Báo cáo đồ án ổn định áp suất máy nén khí môn kỹ thuật điều khiển động cơ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GTVT – TPHCM
KHOA : ĐIỆN – ĐTVT
BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HĨA CƠNG NGHIỆP
  

ĐỒ ÁN MƠN HỌC
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
Đề tài: Ổn định áp suất máy nén khí


Mục lục:
I. TÌM HIỂU VẤN ĐỀ..................................................................................................... 1
II. GIẢI PHÁP.................................................................................................................... 3
III.

CHỌN THIẾT BỊ........................................................................................................ 4

1.

MÁY NÉN KHÍ........................................................................................................ 4

2.

ĐỘNG CƠ KÈM THEO MÁY NÉN KHÍ............................................................. 4

3.

CHỌN BIẾN TẦN................................................................................................... 5

4.

CHỌN THIẾT BỊ BẢO VỆ BIẾN TẦN................................................................. 6
4.1 Chọn điện trở hãm............................................................................................... 6
4.2 AC Input & output Reactors............................................................................... 7
4.3 EMC filter............................................................................................................. 8

5.

CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHO MẠCH ĐỘNG LỰC............................................. 8

6.

CHỌN THIẾT BỊ CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN:................................................. 11
6.1 RELAY ÁP SUẤT............................................................................................... 11
6.2 BỘ CHUYỂN ĐỔI AC/12VDC......................................................................... 12
6.3 VAN MỘT CHIỀU............................................................................................. 13
6.4 CẢM BIẾN ÁP SUẤT........................................................................................ 14
6.5 Chọn Valve điện từ cho bình trung gian:.......................................................... 15
6.6 Chọn CB cho mạch điều khiển.......................................................................... 16
6.7 Chọn Relay trung gian:...................................................................................... 17
6.8 Chọn cáp cho mạch điều khiển.......................................................................... 18
6.9 Đèn báo:.............................................................................................................. 18
6.10 Chọn nút nhấn.................................................................................................... 19

7.

CHỌN TỦ ĐIỆN:.................................................................................................. 20

IV.

THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN................................ 20

V.

CÀI ĐẶT BIẾN TẦN:................................................................................................. 22


Phân công nhiệm vụ:

 Yêu cầu của đề tài:
 Động cơ có cơng suất P=20HP, 50 Hz, tốc độ tối thiểu của máy nén là 20 Hz;
 Chọn động cơ, thiết bị, biến tần;
 Điều khiển khởi động máy nén khí sử dụng bình trung gian, khi động cơ dừng thì
xả bình trung gian để khởi động dễ dàng;
 Ổn định áp suất khí nén đầu ra là 10 Kg/ cm2;
 Bảo vệ quá tải động cơ;
 Bảo vệ quá áp suất bình chứa: dừng động cơ khi bình chứa có áp suất quá 14 Bar;
 Tự động khởi động lại nếu áp suất bồn về dưới 8 Bar, hoặc điện phục hồi sau khi
mất điện.

1


I. TÌM HIỂU VẤN ĐỀ:
Đối tượng điều khiển ở đây là lưu lượng và áp suất khí, máy sản xuất là máy nén khí. Các
loại máy nén khí thơng dụng phân loại dựa theo cấu tạo:








Máy nén piston;
Máy nén cánh gạt;
Máy nén trục vít;
Máy nén ly tâm;
Máy nén tua bin;
Máy nén hướng trục.

Các dịng máy nén khí khác nhau có kết cấu thiết kế, áp lực sử dụng, lưu lượng khí, thơng số
nén khí khác nhau, cụ thể như sau:
 Máy có mã lực nhỏ, áp lực thấp: chủ yếu sử dụng máy piston
 Máy 10HP trở xuống, đồng thời cần cách âm thì có thể lựa chọn kiểu máy hộp cách
âm hoặc kiểu máy cuộn.

