Baigiang Môn Điều Khiển Biến Tần Và Động Cơ Xoay Chiều.docx

<span class="text_page_counter">Trang 2</span><div class="page_container" data-page="2">

CHƯƠNG 1. ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ...7

Nợi dung chính của chương...7

Mục tiêu cần đạt được của chương...7

BÀI 1: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ (Số tiết: 03 tiết) [1]...7

1.1. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ...7

1.2. Nguyên lý và quy luật điều khiển khi thay đổi tần số nguồn...8

</div><span class="text_page_counter">Trang 3</span><div class="page_container" data-page="3">

1.3. Phương pháp U/f...8

1.3.1. Chế độ làm việc của động cơ khi điều khiển điện áp-tần số không đổi...8

1.3.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển điện áp-tần số không đổi...10

1.4. Phương pháp điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ...11

1.4.1. Nguyên lý điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ...11

1.4.2. Hệ thống điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ nguồn áp...12

1.4.3. Hệ thống điều khiển vectơ đợng cơ khơng đồng bợ nguồn dịng...14

CÂU HỎI CUỐI CHƯƠNG I...17

CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BIẾN TẦN [1]...18

Nội dung chính của chương...18

Mục tiêu cần đạt được của chương...18

BÀI 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BIẾN TẦN (Số tiết: 03 tiết) [1]...18

2.1. Giới thiệu chung...18

2.2. Phân loại biến tần...19

2.3. Nguyên lý hoạt động và sơ đồ nguyên lý mạch động lực...19

2.3.1. Nguyên lý hoạt động...20

2.3.2. Biến tần gián tiếp nguồn dòng, nguồn áp...21

2.4. Cấu tạo của biến tần...24

2.4.1. Các bộ phận cơ bản...24

2.4.2. Các phụ kiện của biến tần...25

CÂU HỎI CUỐI CHƯƠNG 2...27

CHƯƠNG 3. ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN...28

Nội dung chính của chương...28

Mục tiêu cần đạt được của chương...28

BÀI 3: BIẾN TẦN MM420 (Số tiết: 03 tiết) [2]...28

3.1. Phương pháp điều khiển biến tần cơ bản...28

3.2. Điều khiển cơ bản với biến tần Siemens [2]...28

3.2.1. Biến tần Siemens MM420...28

3.2.2. Biến tần Siemens MM440...39

Bài 4. BIẾN TẦN OMZON 3G3MV [3]...56

3.3. Biến tần Omron 3G3MV...56

3.3.1. Sơ đồ nguyên lý...56

3.3.2. Các đầu dây điều khiển và mạch lực...58

</div><span class="text_page_counter">Trang 4</span><div class="page_container" data-page="4">

3.3.3. Các thông số cài đặt của biến tần...61

3.3.4. Cài đặt biến tần theo phương pháp V/f...67

BÀI 5. BIẾN TẦN ABB ACS150 [4]...71

3.4. Điều khiển cơ bản với biến tần ABB...71

3.4.1. Sơ đồ nguyên lý...71

3.4.2. Các đầu dây điều khiển và mạch lực...72

3.4.3. Các thông số cài đặt của biến tần...74

3.4.4. Cài đặt biến tần theo phương pháp PID...79

BÀI 6. BIẾN TẦN LS IC5 [5]...82

3.5. Biến tần LS-ic5...82

3.5.1. Sơ đồ nguyên lý...82

3.5.2. Các đầu dây điều khiển và mạch lực...84

3.5.3. Các thông số cài đặt của biến tần...85

3.5.4. Cài đặt biến tần theo phương pháp V/f...88

BÀI 7. ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN LS IE5 [6]...90

3.6. Điều khiển cơ bản với biến tần LS-iE5...90

3.6.1. Sơ đồ nguyên lý, thông số ký thuật...90

3.6.2. Cách đấu nối biến tần...92

3.6.3. Các thông số cài đặt...94

BÀI 8. ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN YASKAWA [7]...99

3.7. Điều khiển cơ bản với biến tần yaskawa...99

3.7.1. Sơ đồ nguyên lý...99

3.7.2. Các thông số cài đặt biến tần...103

BÀI 9. ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN MITSUBISHI [8]...108

3.8. Điều khiển cơ bản với biến tần mitsubishi...108

3.8.1. Sơ đồ nguyên lý...108

3.8.2. Cách đấu nối biến tần...109

3.8.3. Các thông số cài đặt...114

BÀI 10. PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN NÂNG CAO...117

3.9. Phương pháp điều khiển biến tần nâng cao...117

3.9.1. Phương pháp điều khiển remote sử dụng cổng analog của PLC...117

3.9.2. Phương pháp điều khiển sử dụng PID...119

3.9.3. Phương pháp điều khiển sử dụng cổng truyền thông...121

</div><span class="text_page_counter">Trang 5</span><div class="page_container" data-page="5">

3.9.4. Điều khiển nâng cao với biến tần Siemens...122

TÀI LIỆU THAM KHẢO...127

PHỤ LỤC...128

CÁC CÂU HỎI THƯỜNG GẶP...131

Bài thực hành số 1: Thực hành điều khiển cơ bản với biến tần Siemens MM420, MM440 (số tiết: 05 tiết) [1]; [2]; [3]; [6]; [7]...139

Bài thực hành số 2: Điều khiển cơ bản biến tần OMRON 3G3MV (số tiết: 05 tiết) [1]; [2]; [3]; [6]; [7]...146

Bài thực hành số 3: Điều khiển cơ bản với biến tần ABB ACS-150 (số tiết: 05 tiết) [1];[2]; [3]; [6]; [7]...150

Bài thực hành số 4: Điều khiển cơ bản biến tần LS-IC5 (số tiết: 05 tiết) [1]; [2]; [3]; [6]; [7]...156

Bài thực hành số 5: Thực hành điều khiển cơ bản với biến tần Yaskawa J1000 (số tiết:05 tiết) [1]; [2]; [3]; [6]; [7]...162

Bài thực hành số 6: Thực hành điều khiển cơ bản với biến tần Mitsubishi (số tiết: 02 tiết) [1]; [2]; [3]; [6]; [7]...168

</div><span class="text_page_counter">Trang 6</span><div class="page_container" data-page="6">

<b>LỜI MỞ ĐẦU</b>

Bài giảng Điều khiển biến tần động cơ điện xoay chiều được tập thể giảng viênthuộc bộ môn Điều khiển tự động biên soạn nhằm phục vụ cho việc giảng dạy củagiảng viên và học tập của sinh viên Trường Đại học Công nghệ thông tin và Truyềnthông - Đại học Thái Nguyên. Tập bài giảng này được biên soạn theo nội dung đềcương chi tiết học phần Điều khiển biến tần động cơ điện xoay chiều ở trình đợ đạihọc.

Nợi dung tài liệu cung cấp cho sinh viên các kiến thức cơ bản về các loại biếntần; các phương pháp điều khiển biến tần cơ bản và kỹ năng cài đặt, vận hành, đấu nốimạch điện cho hệ truyền động Biến tần - đợng cơ xoay chiều. Sau khi hồn thành họcphần này, sinh viên có thể điều khiển, vận hành mợt số loại biến tần ứng dụng trongcông nghiệp. Nội dung tài liệu gồm 3 chương:

Chương 1. Điều khiển động cơ không đồng bộChương 2. Cơ sở lý thuyết về biến tần

Chương 3. Điều khiển biến tần

Mặc dù tập thể tác giả đã dành nhiều thời gian và công sức để biên soạn, songkhó tránh khỏi thiếu sót. Vậy, chúng tơi kính mong q thầy cơ và các bạn sinh viênđóng góp ý kiến để ćn bài giảng được hồn thiện hơn. Xin trân trọng cảm ơn!

</div><span class="text_page_counter">Trang 7</span><div class="page_container" data-page="7">

<b>CHƯƠNG 1. ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ</b>

<i>Nợi dung chính của chương</i>

- Tìm hiểu về các phương pháp điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ.- Nguyên lý điều khiển tần số.

- Quy luật điều khiển tần số- điện áp không đổi.

<i>Mục tiêu cần đạt được của chương</i>

- Hiểu được các phương pháp điều khiển động cơ xoay chiều không đồng bộ.- Hiểu được nguyên lý điều khiển khi thay đổi tần số.

