Chương 2: TÌM HIỂU VẬN HÀNH CÁC HỆ THỐNG
2.2. Các khái niệm lý thuyết liên quan đến vấn đề nghiên cứu
2.2.8 Tìm hiểu về biến tần
Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện một chiều hoặc xoay chiều thành dòng điện xoay chiều có tần số và điện áp có thể điều chỉnh.
-Nguyên lý hoạt động của biến tần
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 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.
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.
-Phân loại biến tần
Biến tần có nhiều loại, nếu chia theo nguồn điện đầu vào ta có 2 loại cơ bản là:
Biến tần cho động cơ 1 pha và biến tần cho động cơ 3 pha. Trong đó, biến tần cho động cơ 3 pha được sử dụng rộng rãi hơn.
-Hướng dẫn lựa chọn các loại biến tần
Để lựa chọn được loại biến tần phù hợp cho ứng dụng của bạn, cần xác định rõ nhu cầu ứng dụng, mục đích sử dụng và cân đối mức đầu tư. Để chọn được loại biến tần phù hợp nhất với yêu cầu sử dụng, cần lưu ý những nguyên tắc lựa chọn sau đây:
Chọn biến tần phù hợp với loại động cơ và công suất động cơ: tìm hiểu loại động cơ mình cần lắp biến tần là động cơ gì, đồng bộ hay không đồng bộ, 1 pha hay 3 pha, DC hay AC, điện áp bao nhiêu… để chọn biến tần phù hợp. Công suất biến tần phải chọn tương đương hoặc lớn hơn công suất động cơ
Chọn biến tần theo yêu cầu ứng dụng: khi lựa chọn biến tần cần xác định rõ ứng dụng của bạn là gì? Tốc độ yêu cầu bao nhiêu? Có yêu cầu tính năng điều khiển cao cấp đặc biệt nào hay không? Có yêu cầu tính đồng bộ hệ thống hay truyền thông? Môi trường làm việc có đặc điểm nào cần lưu ý (ẩm ướt, nhiệt độ cao, nhiều bụi, dễ cháy nổ….). Nếu không có yêu cầu gì đặc biệt, có thể chọn loại biến tần đa năng thông dụng như GD20 hoặc GD200A, tuy nhiên nếu có yêu cầu đặc biệt cần chọn các loại biến tần có tính năng phù hợp với yêu cầu.
Chọn biến tần theo tải thực tế: Việc chọn lựa biến tần theo tải là một việc rất quan trọng. Việc đầu tiên là bạn phải xác định được loại tải của máy móc là loại nào: tải nhẹ hay tải nặng, tải trung bình và chế độ vận hành là ngắn hạn hay dài hạn, liên tục hay không liên tục… từ đó chọn loại biến tần phù hợp.
Chọn biến tần thuận tiện cho người lập trình khi lập trình điều khiển hoặc chọn nhà cung cấp có khả năng hỗ trợ lập trình cho các ứng dụng của bạn.
Chọn biến tần theo đúng thông số kỹ thuật của biến tần cũ (trong trường hợp thay thế hãng khác) hoặc theo thông số kỹ thuật thiết kế yêu cầu.
Và cuối cùng, đừng quên cân nhắc đến yếu tố tài chính. Để an tâm hãy chọn loại biến tần đã có uy tín và thông dụng trên thị trường, chế độ bảo hành tốt, chất lượng sản phẩm ổn định, bền bỉ và dịch vụ sửa chữa và chăm sóc khách hàng nhanh chóng, tận tâm như INVT.
Biến tần INVT GD350 -Các lợi ích của Biến tần
Ngày nay bộ biến tần không còn là một thứ xa xỉ tốn kém chỉ dành cho những doanh nghiệp có nguồn lực tài chính dồi dào, những lợi mà biến tần mang lại cho bạn vượt xa rất nhiều so với chi phí bạn phải trả. Do đó, biến tần đang dần trở thành thiết bị không thể thiếu trong mỗi nhà máy. Những lợi ích của việc sử dụng biến tần INVT bao gồm:
Thay đổi tốc độ động cơ linh hoạt, đáp ứng yêu cầu công nghệ.
Tiết kiệm năng lượng hiệu quả, bảo vệ các thiết bị điện trong cùng hệ thống.
Bảo vệ động cơ, giảm mài mòn cơ khí.
Tăng hiệu quả và năng suất sản xuất.