2


 Máy 20HP trở lên: Chủ yếu chọn máy trục vít và máy giải nhiệt bằng nước
 Máy cao áp (12kg/cm2 trở lên): có thể chọn máy piston cao áp.
Dựa theo yêu cầu ổn định áp suất ở 10 kg/cm2, cơng suất 20HP nên ta chọn loại máy nén
trục vít một cấp. Đường đặc tính cơ của máy sản xuất:

 Đặc tính cơ của máy sản xuất:
 Yêu cầu điều khiển tốc độ: khơng u cầu cao do đặc tính của tải khơng địi hỏi
đáp ứng tốc độ cao.
 Moment biến thiên tỷ lệ với tốc độ quay.
 Vấn đề đặt ra là khi áp suất trong bình chứa khí giảm thì phải phải tăng tốc độ
động cơ để nén khí vào bình chứa nhiều hơn, cịn khi áp suất bình chứa khí tăng so
với mức đặt thì phải giảm tốc độ động cơ để giảm lượng khí nén vào bình chứa

khí.
 Sử dụng bình khí trung gian, khi dừng động cơ xả hết khí trong bình khí trung gian
để động cơ khi khởi động khơng có áp suất.
 Chế độ làm việc dài hạn:
Trong một hệ thống cung cấp khí, áp suất trong đường ống dự trữ có thể chỉ ra mối quan hệ
giữa công suất cung cấp và nhu cầu tiêu thụ khí.
 Nếu lưu lượng cung cấp > lưu lượng tiêu thụ làm áp suất bên trong đường ống sẽ
tăng lên.
 Nếu lưu lượng cung cấp < lưu lượng tiêu thụ làm áp suất bên trong đường ống sẽ
giảm xuống.


 Nếu lưu lượng cung cấp = lưu lượng tiêu thụ làm áp suất bên trong đường ống sẽ
giữ nguyên khơng thay đổi.
Do đó, nếu áp suất trong đường ống là khơng đổi, lượng cung cấp khí chỉ cần đáp ứng đủ
lượng khí tiêu dùng. Đây là mục đích của một hệ thống cung cấp khí với áp suất khơng đổi.
II.

Van điện từ

GIẢI PHÁP:
P

Áp suất
đặt

Máy
nén khí

Biến

tần

Bình trung
gian

Van 1
chiều

Độn
g
cơ
I

Relay
áp suất

D

Cảm
biến áp
suất

Dùng máy nén khí hãng ABAC ( Ytaly), có động cơ kèm theo;
Dùng biến tần của hãng Delta;
Dùng van điện từ để xả bình khí trung gian khi dừng động cơ;
Dùng cảm biến áp suất Sensy phản hồi áp suất để điều khiển đôṇ g cơ;
Dùng van một chiều để giữ khí trong bình chứa khơng đi ngược vào bình khí trung
gian;
 Dùng rơle áp suất để bảo vệ quá áp suất bình chứa khi áp suất đạt quá 14 Bar và
khởi động lại khi áp suất dưới 8 Bar.







Bình
chứa khí


III.

CHỌN THIẾT BỊ:
MÁY NÉN KHÍ:
 Tiêu chí lựa chọn:
 Là máy nén khí loại trục vít;
 Áp suất ổn định ở 10 kg/cm2 =9.80665 Bar (0.980665 bar = 1kg/cm2);
 Công suất : 20HP ( 15 KW )
Nên ta chọn máy nén khí trục vít có mã hiệu Formula E của Abac (Italy):

 Thông số kĩ thuật:
 Áp suất làm việc: 8-13 Bar.
 Lưu lượng: 1985 - 1480 lít/phút.
 Cơng suất: 20HP (15 KW).
 Đầu nén: Đơn cấp.
 Điện áp: 380V/3pha/50Hz.
 Trọng lượng: 315 kg.
 Độ ồn: 69 dB.
 Có động cơ kèm theo.
(Catalog Máy nén khí Abac trang 7)

ĐỘNG CƠ KÈM THEO MÁY NÉN KHÍ :
 Thơng số kĩ thuật:
 Hãng sản xuất: ABAC
 Model:
 Dòng điện định mức : 30 A;
 Công suất: 15 KW.

