đồ án điều khiển động cơ đồ án bơm điều khiển lưu lượng

BỘ GIAO THÔNG VẬN TẢI
ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BÁO CÁO ĐỒ ÁN
MÔN: KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
GVHD: TS. LÊ QUANG ĐỨC


1
MỤC LỤC
PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG.
1. Giới thiệu đề tài.
2. Giải pháp sơ bộ.
PHẦN II: CHỌN THIẾT BỊ.
1. Chọn máy bơm.
2. Chọn biến tần.
3. Thiết bị phụ kiện và bảo vệ biến tần.
4. Thiết bị bảo vệ mạch động lực.
4.1 MCCB.
4.2 Chọn Contactor.
4.3 Cáp động lực.
5. Thiết bị bảo vệ mạch điều khiển.
5.1 Nút nhấn.
5.2 Đèn báo.
6. Chọn cảm biến siêu âm.
7. Chọn bộ điều khiển cấp / thoát nước.
8. Chọn Relay.
9. MCB mạch điều khiển.
10.Biến áp nguồn cách ly.
11.Bộ nguồn 24V DC.

PHẦN III: ĐẤU NỐI MẠCH ĐỘNG LỰC – MẠCH ĐIỀU KHIỂN.
PHẦN IV: CÀI ĐẶT BIẾN TẦN ACS310.
PHẦN I: GIỚI THIỆU CHUNG.
1. GIỚI THIỆU ĐỀ TÀI.
2
Đề tài: Một bơm công suất bơm 500l/min bơm vào bồn nước có độ cao 25m.Nước
từ bồn được cung cấp xuống cho chung cư sử dụng.Yêu cầu :
-Yêu cầu điều khiển lưu lượng bơm làm sao để mức nước của bồn là không đổi
(500l/min độ cao 25m).
-Bơm dừng khi bồn trên tràn nước, hoặc bồn dưới hết nước
-Bơm tự động chạy lại khi hết sự cố điện hoặc nước .
-Bơm dừng khi quá áp do kẹt đường ống.
-Bảo vệ quá nhiệt động cơ bằng RTH .
Hãng : ABB.
2. GIẢI PHÁP SƠ BỘ.
Sử dụng biến tần để điều khiển tốc độ, tiết kiệm năng lượng, giảm sốc
cơ khí và chi phí vận hành.
Sử dụng biến tần điều khiển theo luật U/F và có hệ thống PID.
PHẦN II: CHỌN THIẾT BỊ.
Phân tích đặc tính cơ của máy sản xuất:
Đặc tính cơ của máy sản xuất cũng là mối quan hệ giữa tốc độ quay của máy sản
suất và moment cản của máy sản xuất M
C
= f(ω). Máy sản xuất rất đa dạng, do đó đặc
tính cơ của máy sản xuất cũng rất đa dạng tuy vậy phần lớn nó đựoc biểu diễn dưới dạng
biểu thức tổng quát sau:
3

α
ω

ω
))((
dm
COdmCOC
MMMM
−+=
(1.2)
trong đó:
M
co
: moment ứng với tốc độ ω = 0
M
dm
: moment ứng với tốc độ định mức ω
đm
.
M
c
: moment ứng với tốc độ ω,
Chế độ làm việc: dài hạn, đặc điểm là nhiệt độ của máy đạt giá trị ổn định.
Điều khiển tốc độ: làm cho áp suất ổn định ( không thay đổi áp suất ).
1. CHỌN MÁY BƠM.
a) Yêu cầu kĩ thuật:
Mục đích: bơm nước cho tòa nhà cao 25m, lưu lượng tối đa 500l/min.
Nên chọn bơm chuyên dụng cho việc cấp nước.
b) Thông số kỹ thuật:
• Hãng sản xuất:
Sea-land
4
• Xuấtxứ :

Italy
• Model:
CN 40-40
• Công suất định mức
3 KW
• Dòng điện
6,8 A
• Cột áp(m)
25,5 m
• Lưu lượng
500l /min
.
5
6
c) Phân tích đặc tính cơ:
d) Chế độ làm việc:
Lưu lượng tỉ lệ theo tốc độ động cơ.
Điểm làm việc của bơm là giao điểm của đường đặc tính cơ của bơm và đường đặc tính
làm việc của biến tần.
e) Các yêu cầu điều khiển và bảo vệ chính:
7
Yêu cầu bảo vệ:
• Bảo vệ vật lý: Giá bơm được đặt trên nền cứng, giữ cố định thân bơm.
• Bảo vệ điện: Nối mát cho máy bơm.
2. CHỌN BIẾN TẦN.
Biến tần sử dụng là của hãng ABB.
a) Yêu cầu kĩ thuật:
• Chọn theo công suất động cơ.
• Toàn bộ hệ thống bơm, quạt sẽ được điều khiển thông qua biến tần.
• Với phương pháp điều khiền U/f.

