ĐỒ ÁN HỌC PHẦN TỰ ĐỘNG Diều Khiển Áp Suất Đường Ống

ĐỒ ÁN HỌC PHẦN TỰ ĐỘNG

Đề tài 1:

ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT ĐƯỜNG ỐNG

Người thực hiện
Nguyễn Trọng Phú

MSSV: 0309201055

Bộ môn Tự Động Hóa
Khoa Điện – Điện Tử
Trường Cao Đẳng Kỹ Thuật Cao Thắng

TP. Hồ Chí Minh, tháng 10 năm 2022


ĐIỀU KHIỂN ÁP SUẤT ĐƯỜNG ỐNG

Giáo viên hướng dẫn: Th.s Nguyễn Thủy Đăng Thanh

Người thực hiện
Nguyễn Thế Thật


NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN HỌC PHẦN TỰ ĐỘNG
Họ và tên sinh viên:
1. Nguyễn Thế Thật
Khóa : 2020

MSSV: 0309201081
Khoa : Điện – Điện Tử

Ngành : CNKT điều khiển và tự động hóa
1. Đầu đề đồ án:
ĐIỀU KHIỂN ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT ĐƯỜNG ỐNG BẰNG BIẾN
TẦN MITSUBISHI (DÙNG BỘ PID - 1 BƠM)
2. Yêu cầu đồ án
Hệ thống bơm nước sinh hoạt cho tịa nhà 33 tầng cần duy trì áp
suất đường ống là 4 bar để cung cấp đủ nước. Trên đường ống có gắn
cảm biến áp suất để đưa tín hiệu về biến tần. Sử dụng bộ điều khiển
PID trong biến tần để điều khiển tốc độ của động cơ bơm duy trì được
áp suất 4 bar trên đường ống.
Hệ thống bơm nước có các thiết bị như sau:
- Biến tần (chọn loại biến tần Mitsubishi FR-E720)
- Bơm ba pha
- Cảm biến áp suất có tín hiệu ngõ ra: 0-10VDC
- Các nút nhấn: START, STOP, SW, RESET
- Các đèn báo hiển thị: RUN-L, STOP-L, ERR-L
Hệ thống sử dụng lưới điện 3 pha có Ud=380V và có thể cung cấp lưu
lượng Q = 20m3/h.
Bảng 1: Hệ thống hoạt động theo yêu cầu sau:
STT
Nội dung
Trạng thái ban đầu
1
Cấp nguồn, đèn báo 3 pha và đèn STOP-L sáng.
Trường hợp không bị lỗi
2
Chế độ hoạt động AUTO

Nhấn START, đèn RUN-L sáng, bơm hoạt động
Bơm được điều khiển chạy với tốc độ thay đổi theo bộ PID
Nhấn STOP, đèn RUN-L tắt, đèn STOP-L sáng, hệ thống
dừng hoạt động
Chế độ hoạt động MAN
3
Nhấn START thì Bơm chạy với tốc độ định mức
Nhấn STOP thì Bơm dừng
Trường hợp bị lỗi
Trường hợp Bơm bị lỗi thì dừng biến tần (bơm dừng hoạt
4
động), đèn ERR-L sáng và RUN-L tắt, đèn STOP-L sáng
Khắc phục lỗi sau đó nhấn nút RESET hệ thống trở lại trạng
5
thái ban đầu
3. Nội dung các phần thuyết minh và tính tốn:
a. Vẽ sơ đồ khối hệ thống
b. Vẽ sơ đồ nguyên lý của hệ thống
c. Vẽ sơ đồ bố trí thiết bị
d. Sơ đồ đấu nối thiết bị
e. Tính tốn và chọn động cơ bơm, biến tần, cảm biến, CB, tủ điện, dây
động lực…
f. Trình bày các thơng số cài đặt cho biến tần và giải thích
- Cài đặt chế độ vận hành
- Cài đặt các thông số cơ bản của động cơ
- Cài đặt thời gian tăng/ giảm tốc, moment khởi động
- Cài đặt các thông số bảo vệ
- Cài đặt chế độ điều khiển PID.