4


(Catalog động cơ ABAC trang 26)
CHỌN BIẾN TẦN:
 Tiêu chí lựa chọn
 Phù hợp với công suất động cơ là 25HP
 Dùng được cho máy nén khí
 Điện áp 460 V
 Điều khiển U/f
 Tần số 50 Hz
 Biến tần phải có chức năng PID
 Thơng số kĩ thuật:
 Hãng sản xuất: Delta
 Model: CP – 2000
 Dòng dịnh mức ngõ vào: 35 A
 Dòng định mức ngõ ra: 32A
 Công suất: 25HP
 Điều khiển U/f


 Dành cho bơm quạt
 Có điều khiển PID

(Catalog Biến tần Delta trang 155)
CHỌN THIẾT BỊ BẢO VỆ BIẾN TẦN :
4.1 Chọn điện trở hãm :
 Tiêu chí lựa chọn:
 Chọn theo công suất của biến tần là 25 HP.
 Chọn theo sự hướng dẫn trong Catalog Biến tần.
 Thông số kĩ thuật:


 Hãng sản xuất : Delta
 Model: VDF185CP43A21;
(Catalo Biến tần trang 155 )
4.2 AC Input & output Reactors:
 Tiêu chí lựa chọn:
 Theo khuyến cáo biến tần ( chọn loại 3% trở kháng)
 Thông số kĩ thuật:
 Hãng sản xuất: Delta
 Model: DR032AP660


(Catalog biến tần trang 77)
4.3 EMC filter:
 Tiêu chí lựa chọn
 Theo khuyến cáo biến tần ( chọn theo công suất 25HP)
 Thông số kĩ thuật
 Hãng sản xuất: Delta
 Model: KMF370AS

(Catalog biến tần trang 81)

CHỌN CÁC THIẾT BỊ CHO MẠCH ĐỘNG LỰC:
5.1 Chọn Contactor:


 Yêu cầu kĩ thuật :
 Contactor dùng để điều khiển biến tần nên ta chọn contactor loại dùng cho
tải AC1.
 Có dịng định mức lớn hơn hoặc bằng dịng vào lớn nhất của biến tần.(32A)
 Phù hợp với công suất động cơ 25HP
 Thông số kĩ thuật :
 Hãng sản xuất : SIEMENS
 Model : 3TF34 00-0A
 Dòng điện định mức : 65A
 Điện áp: 690V
Số cực : 3
Điện áp cuộn hút: 220 V
Tiếp điểm phụ : 2 NO + 2 NC
Dùng cho động cơ 3 pha : 18,5 KW/415 V

(Catalog trang 8/21 và 10/21)
5.2 Chọn MCCB :
 Tiêu chí lựa chọn
 Đây là thiết bị đóng ngắt bằng tay, nhưng có khả năng đóng ngắt tự động
khi trong hệ thống có dịng điện q tải vượt q giới hạn định mức.
 MCCB phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn.
 Có dịng định mức lớn hơn hoặc bằng dòng định mức của biến tần ( 32A)
 Thông số kĩ thuật


Hãng sản xuất: Siemens

Model: 3VA1132-3EF36-0AA0
Dòng định mức: 32A Điện áp định mức:690V
Dòng ngắn mạch : 25kA( 415V) Số cực: 3



(Catalog trang 2/6, xem thêm trang 2/22)