• Có các chức năng bảo vệ: quá áp, thấp áp, quá nhiệt, bảovệ nhiệt động cơ, bảo vệ ngắn
mạch, đảo pha, kẹt rotor…
Sử dụng biến tần của hãng ABB, series ACS310.
Model: ACS310-03U-09A7-4.
Mô tả:
Đây là dòng biến tần được sản xuất chuyên dụng điều khiển bơm và quạt cho
những ứng dụng nhằm làm giảm lượng quá tải, như hệ thống điều hòa không khí
trong tòa nhà, nhà máy công nghiệp, hệ thống thông, chiết gió, hệ thống dẫn lưu,
hệ thống cung cấp nước rất phù hợp cho dự án này.
8
* Tính năng nổi bật:
o Nhiều tính năng nổi bật cho điều khiển bơm và quạt (PFC và SPFC).
o Điều khiển nhiều bơm và quạt song song.
o Tích hợp bộ điểu khiển PID.
o Chức năng làm sạch và làm đầy đường ống.
o Thiết kế nhỏ gọn với chiều cao và chiều sâu đồng nhất.
b) Thông số kĩ thuật:
Thông số:
Công suất định mức 4 (kW)
Dòng ngõ vào định mức 9.7 A
Dòng ngõ ra định mức 8.8A
Mức điện áp định mức 3 phase 380~480V
Dải điều khiển tốc độ 0.5~400 Hz
Khả năng chịu quá tải 1.1 x I
2N
trong 1 phút/10 phút
Nhiệt độ hoạt động -10 – 40
0
C, max. 50
0

C
9
3. THIẾT BỊ PHỤ KIỆN VÀ BẢO VỆ BIẾN TẦN
3.1 Điện trỡ hãm:
Nhóm không dùng thêm điện trở hãm vì các lí do kỹ thuật sau:
+ Chúng ta thường gắn điện trở hãm đối với động cơ có công suất lớn nhưng
với đề tài của nhóm thì công suất của động cơ không lớn lắm, chỉ 4kW.
+ Hệ thống tải bơm quạt không yêu cầu hãm động năng.
10
4. THIẾT BỊ BẢO VỆ MẠCH ĐỘNG LỰC
4.1 MCCB:
Sử dụng MCCB của ABB
a) Yêu cầu kĩ thuật:
• MCCB là thiết bị điện dùng để đóng ngắt mạch điện, có công dụng bảo vệ quá
tải, ngắn mạch sụt áp… mạch điện.
• Chế độ làm việc định mức của MCCB phải là chế độ làm việc dài hạn (trị số
dòng điện định mức chạy qua MCCB lâu tùy ý).
• Mạch dòng điện của MCCB phải chịu được dòng điện lớn (khi có ngắn mạch)
lúc các tiếp điểm của nó đã đóng hay đang đóng.
• MCCB phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn, có thẻ vài chục KA.Sau
khi ngắt dòng điện ngắn mạch, MCCB đảm bảo vẫn làm việc tốt ở trị số dòng
điện định mức.
• MCCB phải có thời gian đóng cắt bé .
b) Thông số kĩ thuật:
11
Catalogue Trang18
 Chọn MCCB A1 125A order code 066510
 Dòng định mức In=15A
 Dòng ngắn mạch Ics=300A
 Icu=10kA

4.2 CHỌN CONTACTOR:
a) Yêu cầu kĩ thuật:
• Contactor là một loại thiết bị điện dùng để đóng ngắt các tiếp điểm, điện áp
định mức của Contactor là điện áp của mạch điện tương ứng.
• Dòng điện định mức của contactor là dòng điện định mức đi qua tiếp điểm
chính trong chế độ làm việc lâu dài.
• Khả năng đóng cắt của Contactor điện xoay chiều đạt bội số đến 10 lần dòng
điện định mức với phụ tải điện cảm. Khả năng đóng Contactor điện xoay chiều
dùng để khởi động động cơ điện cần phải có khả năng đóng từ 4 đến 7 lần I
đm
.
12
• Tiếp điểm chính của Contactor cho phép một dòng điện lớn đi qua (khoảng 10
lần dòng định mức) mà lực điện động không làm tách rời tiếp điểm.
• Tính ổn định nhiệt tốt (tiếp điểm không bị nóng chảy, hàn dính khi dòng ngắn
mạch chạy qua trong 1 khoảng thời gian).
b) Thông số kĩ thuật:
Hãng sản xuất: ABB
Mã hàng 1SBL136001R2310 SAI
ĐIỆN ÁP CUỘN COIL 220V.
Catalog trang 9.
4.3 CÁP ĐỘNG LỰC.
13
a) Chọn dây cáp mạch động lực:
Khi chọn cáp, khách hàng cần xem xét những yếu tố sau:
- Dòng điện định mức
- Độ sụt áp
- Dòng điện ngắn mạch
- Cách lắp đặt
Sử dụng cáp cách điện PVC hãng CADIVI.