<b>BÀI 1: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHƠNG ĐỒNG BỘ (Sớ tiết: 03 tiết) [1]1.1. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ</b>

Hiện nay, trong công nghiệp sử dụng nhiều loại động cơ để truyền động: động cơkhông đồng bộ, động cơ điện một chiều, động cơ đồng bộ… Tuy nhiên, được sử dụngphổ biến trong truyền động vẫn là động cơ không đồng bộ và động cơ điện một chiều.Động cơ không đồng bộ với ưu điểm: sử dụng trực tiếp nguồn điện lưới, cấu tạo đơngiản, giá thành hợp lý, sử dụng và bảo dưỡng dễ dàng. Bên cạnh đó, đợng cơ khơngđồng bợ cịn tồn tại mợt sớ nhược điểm: Momen mở máy nhỏ, đặc tính mở máy khôngtốt, dịng mở máy lớn, khó điều chỉnh tớc đợ, hệ sớ cơng suất thấp.

Đợng cơ mợt chiều có ưu điểm: Momen khởi động lớn, dễ điều chỉnh tốc độ, khảnăng quá tải tốt và làm việc ổn định khi tải thay đổi, nhưng đợng cơ mợt chiều cónhững nhược điểm sau: cấu tạo phức tạp (có chổi than, cổ góp) nên vận hành kémchính xác, khơng an tồn trong q trình làm việc. Sử dụng nguồn điện mợt chiều, khókhăn trong công tác bảo dưỡng. Giá thành đắt so với động cơ không đồng bộ cùngcông suất.

Tùy yêu cầu cụ thể để chọn loại động cơ phù hợp, nhưng tuy nhiên hiện động cơkhông đồng bộ vẫn được sử dụng phổ biến và để được sử dụng phổ biến, con người đãtập trung nghiên cứu và cải tiến các phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ.

Để điều khiển đợng cơ khơng đồng bợ, hiện nay có các phương pháp: Điều chỉnhđiện áp đưa vào Stato, thay đổi số đôi cực từ trên mạch stato, thay đổi tần số nguồnđiện đưa vào stato, thay đổi điện trở mạch roto. Tuy nhiên các phương pháp điều khiểnkia đều tồn tại những hạn chế và do sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật vi điện tử vàđiện tử công suất, các bộ biến tần ra đời đã mở ra một triển vọng lớn trong lĩnh vực

</div><span class="text_page_counter">Trang 8</span><div class="page_container" data-page="8">

điều khiển động cơ không đồng bộ bằng phương pháp tần số. Sử dụng biến tần để điềukhiển động cơ theo các quy luật khác nhau ( quy luật U/f, điều khiển véc tơ..) đã tạora những hệ điều khiển tớc đợ motor – đợng cơ điện có các tính năng vượt trội.

<b>1.2. Nguyên lý và quy luật điều khiển khi thay đổi tần số nguồn</b>

Xuất phát từ biểu thức:

<i>60 f</i>

Ta thấy tốc độ đồng bộ của động cơ khơng đồng bợ có thể thay đổi bằng cáchthay đổi tần sớ lưới điện f1. Do đó tớc độ của động cơ: n = n1(1-s), cũng thay đổi theo.Khi thay đổi tần số lưới điện f1, ta nhận thấy rằng:

- Nếu bỏ qua điện trở dây quấn stato, tức xem r1 = 0 thì momen tới hạn cực đại củađộng cơ là:

<i>2 f</i>

 

Xn: Điện kháng tổng của cuộn dây; Xn = ω1Ln (Ln = L1 + L’2)

Thay các biểu thức trên vào biểu thức (1.1) ta có:

<small>221</small>32(2 )

<i>u pM</i>

<i>f L</i>

Đặt:

<small>22</small>32(2 ) <i>_n</i>

Thì ta có:

phụ tải tĩnh đối với các đặc tính cơ tĩnh là hằng số

 <small></small>

= Const.

</div><span class="text_page_counter">Trang 9</span><div class="page_container" data-page="9">

<b>1.3. Phương pháp U/f </b>

<i><b>1.3.1. Chế độ làm việc của động cơ khi điều khiển điện áp-tần số không đổi.</b></i>

Chế độ làm việc của động cơ khi điều khiển điện áp – tần số không đổi đượcphân tích trên cơ sở giả thiết: điện áp stato đợng cơ có dạng hình Sin đới xứng ở bapha, có trị sớ biên đợ và tần sớ khơng đổi. Với giả thiết đó có thể bỏ qua hiệu ứng bềmặt; điện trở stato không đổi, điện trở tù hóa có thể bỏ qua, do đó nhánh mạch điện từhóa chỉ gồm điện kháng từ hóa (Xm). Sức điện động stato Es sinh ra bởi từ thông khehở sẽ nhỏ hơn điện áp stato một lượng sụt áp trên trở kháng tản từ stato (R<small>s +jXsб)Is.</small>Do bỏ qua các thành phần sóng hài của sức từ đợng, nên từ thơng khe hở sẽ có dạnghình sin và từ thơng móc vịng mỗi vịng dây stato cũng là hàm hình sin.

Mặt khác, từ thơng móc vịng qua mợt vịng dây stato có dạng: Ф = Фmsinωst.Trong đó: <i><small>s</small></i> ² <i>f<small>s</small></i> : Tần sớ góc của điện áp nguồn cung cấp.

Sức điện đợng ứng với mỗi vịng dây stato: <i>e<small>s</small></i>  <i><small>s m</small>cos t</i><i><small>s</small></i>

Và trị số hiệu dụng sức điện động stato: <i>E_s</i> 4, 44<i>K f N </i><small>w</small> <i>_s</i> <small>1</small> <i>_m</i>Với: N1: là sớ vịng dây nói tiếp của 1 pha; Kw: là hệ số dây quấn.

Từ các biểu thức trên ta thấy rằng Фm sẽ tỉ lệ với tỉ số

 hoặc

Khi điều khiển tần số, nếu giữ từ thông khe hở không khí không đổi thì đợng cơsẽ được sử dụng hiệu quả nhất, tức là có khả năng sinh momen lớn nhất. Từ thơng khe

hở khơng khí khơng đổi khi duy trì tỉ sớ

<i>f</i> không đổi. Nếu sụt áp trên trở kháng tảntừ bé có thể bỏ qua thì sức điện đợng Es sẽ xấp xỉ bằng điện áp Us. Do đó, từ thơng khehở sẽ được duy trì gần khơng đổi khi duy trì tỉ sớ Us/fs hằng sớ. Đây là nội dung cơ bảncủa luật điều khiển điện áp – tần số không đổi và phương pháp điều khiển này được sửdụng phổ biến trong các hệ thống điều khiển hở đơn giản. Tuy nhiên, ở vùng tần sốthấp, sụt áp trên trở kháng tản từ lớn nên từ thông khe hở sẽ giảm, khả năng sinhmomen của động cơ sẽ giảm.

Momen của động cơ được tính theo biểu thức:

</div><span class="text_page_counter">Trang 10</span><div class="page_container" data-page="10">

/3 ( )

X[R - (X X -X )] [X + ]

- Us: điện áp đặt vào stato.

- ωs: tần sớ góc của điện áp nguồn cung cấp.- ωsl: tần sớ góc của roto.

- Xm: điện kháng từ hóa- Rr: điện trở roto- Rs: điện trở stato.

- Xs = Xsб + Xm: điện kháng tổng stato- Xr = Xrб + Xm: điện kháng tổng roto

Với luật điều khiển tần số điện áp không đổi, ở vùng tần số cao, momen tới hạncó trị sớ gần như khơng phụ thuộc tần số nếu tỉ số Rs/fs. Khi tần số giảm, từ thông khehở không khí sẽ giảm do sụt áp trên điện trở stato ứng với dòng định mức không đổivới mọi tần số. Kết quả là momen tới hạn động cơ sẽ giảm, đặc biệt sẽ giảm nhanh ởvùng tần số thấp.

Các phân tích về lý thuyết và kết quả mô phỏng ở trên cho thấy, khi điều chỉnhđiện áp- tần số không đổi; từ thông động cơ chỉ được duy trì hằng sớ khi sụt áp trêndây quấn stato nhỏ có thể bỏ qua. Trong áp dụng thực tế, do điện trở stato không thểbỏ qua nên sụt áp trên điện trở stato với dòng điện định mức sẽ không đổi khi giảmtần số, trong khi sụt áp trên điện kháng giảm theo tần số. Do đó sụt áp trên điện trở sẽchiếm tỉ lệ lớn ở tần số nhỏ, sẽ ảnh hưởng lớn đến từ thông khe hở. Dẫn đến momencủa động cơ giảm nhiều.

Trong trường hợp tổng quát, với đặc tính điện áp- tần sớ cớ định sẽ khó duy trìđược từ thơng khe hở không đổi khi phụ tải động cơ thay đổi, vì sụt áp trên stato làhàm của dịng điện stato Is. Để khắc phục vấn đề này, điện áp đợng cơ có thể được điềuchỉnh tăng tỉ lệ vớ biên đợ dịng điện đợng cơ ở vùng tần sớ thấp.