5.3 CÁP ĐỘNG LỰC :
 Tiêu chí lựa chọn:
 Dịng điện định mức phải lớn hơn hoặc bằng dòng định mức biến tần.
 Dòng điện phát nóng lâu dài cho phép chọn càng cao càng tốt.
 Nhiệt độ làm việc dài hạn cho phép phải lớn hơn 700C.
Khi chọn cáp, cần xem xét những yếu tố sau:
 Dòng điện định mức.
 Độ sụt áp.
 Cấp điện áp.
 Dịng điện ngắn mạch.
 Cách lắp đặt.
 Thơng số kĩ thuật:
 Hãng sản xuất: CADIVI


 Cáp 3 lõi, ruột đồng, cách điện và vỏ bằng nhựa PVC, cấp điện áp 0,6/1kV.
Tần số 50Hz, lắp đặt cố định. Nhiệt độ làm việc dài hạn cho phép đối với
cáp là 700C.

(Trang 1 “CADIVI Cable catalogue.pdf”)
CHỌN THIẾT BỊ CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN:
6.1 RELAY ÁP SUẤT

 Tiêu chí lựa chọn:
 Bảo vệ bồn chứa bằng cách dừng máy nén khi áp suất quá 14 bar
 Tự khởi động lại khi áp suất dưới 8 bar
 Relay áp suất này phải làm việc được trong mơi trường chất khí.
 Thông số kĩ thuật:
 Hãng sản xuất: Danfoss
 Model: KP36 – Mã 0601137*


 Dải áp suất 2-14 bar
 Áp suất tối đa: 17bar
 Sai số có thể điều chỉnh: 0.7 – 4 bar

Sơ đồ đấu dây:

(Trang 2 catalogue” relay ap suat danfoss.pdf”)
6.2 BỘ CHUYỂN ĐỔI AC/12VDC
 Tiêu chí lựa chọn:
 Điện áp đầu vào: 220VAC.
 Điện áp đầu ra: 12VDC và mức ổn định cao.
 Thông số kỹ thuật:
 Hãng sản xuất: OMRON
 Model: S8FS-G01512C
 AC / DC: 220VAC/12 VDC


(Trang 1 “Nguồn AC/DC.pdf”)
6.3 VAN MỘT CHIỀU :
 Mục đích: Chỉ cho khí đi theo 1 chiều từ bình khí trung gian sang bình khí
chính, ngăn khơng cho khí đi theo chiều ngược lại

 Yêu cầu:
 Van sử dụng cho khí
 Chịu được áp suất > 10 Bar
 Giải pháp: Chọn van hãng Kitz Mã 10FCO


 Thơng số:
 Van sử dụng cho khí
 Áp suất tối đa : 100 Bar
 Chất liệu : gang thép

(Catalog Trang 2 và Trang 9)
6.4 CẢM BIẾN ÁP SUẤT :
Dựa vào áp suất của bơm nhóm chọn cảm biến áp suất 0 ~20 Bar (phản hồi tín
hiệu dịng 4 ~20 mA), nhóm chọn cảm biến có :
Mã số : M5257-C3079E-020-BG


(Catalog cảm biến áp suất trang 1)
6.5 Chọn Valve điện từ cho bình trung gian:
 Mục đích : Điều khiển xả khí trong bình trung gian khi dừng hoặc khi cần thiết.
 Yêu cầu :






Nguồn cấp 220 V AC
Dùng cho khí.

Ở đây chọn valve EA200-1 của hãng kitz với các thông số:
Công suất tối đa khi vận hành : 1 Mpa(= 10bar)
Nguồn 220 VAC
Dùng cho khí


( Catalog valve điện từ trang 5)
6.6 Chọn CB cho mạch điều khiển :
Chọn MCB phải bảo vệ được các thiết bị của mạch điều khiển như cuộn hút
contactor,các relay và tiếp điểm……
Theo tính tốn sơ bộ dịng điện của các thiết bị trong mạch điều khiển thì dịng điện
tổng nhỏ hơn 2A. Nên chọn MCB có dịng định mức 6A.