• Yêu cầu: I
đm
> I
đmbiếntần
( =9.7A)
• Thông số:
S = 1.5 mm
2

I
đm
= A.
b) Chọn dây cáp mạch điều khiển:
14
*Thông số:
S = 0.5 mm
2
, I
đm
= 5 A.
5. THIẾT BỊ BẢO VỆ MẠCH ĐIỀU KHIỂN.
5.1. NÚT NHẤN:
a) Yêu cầu kĩ thuật:
Bền, phù hợp với yêu cầu làm việc.
b) Thông số kĩ thuật:
• Hãng sản xuất OMRON.
• Model A22R-FG-10M.
• Điện áp định mức U
đm
= 220V.

15
5.2 ĐÈN BÁO:
a) Yêu cầu kĩ thuật:
• Đèn báo loại LED, điện áp 220V.
b) Thông số kĩ thuật:
• Hãng sản xuất OMRON
• Model:M22-E(G/R/Y)-T2
6. CHỌN CẢM BIẾN SIÊU ÂM.
a) Yêu cầu kĩ thuật:
• Cho biết được chính xác mực nước.
16
• Có thể tác động điều chỉnh được.
• Cho tín hiệu ra là analog để biến tần có thể điều khiển dễ dàng.
b) Thông số kĩ thuật:
Hãng sản xuất: Omron.
Tên: E4PA-LS200-M1-N.
Điện áp định mức 10-30VDC.
• Các thông số :
• Sơ đồ đấu nối:
17
7. CHỌN BỘ ĐIỀU KHIỂN CẤP / THOÁT NƯỚC .
Chọn Bộ điều khiển mức nước 61F-GR của Omron.

• Nguồn cấp: 110/220VAC.
• Điện áp điện cực: 8VAC.
• Khoảng cách cáp nối điện cực: 1km max.
• Nhiệt độ làm việc: -10
o
C~55
o

C.
• Tuổi thọ: Điện: 500 000 lần tối thiểu, Cơ : 5.000.000 lần tối thiểu.
Catalog trang 7
8. CHỌN RELAY.
Chọn relay của hãng ABB.
MÃ HÀNG CR-M230AC2.
ĐIỆN ÁP 230VAC.
2NC/NO.
18
CATALOG TRANG 232
CATALOG TRANG 332
9. MCB MẠCH ĐIÊU KHIỂN.
19
Số cực : 2P.
Dòng điện định mức : 4A.
Dòng cắt : 6kA.
Điện áp định mức : 230/400 V.
10. BIẾN ÁP NGUỒN CÁCH LY.
mã hàng ST-1000VS-BACL của hãng STAND
20
Điện áp ra: 220V.
Công suất: 1KVA.
11. BỘ NGUỔN 24V DC.
-Yêu cầu kỹ thuật: Vì sử dụng cảm biến siêu âm, ta nên dùng một nguồn
nuôi riêng để cảm biến hoạt động ổn định.
Mã số: 1606-XPL15E hãng RockWell
Điện áp vào/ra 240VAC/24VDC
Công suất 15W
Dòng điện ra 0.6A
12.Chọn PTC đầu dò nhiệt điện trở.(PTC thermistor probes)

 Yêu cầu dò nhiệt độ trên cuộn dây của động cơ để bảo vệ quá nhiệt cho động
cơ.
21
Lựa chọn: PTC có thông số kỹ thuật như sau.
Mã hiệu : DA1-TT090
Thông số kỹ thu ật:
Nhiệt độ làm việc : 90
0
C
Khối lượng : 0.01 kg
(catalog PTC trang 5)
 Chọn Contac nhiệt .
Yêu cầu nhận tín hiệu nhiệt từ PTC đóng cắt.
Lựa chọn của hãng telemecanique thông số kỹ thuật như sau.
Mã hiệu : LT3-SA00M
Thông số kỹ thuật :
Nguồi nuôi: 115/230
Tiếp điệm phụ : N/C+N/O

