BÁO CÁO Tìm hiểu về biến tần siemens”.

Biến tần là gì Biến tần là thiết bị dung để chuyển đổi điện áp hoặc dòng điện xoay chiều ở đầu vào từ một tần số này thành điện áp hoặc dòng điện có một tần số khác ở đầu ra.. Bộ biến tầ

Mục Lục

LỜI MỞ ĐẦU 2

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ BIẾN TẦN 3

1 Biến tần là gì 3

2 Cấu tạo của biến tần 3

2.1 Bộ chỉnh lưu 3

4

2.2 Tuyến dẫn Một chiều 4

2.3 IGBT 4

2.4 Bộ điện kháng xoay chiều 5

2.5 Bộ điện kháng một chiều 6

2.6 Điện trở hãm 7

3 Nguyên lý hoạt động của biến tần 7

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN MỘT SỐ LOẠI BIẾN TẦN CỦA SIEMENS 10

1 Ứng dụng chung 10

1.1 MM410 10

1.2 MM420 10

1.3 MM440 11

2 Thông số kỹ thuật 12

2.1 MM410 12

2.2 MM440 12

CHƯƠNG 3: LỢI ÍCH VÀ LƯU Ý KHI SỬ DỤNG BIẾN TẦN 15

1 Lợi ích của việc sử dụng biến tần 15

2 Một số lưu ý khi sử dụng biến tần 16

LỜI CẢM ƠN 17

Báo cáo thực tập tốt nghiệp D8LT – CNTĐ6 – Đào Thanh Tùng

LỜI MỞ ĐẦU

Ngày nay với sự phát triển nhanh chóngcủa khoa học kỹ thuật nhiều phát minh khoa học vĩ đại đã ra đời Đem lại cho con người cuộc sống ấm no và hạnh phúc cả về mặt vật chất lẫn tinh thần Hoạt động của con người bây giờ không còn mang tính chân tay nhiều như xưa mà thay vào đó là những qui trình, những công nghệ mang tính tự động cao

Trong sự nghiệp giáo dục của nước ta hiện nay mục tiêu là giáo dục và đào tạo ra những con người có đủ đức, đủ tài, có văn hóa, có kỹ năng ,kỹ xảo nghề nghiệp và có thái độ ứng xử tốt phục vụ tốt cho sự nghiệp công nghiệp hóa - hiện đại hóa - xây dựng nước nhà Để đạt được mục đích đó thì thế hệ trẻ đặc biệt là sinh viên phải luôn chủ động tìm hiểu nghiên cứu và ứng dụng những thành tựu khoa học mới, cùng những nhu cầu, ứng dụng thực tế cấp thiết của nền công nghiệp nước nhà

Là sinh viên năm cuối được làm thực tập tốt nghiệp là cơ hội cho em tìm hiểu thêm về kiến

thức thực tế ,củng cố những kiến thức đã học, em đã được nghiên cứu về đề tài: “Tìm hiểu về

biến tần siemens”.

Đề tài đề cập đến một lĩnh vực đang ứng dụng rất phổ biến trong công nghiệp nhưng lại là kiến thức mới đối với sinh viên Đề tài của em được chia ra thành 3 phần chính:

1 Khái quát về biến tần.

2 Tổng quan một số loại biến tần siemens.

3 Lợi ích và lưu ý khi sử dụng biến tần

Vì kiến thức còn hạn chế nên trong đề tài khó tránh khỏi những sai sót, nhóm thực hiện

đề tài rất mong nhận được ý kiến đóng góp và sữa chữa của quý thầy ( cô)

CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ BIẾN TẦN

1 Biến tần là gì

Biến tần là thiết bị dung để chuyển đổi điện áp hoặc dòng điện xoay chiều ở đầu vào từ một tần số này thành điện áp hoặc dòng điện có một tần số khác ở đầu ra

Bộ biến tần thường được sử dụng để điều khiển vận tốc động cơ xoay chiều theo phương pháp điều khiển tần số, theo đó tần số của lưới nguồn sẽ thay đổi thành tần số biến thiên