LỜI CẢM ƠN
Đồ án môn học HỌC PHẦN TỰ ĐỘNG là đồ án nhằm giúp cho
sinh viên chúng em hiểu biết thêm rất nhiều về thực tiễn, đó là sự gắn
bó giữa lý thuyết và thực hành, là tiền đề làm đồ án tốt nghiệp sắp tới.
Đồ án môn học này giúp cho em có kiến thức vững vàng hơn trong
chun mơn.
Qua đó giúp em tự tin hơn khi làm các đồ án môn học khác. Trong
thời gian qua nhờ sự giúp đỡ của các thầy cô trong bộ môn, đã truyền
đạt những kiến thức trong thực tiễn và học tập để có nền tảng cho
tương lai sau này ra trường.
Đặc biệt em xin chân thành cảm ơn Cô Nguyễn Thủy Đăng Thanh
đã hướng dẫn tận tình trong quá trình làm đồ án. Đồng thời em cũng
thật sự cám ơn cơ sở vật chất khá đầy đủ của trường gớp phần rất quan
trọng quá trình làm đồ án của chúng em.
Do điều kiện khách quan và kiến thức, cũng như kinh nghiệm thực
tế còn hạn chế, nên đồ án này chắc chắn khơng tránh khỏi thiếu sót.
Vậy em mong các thầy, cô trong bộ môn giúp đỡ chỉ bảo thêm để em
hồn thiện hơn trong học tập và trong cơng việc sau này.
Em xin chân thành cảm ơn!


MỤC LỤC
LỜI MỞ ĐẦU.......................................................................................1
CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU.....................................................................2
1. Tổng quan về đề tài.........................................................................2
2. Đặt điểm và giải pháp về hệ thống cấp nước cho nhà cao tầng........2
2.1. Đặc điểm về hệ thống cấp nước cho nhà cao tầng......................2
2.2. Giải pháp cấp nước cho nhà cao tầng.........................................4

3. Ý nghĩa và phương pháp thực hiện đề tài........................................6
3.1. Ý nghĩa của đề tài.......................................................................6
3.2. Phương pháp thực hiện đề tài.....................................................7
4. Cấu trúc quyển thuyết minh.............................................................7
CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT......................................................7
1. Biến tần Mitsubishi FR-E720..........................................................7
1.1. Tổng quan về biến tần................................................................7
1.2. Biến tần Mitsubishi FR-E720...................................................14
2. Cảm biến áp suất...........................................................................19
2.1. Định nghĩa................................................................................19
2.2. Ứng dụng..................................................................................19
2.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động...............................................20
3. Máy bơm ly tâm............................................................................21
3.1. Định nghĩa................................................................................21
3.2. Phân loại...................................................................................21
3.3. Máy bơm ly tâm trục đứng.......................................................22
4. Các thiết bị điện khác....................................................................24
4.1. Aptomat....................................................................................24
4.2. Contactor..................................................................................26
5. Rơle nhiệt......................................................................................29
5.1. Nút nhấn...................................................................................31
5.2. Đèn báo....................................................................................32
CHƯƠNG III: TÍNH TỐN VÀ LỰA CHỌN THIẾT BỊ..................30
1. Tính chọn biến tần.........................................................................30
2. Tính chọn bơm 3 pha.....................................................................30
3. Tính chọn cảm biến áp suất...........................................................31
4. Tính chọn contactor.......................................................................31


5. Tính chọn relay nhiệt.....................................................................32

6. Tính chọn CB cấp nguồn...............................................................32
7. Tính chọn dây dẫn cho mạch động lực..........................................33
8. Tổng hợp các thiết bị chính trong hệ thống và giá kham khảo.......33
CHƯƠNG IV: THIẾT KẾ SƠ ĐỒ HỆ THỐNG VÀ CÀI ĐẶT
THƠNG SỐ BIẾN TẦN.......................................................................35
1. u cầu cơng nghệ của hệ thống...................................................35
2. Thiết kế hệ thống điều khiển ổn định áp suất đường ống bằng biến
tần Mitsubishi....................................................................................36
2.1. Sơ đồ khối hệ thống..................................................................36
2.2. Sơ đồ bố trí thiết bị...................................................................37
2.3. Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển.............................................37
2.4. Sơ đồ nguyên lý mạch động lực...............................................38
3. Cài đặt thông số biến tần...............................................................39
CHƯƠNG V: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI.......44
1. Kết quả quá trình nghiên cứu.........................................................44
2. Điểm hạn chế.................................................................................44
3. Hướng giải quyết và phát triển......................................................44
TÀI LIỆU THAM KHẢO...................................................................46


