BÁO CÁO THỰC TẬP-ìm hiểu ứng dụng của biến tần trong thang máy hộ gia đình 7 tầng

Mở đầu:

Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện
tử đã được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Trong lĩnh vực điều khiển được
áp dụng nhiều trong sản xuất công nghiệp không thể thiếu các dây chuyền tự động
hóa để vận hành các hệ thống phức tạp trong nhà máy. Trong công nghiệp rất nhiều
máy sản xuất yêu cầu phải điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động với phạm vi rộng
và chất lượng điều chỉnh tốt. Với sự ra đời và phát triển của hệ truyền động điều
chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha bằng phương pháp thay đổi tần số
nguồn cấp cho các mạch stator nhờ các bộ biến tần đã giải quyết được rất nhiều vấn
đề mà thực tế sản xuất yêu cầu. Là trong những thiết bị điều khiển động cơ ba pha
với độ chính xác cao, công suất lớn, giá thành rẽ và tiết kiệm được năng lượng.
Đề tài “ tìm hiểu ứng dụng của biến tần trong thang máy hộ gia đình 7 tầng”
nên em đi sâu vào một biến tần cụ thể được sử dụng rộng rãi hiện nay là biến tần
Mitsubishi FR700 với phương thức điều khiển là điều chế độ rộng xung PWM được
ứng dụng vào hệ truyền biến tần động cơ không động bộ nâng hạ cabin thang máy.
Do kiến thức còn hạn chế nên để làm được đồ án này, e xin chân thành cảm
ơn đến thầy TS.Đinh Văn Thắng GV Điện-Điện Tử của trường Đại Học Mỏ-Địa
Chất Hà Nội.
Toàn bộ nội dung đồ án của em được trình bày với các nội dung sau đây:
Chương 1 – tổng quan về biến tần
Chương 2 – Tìm hiểu biến tần mitsubishi FR 700
Chương 3 - ứng dụng biến tần mitsubishi FR 700 vào thang máy 7 tầng.
Trong quá trình thực hiện đồ án cũng không tránh được nhiều thiếu sót, rất mong
sự góp ý của các thầy cô giáo . Em xin cảm ơn

1
CHƢƠNG I : TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN

1. Biến tần và tầm biến trọng của biến tần trong công nghiệp.
Với sự phát triển như vũ bão về chủng loại và số lượng của các bộ biến tần, ngày
càng có nhiều thiết bị điện – điện tử sử dụng các bộ biến tần, trong đó một bộ phận
đáng kể sử dụng biến tần phải kể đến chính là bộ biến tần điều khiển tốc độ động cơ
điện.
Trong thực tế có rất nhiều hoạt động trong công nghiệp có liên quan đến tốc độ
động cơ điện. Đôi lúc có thể xem sự ổn định của tốc độ động cơ mang yếu tố sống
còn của chất lượng sản phẩm, sự ổn định của hệ thống… Ví dụ: máy ép nhựa làm
đế giầy, cán thép, hệ thống tự động pha trộn nguyên liệu, máy ly tâm định hình khi
đúc… Vì thế, việc điều khiển và ổn định tốc độ động cơ được xem như vấn đề
chính yếu của các hệ thống điều khiển trong công nghiệp.
Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông
số nguồn như điện áp hay các thông số mạch như điện trở phụ, thay đổi từ thông …
Từ đó tạo ra các đặc tính cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu
cầu của phụ tải cơ. Có hai phương pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ:
 Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khí tức là biến đổi tỷ số truyền chuyển
tiếp từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản xuất.
 Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện. Phương pháp này làm giảm tính phức
tạp của cơ cấu và cải thiện được đặc tính điều chỉnh, đặc biệt linh hoạt khi
ứng dụng các hệ thống điều khiển bằng điện tử. Vì vậy, bộ biến tần được sử
dụng để điều khiển tốc độ động cơ theo phương pháp này.