(catalog PTC trang 4)
PHẦN III. ĐẤU NỐI MẠCH ĐỘNG LỰC – MẠCH ĐIỀU KHIỂN.
Nhiệm vụ, yêu cầu và các bộ phận trong mạch động lực:
Nguồn điện áp vào 3 pha: 380VAC/ 50Hz.
22
• Bộ lọc ngõ vào EMC : Khi bộ biến tần hoạt động các dây điện động lực của nó có
thể sinh ra từ gây nhiễu. Bộ lọc EMC có tác dụng sẽ làm giảm thiểu tác dụng
nhiễu.
• MCCB :
- Thiết bị đóng cắt bằng tay, có tác dụng cách ly các thiết bị với nguồn và bảo vệ
khi ngắn mạch.

- Yêu cầu kỹ thuật: phải có dòng điện,điện áp,công suất định mức phù hợp với các
thiết bị điện,dòng ngắn mạch có khả năng chịu đựng dòng điện lớn nhất của tiếp
điểm MCCB trong thời gian 1s phải đủ lớn.
• Contacto r:
• Thiết bị đóng cắt điều khiển.
• Yêu cầu kỹ thuật: Có dòng điện định mức đủ để cung cấp cho hệ thống.
• Cảm biến siêu âm :
- Phản hồi mức về biến tần để biến tần điều khiển tốc độ động cơ làm mức nước
luôn ổn định.
- Yêu cầu kỹ thuật: Có khoảng giá trị đo phù hợp với yêu cầu thực tế.
• Bảo vệ ngắn mạch dùng MCCB
• Bảo vệ nối đất biến tần và động cơ.
• Sử dụng cảm biến để hồi tiếp giá trị mức nước.
• Sử dụng bộ nguồn 24V DC để cung cấp nguồn cho cảm biến.
• Input choke : lọc nhiễu sóng hài từ đường dây ở nguồn tới biến tần .
• Output choke : lọc nhiễu sóng hài từ biến tần xuống động cơ .
MẠCH ĐỘNG LỰC:
23
• NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG MẠCH ĐIỀU KHIỂN:
Đóng MCCB ở mạch động lực và MCB mạch điều khiển, nhấn nút ON cuộn hút
contactor KM có điện đóng tiếp điểm bên mạch đông lực cấp nguồn cho biến tần và bộ
điều khiển kiểm tra mức X1,X2; đồng thời đóng tiếp điểm tự giữ bên mạch điều khiển để
duy trì nguồn điện, đèn SUPPLY sáng.
Nhấn START thì cuộn hút role CR1 có điện đóng tiếp điểm thường hở bên biến tần điều
khiển động cơ quay để hệ thống hoạt động. Tiếp điểm thường mở bên mạch điều khiển
được đóng lại để duy trì dòng qua CR1, đèn báo RUN sáng.
Nhấn STOP để dừng động cơ. Khi đó, cuộn hút role CR1 mất điện và đèn RUN tắt. Cuộn
hút role CR1 mất điện nên tiếp điểm của nó bên mạch động lực mở ra động cơ dừng hoạt
động.
24

Khi đầu dò nhiệt độ của bộ PTC nóng trên nhiệt độ cho phép thì lập tức sẽ tác đông tới
tiếp điểm 95-96 thường đóng sẽ mở ra, ngắt nguồn mach diều khiển và động lực, đồng
thời tiếp điểm 97-98 thường hở sẽ đóng lại đèn báo động H sẽ sang lên
Khi bồn trên tràn nước thì tiếp điểm thường đóng của X1 mở ra làm cho cuộn hút role
CR1 mất điện nên tiếp điểm của nó bên mạch động lực mở ra làm cho động cơ dừng
bơm.
Tương tự khi bồn dưới hết nước tiếp điểm thường mở của X2 vẫn mở ra làm cho cuộn
hút role CR1 mất điện nên tiếp điểm của nó bên mạch động lực mở ra làm cho động cơ
dừng bơm.
Trong trường hợp xuất hiện lỗi khi động cơ đang hoạt động (quá momen, quá dòng, thấp
áp…), tiếp điểm thường đóng của role output trong biến tần sẽ mở ra và tiếp điểm thường
mở đóng lại làm cho cuộn hút role CR2 có điện đóng tiếp điểm thường hở của CR2 ,đèn
ERROR sáng; đồng thời cuộn hút role CR3 có điện mở tiếp điểm thường đóng của CR3
làm cho cuộn hút role CR1 mất điện làm cho động cơ dừng hoạt động.
MẠCH ĐIỀU KHIỂN:
25