<i><b>1.3.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển điện áp-tần số không đổi</b></i>

Sơ đồ khối hệ thống truyền động biến tần- động cơ không đồng bộ với điều khiểnđiện áp- tần sớ được thể hiện ở Hình 1 .1 dưới đây:

</div><span class="text_page_counter">Trang 11</span><div class="page_container" data-page="11">

<i>Hình 1.1. Sơ đồ khối biến tần- động cơ</i>

Mạch lực gồm một bộ chỉnh lưu điều khiển một pha hoặc ba pha, bộ lọc và bộnghịch lưu dạng sóng xung vng. Tín hiệu tần sớ đặt ωsđ khi bỏ qua tần số trượt sẽ làtín hiệu đặt tốc độ. Tín hiệu điều khiển điện áp Usđ được tính từ tín hiệu tần số nhờkhâu tỉ lệ với hệ số G. Ở chế độ làm việc xác lập, từ thông khe hở Фo sẽ xấp xỉ tỉ lệ

với tỉ số

 định mức. Trị số tín hiệu điện áp đặt Uo* tương ứng với trị số điện áp banđầuUo của động cơ đảm bảo động cơ tạo ra từ thông khe hở và momen tại tần số bằngkhông. Ở chế độ làm việc xác lập, khi momen phụ tải tăng, trong vùng đặc tính làmviệc ổn định, độ trượt sẽ tăng và trạng thái làm việc ổn định của động cơ tương ứngvới sự cân bằng momen động cơ và momen phụ tải. Nếu tín hiệu tần số đặt lớn hơn tầnsố định mức, điện áp bộ chỉnh lưu sẽ đạt giá trị lớn nhất và không đổi, động cơ sẽchuyển chế độ làm việc từ vùng momen không đổi sang vùng giảm từ thông: từ thơngkhe hở sẽ giảm, do đó momen đợng cơ sẽ giảm khi cùng giá trị dòng điện stato.

Ở hệ thớng điều khiển điện áp vịng hở, từ thơng khe hở sẽ thay đổi theo sự biếnthiên điện áp nguồn. Đặc tính cơ lý tưởng với momen tới hạn không đổi ở vùng tần sốdưới định mức, khi động cơ tăng tớc và giảm tớc. Do đó, để đảm bảo q trình tăng tớcvà giảm tớc đợng cơ ổn định, tần số động cơ cần được thay đổi chậm và trơn sao chođộ trượt không vượt quá trị số tới hạn.

<b>1.4. Phương pháp điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ</b>

<i><b>1.4.1. Nguyên lý điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ</b></i>

Trong kỹ thuật điện, điều chế vector không gian (vector Control), cịn gọi làđiều khiển tớc đợ tựa từ thơng (Field Oriented Control - viết tắt là FOC), là một

</div><span class="text_page_counter">Trang 12</span><div class="page_container" data-page="12">

phương pháp điểu khiển tần số (VFD) dịng điện của stator trong các đơng cơ điệnxoay chiều 3 pha được chiếu bởi hai thành phần vng góc, 2 thành phần này có thểbiểu diễn được trên vector không gian. Thành phần thứ nhất xác định từ thông trênrotor của động cơ, Thành phần thứ hai xác định mơ men quay. Khi đó, việc xác địnhmomen điện từ của động cơ không đồng bộ sẽ tương tự như của động cơ điện mộtchiều kích từ độc lập.

Mđt= KФIư

K: hệ số phụ thuộc vào cấu trúc của động cơ

Như vậy, momen điện từ có thể được điều khiển bằng cách điều khiển riêng rẽhai thành phần: thành phần tạo từ thơng và thành phần tạo momen của dịng điện stato.Điều này cũng tương tự như điều khiển riêng rẽ mạch điện phần ứng và mạch kích từcủa động cơ điện một chiều kích từ độc lập. Điều khiển vectơ có thể được thực hiệnvới cả hệ thớng đợng cơ không đồng bộ - biến tần nguồn áp hoặc nguồn dịng. Băngphương pháp điều khiển vectơ chúng ta có thể xay dựng được mợt hệ thớng truyềnđợng điện có chất lượng điều khiển rất cao ở cả bớn góc phần tư.

<i><b>1.4.2. Hệ thống điều khiển vectơ động cơ không đồng bợ nguồn áp</b></i>

Hệ thớng được mơ tả ở Hình 1 .2 dưới . Ở đây sẽ sử dụng mạch tách, mạchtách này sẽ sử dụng các thành phần trục dọc và trục ngang của dòng điện stato trong hệtrục tọa đợ gắn với từ thơng roto. Mạch cũng có mạch vịng kín để điều khiển vị trí củaroto, tớc độ, momen điện từ và từ thông của roto.

Trên Hình 1 .2, đợng cơ khơng đồng bợ được một biến tần nguồn áp điềukhiển. Tuy nhiên, điện áp đầu ra của biến tần vẫn cịn có các sóng đa hài bậc cao. Điềunày sẽ gây tổn thất cho máy điện. Mặt khác, tổn thất điều hòa của máy điện được xácđịnh bởi giá trị hiệu dụng của các dịng điều hịa.

</div><span class="text_page_counter">Trang 13</span><div class="page_container" data-page="13">

<i>Hình 1.2. Hệ thống điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ nguồn áp</i>

Do đó, chúng ta phải tìm cách làm giảm giá trị của những dịng này để giảm tớtthất. Dẫn đến mợt phương pháp mới có tên là phương pháp dịng điều hịa tới thiểu. Cơsở của phương pháp này là xác định ngoại tún giản đồ đóng cắt tới ưu cho bộ biếntần ở trạng thái xác lập. Như vậy với phương pháp mới này, chúng ta có thể đạt đượctối ưu chỉ ở chế độ xác lập. Hơn nữa khi hệ thống hoạt động ở tần số thấp phươngpháp ngoại tún khơng tỏ ra có hiệu quả cao lắm. Do vậy, người ta sử dụng phươngpháp điều khiển trực tuyến. Điều này sẽ đảm bảo đạt được giá trị momen t̀n hồn tớithiểu với tần sớ đóng cắt tới thiểu. Khi giảm được tần sớ đóng cắt của bợ biến tần sẽnâng cao được hiệu suất của hệ thống truyền đợng điện do giảm được tổn thất khi đóngcắt. Điều này rất có ý nghĩa khi sử dụng tiristor với chuyển mạch cưỡng bức.

Bằng mơ hình từ thơng trên hình vẽ, chúng ta sẽ xác định được góc <i><small>r</small></i>. Đạilượng này sẽ được sử dụng để tính toán trong các khới <i>e<small>j</small></i><small></small><i><small>r</small></i>

và <i>e</i><small></small> <i><small>j</small></i><small></small><i><small>r</small></i>

. Từ mơ hình nàychúng ta xác định được tớc đợ góc của từ thơng roto <i><small>m</small></i><small>r</small> và modun của dịng từ hóaroto <i>i<small>m</small></i><small>r</small>. Momen điện từ được xác định nhờ modun của vecto không gian dịng từ hóaroto.

</div><span class="text_page_counter">Trang 14</span><div class="page_container" data-page="14">

Giá trị ban đầu của bộ điều khiển vị trí, thường là loại P do tốc độ roto <i><small>r</small></i>bằngđạo hàm bậc một theo thời gian của góc quay roto, sẽ là giá trị đặt của tốc độ roto. Bộđiều khiển tốc độ, thường là loại PI, sẽ cho ra các giá trị đặt của momen điện từ teđ vàsau bộ điều khiển momen, thường cũng là bộ PI, chúng ta sẽ thu được giá trị đặt củathành phần trục dọc dòng stato trong hệ trục tọa độ gắn với từ thông roto. Với tần sốcao, khi không thể tăng được điện áp stato, máy điện sẽ phải làm việc ở trạng tháithiếu từ trường. Điều này chúng ta có thể đạt được nhờ khâu tạo hàm FG. Đầu ta củakhâu này sẽ là giá trị đặt của modun của vectơ khơng gian dịng từ hóa roto. Giá trị nàysẽ phụ tḥc vào tớc độ của máy điện. Giá trị đặt này sẽ được so sánh với giá trị thựctế của dịng từ hóa roto và sai số sẽ là đầu vào của bộ điều khiển từ thông, một bộ điềukhiển PI. Đầu ra của bộ điều khiển từ thông sẽ là thành phần trục ngang của dịng statotrong hệ trục tọa đợ gắn với từ thơng roto. Trên hình vẽ chúng ta có thể nhận thấy, bợđiều khiển momen đã đóng mợt vai trị tương tự như bợ điều khiển thành phần trục dọcdịng stato. Do vậy, chúng ta có thể khơng cần sử dụng bợ điều khiển dịng này vàmạch phản hồi isy. Như vậy, chỉ còn mạch phản hồi momen. Mặt khác, giá trị nàycũng tỉ lệ với thành phần trục dọc dịng stato khi điện cảm từ hóa là hằng số.