Khảo sát cho thấy:
- Chiếm 30% thị trường biến tần là các bộ điều khiển moment.
- Trong các bộ điều khiển moment động cơ chiếm 55% là các ứng dụng quạt
gió, trong đó phần lớn là các hệ thống HAVC (điều hòa không khí trung
tâm),chiếm 45% là các ứng dụng bơm, chủ yếu là trong công nghiệp nặng.
- Nâng cấp cải tạo các hệ thống bơm và quạt từ hệ điều khiển tốc độ không đổi
lên hệ tốc độ có thể điều chỉnh được trong công nghiệp với lợi nhuận to lớn
thu về từ việc tiết giảm nhiên liệu điện năng tiêu thụ.
Tính hữu dụng của biến tần trong các ứng dụng bơm và quạt
- Điều chỉnh lưu lượng tương ứng với điều chỉnh tốc độ Bơm và Quạt.
- Điều chỉnh áp suất tương ứng với điều chỉnh góc mở của van.
- Giảm tiếng ồn công nghiệp.
- Năng lượng sử dụng tỉ lệ thuận với lũy thừa bậc ba của tốc độ động cơ.
- Giúp tiết kiệm điện năng tối đa.
Như tên gọi, bộ biến tần sử dụng trong hệ truyền động, chức năng chính là thay
đổi tần số nguồn cung cấp cho động cơ để thay đổi tốc độ động cơ nhưng nếu chỉ
thay đổi tần số nguồn cung cấp thì có thể thực hiện việc biến đổi này theo nhiều
phương thức khác, không dùng mạch điện tử. Trước kia, khi công nghệ chế tạo linh
2
kiện bán dẫn chưa phát triển, người ta chủ yếu sử dụng các nghịch lưu dùng máy
biến áp. Ưu điểm chính của các thiết bị dạng này là sóng dạng điện áp ngõ ra rất tốt
(ít hài) và công suất lớn (so với biến tần hai bậc dùng linh kiện bán dẫn) nhưng còn
nhiều hạn chế như:
o Giá thành cao do phải dùng máy biến áp công suất lớn.
o Tổn thất trên biến áp chiếm đến 50% tổng tổn thất trên hệ thống
nghịch lưu.
o Chiếm diện tích lắp đặt lớn, dẫn đến khó khăn trong việc lắp đặt, duy
tu, bảo trì cũng như thay mới.
o Điều khiển khó khăn, khoảng điều khiển không rộng và dễ bị quá điện
áp ngõ ra do có hiện tượng bão hoà từ của lõi thép máy biến áp.

Ngoài ra, các hệ truyền động còn nhiều thông số khác cần được thay đổi, giám
sát như: điện áp, dòng điện, khởi động êm (Ramp start hay Soft start), tính chất tải
… mà chỉ có bộ biến tần sử dụng các thiết bị bán dẫn là thích hợp nhất trong trường
hợp này
2. Phân loại biến tần.
Về nguyên lý, biến tần được chia làm 2 loại
- Biến tần trực tiếp
- Biến tần gián tiếp.
2.1. Biến tần trực tiếp
Biến tần trực tiếp là bộ biến đổi tần số trực tiếp từ lưới điện xoay chiều không
thông qua khâu trung gian một chiều. Tần số ra được điều chỉnh nhảy cấp và nhỏ
hơn tần số lưới ( f
1
< f
lưới
). Loại biến tần này hiện nay ít được sử dụng.
Các phương thức hay dùng các dạng như sau:
- Biến đổi điện áp một pha AC/AC.
- Biến đổi điện áp ba pha AC/AC.
- Biến tần trực tiếp một pha vào một pha ra ( SISO).
- Biến tần trực tiếp ba pha vào một pha ra (TISO).
- Biến tần trực tiếp ba pha vào ba pha ra ( TITO)
- Biến tần đường bao ( Matrix)
Tất cả bộ biến đổi điện áp AC/AC từ nguồn AC với tần số và điện áp cao hơn
sang tần số và điện áp thấp hơn với góc trễ pha nhỏ hơn.
2.1.1. Phân loại biến tần trực tiếp.
a. Biến tần trực tiếp 1 pha AC/AC.
Các bộ chuyển mạch hai nửa chu kì gồm hai nhóm: nhóm dương kí hiệu là P và
nhóm âm kí hiệu là N. Cơ sở của mạch công suất điều khiển điện áp một pha AC-
AC với pha điều khiển như hình 1.a bao gồm 1 cặp SCR ghép nối back to back đối

3
nghịch giữa nguồn AC và tải cho ta điện áp có dạng sóng đối nghịch hai chiều đối
xứng. Cặp SCR có thể được thay thế bằng Triac như hình 1.b cho nguồn công suất
thấp; với sự bố trí như hình 1.c gồm hai điốt và hai SCR để cung cấp điện áp bình
thường cực âm làm đơn giản mạch qua cửa cần cho sự cách ly. Trong hình 1d với 1
SCR và 4 điốt làm giảm bớt tổn thất nhưng lại tăng thêm sự hao phí vì nhiệt. Một sự
kết hợp giữa SCR và Điốt như hình 1.e, cung cấp điện áp điều khiển ngõ ra không
đối xứng một chiều với phương thức tự kiểm soát nhưng có cấu thành DC vào và
hơn nữa, không thực tế để loại trừ tổn hao công suất do sự nóng lên của tải.

b. Biến tần trực tiếp 3 pha.