MỤC LỤC HÌNH Ả
Hình 2. 1 Sơ đồ cấu trúc cơ bản của biến tần.........................................9
Hình 2. 2 Hình ảnh biến tần FR-E720.................................................14
Hình 2. 3 Sơ đồ nối dây biến tần FR-E720..........................................17
Hình 2. 4 Cảm biến áp suất đường ống................................................19
Hình 2. 5 Cấu tạo cảm biến áp suất......................................................20
Hình 2. 6 Nguyên lý hoạt động của cảm biến áp suất..........................20
Hình 2. 7 Hình ảnh máy bơm tâm trục ngang và trục đứng.................22
Hình 2. 8 Hình ảnh cấu tạo máy bơm ly tâm trục đứng.......................23
Hình 2. 9 Hình ảnh thực tế aptomat.....................................................24

Hình 2. 10 Sơ đồ minh họa nguyên lý hoạt động Aptomat..................25
Hình 2. 11 Hình ảnh thực tế của contactor...........................................26
Hình 2. 12 Hình ảnh cấu tạo của contactor..........................................27
Hình 2. 13 Hình ảnh relay nhiệt...........................................................29
Hình 2. 14 Sơ đồ cấu tạo relay nhiệt....................................................30
Hình 2. 15 Hình ảnh thực tế của nút nhấn............................................31
Hình 2. 16 Hình ảnh thức tế đèn báo..................................................32
Y
Hình 3. 1 Hình ảnh và thơng số kỹ thuật của bơm lựa chọn................30
Hình 4. 1 Sơ đồ khối hệ thống.............................................................36
Hình 4. 2 Sơ đồ bố trí thiết bị..............................................................37
Hình 4. 3 Sơ đồ ngun lí mạch điều khiển.........................................37
Hình 4. 4 Sơ đồ ngun lý mạch động lực...........................................38

MỤC LỤC BẢNG BI


Bảng 2. 1 Thông số kỹ thuật của biến tần FR-E720.............................16
Bảng 3. 1 Bảng mã contactor 3 pha của hãng Fuji...............................31
Bảng 3. 2 Bảng mã relay nhiệt của hãng Fuji......................................32
Bảng 3. 3 Bảng tra mã MCCB của hãng Fuji.......................................32
Bảng 3. 4 Bảng giá các thiết bị chính trong hệ thống...........................35
Y


LỜI MỞ ĐẦU
Nền công nghiệp thế giới đang trên đà phát triển ngày càng cao,
trong đó vấn đề điều khiển tự động luôn là mối quan tâm hàng đầu
trong các ứng dụng khoa học sản xuất. Nó địi hỏi sự chính xác, tính
tiêu chuẩn và khả năng xử lý nhanh ở mức hoàn hảo, chỉ như vậy mới

đáp ứng được nhu cầu ngày càng gia tăng của xã hội.
Một trong những vấn đề mà các cư dân trong một chung cư rất
quan tâm là áp lực nước sinh hoạt. Áp lực nước thường yếu vào giờ cao
điểm gây bất tiện cho các cư dân và ảnh hưởng nhiều đến cuộc sống.
Để giải quyết vấn đề này người ta sẽ sử dụng phương pháp điều khiển
áp lực nước theo thời gian vận hành.
Với đề tài báo cáo môn học lần này, em lựa chọn đề tài “Điều
khiển ổn định áp suất đường ống bằng biến tần mitsubishi (dùng
bộ pid - 1 bơm)”.
Do điều kiện, kiến thức và thời gian còn hạn chế nên trong đề tài
này chưa được hoàn thiện một cách tốt nhất. Em kính mong các thầy cơ
giáo góp ý để em có thể hồn thiện tốt hơn.
Em xin chân thành cảm ơn!