2 Cấu tạo của biến tần

Biến tần gồm mạch chỉnh lưu, mạch một chiều trung gian (DC link), mạch nghịch lưu và phần điều khiển Từ đó, ta có thể cụ thể hóa thành 6 bộ phận chính như sau:

2.1 Bộ chỉnh lưu

Phần đầu tiên trong quá trình biến điện áp đầu vào thành đầu ra mong muốn cho động cơ là quá trình chỉnh lưu Điều này đạt được bằng cách sử dụng bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt sóng toàn phần

Bộ chỉnh lưu cầu đi-ốt tương tự với các bộ chỉnh lưu thường thấy trong bộ nguồn, trong đó dòng điện xoay chiều một pha được chuyển đổi thành một chiều Tuy nhiên, cầu đi-ốt được sử dụng trong Biến tần cũng có thể cấu hình đi-ốt bổ sung để cho phép chuyển đổi từ điện xoay chiều ba pha thành điện một chiều

Các đi-ốt chỉ cho phép luồng điện theo một hướng, vì vậy cầu đi-ốt hướng dòng electron của điện năng từ Dòng Xoay chiều (AC) thành Dòng Một chiều (DC)

Báo cáo thực tập tốt nghiệp D8LT – CNTĐ6 – Đào Thanh Tùng

2.2 Tuyến dẫn Một chiều

Tuyến dẫn Một chiều 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 cấu hình Tuyến dẫn Một chiều sẽ làm tăng điện dung

Điện áp đã lưu trữ sẽ được sử dụng trong giai đoạn tiếp theo khi IGBT tạo ra điện năng cho động cơ

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 khác nhau từ điện áp Tuyến dẫn Một chiều được trữ trong tụ điện

Bằng cách sử dụng Điều biến Độ rộng Xung hoặc PWM, IGBT có thể được bật và tắt theo trình tự giống với sóng dạng sin được áp dụng trên sóng mang

Trong hình bên dưới, sóng hình tam giác 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, 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 và mô-men xoắn của động cơ

2.4 Bộ điện kháng xoay chiều

Bộ điện kháng dòng Xoay chiều là cuộn cảm hoặc cuộn dây Cuộn cảm lưu trữ năng lượng trong từ trường được tạo ra trong cuộn dây và chống thay đổi dòng điện

Bộ điện kháng dòng giúp giảm méo sóng hài, tức là nhiễu trên dòng xoay chiều Ngoài ra, bộ điện kháng dòng Xoay chiều sẽ giảm mức đỉnh của dòng điện lưới hay nói cách khách là giảm dòng chồng trên Tuyến dẫn Một chiều Giảm dòng chồng trên Tuyến dẫn Một chiều sẽ cho phép

tụ điện chạy mát hơn và do đó sử dụng được lâu hơn

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

Có vài nhược điểm khi sử dụng bộ điện kháng, như chi phí tăng thêm, cần nhiều không gian pa-nen hơn và đôi khi là giảm hiệu suất

Trong các trường hợp hiếm gặp, bộ điện kháng dòng có thể được sử dụng ở phía đầu ra của Biến tần để bù cho động cơ có điện cảm thấp, nhưng điều này thường không cần thiết do hiệu suất hoạt động tốt của công nghệ IGBT

Báo cáo thực tập tốt nghiệp D8LT – CNTĐ6 – Đào Thanh Tùng

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 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 điện kháng Một chiều thường được lắp đặt giữa bộ chỉnh lưu và tụ điện trên các bộ Biến tần 7,5 kW trở lên Bộ điện kháng Một chiều có thể nhỏ và rẻ hơn Bộ điện kháng Xoay chiều Bộ điện kháng một chiều giúp hiện tượng méo sóng hài và dòng chồng không làm hỏng tụ điện, tuy nhiên bộ điện kháng này không cung cấp bất kỳ bảo vệ chống hoãn xung nào cho bộ chỉnh lưu