Hình 2: Sơ đồ mạch điện áp ba pha AC.
4
Trong hình a và b ta thấy sơ đồ mạch ba pha điều khiển các pha độc lập nhau
rất đơn giản. Trong hình a chịu dòng và áp một pha trên một đường, trong khi hình
b thì chịu dòng trên một đường và áp trên một đường, hệ số công suất trong hình b
thì không cao, góc điều khiển của cả hai mô hình a và b biến đổi từ 0 đến 180 độ
với tải R.
c. Biến tần trực tiếp một pha vào một pha ra SISO.
Trái ngược với sự điều khiển điện áp AC tại tần số không đổi đã được bàn luận
nhiều. Bộ biến tần trực tiếp hoạt động như bộ biến đổi AC/AC có tần số biến đổi
kèm theo nhưng đặc tính của nó. Nguyên lí của bộ chuyển đổi được xây dựng trên
dạng sóng điện áp, từ sự gián đoạn điện áp từng khúc của sóng điện áp của nguồn
AC tần số cao và được phát minh từ năm 1920.Bộ nghịch lưu thủy ngân đã được
dùng trong các bộ chỉnh lưu ở Đức năm 1930 với nguồn 1 pha tần số 16. 2/3 Hz,
trực tiếp kéo tải từ nguồn ba pha tần số 50 Hz. Trong khi đó bộ biến tần trực tiếp
dùng 18 Thyratrons cung cấp 400 Hp tải đã hoạt động trong một vài năm như các
mô hình phụ tải ở Mỹ. Tuy nhiên, thực tế và sử dụng có ích là hai vấn đề khác nhau
mà phải đợi mãi tới khi SCR ra đời năm 1960. Dưới đây là mô hình sử dụng SCR:

d. Biến tần trực tiếp ba pha vào một pha ra TISO

Hình 4: Biến tần trực tiếp ba pha nửa sóng cung cấp một pha tải
5
Trong hình 4 cho thấy sơ đồ của mạch điều khiển biến tần trực tiếp ba pha nửa
sóng cung cấp một pha tải. Nguyên lí điều khiển giống như điều khiển một pha
e. Biến tần đƣờng bao. ( matrix cyclyconverter ).
Dạng sóng của bộ biến tần này là đường bao của các sóng vào nên nó có tên là
biến tần đường bao. Có thể điều khiển bộ biến tần này sao cho các tình trạng dẫn
hoàn toàn như các điốt, việc điều khiển các tiristo được tiến hành trong khoảng nửa
chu kì làm việc. Ta nhận thấy mạch điều khiển cần thiết để tổng hợp đầu ra đơn
giản hơn các đơn giản hơn bộ biến tần điều khiển pha như trình bày các phần trên.
Tuy nhiên nó cũng có một vài hạn chế, vì sóng ra có xu hướng trở nên hình chữ
nhật nên xuất hiện điều hòa bậc cao. Tỷ số tần số ra trên tần số vào không thay đổi
một cách tùy ý mà phải là số nguyên. Một tải có hệ số công suất chậm sau hay vượt
trước, tùy theo từng khoảng thời gian phải cho nhóm làm việc ở chế độ chỉnh lưu
sau đó ở chế độ nghịch lưu với hế cố công suất tải bằng 1 hay gần bằng 1. Nếu mỗi
nhóm bộ biến đổi sáu nửa chu kì với các điện áp pha khác nhau có thể chuyển mạch
các pha một cách tự nhiên để có tỷ số tần số 3/1 khi đó sóng ra gần sin hơn.
2.2. Biến tần gián tiếp.
Để biến đổi tần số cần thông qua một khâu trung gian một chiều vì vậy có tên
gọi là biến tần gián tiếp.
Các bộ biến tần gián tiếp có cấu trúc như sau:



, 

, 


, 

,
+ +





Như vậy để biến đổi tần số cần thông qua một khâu trung gian một chiều vì
vậy có tên gọi là biến tần gián tiếp. Chức năng của các khối như sau:
a. Chỉnh lưu:
Chức năng của khâu chỉnh lưu là biến đổi điện áp xoay chiều. Chỉnh lưu có thế
là không điều chỉnh hoặc có điều chỉnh, Ngày nay đa số chỉnh lưu là không điều
chỉnh, vì điều chỉnh, vì điều chỉnh điện áp một chiều đổi, Nói chung chức năng biến
đổi điện áp và tần số được thực hiện bởi nghịch lưu thông qua luật điều khiển.
Trong các bọ biến đổi công suất lớn, người ta thường dung chỉnh lưu bán điều khiển
với chức năng làm nhiệm vụ bảo vệ cho toàn hệ thống khi quá tải. Tùy theo tầng
nghịch lưu yêu cầu nguồn dòng hay nguồn áp mà bộ chỉnh lưu sẽ tạo ra dòng điện
áp tương đối ổn định.