-Những điều lưu ý khi sử dụng Biến tần
Điều đầu tiên bạn cần làm khi sử dụng biến tần là đọc kỹ các thông số biến tần do hãng sản xuất cung cấp riêng cho từng dòng sản phẩm, điều đó sẽ giúp bạn
biết rõ cách đấu dây biến tần đúng quy chuẩn. Để chắc chắn, bạn nên để các đơn vị uy tín có các kỹ sư chuyên môn cao lắp đặt và đấu nối cho bạn. Bên cạnh đó bạn cần tìm hiểu các tính năng phụ của sản phẩm như kháng bụi, kháng nước, chống ăn mòn, nút dừng khẩn cấp, khả năng mở rộng… để lắp đặt, sử dụng và bảo dưỡng thiết bị một cách an toàn và hiệu quả.
-Cách điều chỉnh biến tần trong điều khiển động cơ Cài thông số chọn cách RUN/STOP
Trên bàn phím hay thông qua chân điều khiển bên ngoài (24V + S1), tìm thông số trong tài liệu hướng dẫn có cụm từ (Main run source selection), (Operation Method) hoặc (Drive Mode – Run/Stop Method) tùy mỗi loại biến tần có cách ghi khác nhau.
Bàn phím cài đặt biến tần Lựa chọn như sau:
0: Keypad: Run/Stop trên bàn phím.
1: External Run/Stop control: Run/Stop bên ngoài.
2: Communication: Run/Stop qua cổng RS485.
Thời gian tăng tốc (Acceleration time 1) và thời gian giảm tốc (Deceleration time 1)
Thông số về thời gian luôn là phần quan trọng trong mọi cài đặt máy móc tự động hóa, trong đó có cả cách cài đặt biến tần. Nó quyết định trực tiếp tới khả năng hoạt động trơn tru của máy hiện tại và sau này.
Thời gian tăng tốc là thời gian khi nhấn RUN thì motor sẽ chạy từ 0Hz ~ 50HZ mặc định là 10 giây, tùy ứng dụng sẽ có thời gian khác nhau. Thời gian giảm tốc là thời gian khi nhấn STOP đến khi động cơ ngừng hẳn.
Trong biến tần có thông số cài đặt bỏ qua chế độ Deceleration, đó là Fee Run, là lúc nhấn STOP sẽ cho motor ngừng tự do.
Chọn lựa cách thức thay đổi tần số
Mỗi hãng sẽ có tên gọi khác nhau như Main frequency source selection, Frequency setting Method, Frequency Command. Bao gồm các lựa chọn sau:
0: Keypad: Thay đổi tần số bằng nút lên và xuống trên bàn phím.
1: Potentiometer on keypad: Thay đổi tần số bằng núm vặn.
2: External AVI analog signal Input: Thay đổi tần số bằng tín hiệu biến trở hoặc 0-10VDC.
3: External ACI analog signal input: Thay đổi tần số bằng bằng tín hiệu 4-20mA.
4: Communication setting frequency: Thay đổi tần số bằng RS485.
5: PID output frequency: Thay đổi tần số bằng tín hiệu hồi tiếp PID.
Cài giới hạn tần số
Đặt giới hạn tần số sẽ cho phép động cơ chạy nhanh nhất với đơn vị Hz. Giả sử khi cài là 40Hz thì động cơ chạy tối đa là 40Hz, n=60×40/2 = 1200 Vòng/Phút, có thể cài bao nhiêu cũng được trong phạm vi thông dụng là (1-60Hz) đối với động cơ thường.
-Hướng dẫn cài đặt biến tần chi tiết
Hướng dẫn cách cài đặt biến tần Mitsubishi
Cách 1: Cài đặt tần số từ panel điều khiển của biến tần
Bước 1: Nhấn ON để bật biến tần
Bước 2: Chọn chế độ PU (Nhấn PU/EXT để chọn chế độ PU. Đèn báo PU sáng) Bước 3: Cài đặt tần số Quay núm điều chỉnh để chọn giá trị tần số đặt mong muốn.Thông số tần số sẽ nhấp nháy trong 5s. Trong thời gian đấy, nhấn SET để đặt giá trị tần số.Nếu không ấn SET thì sau 5s nhấp nháy chỉ thị giá trị tần số sẽ
quay trở lại 0 Hz.
Bước 4: Nhấn RUN để khởi động hoạt động Bước 5: Nhấn STOP để dừng hoạt động
Cách 2: Cài đặt tần số bằng công tắc ( 3 cấp tốc độ)
Bước 1: Nhấn ON để bật biến tần Trung tâm đào tạo nghiên cứu và ứng dụng PLC trong.
Bước 2: Đặt chế độ hoạt động bằng cách:
Nhấn PU/EXT và MODE trong 0.5s. Trên màn hình xuất hiện “ 79 – – ” và đèn chỉ thị PRM nhấp nháy.
Quay núm điều chỉnh cho đến “ 79 – 4”. Đèn chỉ thị PU và PRM nhấp nháy.