<i><b>1.4.3. Hệ thống điều khiển vectơ động cơ khơng đồng bợ nguồn dịng</b></i>

Như ta đã biết, modun của vectơ khơng gian dịng Stato is tỉ lệ với dịng điệntrong mạch mợt chiều của biến tần. Tuy nhiên góc khơng gian của vectơ khơng giandịng stato <i><small>s</small></i>được xác định do hoạt động của bộ nghịch lưu. Do luôn chỉ có dịng điệnchảy trong2 pha của stato, quỹ tích của đầu mút vectơ khơng gian dịng điện stato làmợt hình sao sáu đỉnh với bán kính bằng giá trị của dịng điện trong mạch mợt chiều.Nhưng nếu có dịng chảy trong cả bap ha của stato thì quỹ tích sẽ là một đa giác nối tấtcả các điểm cuối của hình sao sáu đỉnh đó.

Ngồi thời gian chuyển mạch, trạng thái đóng cắt của biến tần được đặc trưng

bởi <i>^e^j</i>^, trong đó góc β thay đổi gián đoạn bằng cách thêm từng ³

. Tín hiệu điềukhiển đóng cắt các van của biến tần có thể được xây dựng bằng cách ứng dụng bợ đếmtrịn 2 chiều sáu bước. Phương pháp này được thể hiện ở hình vẽ 1.3:

</div><span class="text_page_counter">Trang 15</span><div class="page_container" data-page="15">

<i>Hình 1.3. Hệ thống điều khiển vectơ đợng cơ khơng đồng bợ nguồn dịng</i>

Giá trị tức thời của tớc đợ góc ωr và của góc quay <i><small>r</small></i> được đo nhờ bộ cảm biến.Giá trị thực của góc quay roto <i><small>r</small></i> được so sánh với giá trị đặt <i><small>t</small></i><small>d</small>. Sai số được đưa vàobộ điều khiển vị trí loại PI. Đầu ra của bộ điều khiển vị trí là giá trị đặt của tốc độ roto

 . Giá trị này lại được so sánh với giá trị thực và sai số là đầu vào của bộ điều khiểntốc độ cũng loại PI. Đầu ra của bộ điều khiển này là giá trị đặt của momen điện từ t<small>eđ.</small>Giá trị đặt được so sánh với giá trị thực te để đưa vào bộ điều khiển momen loại PI màđầu ra của nó là giá trị đặt của thành phần trục dọc dòng điện stato trong hệ trục tọa đợgắn với từ thơng roto.

Thành phần trục ngang của dịng điện stato trong hệ trục tọa độ gắn với từ thôngroto là đầu ra của bộ điều khiển từ thông, cũng loại PI, mà đầu ra là sai lệch giữa giá trịđặt dịng từ hóa roto imrđ và giá trị thực imr. Giá trị đặt imrđ chính là đầu ra của khối tạohãm FG với đầu vào là tốc độ roto đo được.

Hai thành phần trục ngang và trục dọc của dịng stato trong hệ trục tọa đợ gắn vớitừ thông roto được đưa vào khối RP để xác định modun isđ và góc khơng gian <i><small>s</small></i><small>d</small>của vectơ khơng gian dịng stato trong hệ trục tọa đợ gắn với từ thơng roto.

</div><span class="text_page_counter">Trang 16</span><div class="page_container" data-page="16">

Giá trị dịng stato đo được, cùng với giá trị tốc độ roto đo được là đầu vào củamơ hình từ thơng. Đầu ra của mơ hình từ thơng là modun vectơ khơng gian dịng từhóa imr, thành phần tạo momen của dịng stato i<small>sy và vị trí khơng gian của vectơ từ</small>thơng móc vòng roto <i><small>r</small></i>. Momen điện từ được xác định bằng cách nhân thành phần

tạo momen của dòng stato với <small>2</small>2

được xác định bằng hằng số thời gian TD =

<i><small>R</small></i> . Có thể giải quyết vấn đề này và tăngnhanh phản ứng dịng bằng cách thêm vào bợ điều khiển dịng điện một chiều khâu tạohàm để bù ảnh hưởng của sức điện động cảm ứng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 17</span><div class="page_container" data-page="17">

<b>CÂU HỎI CUỐI CHƯƠNG I</b>

<b>Câu 1. Có mấy cách để điều khiển thay đổi tốc độ động cơ xoay chiều KĐB 3 pha? Câu 2. Nêu nguyên tắc phương pháp điều khiển điện áp U1</b>

<b>Câu 3. Nêu phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha bằng cách thay đổi</b>

điện trở mạch roto?

<b>Câu 4. Nêu nguyên lý và quy luật điều khiển khi thay đổi tần số nguồn là gì?Câu 5. Nêu cấu trúc hệ thớng điều khiển điện áp - tần sớ khơng đổi?</b>

<b>Câu 6. Trình bày ngun lý điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ 3 pha?</b>

<b>Câu 7. Nêu cấu trúc hệ thống điều khiển vectơ đợng cơ khơng đồng bợ nguồn dịng?Câu 8. Nêu cấu trúc hệ thống điều khiển vectơ động cơ không đồng bộ nguồn áp?Câu 9. Nêu phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi số đôi</b>

cực từ phụ.

<b>Câu 10. Nêu phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ bằng cách thay đổi điện</b>

trở/ điện kháng mạch startor?

</div><span class="text_page_counter">Trang 18</span><div class="page_container" data-page="18">

<b>CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BIẾN TẦN [1]</b>

<i>Nội dung chính của chương</i>

- Giúp sinh viên hiểu được khái niệm về biến tần. Cấu tạo, nguyên lý làm việc, phânloại biến tần.

<i>Mục tiêu cần đạt được của chương</i>

<b>- Giúp sinh viên phân biệt các loại biến tần trực tiếp, gián tiếp, biến tần nguồn dòng và</b>

nguồn áp. Biết được nguyên lý điều khiển biến tần.

<b>BÀI 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ BIẾN TẦN (Số tiết: 03 tiết) [1]2.1. Giới thiệu chung</b>

Ngày nay biến tần là một thiết bị được sử dụng phổ biến trong các dây chuyềncông nghiệp. Đặc biệt là trong các hệ tryền đợng xoay chiều có sử dụng đợng cơ điệnxoay chiều thì biến tần là thiết bị thường được lựa chọn. Biến tần là thiết bị biến đổinguồn điện xoay chiều có tần sớ f1 thành nguồn điện xoay chiều có tần sớ f2 thay đổiđược. Biến tần là thiết bị dùng để thay đổi và điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều 3pha thông qua việc thay đổi tần sớ của dịng điện xoay chiều 3 pha.

Ví dụ biến tần có thể thay đổi từ tần số 0Hz lên đến 400Hz, hoặc thậm chí một sớbiến tần cịn làm thay đổi lên đến 590Hz và hơn nữa.

Nói cách khác: Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần sớ dịng điện đặt lên c̣n dâybên trong đợng cơ và thơng qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp,không cần dùng đến các hộp số cơ khí. Biến tần sử dụng các linh kiện bán dẫn để đóngngắt tuần tự dịng điện đặt vào các c̣n dây của đợng cơ để làm sinh ra từ trường xoaylàm quay động cơ. Các biến tần có thể điều chỉnh tốc độ động cơ từ chậm đếnnhanh tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể, giúp cho động cơ hoạt động hiệu quả hơn.

Ứng dụng: Biến tần được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp đểđiều khiển tốc đợ đợng cơ, đảo chiều quay, giảm dịng khởi đợng, giảm độ rung và tiếtkiệm năng lượng. Bộ biến tần thường được sử dụng để điều khiển vận tốc động cơxoay chiều theo phương pháp điều khiển tần số, theo đó tần sớ của lưới nguồn sẽ thayđổi thành tần sớ biến thiên. Ngồi việc thay đổi tần sớ cịn có sự thay đổi tổng sớ pha.Từ nguồn lưới một pha, với sự giúp đỡ của bộ biến tần ta có thể mắc vào tải đợng cơba pha. Bợ biến tần cịn được sử dụng rợng rãi trong kỹ thuật nhiệt điện. Bộ biến tầntrong trường hợp này cung cấp năng lượng cho lò cảm ứng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 19</span><div class="page_container" data-page="19">

<b>2.2. Phân loại biến tần</b>

Biến tần được phân thành rất nhiều loại theo nhiều cách khác nhau: Theo nguyênlý làm việc, sơ đồ cấu trúc mạch điện, theo số pha,…

Theo nguyên lý làm việc, biến tần được chia ra làm hai loại chính là: Biến tần

<b>quay và biến tần tĩnh. Trong đó biến tần quay là loại máy phát điện xoay chiều và biến</b>

tần tĩnh là loại biến tần được chế tạo từ các linh kiện điện tử bán dẫn cơng suất. Có hailoại biến tần tĩnh thường gặp đó là biến tần trực tiếp và biến tần gián tiếp.