Chỉnh lưu

Lọc

Nghịch
lưu
6

b. Lọc:
` Bộ lọc có nhiệm vụ san phẳng điện áp sau chỉnh lưu.
c. Nghịch lưu:
Chức năng của khâu nghịch lưu là biến đổi dòng một chiều thành dòng xoay
chiều có tần số có thể thay đổi được và làm việc với phụ tải độc lập Nghịch lưu có
thẻ là một trong ba loại sau:
- Nghịch lưu nguồn áp: trong dạng này, dạng điện áp ra tải được định dạng
trước ( thường có dạng xung chữ nhật) còn dạng dòng điện phụ thuộc vào tính chất
tải. Nguồn điện áp cung cấp phải là nguồn súc điện động có nội trở nhỏ. Trong các
ứng dụng điều khiển động cơ, thường sử dụng nghịch lưu nguồn áp.
- Nghịch lưu nguồn dòng: ngược với dạng trên, dạng dòng điện ra tải được
định hình trước, còn dạng điện áp phụ thuộc vào tải. Nguồn cung cấp phải là nguồn
phải có điện cảm đầu vào đủ lớn hoặc đảm bảo điều khiển trên theo nguyên tắc điều
khiển ổn định dòng điện.
- Nghịch lưu cộng hưởng: Loại này dung nguyên tắc cộng hưởng khi mạch
hoạt động, do dố dạng dòng điện( hoặc điện áp) thường có dạng hình sin. Cả điện
áp và dòng điện ra tải phụ thược vào tính chất tải.
3. Cấu trúc cơ bản của một biến tần.
Cấu trúc cơ bản của một biến tần như hình dưới.

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 san phẳng điện áp một chiều sau chỉnh lưu.
7
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 công 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 công suất trong bộ nghịch lưu. Ngoài ra nó còn có chức

năng sau:
Theo dõi sự cố lúc vận hành
o Xử lý thông tin từ người sử dụng
o Xác định thời gian tăng tốc, giảm tốc hay hãm
o Xác định đặc tính – momen tốc độ
o Xử lý thông tin từ các mạch thu thập dữ liệu
o Kết nối với máy tính.
…
Mạch kích là bộ phận tạo tín hiệu phù hợp để điều khiển trực tiếp các van
công suất trong mạch nghịch lưu. Mạch cách ly có nhiệm vụ cách ly giữa mạch
công suất với mạch điều khiển để bảo vệ mạch điều khiển.
Màn hình hiển thị và điều khiển có nhiệm vụ hiển thị thông tin hệ thống như
tần số, dòng điện, điện áp,… và để người sử dụng có thể đặt lại thông số cho hệ
thống.
Các mạch thu thập tín hiệu như dòng điện, điện áp nhiệt độ,… biến đổi
chúng thành tín hiệu thích hợp để mạch điều khiển có thể xử lý được. Ngài ra còn
có các mạch làm nhiệm vụ bảo vệ khác như bảo vệ chống quá áp hay thấp áp đầu
vào…
Các mạch điều khiển, thu thập tín hiệu đều cần cấp nguồn, các nguồn này
thường là nguồn điện một chiều 5, 12, 15VDC yêu cầu điện áp cấp phải ổn định. Bộ
nguồn có nhiệm vụ tạo ra nguồn điện thích hợp đó.
Sự ra đời của các bộ vi xử lý có tốc độ tính toán nhanh có thể thực hiện các thuật
toán phức tạp thời gian thực, sự phát triển của các lý thuyết điều khiển, công nghệ
sản xuất IC có mức độ tích hợp ngày càng cao cùng với giá thành của các linh kiện
ngày càng giảm dẫn đến sự ra đời của các bộ biến tần ngày càng thông minh có khả
năng điều khiển chính xác, đáp ứng nhanh và giá thành rẻ.
4. Phƣơng thức điều khiển.
4.1. Phƣơng pháp điều chế độ rộng xung (PWM)
Nội dung của phương pháp điều chế độ rộng xung là tạo ra một tín hiệu sin
chuẩn có tần số bằng tần số ra và biên độ ra và biên độ tỷ lệ với biên độ tỷ lệ với

biên dộ điện ra nghịch lưu. Tín hiệu này sẽ được so sánh với một tín hiệu rnagw của
có tần số lớn hơn rất nhiều tần số của tín hiệu sin chuẩn. Giao điểm của hai tín hiệu
này xác định thời điểm đóng mởi van công suất. Điện áp ra có dạng xung với độ
rộng thay đổi theo từng chu kỳ.
8

Hình 5.1. dạng song đầu ra theo phương pháp điều chế độ rộng xung
Trong quá trình điều chế, người ta có thể tạo xung hai cực hoặc một cực, điều
biến theo độ rộng xung đơn cực và điều biến theo độ rộng xung lưỡng cực. Trong
đề tài này em sử dụng phương điều chế độ rộng xung đơn cực.
Có hai phương pháp điều chế cơ bản là:
- Điều chế theo phương pháp sin PWM ( SPWM)
- Điều chế vector
4.1.1. Điều chế theo phƣơng pháp SPWM
Để tạo ra điện áp xoay chiều bằng phương pháp SPWM, ta sử dụng một tín hiệu
xung tam giác 

( gọi là song mang) đem so sánh với một tín hiệu sin chuẩn 


(gọi là tín hiệu điều chế). Nếu đem xung điều khiển này cấp cho bộ nghịch lưu một
pha, thì ở ngõ ra sẽ thu được dạng xung ddienj áp mà thành phần điều hòa cơ bản có
tần số bằng tần só tín hiệu điều khiển 

và biên độ phụ thuộc vào nguồn điện một
chiều cấp cho bộ nghịch lưu và tỷ số giữa biên độ sống sin mẫu và biên độ song
mang. Tần số són mang lớn hơn rất nhiều tần số tín hiệu điều khiển.