2.6 Điện trở hãm

Tải có lực quán tính cao và tải thẳng đứng có thể làm tăng tốc động cơ khi động cơ cố chạy chậm hoặc dừng Hiện tượng tăng tốc động cơ này có thể khiến động 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 hiện tượng này bằng cách biến lượng điện thừa thành nhiệt Nếu không có điện trở, mỗi lần hiện tượng tăng tốc này xảy ra, bộ truyền động có thể ngắt do lỗi quá áp trên tuyến dẫn một chiều

3 Nguyên lý hoạt động của biến tần

Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện Nhờ vậy, hệ

số công suất cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96 Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý

và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất trên lõi sắt động cơ

Báo cáo thực tập tốt nghiệp D8LT – CNTĐ6 – Đào Thanh Tùng

Sơ đồ chi tiết mạch điện của biến tần

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 Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy 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 là hàm bậc 4 Điện áp là hàm bậc 4 của tần số Điều này tạo

ra đặc tính mô men là hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân

mô men cũng lại là hàm bậc hai của điện áp

Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại Nhờ vậy, năng lượng 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 nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau Ngày nay biến tần có tích hợp cả bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA

Báo cáo thực tập tốt nghiệp D8LT – CNTĐ6 – Đào Thanh Tùng

CHƯƠNG 2: TỔNG QUAN MỘT SỐ LOẠI BIẾN TẦN CỦA SIEMENS

1 Ứng dụng chung

1.1 MM410

Dùng điều khiển một bộ cửa cuốn gara, một barrie, một bảng quảng cáo chuyển động linh hoạt, một hệ thống máy bơm hay quạt gió, sử dụng nguồn điện có sẵn 220V

1.2 MM420

Một hệ thống băng tải, hay một hệ định vị đơn giản rẻ tiền kết hợp với PLC và còn nhiệm vụ điều khiển nữa mà bộ biến tần MM420 có thể đảm nhiệm Giá thành hạ trong khi vẫn có nhiều tính năng và khả năng tổ hợp linh hoạt làm cho MM420 trở thành một loại biến tần phù hợp hoàn hảo với nhu cầu của người dùng

1.3 MM440

Micromaster 440 chính là một họ biến tần mạnh mẽ nhất trong dòng các biến tần tiêu chuẩn Khả năng điều khiển vector cho tốc độ Moment hay khả năng điều khiển vòng kín bằng bộ PID

có sẵn đem lại độ chính xác tuyệt vời cho các hệ thống truyền động quan trọng như các hệ nâng chuyển, các hệ thống định vị Không chỉ có vậy, một loạt khối Logic có sẵn lập trình tự do cung cấp cho người dùng sự linh hoạt tối đa trong việc điều khiển hàng loạt thao tác một cách tự động

Báo cáo thực tập tốt nghiệp D8LT – CNTĐ6 – Đào Thanh Tùng

2 Thông số kỹ thuật

2.1 MM410

MICROMASTER MM410 là dòng biến tần rất nhỏ chuyên điều khiển tốc độ động cơ 3 pha xoay chiều Công suất 120 đến 750W, điện áp 120 đến 240VAC

 Nét nổi bật của Micromaster 410

- Dễ dàng cài đặt, thiết kế chịu va chạm

- Dễ dàng vận hành thử máy, không yêu cầu lập trình

- Lập trình trước chuyên dùng cho các nhà máy với 4 pole NEMA hoặc động cơ IEC, đầu vào số điều khiển đóng cắt biến tần: On, reversing và fault reset và đầu vào analog điều khiển điểm đặt tốc độ

- Thời gian điều khiển tín hiệu hồi lặp nhanh

- 3 đầu vào số (digital), 1 đầu ra rơ le, 1 đầu vào tương tự (analog), 0 ~ 10V DC