Theo sơ đồ cấu trúc mạch điện, biến tần được chia ra làm hai loại chính:

- Biến tần trực tiếp: biến đổi trực tiếp điện áp lưới với tần số công nghiệp thành điệnáp đầu ra có giá trị và tần số thay đổi. loại này ít được sử dung.

- Biến tần gián tiếp: biến đồi điện áp xoay chiều với tần sớ cơng nghiệp thành nguồnđiện mợt chiều, sau đó biến đổi điện áp một chiều này thành điện áp xoay chiều với giátrị và tần số thay đổi ở đầu ra.

Theo tổng số pha nguồn cấp, Biến tần được phân chia thành các loại như sau: - Biến tần một pha: Nguồn cấp là lưới điện 1 pha 220V, tín hiệu đầu ra là 3 pha 220V.- Biến tần ba pha: Nguồn cấp đầu vào là lưới điện 3 pha 380V và đầu ra là 380V. Đaphần các loại biến tần ngày nay đều là loại này.

Trong chương trình cũng như trong công nghiệp, hiện nay chủ yếu dùng biến tầntĩnh loại gián tiếp một pha hoặc ba pha.

<b>2.3. Nguyên lý hoạt động và sơ đồ nguyên lý mạch động lực</b>

Cấu tạo của bộ biến tần gián tiếp gồm có bợ chỉnh lưu với chức năng chỉnh lưuđiện áp xoay chiều với tần số cố định ở ngõ vào và bộ nghịch lưu thực hiện việcchuyển đổi điện áp (hoặc dòng điện) chỉnh lưu sang dạng áp hoặc dòng xoay chiều ởngõ ra. Bằng cấu trúc như trên, ta có thể điều khiển tần sớ ra mợt cách đợc lập khôngphụ thuộc tần số vào.

Các bộ biến tần gián tiếp thường hoạt động với công suất khoảng từ kW đến vàitrăm kW. Phạm vi hoạt động của tần số khoảng vài phần chục Hz đến vài trăm Hz.Công suất tới đa của chúng có thể lên đến vài MW và tần số tối đa khoảng vài chụckHz (trong kỹ thuật nhiệt điện - lò cao tần).

</div><span class="text_page_counter">Trang 20</span><div class="page_container" data-page="20">

<i><b>2.3.1. Ngun lý hoạt đợng</b></i>

<i>Hình 2.4. Ngun lý hoạt động của biến tần</i>

Nguyên lý cơ bản làm việc của biến tần cũng khá đơn giản. Đầu tiên, nguồn điệnxoay chiều một pha hay ba pha được chỉnh lưu và được đưa qua khâu lọc thành nguồnmột chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụđiện. Điện áp một chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều3 pha đối xứng. Ban 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 đóng mở IGBT (IGBT là từ viết tắt củaTranzito Lưỡng cực có Cổng Cách điện hoạt động giống như một công tắc bật và tắtcực nhanh để tạo dạng sóng đầu ra của Biến tần) của Biến tần sẽ tạo ra một điện ápXoay chiều ba pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM).

<i>Hình 2.5. Dạng điện áp và dịng điện đầu ra của biến tần</i>

Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần sớchuyển mạch xung có thể lên tới dải tần sớ cao nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ vàgiảm tổn thất trên lõi sắt động cơ. Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thểthay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tuỳ theo bộ điều khiển (khi cần tăng hoặc giảmtốc độ của động cơ). Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có mợt quy luật nhất định

</div><span class="text_page_counter">Trang 21</span><div class="page_container" data-page="21">

tuỳ theo chế độ điều khiển. Đối với tải có mơ men khơng đổi, tỉ sớ điện áp - tần số làkhông đổi.

Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại là hàm bậc 4. Điện áp là hàm bậc 4của tần số. Điều này tạo ra đặc tính mô men là hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêucầu 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 bợ linhkiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Nhờ vậy, năng lượngtiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng u cầu bởi hệ thớng.

Ngồi ra, biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phùhợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau. Ngày nay biến tần có tích hợp cả bợ PID vàthích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển vàgiám sát trong hệ thớng SCADA.

<i><b>2.3.2. Biến tần gián tiếp nguồn dịng, nguồn áp.</b></i>

<b>a. Biến tần gián tiếp nguồn áp:</b>

Hình 2.3. trình bày sơ đồ nguyên lý của biến tần gián tiếp nguồn áp:

<i>Hình 2.6. Sơ đồ nguyên lý biến tần gián tiếp nguồn áp</i>

<b>Mạch trung gian một chiều: có chứa tụ lọc với điện dung khá lớn Cf (khoảng</b>

vài ngàn F) mắc vào ngõ vào của bộ nghịch lưu. Điều này giúp cho mạch trung gianhoạt động như nguồn điện áp. Tụ điên cùng với cuộn cảm Lf của mạch trung gian tạothành mạch lọc nắn điện áp chỉnh lưu. Cuộn kháng Lf có tác dụng nắn dịng điện chỉnhlưu. Trong nhiều trường hợp, cuộn kháng Lf không xuất hiện trong cấu trúc mạch vàtác dụng nắn dịng của nó có thể được thay thế bằng cảm kháng tản máy biến áp cấpnguồn cho bộ chỉnh lưu. Do tác dụng của diode nghịch đảo bợ nghịch lưu, điện áp đặttrên tụ chỉ có thể đạt các giá trị dương. Tụ điện còn thực hiện chức năng trao đổi năng

</div><span class="text_page_counter">Trang 22</span><div class="page_container" data-page="22">

lượng ảo giữa tải của bộ nghịch lưu và mạch trung gian bằng cách cho phép dòng id2thay đổi chiều nhanh khơng phụ tḥc vào chiều của dịng id1.

<b>Bộ nghịch lưu áp: dạng mợt pha hoặc ba pha. Q trình chuyển mạch của bợ</b>

nghịch lưu áp thường là q trình chuyển đổi cưỡng bức. Trong trường hợp đặc biệt bộnghịch lưu làm việc khơng có q trình chuyển mạch hoặc với q trình chuyển mạchphụ tḥc bên ngồi. Từ đó, ta có hai trường hợp bợ biến tần với q trình chuyểnmạch đợc lập và q trình chuyển mạch phụ tḥc bên ngồi .

<b>Bộ chỉnh lưu: có nhiều dạng khác nhau, mạch tia, mạch cầu một pha hoặc ba</b>

pha. Thông thường ta gặp mạch cầu ba pha. Nếu như bộ chỉnh lưu một pha và bộnghịch lưu ba pha, bộ biến tần thực hiện cả chức năng bộ biến đổi tổng số pha.

Khi áp dụng phương pháp điều khiển theo biên độ cho điện áp tải xoay chiều rabộ chỉnh lưu phải là bộ chỉnh lưu điều khiển.

Thơng thường, bợ chỉnh lưu có dạng khơng điều khiển, bao gồm các diode mắcdạng mạch cầu. Độ lớn điện áp và tần số áp ra của bộ nghịch lưu cịn có thể điều khiểnthơng qua phương pháp điều khiển xung thực hiện trực tiếp ngay trên bộ nghịch lưu. Ởchế độ máy phát của tải (chẳng hạn khi hãm động cơ không đồng bộ), năng lượng hãmđược trả ngược về mạch một chiều và nạp cho tụ lọc Cf. Năng lượng nạp về trên tụ làmđiện áp nó tăng lên và có thể đạt giá trị lớn có thể gây quá áp. Để loại bỏ hiện tượngquá điện áp trên tụ Cf, mợt sớ biện pháp sau đây có thể thực hiện. Phương pháp đơngiản nhất là tác dụng đóng mạch xả điện áp trên tụ qua mợt điện trở mắc song song vớitụ. Việc đóng mạch xả tụ thực hiện nhờ công tắc bán dẫn S (chẳng hạn điều khiển áptụ giữa hai giá trị biên) dựa theo kết quả so sánh tín hiệu điện áp đo được trên tụ vớimột giá trị điện áp đặt trước cho phép

Một biện pháp khác là thực hiện đưa năng lượng quá áp trên tụ Cf về nguồn lướiđiện xoay chiều. Trong trường hợp này, bộ biến tần được trang bị bộ chỉnh lưu kép .Khả năng bộ chỉnh lưu kép cho phép thực hiện đảo chiều dòng điện qua bộ chỉnh lưuvà bằng cách này, trong điều kiện chiều điện áp tụ lọc không đổi dấu, năng lượng đượctrả về lưới điện xoay chiều qua bộ chỉnh lưu.