Hình 5.2. nguyên lý điều chế SPWM một pha
9

Đối với nghịch lưu áp bap ha có sơ đồ. Để tạo ra điện áp sin bap ha dạng điều rộng
xung, ta cần ba tín hiệu sin mẫu.

Hình 5.3. nghịch lưu áp ba pha
Nguyên lý điều chế và dạng song như sau:

Hình 5.4. nguyên lý điều chế SPWM ba pha
10
Hệ số điều chế biên độ 

được định nghĩa là tỷ số giữa biên độ của tín hiệu
điều khiển với biên độ của song mang.

c
a
tri
V
m
V





- hệ số điều biến


- biên độ song điều khiển



- biên độ sóng mang
Trong vùng tuyến tính (0 < m
a
< 1), biên độ của thành phần sin cơ bản V
A01

(điện áp pha) trong dạng sóng đầu ra tỷ lệ với hệ số điều biến theo công thức:
dc
A01 a
V
mV
2


Đối với điện áp dây là:
dc
AB1 a
V
3V
m
2


Như vậy trong phương pháp này biên độ điện áp dây đầu ra bộ nghịch lưu
chỉ có thể đạt 86,67% điện áp một chiều đầu vào trong vùng tuyến tính (0 < m
a
< 1).
Hệ số điều chế tỷ số m
f
là tỷ số giữa tần số sóng mang và tần số tín hiệu điều

khiển:
tri
f
c
f
m
f



m
f
- hệ số điều chế tỷ số
f
tri
- tần số sóng mang, bằng tần số PWM
f
c
- tấn số tín hiệu điều khiển
Giá trị của m
f
được chọn sao cho nên có giá trị dương và lẻ. Nếu m
f
là một
giá trị không nguyên thì trong dạng sóng đầu ra sẽ có các thành phần điều hòa phụ
(subharmonic). Nếu m
f
không phải là một số lẻ, trong dạng sóng đầu ra sẽ tồn tại
thành phần một chiều và các hài bậc chẵn. Giá trị của m
f

nên là bội số của 3 đối
nghịch lưu áp ba pha vì trong điện áp dây đầu ra sẽ triệt tiêu các hài bậc chẵn và hài
là bội số của ba.
Như vậy, nếu điện áp một chiều đầu vào không đổi, để điều chỉnh biên độ và
tần số của điện áp đầu ra ta chỉ việc điều chỉnh biên độ và tần số của tín hiệu sin
chuẩn v
c
. Đặc trưng cơ bản của phương pháp này là thành phần sóng điều hòa của
điện áp ra. Muốn giảm các sóng điều hòa bậc cao cần phải tăng tần số sóng mang
11
hay tần số PWM. Tuy nhiên càng tăng tần số PWM thì tổn hao chuyển mạch lại
tăng lên.

4.1.2. Phƣơng pháp điều chế vector không gian ( SVPWM)
Phương pháp điều chế vectơ không gian khác với các phương pháp điều chế độ
rộng xung khác. Với phương pháp điều chế PWM khác, bộ nghịch lưu được xem
như ba bộ biến đổi đẩy kéo riêng biệt với ba điện áp pha độc lập nhau. Đối với
phương pháp điều chế vectơ không gian, bộ nghịch lưu được xem như một khối duy
nhất với 8 trạng thái đóng ngắt từ 0 đến 7.
4.2. Phƣơng pháp điều khiển trực tiếp momen (DTC)
Sự khác nhau giữa phương pháp điều chế SVPWM và phương pháp DTC là
phương pháp DTC không sử dụng khuôn mẫu chuyển mạch cố định (fixed
switching pattern). Phương pháp này chuyển mạch bộ nghịch lưu theo yêu cầu của
tải. Vì không sử dụng khuôn mẫu chuyển mạch cố định, phương pháp này đáp ứng
cực nhanh theo sự biến động của tải. Độ chính xác vận tốc của phương pháp này lên
tới 0,5%, mặc dù không cần phải sử dụng một thiết bị phản hồi nào.
Trái tim của phương pháp này là khâu thích ứng động cơ. Khâu thích ứng này
dựa trên mô hình toán học cơ bản của động cơ. Khâu thích ứng yêu cầu thông tin về
rất nhiều thông số động cơ, như điện trở stato, điện cảm tương hỗ, hệ số bão hòa,
Thuật toán này lấy các thông tin này về động cơ lúc khởi động mà không làm quay