Nhấn SET để xác nhận cài đặt
Bước 3: Chọn tần số cài đặt bằng cách sử dụng 3 công tắc RH, RM, RL. Ví dụ bật công tắc RL để chạy với tốc độ thấp.
Bước 4: Nhấn RUN để bắt đầu chạy.
Bước 5: Nhấn STOP để dừng.
Bước 6: Tắt công tắc RL để bỏ chế độ hoạt động tốc độ thấp.
Cách 3: Cài đặt tần số bằng đầu vào tương tự (Chiết áp) Bước 1: Nhấn ON để bật biến tần.
Bước 2: Đặt chế độ hoạt động bằng cách:
– Nhấn PU/EXT và MODE trong 0.5s. Trên màn hình xuất hiện “ 79 – – ” và đèn chỉ thị PRM nhấp nháy.
– Quay núm điều chỉnh cho đến “ 79 – 4”. Đèn chỉ thị PU và PRM nhấp nháy.
– Nhấn SET để xác nhận cài đặt Bước 3: Nhấn RUN để bắt đầu chạy.
Bước 4: Xoay chiết áp từ từ để thay đổi tốc độ (thay đổi tần số). Khi xoay kịch chiết áp ứng với tần số lớn nhất là 60 Hz (Có thể thay đổi tần số này thông qua parameter Pr.125).
Bước 5: Nhấn STOP để dừng.
Cách 4: Cài đặt tần số từ panel điều khiển của biến tần Bước 1: Nhấn ON để bật biến tần
Bước 2: : Đặt chế độ hoạt động bằng cách:
– Nhấn PU/EXT và MODE trong 0.5s. Trên màn hình xuất hiện “ 79 – – ” và đèn chỉ thị PRM nhấp nháy.
– Quay núm điều chỉnh cho đến “ 79 – 3”. Đèn chỉ thị PU và PRM nhấp nháy.
– Nhấn SET để xác nhận cài đặt
Bước 3: Cài đặt tần số Quay núm điều chỉnh để chọn giá trị tần số đặt mong muốn.Thông số tần số sẽ nhấp nháy trong 5s. Trong thời gian đấy, nhấn SET để đặt giá trị tần số.Nếu không ấn SET thì sau 5s nhấp nháy chỉ thị giá trị tần số sẽ quay trở lại 0 Hz. Trung tâm đào tạo nghiên
Bước 4: Gạt công tắc STF (quay thuận) hoặc STR (quay ngược) lên ON để khởi động
Bước 5: Gạt công tắc xuống OFF để dừng.
-Cách reset biến tần:
Vào Parameter Menu, thay đổi thông số P0010 =30, P0970 = 1, lúc này màn hình biến tần hiển thị trạng thái 8888 (đang xữ lý nội bộ), khi màn hình hết trạng thái 8888 là đã reset xong
1. Cài đặt nhanh với Setup Menu:
Setup Menu sẽ giúp chúng ta cài đặt nhanh các thong số với những ứng dụng cơ bản. Sơ đồ khái quát của Setup Menu như hình dưới:
-Các cầu đấu lực vào ra của biến tần
Các chân đầu vào dạng số (Digital Input) có thể được lập trình làm các đầu vào điều khiển biến tần để thực hiện một số chức năng như: chạy/dừng, đảo chiều, cài đặt tốc độ,…Điện áp đưa vào thường là điện áp 24VDC
Các chân đầu vào dạng tương tự (Analog Input) thường được đặt vào giá trị đặt tốc độ cho biến tần dạng liên tục(hoặc một số tín hiệu phản hồi tốc độ, giá trị đo,
… nếu sử dụng bộ điều khiển PID bên trong biến tần). Tín hiệu đưa vào ở đây thường là dạng dòng điện (0/4…20mA) hoặc điện áp (0…10V). Có thể có một hoặc nhiều đầu vào tương tự, tùy thuộc dòng biến tần.
Các chân đầu ra số (Digital Output) để đưa ra các tín hiệu trạng thái làm việc của biến tần dưới dạng điện áp 24VDC. Các chân đầu ra số này khi sử dụng cần hết sức chú ý bởi nó không phải ở dạng tiếp điểm khô, nếu nhầm lẫn đưa điện áp không phù hợp vào sẽ dễ gây hỏng đầu ra này.
Các chân đầu ra dạng Rơ le (Relay Output) thực chất đưa ra 1 hoặc 1 cặp tiếp điểm của Rơ le nội bộ biến tần, cũng có tác dụng đưa ra tín hiệu báo trạng thái làm việc của biến tần nhưng có thể dùng với nhiều loại điện áp khác nhau, có lợi hơn so với Digital Output.