<b>b. Biến tần gián tiếp nguồn dịng</b>

Hình 2.4. trình bày sơ đồ nguyên lý của biến tần gián tiếp nguồn dòng:

</div><span class="text_page_counter">Trang 23</span><div class="page_container" data-page="23">

<i>Hình 2.7. Sơ đồ nguyên lý biến tần gián tiếp nguồn dịng</i>

Mạch trung gian chỉ có c̣n cảm Lf (khoảng vài mH). Nhờ nó, mạch trung gianthực hiện chức năng nguồn dịng điện của bợ nghịch lưu. Dịng điện của mạch trunggian có chiều khơng thay đổi. Dịng được c̣n cảm nắn thẳng. C̣n cảm cịn thựchiện chức năng trao đổi năng lương ảo giữa tải tiêu thụ và mạch trung gian. Cuộn cảmtạo điều kiện cho quá trình thay đổi chiều của điện áp u<small>d2 xảy ra nhanh chóng khơng</small>phụ tḥc vào điện áp chỉnh lưu ud1.

<b>Bộ nghịch lưu dịng: mợt pha hoặc thường gặp hơn ở dạng ba pha. Tùy theo trường</b>

hợp, có thể là bợ nghịch lưu với quá trình chuyển mạch cưỡng bức hoặc q trìnhchuyển mạch phụ tḥc. Bợ nghịch lưu dịng với q trình chuyển mạch phụ tḥc vềbản chất là bợ chỉnh lưu có q trình chuyển mạch phụ tḥc vào điện áp xoay chiềucủa tải và hoạt động trong chế đợ nghịch lưu. Từ đó, ta phân biệt các bợ biến tần vớiq trình chuyển mạch cưỡng bức và bợ biến tần với q trình chuyển mạch phụtḥc. Điều khiển bợ nghịch lưu dịng có thể thực hiện theo phương pháp điều biênhoặc dùng kỹ thuật điều chế độ rộng xung.

<b>Bộ chỉnh lưu: có nhiều dạng, mạch tia, mạch cầu, mợt pha hoặc ba pha. Khi cần địi</b>

hỏi phải truyền năng lượng theo hai chiều, ta chỉ cần bộ chỉnh lưu đơn với điện áp đổidấu được. Ta thường sử dụng mạch cầu ba pha điều khiển. Trong mọi trường hợp,dòng điện qua mạch phải được điều khiển về biên đợ. Do đó, bợ chỉnh lưu khơng điềukhiển (gồm các diode) không thể sử dụng được ở đây. Để giảm bớt hiện tượng quáđiện áp trên các chi tiết bán dẫn của bợ nghịch lưu, ta có thể sử dụng bộ nghịch lưu vớitụ hạn chế quá điện áp mắc song song với tải hoặc sử dụng mạch tích năng lượng.

</div><span class="text_page_counter">Trang 24</span><div class="page_container" data-page="24">

<b>2.4. Cấu tạo của biến tần.</b>

<i><b>2.4.1. Các bộ phận cơ bản</b></i>

<b>a. Bộ chỉnh lưu:</b>

Bộ chỉnh lưu cầu diode tương tự với các bộ chỉnh lưu thường thấy trong bợnguồn, trong đó điện áp xoay chiều được chuyển đổi thành một chiều. Điện áp sau khichỉnh lưu qua giàn tụ lọc để có điện áp phẳng, ổn định(DC bus) để cung cấp nguồncho IGBT.

<i>Hình 2.8. Hình ảnh thực tế Diode trong biến tần Fuji Electric</i>

<b>b. Bộ nghịch lưu:</b>

Thiết bị IGBT chuyển mạch nhanh và cho hiệu xuất cao. Trong biến tần, IGBTđược điều khiển kích mở theo trình tự để tạo xung với các đợ rợng khác nhau từ điệnáp DC Bus được trữ trong tụ điện.

Bằng cách sử dụng phương pháp Điều chế Độ rộng Xung PWM, IGBT có thểđược kích mở theo trình tự để đầu ra giớng với sóng dạng sin được áp dụng trên sóngmang.

PWM có thể được sử dụng để tạo đầu ra cho đợng cơ giớng hệt với sóng dạngsin. Tín hiệu này được sử dụng để điều khiển tốc đợ và mơ-men xoắn của đợng cơ.

<i>Hình 2.9. Hình ảnh thực tế các IGBT trong biến tần Fuji Electric</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 25</span><div class="page_container" data-page="25">

<b>c. Phần điều khiển:</b>

Phần điều khiển sẽ kết nối với mạch ngoại vi nhận tín hiệu đưa vào IC chính đểđiều khiển biến tần theo cấu hình và cài đặt của người sử dụng.

Phần điều khiển bao gồm:

IC chính để xử lý thông tin và điều khiển hoạt động của biến tần.Ngõ vào analog: nhận tín hiệu điện áp 4-20mA hay điện áp 0-10VNgõ vào số: để kích cho biến tần chạy

Ngõ ra analog: 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…

<i><b>2.4.2. Các phụ kiện của biến tần</b></i>

<b>a. Bộ kháng điện xoay chiều:</b>

Cuộn kháng AC là cuộn dây được quấn quanh lõi thép. C̣n kháng AC giúp giảmméo sóng hài, tức là nhiễu trên dịng xoay chiều đầu vào. Ngồi ra, C̣n kháng AC sẽgiảm biên độ đỉnh của cái gai nhọn đầu vào, giảm song hài sẽ giúp DC Bus ổn định vàtăng tuổi thọ của tụ.

<i>Hình 2.10. Mợt số hình ảnh thực tế cuộn kháng AC Reactor</i>

Cuộn kháng AC có thể hoạt đợng như mợt bợ lọc để bảo vệ mạch chỉnh lưu đầuvào khỏi nhiễu và xung nhọn gây ra do bật và tắt các tải điện cảm khác.

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

Trong các trường hợp hiếm gặp, bợ điện kháng dịng có thể được sử dụng ởphía đầu ra của Biến tần để bù cho đợng cơ có điện cảm thấp, nhưng điều này thườngkhơng cần thiết do hiệu suất hoạt động tốt của công nghệ IGBT.

<b>b. Bộ kháng điện một chiều:</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 26</span><div class="page_container" data-page="26">

Cuộn kháng DC khi được gắn vào biến tần trước tụ điện thì phần đầu vào củabiến tần như mạch mạch chỉnh lưu có bợ lọc là tụ điện và cuộn dây.

Khi gắn cuộn kháng một chiều cho biến tần sẽ giúp nguồn DC bus được ổnđịnh, năng lượng dự trữ lớn chống phần sụt áp nguồn đầu vào của biến tần nuôi nguồncho IGBT khi hoạt động với tải lớn. Ngồi ra, c̣n kháng mợt chiều sẽ giảm nhiễuquay về nguồn do biến tần gây ra. Cuộn kháng DC thường được lắp đặt giữa bộ chỉnhlưu và tụ điện trên các bộ Biến tần 7,5 kW trở lên. Cuộn kháng DC có thể nhỏ và rẻhơn C̣n kháng AC.

<i>Hình 2.11. Hình ảnh thực tế về c̣n kháng DC Reactor</i>

<b>c. Điện trở hãm:</b>

Thông thường biến tần điều khiển động cơ chạy, khi đợng cơ dừng hoặc hãmlúc đó đợng cơ chuyển thành máy phát có năng lượng lớn. Nhất là tải đứng và tải dạngthế năng, năng lượng này được trả về DC bus. Thông thường biến tần sẽ điều khiểnthời gian hãm của motor hợp lý để không xảy ra tình trạng quá tải. Nếu yêu cầu motordừng gấp thì nguồn năng lượng này sẽ phải được tiêu thụ bớt.

Điện trở hãm sẽ giúp biến tần tiêu thụ nguồn năng lượng đó.Khi điện án DC bustăng cao đến mợt trị số nhất định, biến tần sẽ kích dẫn transistor để điện áp DC bus quađiện trở hãm. Điện trở biến đổi điện năng thành nhiệt năng.

Nếu khơng có điện trở, mỗi lần giảm tớc hay hãm, biến tần có thể báo lỗi doquá áp trên DC Bus.