động cơ. Nhưng việc làm quay động cơ trong vòng vài giây sẽ giúp cho việc điều
chỉnh của khâu thích ứng. Hiệu chỉnh càng tốt, việc điều khiển tốc độ và momen
càng có độ chính xác càng cao. Từ điện áp một chiều, dòng điện dây và vị trí
chuyển mạch hiện thời, khâu thích ứng này tính toán ra từ thông và momen thực tế
của động cơ. Những giá trị này được đưa tới bộ so sánh hai lớp từ thông và momen
tương ứng. Đầu ra của các bộ so sánh này là tín hiệu tham chiếu momen và từ thông
cho bảng lựa chọn chuyển mạch tối ưu. Vị trí chuyển mạch được lựa chọn được đưa
thẳng tới bộ nghịch lưu mà không cần điều chế do đó có đáp ứng rất nhanh.
Tín hiệu tham chiếu tốc độ đặt từ bên ngoài được giải mã để tạo ra từ thông và
momen tham chiếu. Vì thế, trong phương pháp điều khiển trực tiếp momen, từ
thông và momen động cơ là những biến được điều khiển trực tiếp vì thế có tên là
điều khiển trực tiếp momen.
Ưu điểm của phương pháp này tốc độ đáp ứng rất nhanh, không cần các thiết bị
phản hồi, giảm được sử hỏng hóc về cơ khí, hiệu suất gần bằng máy điện một chiều
mà không có phản hồi. Nhước điểm của phương pháp này là sự trễ vốn có của bộ so
sánh dẫn đến từ thông và momen bị nhấp nhô. Vì chuyển mạch được thực hiện ở tần
số thấp nên câc thành phần điều hòa bậc thấp tăng lên
12

Hình 4.4-Sơ đồ khối hệ biến tần – động cơ không đồng bộ, điều khiển trực tiếp
momen.

13
CHƢƠNG 2: TÌM HIỂU VỀ BIẾN TẦN FR-700

1. Biến tần FR-A700 misubishi.
Mitsubishi Electric Automation, nhà cung cấp sản phẩm tự động hóa tầm cỡ
thế giới cho nhiều ngành công nghiệp mới đây đã cho ra mắt bộ biến tần tính năng
cao A700 để điều khiển động cơ từ ½ đến 600 mã lực. A700 sẽ thay thế các dòng
biến tần A500 và A500L của công ty ra mắt năm 1997.
FR-A700 là dòng biến tần đầu tiên của Mitsubishi có tích hợp bộ điều khiển khả
trình PLC và mang trong mình nhiều đặc điểm của công nghệ đặc biết mà
Mitsubishi phát triển /* này giúp tự đọng bù vào sự thay đỏi quán tính tải trọng. Kết
quả là mang lại hoạt động trơn tru, thời gian ngưng hoạt động giảm và chi phí hoạt
động thấp.
“A700 nhanh hơn, thông minh hơn, khỏe mạnh hơn mọi loại biến tần chúng
tôi đã giới thiệu trước đây”, ông Chris Cusick, giám đốc marketing của Mitsubishi
cho biết. “Với PLC tích hợp trong A700, người sử dụng có thể điều chỉnh thiết bị
theo yêu cầu ứng dụng của mình”. Có tốc độ hồi đáp 300rad/s, nhanh hơn so với
dòng A500, A700 hỗ trợ hầu hết các giao thức thông dụng, gồm Profibus DP, CC-
Link, DeviceNet, LonWorks, ControlNet, Modbus RTU Metasys N2, EtherNet IP

và Modbus TCP/IP, tất nhiên, cả giáo thức mạng RS485 độc quyền của Mitsubishi.
Ngoài ra, A700 còn hỗ trọ mạng kết nối chuyển động sợi quang cho phép nó hoạt
động tương hợp với hệ truyền động servo J3 mới của hãng và toàn bộ dòng sản
phẩm điều khiển chuyển động khác của hãng.