Chọn MCB loại 5SX4206-7 của SIEMENS
Dòng điện: 6A
Điện áp: 400V
Dòng điện cắt: 10 kA


 Số cực : 2

6.7 Chọn Relay trung gian:
 Yêu cầu: Dùng để điều khiển đóng cắt các tiếp điểm trên biến tần và trên mạch
điều khiển.
Chọn relay của hãng Siemens
 Thông số kỹ thuật :

 Loại: LZX, RT4A4
 Điện áp: 230VAC
 Dòng điện: 2A
 Dòng ngắn mạch: 10A
 Số cực: 4 cực, 2NO+2NC.


(Catalog relay 3/161)
6.8




Chọn cáp cho mạch điều khiển.
Mục đích: Kết nối các thiết bị điện trên mạch điều khiển.
Yêu cầu: Phù hợp với dòng điện tổng của mạch điều khiển.
Giải pháp: Chọn loại cáp CXV – 0,6/1 KV 1 lõi với đường kính 1.5mm2 của
hãng Cadivi

6.9 Đèn báo:
 Mục đích: Báo nguồn, báo tình trạng làm việc của hệ thống.
 Yêu cầu: Sử dụng với điện áp điều khiển 220V.
 Giải pháp: Chọn đèn led báo của IDEC.


(Catalog Đèn báo IDEC trang 3)
6.10 Chọn nút nhấn :
 Yêu cầu: dùng để điều khiển chạy, dừng động cơ hay cấp nguồn cho cuộn hút
contactor.Sau khi có sự cố điện thì hệ thống tự động chạy lại.
Nhóm chọn nút nhấn của hãng ABB.

 Chọn 2 nút nhấn lồi màu đỏ và xanh, mã : MP3-10R 1SFA 611 102 R1001 và
MP3-10R 1SFA 611 102 R1002

(Catalog nút nhấn ABB Trang 13).
 Chọn đế bao gồm 1 tiếp điểm thường mở và 1 tiếp điểm thường đóng: Mã :
MCBH-11 1SFA 611 605 R1111

(Catalog Nút nhấn ABB Trang 36)


CHỌN TỦ ĐIỆN:
 Yêu cầu:
 Chứa các thiết bị điều khiển.
 Thỏa mãn tổng các thơng số kích thước của các thiết bị có trong tủ điện.
 Bảng liệt kê các kích thước thiết bị đặt trong tủ điều khiển :
Thiết bị
Biến tần
Contactor
MCB
MCCB
Nguồn 220VAC-12VDC

Dài ( mm)
436.2
81
105
139.7
115.5

Rộng ( mm)
250
45
17.5
76.2
51

Sâu ( mm)
206.1
80.5
75.5
70.4
92

Như vậy chọn tủ điện có: Chiều dài > 877.4 mm
Chiều rộng > 439.7 mm
Chiều sâu > 535.6 mm
Chọn tủ của cơng ty TRUONG GIANG có kích thước 2200x800/1000x800 (mm)

( Catalog Tủ điện trang 6)
IV.

THIẾT KẾ MẠCH ĐỘNG LỰC VÀ MẠCH ĐIỀU KHIỂN :
 Yêu cầu hệ thống :














 Phần mạch động lực :
Cấp nguồn được cho biến tần.
Đấu nối các chân biến tần đúng với catalog để khi điều khiển biến tần có thể
khởi động/dừng động cơ ; nhận tín hiệu chính xác từ cảm biến áp suất hồi về.
Động cơ hoạt động chạy máy nén khí khởi động thơng qua bình trung gian cấp
khí cho bình chứa để sử dụng cho các nhu cầu
Các thiết bị bảo vệ phải có khả năng đóng ngắt tự động khi trong hệ thống có
dịng điện q tải vượt q giới hạn định mức.
Bộ nguồn 220/12VDC phải luôn đảm bảo ổn định đầu ra và đấu đúng chân cảm
biến.
 Phần mạch điều khiển :
Nút nhấn hoạt động đóng ngắt các tiếp điểm điều khiển trên biến tần Start/Stop.
Các đèn báo kèm theo để thông báo sự cố/trạng thái hoạt động của mạch động
lực.
Các thiết bị bảo vệ cách ly được mạch động lực và điều khiển ra khỏi nguồn khi
xảy ra sự cố quá tải hoặc ngắn mạch.
Thuyết minh hoạt động :