1


CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU
1. Tổng quan về đề tài
Hệ thống bơm nước sinh hoạt cho tòa nhà 33 tầng cần duy trì áp
suất đường ống là 4 bar để cung cấp đủ nước. Trên đường ống có gắn
cảm biến áp suất để đưa tín hiệu về biến tần. Sử dụng bộ điều khiển
PID trong biến tần để điều khiển tốc độ của động cơ bơm duy trì được
áp suất 4 bar trên đường ống.
Hệ thống bơm nước có các thiết bị như sau:
- Biến tần (chọn loại biến tần Mitsubishi FR-E720)
- Bơm ba pha
- Cảm biến áp suất có tín hiệu ngõ ra: 0-10VDC
- Các nút nhấn: START, STOP, SW, RESET
- Các đèn báo hiển thị: RUN-L, STOP-L, ERR-L

Hệ thống sử dụng lưới điện 3 pha có Ud = 380V và có thể cung cấp lưu
lượng nước Q = 20m3/h.
2. Đặt điểm và giải pháp về hệ thống cấp nước cho nhà cao tầng
2.1. Đặc điểm về hệ thống cấp nước cho nhà cao tầng
a. Đặc điểm về kiến trúc
Công trình nhà cao tầng thường có kiến trúc rất phong phú và đa dạng.
 Về chức năng sử dụng nhà cao tầng là cơng trình đa năng, có
nhiều chức năng khác nhau như văn phòng, khách sạn, nhà ở cho thuê,
siêu thị…
 Nhà cao tầng có chiều cao lớn nên khi thiết kế phải có giải pháp
để đảm bảo áp lực tự do giữa các tầng là tương đương nhau.
 Nhà cao tầng thường có nhiều hệ thống kỹ thuật vì vậy thường
đặt các hệ thống trong hộp kỹ thuật.
2


 Nhà cao tầng đặc biệt là nhà có nhiều chức năng khác nhau
thường có các tầng kỹ thuật.
 Việc tổ chức mặt bằng trong nhà cao tầng rất phức tạp do đó
phải có giải pháp phù hợp khi thiết kế hệ thơng cấp thốt nước.
b. Đặc điểm về kết cấu
 Nhà cao tầng thường có lõi, vách cứng, để tránh sự giảm yếu
tiết diện cần hạn chế các tuyến kỹ thuật cắt qua khu vực này.
 Nhà cao tầng có chiều cao lớn, độ chênh cao giữa các tầng trên
cùng với các tầng dưới cùng rất lớn nên khi thiết kế phải có các giải
pháp để đảm bảo áp lực tự do giữa các tầng là tương đương nhau.
 Nhà cao tầng có nhiều khối nên thường có các khe lún rất đa
dạng nên hạn chế đặt các tuyến kỹ thuật qua các khe lún.
c. Đặc điểm về phòng cháy chữa cháy

 Nhà cao tầng có số lượng người và tài sản lớn nên việc đảm bảo
an tồn phịng cháy chữa cháy là vấn đề được đặc biệt quan tâm. Việc
tổ chức thốt nạn thường rất khó khăn.

 Chất chữa cháy dự trữ trong cơng trình thường khơng đáp ứng
đủ nhu cầu chữa cháy hoặc kém hiệu quả.

 Nước trong hệ thống cấp nước thơ thì rất yếu khơng đủ cung
cấp.
 Giao thông không thuận lợi do người và phương tiện tham gia
giao thông cao nên gây cản trở cho lực lượng chữa cháy.
d. Đặc điểm về trang thiết bị trong nhà cao tầng
Tùy thuộc vào chức năng sử dụng của từng loại nhà mà cơng trình
có thể được trang bị các hệ thống kỹ thuật:
 Hệ thống cấp thoát nước sinh hoạt, sản xuất, thoát nước mái.
 Hệ thống thu gom chất thải rắn.
3


 Hệ thống cứu hỏa và báo cháy.
 Hệ thống điều hịa khơng khí.
 Hệ thống cung cấp điện động lực và chiếu sang.
 Hệ thống thông hơi.
 Hệ thống cung cấp khí đốt…
2.2. Giải pháp cấp nước cho nhà cao tầng
Nhà cao tầng thường có chiều cao lớn, độ chênh áp lực tại các tầng
lớn nên khi thiết kế phải dùng sơ đồ phân vùng cấp nước để đảm bảo
lưu lượng và áp lực giữa các tầng. áp lực trong hệ thống đường ống
cấp nước được tạo ra bằng hệ thống thiết bị bơm áp lực hoặc bằng các
bể dự trữ nước được đặt ở tầng cao nhất của cơng trình (áp lực nước rơi