1.1. Cấu trúc biến tần FR- A700
Biến tần FR-A700 là biến tần nguồn áp gồm các phần cơ bản.


14

- Bộ chỉnh lưu: có nhiều dạng khác nhau, mạch tia, mạch cầu một pha
hoặc ba pha. Thông thường ta gặp mạch cầu ba pha. Thông thường, bộ chỉnh lưu có
dạng không điều khiển, bao gồm các điae mắc dạng mạch cầu. Độ lớn điện áp là
tần số áp ra của bộ nghịch lưu còn có thể điều khiển thông qua phương pháp điều
khiển xung thực hiện trực tiếp ngay trên bộ nghịch lưu. Ở chế độ máy phát của tài (
chảng hạn khi hãm động có không đồng bộ), năng lượng hãm được trả ngược về
mạch một chiều và nạp cho tụ lọc Cf. Năng lượng nạp ề trên tụ làm điện áp nó tăng
trên và có thể đạt giá lớn có thẻ gây quá áp. Để loại bỏ hiện tượng quá điện pá trên
tụ Cf ta có thể đóng mạch xả điện áp trên tụ qua một điện trở mắc song song với tụ
thông qua công tắc bán dẫn S.
- Mạch trung gian một chiều : Có chứa tụ lọc với điện dung khá lớn Cf
(khoảng vài ngàn mF) mắc vào ngõ vào của bộ nghịch lưu. Điều này giúp cho mạch
trung gian hoạt động như nguồn điện áp. Tụ điện cùng với cuộn cảm Lf của mạch
trung gian tạo thành mạch nắn điện áp chỉnh lưu. Cuộn kháng Lf có tác dụng nắn
dòng điện chỉnh lưu. Trong nhiều trường hợp, cuộn kháng Lf không xuất hiện trong
cấu trúc mạch và tác dụng nắn dòng của nó có thể được thay thế bằng cảm kháng
tản máy biến áp cấp nguồn cho bộ chỉnh lưu. Do tác dụng của diode nghịch đảo bộ
nghịch lưu, điện áp đặt trên tụ chỉ có đạt các giá trị dương. Tụ điện còn thực hiện
chức năng trao đổi năng lượng ảo giữa tài của bộ nghịch lưu và mạch trung gian

bằng cách cho phép dòng Id2 thay đổi chiều nhanh không phụ thuộc vào chiều của
dòng Id1.
- Bộ nghịch lưu áp: bộ nghịch lưu là thiết bị biến đổi năng lượng điện
một chiều thành năng lượng điện xoay chiều.
Nghịch lưu có dạng một pha hoặc ba pha. Quá trình chuyển mạch của bộ
nghịch lưu áp thường là quá trình chuyển đổi cưỡng bức. Trong trường hợp đặc biệt
bộ nghịch lưu làm việc không có quá trình chuyển mạch hoặc với quá trình chuyển
mạch phụ thuộc bên ngoài. Từ đó ta có hai trường hợp bộ biến tần với quá trình
chuyển mạch độc lập và quá trình chuyển mạch phụ bên ngoài.

1.2. Các thông số kỹ thuật.
- Dãi điện áp đầu vào : 3AC 380V±15%
- Dải tần số đầu vào : 47-63 Hz
- Đầu vào điều khiển : bàn phím,bên ngoài,truyền thông từ xa
- Khả năng quá tải : 150% tải định mức 60s
189% tải định mức 10s
- Momen khởi động : 0,5Hz/150%(SVC) và 0Hz/200%(VC)
- Dải điều khiển tốc độ : 1:100(SVC)
1:1000(VC)
- Độ chính xác : ±0.5% tốc độ tối đa (SVC)
±0.1% tốc độ tối đa (VC)
- Tần số sóng mang :1,0-16.0 kHz
15
- Độ phân dải tần số : Đầu vào số 0,01Hz
Đầu vào tương tự : 0,1% của tần số tối đa
- Các đầu vào điều khiển : Đầu vào số khả trình:6 kênh (tối đa 10 kênh)
Đầu vào tương tự khả trình 2 ( tối đa 3 kênh)
- Các đầu ra điều khiển : Đầu ra xung tốc độ cao: 1 kênh
Đầu ra transitor (Open-collect): 1 (tối đa 2 )
Đầu ra Rơle: 2 kênh (tối đa 3 kênh)

Đầu ra tương tự: 1 kênh (tối đa 2 kênh)

1.3. Cấu tạo tổng quan biến tần Mitsubishi FR A700

16
1.4. lắp đặt và nối dây.

17
1.4.1. đấu dây.
a. Sơ đồ khối và nguyên lý hoạt động.

18

Kí hiệu
Tên
Mô tả
Mạch
động
lực
R, S, T
(L1,L2,L3)

Ngõ vào cung cấp
nguồn AC
Nối đến nguồn cung cấp.Khi sử dụng
nguồn AC một pha, nối vào R(L1) và
S(L2).Khi sử dụng bộ biến đổi hệ số
công suất cao (FR-HC) hoặc (FR-CV )
thì không cần nối đến bất kì đường nào.
U, V, W

Ngõ ra của
inverter
Nối đến động cơ 3 pha rotor lồng sốc
P,PR
(+,PR)
Kết nối điện trở
hãm
Hai ngõ này được sử dụng để kết nối đến
điện trở hãm
P,N
(+,-)
Kết nối đến bộ
phận hãm
Hai ngõ này được kết nối đến bộ phận
hãm và bộ biến đổi hệ số công suất lớn(
FR-HC)
P,P1
(+,P1)
Nhân tố cải thiện
hệ số công suất
Không kết nối tắt giữa P(+) và P1, nối
cuộn dây DC cải thiện hệ số công suất
vào.