Các chân đầu ra tương tự (Analog Output) có thể đưa ra phản hồi của một số thông số ở dạng liên tục (tốc độ động cơ, tốc độ đặt, dòng điện, điện áp,…) Các chân cấp nguồn DC ra (DC Output) cấp ra nguồn điện thường là 24VDC và 10VDC (công suất tương đối nhỏ), tương ứng với điện áp sử dụng ở các chân đầu vào, ra của biến tần.
Chân dừng khẩn cấp (Emergency Stop) thường hoạt động theo cơ chế duy trì, nếu có điện áp duy trì trên chân này thì biến tần mới được phép hoạt động. Chân này thường được đưa qua các tiếp điểm bên ngoài đưa đến để dừng khẩn cấp biến tần.
Ngoài các chân nói trên thì biến tần còn có thể có thêm các chân truyền thông, chân chống nhiễu.
- Lợi ích của việc sử dụng Biến tần:
Dễ ràng thay đổi tốc độ động cơ, đảo chiều quay động cơ.
- Giảm dòng khởi động so với phương pháp khởi động trực tiếp, khởi động sao- tam giác nên không gây ra sụt áp hoặc khó khởi động.
Quá trình khởi động thông qua biến tần từ tốc độ thấp giúp cho động cơ mang tải lớn không phải khởi động đột ngột, tránh hư hỏng phần cơ khí, ổ trục, tăng tuổi
thọ động cơ.
Sử dụng biến tần giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể so với phương pháp chạy động cơ trực tiếp.
Biến tần thường có hệ thống điện tử bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá áp và thấp áp, tạo ra một hệ thống an toàn khi vận hành.
Nhờ nguyên lý làm việc chuyển đổi nghịch lưu qua diode và tụ điện nên công suất phản kháng từ động cơ rất thấp, do đó giảm được dòng đáng kể trong quá trình hoạt động, giảm chi phí trong lắp đặt tụ bù, giảm thiểu hao hụt điện năng trên đường dây.
Biến tần được tích hợp các module truyền thông giúp cho việc điều khiển và giám sát từ trung tâm rất dễ dàng.
-Ứng dụng Biến tần:
Do ưu điểm vượt trội nên biến tần được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp và dân dụng, đặc biệt là trong công nghiệp. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến không thể thiếu biến tần: Bơm nước, quạt hút/đẩy, máy nén khí, băng tải, thiết bị nâng hạ, máy cán kéo, máy ép phun, máy cuốn/nhả, thang máy, hệ thống HVAC, máy trộn, máy quay ly tâm, cải thiện khả năng điều khiển của các hộp số, thay thế cho việc sử dụng cơ cấu điều khiển vô cấp truyền thống trong máy công tác,...
Biến tần SINAMICS V20 là dòng biến tần hạ thế được sản xuất và phát triển bởi Siemens (trong đó: SINAMICS là thương hiệu biến tần Siemens và V20 là tên dòng/ nhóm sản phẩm biến tần cùng phân khúc). Biến tần SINAMICS V20 có dải công suất từ 0.12 kW đến 30 kW (0.16 hp đến 40 hp). SINAMICS V20 thường được sử dụng cho bơm, quạt, băng tải, máy nén khí, các ứng dụng trong các ngành công nghiệp chế biến và công nghiệp sản xuất. UNATRO sẽ giúp bạn có một cái nhìn tổng quan về biến tần V20 của Siemens thông qua những đặc điểm chung sau đây.
Ứng dụng thực tế của máy biến tần trong công nghiệp
Các máy biến tần được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị điện và các thiết bị khác như điều hòa không khí. ở đây chúng tôi xin trình bày các ví dụ về máy biến tần được sử dụng phần lớn trong các ứng dụng công nghiệp.
Điều khiển quạt và bơm (thể tích khí, lưu lượng dòng chảy)
Trước đây, việc điều chỉnh thể tích dòng khí và tốc độ dòng chảy thường sử dụng một bộ cánh hướng hoặc van riêng cho những trường hợp sử dụng nguồn điện thương mại để vận hành quạt và máy bơm.
Trong những trường hợp này, việc cắt giảm giá trị năng lược được dùng cho động cơ thường rất khó, ngay cả khi giảm thể tích dòng khí hay lưu lượng dòng chảy.
Đối với bộ truyền động quạt và máy bơm, mô men quay tỷ lệ với bình phương số vòng quay/phút và giá trị năng lượng sử dụng trên lập phương số vòng
quay/phút.
Việc sử dụng bộ phận điều khiển máy biến tần cho phép cắt giảm ngay đáng kể việc dùng năng lượng, đặc biệt tại các vùng quay ở tốc độ thấp.