</div><span class="text_page_counter">Trang 27</span><div class="page_container" data-page="27">

<i>Hình 2.12. Hình ảnh thực tế về mợt số điện trở xả</i>

<b>CÂU HỎI CUỐI CHƯƠNG 2Câu 1. Nêu khái niệm và ứng dụng của biến tần?</b>

<b>Câu 2. Trình bày các phương pháp phân hoại biến tần?</b>

<b>Câu 3. Trình bày khái niệm và vẽ sơ đồ cấu trúc của biến tần trực tiếp?Câu 4. Phân tích nguyên lý hoạt động bộ biến tần trực tiếp một pha?Câu 5. Phân tích nguyên lý làm việc của biến tần trực tiếp ba pha?</b>

<b>Câu 6. Trình bày khái niệm và vẽ sơ đồ cấu trúc của biến tần gián tiếp? Tại sao</b>

trong biến tần gián tiếp cần có bợ lọc?

<b>Câu 7. Phân tích nguyên lý làm việc của biến tần gián tiếp?Câu 8. Phân biệt biến tần nguồn áp và biến tần nguồn dịng?</b>

<b>Câu 9. Trình bày các thiết bị cơ bản trong bợ điều khiển của biến tần?Câu 10. Trình bày chức năng của bộ kháng điện xoay chiều và một chiều?</b>

<b>Câu 11. Trình bày chức năng của điện trở hãm trong biến tần?</b>

<b>Câu 12. Phân tích nguyên lý hoạt động của biến tần nguồn dịng mợt pha?</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 28</span><div class="page_container" data-page="28">

<b>CHƯƠNG 3. ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN</b>

<i>Nội dung chính của chương</i>

<b>- Tìm hiểu về biến tần của hãng Siemens: MM420, MM440- Tìm hiểu biến tần Omzon</b>

<b>- Tìm hiểu biến tần LS IC5, IE5- Tìm hiểu biến tần ABB ACS 150 - Tìm hiểu biến tần Yaskawa, - Tìm hiểu biến tần Mitsubishi </b>

<i>Mục tiêu cần đạt được của chương</i>

<b>- Biết cách đọc thơng sớ biến tần từ đó biết cách lựa chọn biến tần, động cơ cho phù</b>

hợp với yêu cầu công nghệ.

<b>- Thành thạo cài đặt điều khiển một sớ dịng biến tần của các hãng: Siemens, ABB,</b>

LS, Omzon, Yaskawa, Mitsubishi.

<b>BÀI 3: BIẾN TẦN MM420 (Số tiết: 03 tiết) [2]3.1. Phương pháp điều khiển biến tần cơ bản</b>

Các phương pháp điều khiển biến tần bao gồm các phương pháp sau:

- Phương pháp điều khiển local: bao gồm các phương pháp điều khiển trên bànphím, điều khiển tương tự, điều khiển số.

+ Phương pháp điều khiển bằng bàn phím BOP

+ Phương pháp điều khiển tương tự: dùng biến trở để điều khiển thay đổi tần số.+ Phương pháp điều khiển số: dùng các đầu vào số trên biến tần để điều khiểnthay đổi tần số

<b>- Phương pháp điều khiển remote: Sử dụng PLC để điều khiển biến tần trong đó</b>

cũng bao gồm các phương pháp điều khiển như: điều khiển bằng analog, kiểudigital, truyền thông.

<b>- Phương pháp điều khiển qua cổng truyền thơng: thực tế nó là phương pháp điều</b>

khiển thực hiện kết nối giữa biến tần và PLC điều khiển thông qua cổng truyềnthông.

<b>3.2. Điều khiển cơ bản với biến tần Siemens [2]</b>

<i><b>3.2.1. Biến tần Siemens MM420</b></i>

<b>3.2.1.1. Thông số kỹ thuật, sơ đồ nguyên lý, cách đấu nối</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 29</span><div class="page_container" data-page="29">

<b>a. Các thông số kỹ thuật:</b>

- Dải điện áp đầu vào: 1 AC 200 V- 240 V

<i>Bảng 3.1. Thông số biến tần loại 1 pha, 200 V- 240 V</i>

- Dải điện áp đầu vào: 3AC 200 V- 240 V

<i>Bảng 3.2. Thông số biến tần loại 3 pha, 200 V- 240 V</i>

- Dải điện áp đầu vào: 3AC 380 V- 480 V

<i>Bảng 3.3. Thông số biến tần loại 3 pha, 380 V- 480 V</i>

<b>b. Sơ đồ nguyên lý:</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 30</span><div class="page_container" data-page="30">

<i>Hình 3.13. Sơ đồ nguyên lý biến tần Siemens MM420</i>

<b> c. Các đầu dây điều khiển và mạch lực*Các đầu nới mạch lực:</b>

- Có thể tiếp cận với các đầu nối nguồn điện vào và các đầu nối của động cơ bằng cáchtháo các phần vỏ máy phía trước.

</div><span class="text_page_counter">Trang 31</span><div class="page_container" data-page="31">

<i>Hình 3.14. Hình ảnh đầu dây mạch lực</i>

<b>* Các đầu dây điều khiển:</b>

<i>Hình 3.15. Hình ảnh các đầu dây điều khiển</i>

<b>3.2.1.2. Các thơng sớ cài đặt của biến tần.a. Các nút chức năng của biến tần</b>

<i>Hình 3.16. Hình ảnh các phím chắc năng của biến tần MM420</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 32</span><div class="page_container" data-page="32">

- Chức năng của các nút bấm trên màn hình biến tần:

<i>Bảng 3.4. Các phím chức năng</i>

- Phương thức truy cập và thay đổi thông số: Ví dụ thông số P0003- “ Mức độ truynhập”

<i>Bảng 3.5. Cách truy nhập thông số</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 33</span><div class="page_container" data-page="33">

<b>- Cài đặt mặc định:</b>

- Bộ biến tần MCROMASTER 420 được cài đặt mặc định khi xuất xưởng sao cho cóthể vận hành được mà khơng cần cài đặt thêm bất kỳ thông số nào nữa. Để đạt đượcđiều này, các thông số của động cơ được kết nối với biến tần phải có thơng sớ địnhmức phù hợp với thông số cài đặt mặc định (P0304, P0305, P0307, P0310) tương ứngvới động cơ 1LA7 - 4 cực của Siemens (hãy xem các thông số định mức ghi trênnhãn).

- Các thông số mặc định khác:+ Các nguồn lệnh P0700 = 2+ Nguồn điểm đặt P1000 = 2

+ Chế độ làm mát đợng cơ: P0335 = 0+ Giới hạn dịng điện: P0640 = 150%+ Tần số nhỏ nhất: P1080 = 0 Hz+ Tần số lớn nhất: P1082 = 50 Hz+ Thời gian tăng tốc: P1120 = 10 s+ Thời gian giảm tốc: P1121 = 10 s+ Chế độ điều khiển: P1300 = 0- Các đầu vào tương tự, số:

</div><span class="text_page_counter">Trang 34</span><div class="page_container" data-page="34">

<i>Hình 3.17. Sơ đồ đấu dây khi cài đặt mặc định</i>

- Giải thích:

<i>Bảng 3.6. Các chân điều khiển</i>

<b>+ Khoá chuyển đổi DIP 50/60 HZ:</b>

- Tần số định mức mặc định cho động cơ của bộ biến tần MICROMASTER là 50 Hz.Đối với động cơ được thiết kể chạy ở tần sớ định mức 60Hz, các bợ biến tần có thểđược đặt ở tần sớ này nhờ sử dụng khố chuyển DIP 50/60 Hz.

+ Vị trí OFF: các thông số măc định của Châu Âu (tần số định mức của động cơ = 50Hz, công suất tính theo kW…)

+ Vị trí ON: Các thông số mặc định của Bắc Mỹ (tần số định mức của động cơ = 60Hz, công suất tính theo hp….).

</div><span class="text_page_counter">Trang 35</span><div class="page_container" data-page="35">

<i>Hình 3.18. Hình ảnh khóa chuyển đổi DIP</i>

<b>- Giới thiệu một sớ thơng số cơ bản:</b>

- Bộ biến tần tương thích với động cơ nhờ sử dụng chức năng cài đặt thông số nhanh,và các thông số kĩ thuật quan trọng sẽ được cài đặt. Cài đặt nhanh không cần đượcthực hiện nếu thông số định mức của động cơ ghi trong bộ biến tần FU (ví dụ động cơtiêu chuẩn 1LA 4 cực của Siemens) thích hợp với thông số định mức ghi trên nhãn củađộng cơ đang nối vào biến tần. Các thơng sớ có ký hiệu’ *’ có khả năng cài đặt nhiềuhơn các khả năng được liệt kê dưới đây. Hãy xem danh sách thông số để biết thêm cáckhả năng cài đặt khác.