- Đèn LED hiển thị thông tin trạng thái

- Công nghệ IGBT mới nhất với bộ vi xử lí điều khiển số

- Phương pháp điều khiển: Tuyến tính V/f, bình phương V/f

- Đầu vào số có đầu vào phản ứng lặp lại nhanh

- Thời gian gia tốc/giảm tốc từ 0 đến 650 giây

- Có thể điều chỉnh ramp smoothing

- Flying restart

- Bù trượt giúp việc điều khiển tốc độ tốt

- Tự động restart sau khi mất nguồn hoặc có lỗi

- Fast current limit (FCL) for trip free operation

- Hãm bằng áp lực giúp dừng nhanh

- One skip frequency

- Cổng nối tiếp RS-485

 Thông số kỹ thuật

- Điện áp vào: 1 pha 200 ~ 240 V

- Tần số ngõ ra: 0 ~ 650 Hz

- Ngõ vào số: 3 (PNP)

- Ngõ vào tương tự: 1 (0 ~ 10 V)

- Ngõ ra số : 1 (rơ le 30 V DC/5 A, 250 V AC/2 A)

- Thích hợp dùng để điều khiển bơm, quạt, cửa và máy tự động

2.2 MM440

 Nét nổi bật của MICROMASTER 420:

- Thiết kế nhỏ gọn và dễ lắp đặt

- Có nhiều cách lựa chọn truyền thông: PROBIBUS, DeviceNet, CANopen.a3

- Điều khiển FCC (Flux Current Control) cho chất lượng truyền động cao ngay cả khi có thay đổi tải

- Các phương thức cài đặt khác nhau, qua bảng điều khiển hoặc công cụ phần mềm miễn phí

- Thời gian tăng, giảm tốc có thể cài đặt được 0-650s

- 4 dải tần số ngắt quãng tránh cộng hưởng lên động cơ hoặc lên máy

- Khởi động bám khi biến tần nối với động cơ quay

- Tích hợp bảo vệ nhiệt cho động cơ dùng PTC/KTY

 Thông số kỹ thuật:

- Điện áp vào và Công suất: (200V đến 240V 1 AC ± 10% 0,12 đến 3kW) ; (200V đến

240V 3 AC ± 10% 0,12 đến 5.5kW) ; (380V đến 480V 3 AC

± 10% 0,37 đến 11kW);

- Tần số điện vào: 47 đến 63Hz

- Tần số điện ra: 0 đến 650Hz

- Hệ số công suất: 0.95

- Hiệu suất chuyển đổi: 96 đến 97%

- Khả năng quá tải: Quá dòng 1.5 x dòng định mức trong 60 giây ở mỗi 300 giây

- Dòng điện vào khởi động: Thấp hơn dòng điện vào định mức

- Phương pháp điều khiển: Tuyến tính V/f; bình phương V/f; đa điểm V/f; điều khiển từ

dòng thông FCC

- Tần số điều chế xung:

(PWM)

4kHz (Tiêu chuẩn cho 400VAC 3 pha) ; 2kHz đến 16kHz (ở bước 2kHz)

- Tần số cố định: 7, tuỳ đặt

- Dải tần số nhảy: 4, tuỳ đặt

- Độ phân giải điểm đặt: 10 bit analog ; 0,01Hz giao tiếp nối tiếp (mạng)

- Các đầu vào số: 3 đầu vào số lập trình được, cách ly Có thể chuyển đổi PNP /

NPN

- Các đầu vào tương tự: 1, dùng cho điểm đặt hay phản hồi PI (0-10V, định thang

được hoặc dùng như đầu vào số thứ 4)

- Các đầu ra rơ le: 1, tuỳ chọn chức năng 30VDC/5A (tải trở), 250VAC/2A (tải

cảm)