tự do).
Áp lực nước có thể được tính tốn cho tồn bộ hệ thống của cơng
trình hoặc có thể phân chia thành các vùng cấp nước riêng biệt. Mỗi
vùng cung cấp nước cho 1 số tầng nhất định. Số tầng trong mỗi vùng
không nhất thiết phải bằng nhau mà còn phụ thuộc vào các giải pháp
thiết kế cụ thể sao cho đảm bảo áp lực đồng đều cho toàn bộ hệ thống
đường ống cấp nước.
Nếu trong các nhà cao tầng cũng dùng sơ đồ hệ thống cấp nước
giống như hệ thống cấp nước cho nhà thấp tầng, nghĩa là chỉ dùng 1
loại máy bơm cấp nước cho tồn ngơi nhà và két nước đặt ở tầng cao
nhất thì sẽ có nhiều bất lợi cụ thể:
Về vấn đề hiệu quả kinh tế: trong nhà cao tầng, các thiết bị vệ sinh
được trang bị hoàn chỉnh, số lượng thiết bị nhiều, tiêu chuẩn dùng nước
cao, lưu lượng tính tốn lớn nên đường kính các ống đứng phân phối
cũng khá lớn. Nếu bố trí đường ống chính phân phối phía trên, bơm
nước lên két rồi từ két phân phối xuống các tầng dưới thì đường ống
4


đứng có dạng phía trên to, phía dưới nhỏ, dung tích két nước lớn, ảnh
hưởng đến kết cấu của nhà. Ngược lại, nếu bố trí đường ống chính phân
phối ở dưới dẫn lên các tầng, đường ống dẫn nước lên và xuống két
chung thì dung tích két nước nhỏ hơn nhưng đường ống đứng cấp nước
có dạng: dưới to trên nhỏ, điều đó làm cho áp lực tự do ở các tầng dưới
càng lớn. Cả 2 trường hợp đều dẫn đến giá thành xây dựng mạng lưới
lớn vì các đoạn ống phía đầu phải có đường kính lớn để tải lưu lượng
cho các đoạn sau. Nếu so sánh với phương án phân ra từng vùng cấp
nước thì đường kính ống sẽ nhỏ hơn, giá thành xây dựng hệ thống sẽ
giảm.
Về vấn đề áp lực dư và phân phối nước đều: nếu nhà cao tầng chỉ

có 1 máy bơm thì áp lực của máy bơm phải đảm bảo đưa nước lên tầng
cao nhất, đảm bảo nhu cầu dùng nước của các thiết bị ở tầng cao nhất.
Như vậy, áp lực nước ở tầng dưới sẽ q lớn. Theo tính tốn sơ bộ thì
áp lực cần thiết cho ngơi nhà 10 tầng là 35 ÷ 50m, 15 tầng là 60 ÷ 70m,
20 tầng là 75 ÷ 85m. Lúc đó áp lực nước tại chân các ống đứng ở tầng
1 cũng tương ứng là 35 ÷ 50m, 60 ÷ 70m và 75 ÷ 85m. Điều đó dẫn
tới việc khử áp lực dư ở các tầng dưới đảm bảo áp lực tự do ở các thiết
bị tương đối đều nhau để phân phối nước đều, chế độ làm việc của hệ
thống sát với tính tốn sẽ gặp nhiều khó khăn. áp lực dư q lớn cũng
gây trở ngại cho người sử dụng, khó điều chỉnh nhiệt độ khi dùng vịi
trộn nóng lạnh, gây ồn khi sử dụng,…
Trong sơ đồ phân vùng cấp nước nếu bố trí đường ống chính phân
phối từ dưới lên, để đảm bảo việc phân phối nước đều tại các tầng thì
vận tốc nước trong đường ống phải lớn hơn vận tốc kinh tế. Từ đó dẫn
tới làm tăng tổn thất trong đường ống ⇒ áp lực máy bơm tăng ⇒
không kinh tế.
5


Nếu bố trí đường ống chính phân phối từ trên xuống, thì áp lực của
máy bơm so với trường hợp trên là khơng thay đổi. Các đường trục
chính cấp xuống các tầng có thể giảm tiết diện ống sao cho tổn thất
trong các tầng bằng chiều cao hình học của tầng để đảm bảo việc khử
áp lực dư tại các tầng dưới. Trong trường hợp này, đối với nhà cao tầng
sẽ kinh tế hơn vì giảm được giá thành xây dựng mạng lưới do việc
giảm tiết diện ống.
Về vấn đề tiêu hao điện năng cho máy bơm: khi ngôi nhà cao tầng
chỉ dùng 1 máy bơm chung thì máy bơm phải đủ được lưu lượng cung
cấp cho tồn ngơi nhà và áp lực phải đảm bảo đưa được nước lên tầng
cao nhất ⇒ năng lượng điện tiêu thụ tỷ lệ thuận với lưu lượng và cột áp