 Đóng MCCB , khi đó đèn Đ1, Đ2, Đ3 sáng báo hiệu nguồn 3 pha sẵn sàng cấp
cho mạch động lực
 Đóng MCB khi đó đèn MĐK sáng báo hiệu mạch điều khiển đã được cấp
nguồn
 Nhấn POWER ON cuộn hút contactor KM1 ở mạch điều khiển có điện

 Tiếp điểm của KM1 ở mạch động lực đóng cấp nguồn cho biến tần
 Tiếp điểm của KM1 ở mạch điều khiển đóng để duy trì nguồn cấp cho
cuộn hút contactor KM1.
 Đèn BT sáng báo biến tần đã được cấp nguồn.
 Nhấn Start (Nút nhấn giữ) cuộn hút Rtg có điện, van điện từ Rđt có điện
 Tiếp điểm của Rtg mạch điều khiển đóng lại duy trì nguồn cung cấp cho
cuộn hút Rtg.
 Van điện từ bị tác động (tiếp điểm R –B) chuyển đổi trạng thái đóng cửa
van khơng cho khí thốt ra mơi trường.
 Đèn RUN sáng báo động cơ đang hoạt động.
 Nhấn Stop thì Rtg, Rđt mất điện
 Động cơ dừng
 Van điện từ trờ về trạng thái lò xo mở van xả khí trong bình khí trung
gian ra mơi trường, khí trong bình chứa khí khơng đi ngược lại bình khí
trung gian được nhờ tác dụng của van một chiều.
 Nhấn POWER OFF cuộn hút KM1 mất điện, các tiếp điểm bên mạch động lực
mở ra ngắt nguồn vào biến tần.
 Bảo vệ quá áp suất hoặc quá tải :


 Khi quá áp suất, rơ le áp suất tác động, tiếp điểm thường đóng mở ra cắt
nguồn vào cuộn Rtg động cơ dừng, tiếp điểm thường mở đóng lại cấp nguồn
cho tiếp điểm R-W của Van điện từ xả khí và cấp nguồn cho đèn báo OVER
PRESSUARE sáng báo sự cố quá áp suất.
 Khi gặp sự cố thì tiếp điểm Rb1-Rc1 mở tiếp điểm Rtg bên mạch động lực
biến tần mất điện, động cơ dừng hoạt động, tiếp điểm Ra1-Rc1 đóng lại cấp
ngồn cho đèn LỖI báo có sự cố.
 Khi ngắn mạch hoặc quá tải, MCCB tác động cắt nguồn điện vào biến tần.
 Khi mất điện hoặc sụt áp thì KM1 khơng tác động, tiếp điểm duy trì của KM1
mở, khi có điện lại thì biến tần tự hoạt động trở lại bằng chế độ tự động đã cài

đặt.
V.

CÀI ĐẶT BIẾN TẦN:

Phím nhấn

Tên
Run
Stop/Reset
FRD/REV
Enter

ESC

Mơ tả
-

Phím khởi động Biến tần

Phím dừng Biến tần – Được ưu
tiên cao nhất trong mọi tình huống
Phím điều khiển hướng Hoạt động
cho Biến tần
Phím Enter và di chuyển đến mức
tiếp theo – Nếu ở lệnh cuối cùng Khi nhấn lệnh này sẽ được xác
nhận.
Chức năng của phím này là trở về
Menu trước – Cũng có chức năng
như phím Return trong các Menu

con.