- Các đầu ra tương tự: 1, tuỳ chọn chức năng; 0 — 20mA

- Cổng giao tiếp nối tiếp: RS-485, vận hành với USS protocol

- Tính tương thích điện từ: Bộ biến tần với bộ lọc EMC lắp sẵn theo EN 55 011, Class A

hay Class B

Báo cáo thực tập tốt nghiệp D8LT – CNTĐ6 – Đào Thanh Tùng

- Dải nhiệt độ làm việc: -10oC đến +40oC

- Nhiệt độ bảo quản: -40oC đến +70oC

- Độ cao lắp đặt: 1000m trên mực nước biển

- Các chức năng bảo vệ: Thấp áp, quá áp, quá tải, chạm đất, ngắn mạch, chống kẹt, I2t

quá nhiệt động cơ, quá nhiệt biến tần, khoá tham số PIN

- Phù hợp theo các tiêu

chuẩn CE mark:

Phù hợp với chỉ dẫn về thiết bị thấp áp 73/23/EC, loại có lọc còn phù hợp với chỉ dẫn 89/336/EC

- Kích thước và tuỳ chọn:

(không có tuỳ chọn)

Cỡ vỏ (FS) Cao x Rộng x Sâu kg ; A (173 x 73 x 149 1 ) ; B (202 x 149 x 172 3,3) ; C (245 x 185 x 195 5,0)

CHƯƠNG 3: LỢI ÍCH VÀ LƯU Ý KHI SỬ DỤNG BIẾN TẦN

1 Lợi ích của việc sử dụng biến tần

Lợi ích nhìn thấy đầu tiên là tiết kiệm điện: hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất chế tạo theo công nghệ hiện đại Chính vì vậy, năng lượng tiêu thụ cũng xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu của hệ thống Qua tính toán với các dữ liệu thực tế, với các chi phí thực tế thì với một động cơ sơ cấp khoảng 100 kW, thời gian thu hồi vốn đầu tư cho một bộ biến tần là khoảng từ 3 tháng đến 6 tháng Hiện nay ở Việt nam đã

có một số xí nghiệp sử dụng máy biến tần này và đã có kết quả rõ rệt

Với giải pháp tiết kiệm năng lượng bên cạnh việc nâng cao tính năng điều khiển hệ thống, các bộ biến tần hiện nay đang được coi là một ứng dụng chuẩn cho các hệ truyền động cho bơm

và quạt

Nhờ tính năng kỹ thuật cao với công nghệ điều khiển hiện đại nhất (điều khiển tối ưu về năng lượng) các bộ biến tần đang và sẽ làm hài lòng nhiều nhà đầu tư trong nước, trong khu vực và trên thế giới

Các loại tải nên sử dụng biến tần để tiết kiệm điện:

+ Phụ tải có mô mem thay đổi (điều hòa trung tâm, bơm cấp nước, bơm quạt mát, )

+ Động cơ luôn chạy non tải mà không thể thay động cơ được thì phải lắp thêm biến tần

- Điểm đặc biệt nhất của hệ truyền động biến tần - động cơ là bạn có thể điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ Tức là thông qua việc điều chỉnh tần số bạn có thể điều chỉnh tốc độ động cơ thay đổi theo ý muốn trong một dải rộng

- Sử dụng bộ biến tần bán dẫn, cũng có nghĩa là bạn mặc nhiên được hưởng rất nhiều các tính năng thông minh, linh hoạt như là tự động nhận dạng động cơ; tính năng điều khiển thông qua mạng; có thể thiết lập được 16 cấp tốc độ; khống chế dòng khởi động động cơ giúp quá trình khởi động êm ái (mềm) nâng cao độ bền kết cấu cơ khí; giảm thiểu chi phí lắp đặt, bảo trì; tiết kiệm không gian lắp đặt; các chế độ tiết kiệm năng lượng,…

- Bạn sẽ không còn những nỗi lo về việc không làm chủ, khống chế được năng lượng quá trình truyền động bởi vì từ nay bạn có thể kiểm soát được nó thông qua các chế độ bảo vệ quá tải, quá nhiệt, quá dòng, quá áp, thấp áp, lỗi mất pha, lệch pha,… của biến tần