là quá lớn so với yêu cầu điều khiển ổn định

Tránh gây sai số xác lập

Khi I quá lớn khi xuất hiện sai số xác lập

9 Khi có hiện tượng gì xảy ra thì ta mới chỉnh thông số P?

Khi hệ thống chưa thấy giá trị mong muốn, ta chỉnh thông số P

VII Tính năng điều khiển của biến tần - điều khiển kết hợp hãm trình tự:

Kiến thức chung:

Chức năng phanh hãm trình tự:

Ứng dụng cho tải nâng hạ hoặc chuyển động thẳng, thang máy

Phanh cơ khí phải bóp lại khi động cơ dừng hoặc sự cố

Thang máy, cẩu giàn:

Khi kéo tải lên: động cơ keo nhẹ để giữ tải rồi mới nhả phanh

 Phanh nhả sớm trước khi động cơ giữ được tải sẽ làm tải rơi

 Phanh nhả trễ quá thì làm căng dây

Khi dừng lại:

 Động cơ dừng từ từ để giữ cho tải đứng yên, sau đó mới bop phanh

 Nếu phanh bóp sớm thì giật tải

 Nếu phanh bóp trễ thì rơi tải

Tần số làm việc lúc nhả phanh và hãm phanh :

 Biến tần tự động đặt theo hệ số trượt của động cơ

 Dòng điện lúc nhả và hãm phanh phải được xác định

Câu hỏi:

1 Nếu thắng cơ khí nhả chậm hơn khi khởi động lúc kéo tải lên thì chuyện già xảy ra? Tác hại

Làm dây căng

2 Nếu thắng cơ khí đóng quá nhanh khi dừng tải thì chuyên gì xảy ra? Tác hại

Gây giật tải

3 Giá trị dòng điện do biến tần bơm vào động cơ khi giữ tải phụ thuộc vào cái gì? Tại sao.

4 Tại sao khi khởi động, biến tần phải thêm thời gian đợi giữa lúc xuất tín hiệu nhả phanh và lúc bắt đầu tăng tốc?

Vì để động cơ có thời gian giữ tải

5 Làm sao biến tần biết là phanh đã nhả rồi hay chưa?

6 Tại sao biến tần không dùng tiếp điểm relay của mình để trực tiếp đóng/ngắn bộ điều khiển phanh cơ khí

VIII Nêu phương pháp tiết kiệm năng lượng điện dùng biến tần, cho các loại tải

bơm, quạt sử dụng biến tần.

1 Ở các ứng dụng nào ta cần điều khiển lưu lượng của bơm? Ví dụ?

2 Nếu dùng van, tại sao lưu lượng của bơm thay đổi khi tốc độ quay không đổi? Khi nào thì lưu ưlựong lớn nhất, khi nào lưu lượng bé nhất?

3 Cột áp tĩnh là gì? Tại sao vbơm phải cấp áp suất cao hơn cọt áp tĩnh