<b>+ P0003: Mức truy nhập của người dùng *.</b>

1: Mức cơ bản: Cho phép truy nhập tới những thông số thường dùng nhất (giá trịmặc định)

2: Mở rộng: Ví dụ truy nhập đến các các chức năng I/O3: Chuyên gia (chỉ dành cho chuyên gia)

<b>+ P0010: Cài đặt thông số *</b>

0: Sẵn sàng (giá trị mặc định)1: Cài đặt nhanh

30” Cài đặt tại nhà máy

Chú ý: P0010 nên được để ở 1 để cài đặt thông số định mức trên nhãn của động cơ.

<b>+ P0100: Tiêu chuẩn Châu Âu/ Bắc Mỹ</b>

0: Châu Âu [KW], tần số mặc định 50Hz (giá trị mặc định)1: Bắc Mỹ [hp], tần số mặc định 60Hz

</div><span class="text_page_counter">Trang 36</span><div class="page_container" data-page="36">

<b>+ P0305: Dòng điện định mức động cơ</b>

Dòng điện định mức [A] ghi trên nhãn của động cơ.

<b>+ P0307: Công suất định mức động cơ</b>

Công suất định mức [kW/hp] ghi trên nhãn của động cơ. Nếu P0100 = 0 hoặc 2,giá trị tính theo đơn vị kW. Nếu P0100 = 1, giá trị tính theo đơn vị hp.

<b>+ P0308: Hệ số Cosϕ định mức động cơ</b>

Hệ số công suất định mức (cosϕ) ghi trên nhãn. Nếu như cài đặt là 0, giá trị được) ghi trên nhãn. Nếu như cài đặt là 0, giá trị đượctự đợng tính tốn. Nếu P0100 = 1,2 thì P0308 khơng có ý nghĩa nên khơng cần nhập.

<b>+ P0309: Hiệu suất định mức động cơ</b>

Hiệu suất định mức của động cơ theo [%] được ghi trên nhãn. Cài đặt là 0, giá trịtự được tính toán. Nếu P0100 = 0 thì P0309 khơng có ý nghĩa, khơng cần nhập.

<b>+ P0335: Chế độ làm mát động cơ (Chọn hệ thống làm mát động cơ)</b>

0: Làm mát tự nhiên: Sử dụng trục gá quạt được gắn với động cơ.1 Làm mát cưỡng bức: Sử dụng quạt làm mát cấp nguồn riêng

<b>+ P0640: Hệ số quá tải động cơ (giá trị mặc định 150%)</b>

Hệ số quá tải của động cơ tính theo [%] tương ứng với P0305. Hệ số này xácđinh giới hạn dòng điện vào lớn nhất bằng a% dịng điện định mức của đợng cơ(P0305).

</div><span class="text_page_counter">Trang 37</span><div class="page_container" data-page="37">

<b>+ P0700: Chọn nguồn lệnh (nhập nguồn lệnh)</b>

0: Cài đặt mặc định1: BOP (bàn phím)

2: Đầu nối (giá trị mặc định: 2)4: USS trên đường chuyền BOP5: USS trên đường chuyền COM6: CB trên đường chuyền COM

<b>+ P1000: Lựa chọn điểm đặt tần số</b>

<b>+ P1080: Tần số nhỏ nhất ( nhập tần số nhỏ nhất cho động cơ, đơn vị Hz). Giá trị</b>

</div><span class="text_page_counter">Trang 38</span><div class="page_container" data-page="38">

<b>+ P1135: OFF3 Thời gian giảm tốc. (nhập thời gian giảm tốc dừng nhanh bằng s).</b>

giá trị mặc định 5s.

Xác định thời gian để động cơ giảm từ tần số lớn nhất xuống trạng thái dừng hẳnđể thực hiện lệnh OFF3.

<b>+ P1300: Phương pháp điều khiển ( Nhập kiểu điều khiển theo yêu cầu)</b>

0: V/f kiểu tuyến tính (giá trị mặc định)1: V/f FCC

2: V/f kiểu đường parabol3: V/f kiểu có thể lập trình được

<b>+ P3900: Kết thúc quá trình cài đặt nhanh thơng sớ ( bắt đầu q trình tính tốn</b>

3: Bắt đầu quá trình cài đặt nhanh chỉ dành cho các dữ liệu của động cơ

CHÚ Ý: Với P3900 = 1,2,3 - P0340 tự đặt tới 1 và các dữ liệu phù hợp được tính toán

<b>3.2.1.3. Cài đặt biến tần theo phương pháp V/f và PIDa. Cài đặt biến tần theo phương pháp V/f</b>

- Để cài đặt biến tần theo phương pháp V/f ta cài đặt thông số P1300 như sau:

<b>P1300: Kiểu điều khiển ( Nhập kiểu điều khiển theo yêu cầu)</b>

0: V/f kiểu tuyến tính (giá trị mặc định)1: V/f FCC

2: V/f kiểu đường parabol3: V/f kiểu có thể lập trình được

<b>b. Cài đặt biến tần theo phương pháp PID</b>

- Đề cài đặt biến tần theo phương pháp PID, ta tiến hành cài đặt các thông số sau:

<b>+ P2200: Kích hoạt bộ điều khiển PID. Giá trị mặc định: 0</b>

Chế độ PID cho phép người sử dụng kích hoạt/ không kích hoạt bộ điều khiển PID.Chế độ cài đặt tới giá trị 1 sẽ kích hoạt bộ điều khiển PID vịng kín và sẽ tự đợng loại

</div><span class="text_page_counter">Trang 39</span><div class="page_container" data-page="39">

bỏ thời gian tăng tốc/giảm tốc được đặt trước ở P1120 và P1121 cùng điểm đặt tần sốthông thường.

<b>+ P2253: Điểm đặt PID. Giá trị mặc định: 0</b>

Xác định nguồn điểm đặt cho đầu vào PID

<b>+ P2254: Nguồn PID bù trừ. Giá trị mặc định: 0</b>

Chọn nguồn bù trừ cho điểm đặt PID. Tín hiệu này được nhân với hệ số bù trừ và cộngvào với giá trị điểm đặt PID.

<b>+ P2257: Thời gian tăng tốc cho điểm đặt PID. Giá trị mặc định: 1s</b>

Đặt thời gian tăng tốc cho điểm đặt PID

<b>+ P2258: Thời gian giảm tốc cho điểm đặt PID. Giá trị mặc định: 1s</b>

Đặt thời gian giảm tớc cho điểm đặt PID

<b>+ P2264: CI: Tín hiệu phản hồi PID. Giá trị mặc định 755</b>

Chọn nguồn cho tín hiệu phản hồi PID.

<b>+ P2267: Giá trị tín hiệu phản hồi PID lớn nhất. giá trị mặc định: 100%</b>

Đặt giới hạn trên cho giá trị tín hiệu phản hồi theo [%]

<b>+ P2268: Giá trị tín hiệu phản hồi PID nhỏ nhất. giá trị mặc định: 0%</b>

Đặt giới hạn dưới cho giá trị tín hiệu phản hồi theo [%]

<b>+ P2280: Hệ số tỉ lệ của bộ điều khiển PID. Giá trị mặc định: 3</b>

Cho phép người sử dụng cài đặt hệ số tỉ lệ cho bộ điều khiển PID

<b>+ P2285: Hằng sớ thời gian tích phân PID. Giá trị mặc định: 0 s</b>

Cài đặt hằng số thời gian tích phân cho bộ điều khiển PID

<b>+ P2291: Giới hạn trên của đầu ra PID. Giá trị mặc định: 100%</b>

Đặt giới hạn trên cho đầu ra của bộ điều khiển PID theo [%]

<b>+ P2292: Giới hạn dưới của đầu ra PID. Giá trị mặc định: 0%</b>

<i>Bảng 3.7. Bảng thông số kỹ thuật</i>

</div><span class="text_page_counter">Trang 40</span><div class="page_container" data-page="40">

<i><b>3.2.2. Biến tần Siemens MM440</b></i>

<b>3.2.2.1. Sơ đồ nguyên lý*Các thông số kỹ thuật:</b>

- Với dải điện áp đầu vào: 1 AC 200 V- 240 V, ±10%, ta có bảng thơng sớ kỹ thuậtsau:

<i>Bảng 3.8. Thơng số các loại model biến tần 1 pha, 200 V- 240 V</i>

- Dải điện áp đầu vào: 3 AC 200 V- 240 V, ±10%, ta có bảng thơng sớ kỹ thuật sau:

<i>Bảng 3.9. Thông số các loại model biến tần 3pha 200 V- 240 V</i>

<b>- Với dải điện áp đầu vào: 3 AC 380 V- 480 V, ±10%, bảng thông số kỹ thuật sau: </b>

<i>Bảng 3.10. Thông số các loại model biến tần 3pha, 380 V- 480 V</i>

</div>