của máy bơm ⇒ điện năng tiêu thụ lớn hơn so với trường hợp tách
thành nhiều máy bơm cung cấp cho từng vùng riêng biệt với lưu lượng
và áp lực phù hợp cho từng vùng.
Tóm lại, Để giảm giá thành xây dựng mạng lưới, giảm độ chênh
lệch áp giữa các tầng, thuận tiện cho việc phân phối nước đến các tầng
và để giảm chi phí điện năng cho việc bơm nước, cần phải phân vùng
cấp nước có hệ thống hoạt động độc lập với nhau. Thông thường phân
chia số tầng nhà thành các vùng khác nhau, mỗi vùng từ 4 đến 5 tầng.
Việc phân phối vùng cấp nước có thể thực hiện bằng 2 cách :
 Phân vùng song song.
 Phân vùng nối tiếp.
Ngoài ra còn phân vùng cân bằng bể chứa với thiết bị điều hoà áp
lực và phân vùng theo ống đứng cấp nước.

6


3. Ý nghĩa và phương pháp thực hiện đề tài
3.1. Ý nghĩa của đề tài
Với những cơng trình cũ hoặc nhỏ để áp suất nước đủ sử dụng
người ta sử dụng một bồn nước để ở vị trí cao nhất của cơng trình. Sau
đó bơm nước dự trữ lên trên này, tận dụng thế năng để tạo áp lực nước
cho tồn bộ cơng trình. Phương pháp này đơn giản và dễ thực hiện, tuy
nhiên lượng nước dự trữ trên bồn không được nhiều, áp lực nước
không đồng đều tại các thời điểm và các nơi, phải thường xuyên vệ
sinh cho bồn nước và không thể cung cấp nước cho một lượng lớn nhu
cầu sử dụng với phương pháp này.
Đề tài nghiên cứu này thực hiện một trong những phương pháp ổn
định áp suất nước trong một tòa nhà hay rộng hơn là ổn định áp suất
cho một cơng trình dân sinh hoặc cơng trình cơng cộng. Giải quyết vấn

đề áp suất không ổn định, cũng như đảm bảo lượng nước lớn cho cả
một cơng trình.
3.2. Phương pháp thực hiện đề tài
Với đề tài “Điều khiển ổn định áp suất đường ống bằng biến
tần mitsubishi (dùng bộ pid - 1 bơm)” được giao, trước tiên ta đi
phân tích nguyên tắc hoạt động của hệ thống như sau: Tín hiệu từ cảm
biến áp suất đọc trên đường ống sẽ được gửi về đầu vào tương tự của
biến tần. Biến tần sẽ so sánh giữa áp suất đặt và áp suất phản hồi để
điều khiển thay đổi tốc độ bơm của động cơ để hệ thống bám theo áp
suất đặt.
Phương pháp nghiên cứu và thực hiện đồ án như sau:
 Từ phân tích yêu cầu công nghệ để lựa chọn các thiết bị trong
hệ thống như biến tần, động cơ bơm, cảm biến áp suất, các thiết bị
đóng cắt, …;
7


 Tính tốn và lựa chọn thiết bị;
 Vẽ sơ đồ khối hệ thống
 Vẽ sơ đồ nguyên lý của hệ thống
 Vẽ sơ đồ bố trí thiết bị
 Sơ đồ đấu nối thiết bị
 Cài đặt cho biến tần
4. Cấu trúc quyển thuyết minh
Quyển thuyết minh được trình bày trong 4 chương:
Chương 1: Tổng quan về đề tài
Chương 2: Giới thiệu các thiết bị sử dụng trong hệ thống
Chương 3: Tính tốn và lựa chọn thiết bị
Chương 4: Thiết kế sơ đồ hệ thống và cài đặt thông số biến tần
Chương 5: Kết luận và hướng phát triển

8


CHƯƠNG II: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
1. Biến tần Mitsubishi FR-E720
1.1. Tổng quan về biến tần
a. Khái niệm
Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này
thành dịng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được. Nói
cách khác: Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên
cuộn dây bên trong động cơ và thơng qua đó có thể điều khiển tốc độ
động cơ một cách vô cấp, khơng cần dùng đến các hộp số cơ khí. Biến
tần thường sử dụng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần tự các cuộn
dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay làm quay rô-to (rotor).
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.
b. Phân loại biến tần
 Phân loại theo phương pháp biến đổi: Biến tần trực tiếp và biến
tần gián tiếp
 Phân loại theo nguồn ra: Biến tần nguồn dòng và biến tần
nguồn áp
 Phân loại theo phương pháp điều khiển: Phương pháp điều
khiển cổ điển và phương pháp điều khiển PWM, phương pháp điều
khiển vector và phương pháp điều khiển ma trận, …
 Phân loại theo nguồn cấp vào: Biến tần 1 pha, biến tần 3 pha,
…
c. Cấu tạo của biến tần
Cấu tạo thông thường của biến tần sẽ bao gồm: mạch chỉnh lưu,

mạch nghịch lưu và mạch điều khiển
7


Bộ chỉnh lưu: Bộ chỉnh lưu (diode) giống như các bộ chỉnh lưu
khác trong bộ nguồn, trong đó điện áp xoay chiều được biến đổi thành
một chiều. Điện áp sau khi chỉnh lưu đi qua tụ lọc sẽ có điện áp phẳng,
ổn định để cấp nguồn cho IGBT..
Bộ nghịch lưu: Thiết bị IGBT là bộ phận quan trọng của biến tần,
đảm bảo chuyển mạch nhanh, cho hiệu xuất cao. IGBT được điều
khiển kích mở theo trình tự lập trình sẵn.
Phần điều khiển: Phần điều khiển có chức năng đảm bảo kết nối
với mạch ngoại vi nhận tín hiệu đưa vào IC chính để điều khiển biến
tần theo cấu hình và cài đặt được lập sẵn của người sử dụng. Phần điều
khiển bao gồm các bộ phận:
 IC chính đảm nhiệm vai trị để xử lý thơng tin và điều khiển
biến tần
 Ngõ vào analog: nhận tín hiệu điện áp 4 – 20mA hoặc điện áp 0
– 10V
 Ngõ vào số: để kích cho biến tần chạy
 Ngõ ra analog: đảm nhiệm vai trò kết nối với thiết bị ngoại vi
khác để giám sát hoạt động của biến tần
 Ngõ ra số: xuất tín hiệu chạy, cảnh báo…
d. Nguyên lý hoạt động của biến tần
Trước khi tìm hiểu nguyên lý hoạt động của biến tần, chúng ta nên
biết rõ để thay đổi được tốc độ của động cơ có thể sử dụng những
phương pháp nào ?
Cho đến hiện nay thì có 3 phương pháp chính có thể sử dụng là:
 Cách 1: Thay đổi số cực động cơ P
 Cách 2: Thay đổi hệ số trượt s

 Cách 3: Thay đổi tần số f của điện áp đầu vào
8


Hình 2. 1 Sơ đồ cấu trúc cơ bản của biến tần
Trong đó, 2 phương pháp đầu khó thực hiện và không mang lại
hiệu quả cao. Phương pháp thay đổi tốc độ động cơ bằng cách thay đổi
tần số là phương pháp hiệu quả nhất.
 Tín hiệu vào là điện áp xoay chiều một pha hoặc ba pha. Bộ
chỉnh lưu có nhiệm biến đổi

điện áp xoay chiều thành một chiều.

 Bộ lọc có nhiệm vụ sang phẳng điện áp một chiều sau chỉnh
lưu.
 Nghịch lưu có nhiệm vụ biến đổi điện áp một chiều thành điện
áp xoay chiều có tần số có thể thay đổi được. Điện áp một chiều được
biến thành điện áp xoay chiều nhờ việc điều khiển mở hoặc khóa các
van cơng suất theo một quy luật nhất định.
 Bộ điều khiển có nhiệm vụ tạo tín hiệu điều khiển theo một luật
điều khiển nào đó đưa đến các van cơng suất trong bộ nghịch lưu.
Ngồi ra nó cịn có chức năng sau:
- Theo dõi sự cố lúc vận hành
- Xử lý thông tin từ người sử dụng
- Xác định thời gian tăng tốc, giảm tốc hay hãm
- Xác định đặc tính – momen tốc độ
9