Đất (Ground,
Earth)
chân nối đất inverter. Phải luôn nối đất
cho inverter.
Mạch

điều
khiển
(tín
hiệu
vào)
STF
Khởi động động
cơ quay thuận
Khởi động động cơ quay thuận khi ngõ
ra STF-SD là ON
STR
Khởi động động
cơ quay ngược
Khởi động động cơ quay ngược khi ngõ
ra STR-SD là ON
RH,RM,R
L
Chọn lựa đa tốc
độ
Chọn lựa nhiều tốc độ khi các ngõ RH,
RM, RL với SD
MRS
Dừng ngõ ra
Khi nối tắt hai cực MRS và SD trong
khoảng 20ms thì sẽ ngắt tín hiệu ra của
inverter.Tín hiệu này được dung để ngắt
ngõ ra của inverter khi dừng động cơ
bằng hãm từ .
RES
Reset

Xóa trạng thái đang hoạt đông khi cho
mạch hoạt động bảo vệ. Nối tắt 2 cực
RES-SD trong 0.1s (hoặc hơn) sau đó hở
mạch.Hệ số đặt phải luôn reset
SD
Tiếp điểm vào
chung
Nối với các tiếp điểm vào và đồng hồ
hiển thị. Tiếp điểm ra có điện áp ra 24v
Dc và dòng 0,1A.
19
PC
Chân chung các
transistor bên
ngoài.
Khi nối với một ngõ ra của
transistor(ngõ ra cực thu hở),như là PLC
.Dùng nguồn vào khoảng 24V DC, 0.1A.
10
Nguồn cung cấp
để định tần số
nguồn
5V DC. Dòng tải 10mA.
2
Định tần số (dòng
điện)
Khi ngõ vào từ 0-5V DC (hoặc từ 0-10V
DC), tần số ra lớn nhất đạt được tại 5V
(hoặc 10V).Ngõ vào và ngõ ra có quan
hệ tỉ lệ. Có thể thay đổi mức điện áp 5V

hay 10V bằng cách sử dụng Pr.73. Điện
trở vào là 10K. Điện áp vào có thể
chịu đến 20V.
4
Thiết lập tần số
(dòng điện )
Tín hiệu vào từ 4-20mA DC.Tần số ra
lớn nhất tại20mA. Bộ inverter được điều
chỉnh để tại 4mA cho ra tần số là 0Hz và
20mA cho tần số là 60Hz. Dòng tối đa
có thể có thể chịu được là 30mA.Điện
trở vào khoảng 250
5
Ngõ vào chung để
định tần số.
Chân chung cho tín hiệu điều chỉnh tần
số ( chân1,2 hoặc 4). Không được nối
đất chân này.

A, B, C
Tín hiệu báo
động ngõ ra.
Tiếp điểm báo mạch bảo vệ của inverter
đã hoạt động và ngõ ra đã dừng. 200V
AC 0.3A hoặc 30V DC 0.3A. Khi báo
động thì nối mạch giữa A-C và hở mạch
giữa B-C
RUN
Inverter đang
hoạt động

Ngõ ra là mức thấp L khi tần số ra của
inverter luôn hơn tần số bên ngoài Ngõ
ra là mức cao H khi dừng inverter hoặc
trong suốt quá trình hãm DC.Tải có thể
cho phép chịu được là 24V DC 0.1A
FU
Dò tần số
Ngõ ra ở mức L khi tần số ra cao hơn
tần số định trước.
Ngõ ra ở mức H khi tần số ra thấp hơn
tần số định trước. Tải có thể chịu được là
24V DC 0.1A.
SE
Ngõ ra chung cực
thu hở
Đây là ngõ ra cho các chân RUN và FU
20
FM
Dùng cho đồng hồ
hiển thị
Chọn một tần số từ ngõ ra và tần số ngõ
ra là tuyến tính.Điện áp ra là dạng xung,
vì thế có thể kết nối một đồng hồ hiển
thị số. Đặc điểm xung : 1440xung/giây
tại 60Hz.
Giao
tiếp

Đầu nối PU
Giao tiếp RS-485 có thể được thực hiện

khi sử dụng đầu nối PU

b. Nguyên lý hoạt động
Tín hiệu vào là điện áp xoay chiều một pha hoặc ba pha. Bộ chỉnh lưu có nhiệm vụ
biến đổi điện áp xoay chiều thành một chiều.
- Bộ lọc có nhiệm vụ san 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 công 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 công suất trong bộ nghịch lưu. Ngoài ra nó còn có chức năng sau:
o Theo dõi sự cố lúc vận hành
o Xử lý thông tin từ người sử dụng
o Xác định thời gian tăng tốc, giảm tốc hay hãm
o Xác định đặc tính – momen tốc độ
o Xử lý thông tin từ các mạch thu thập dữ liệu
o Kết nối với máy tính.
Mạch kích là bộ phận tạo tín hiệu phù hợp để điều khiển trực tiếp các van
công suất trong mạch nghịch lưu. Mạch cách ly có nhiệm vụ cách ly giữa mạch
công suất với mạch điều khiển để bảo vệ mạch điều khiển.
Màn hình hiển thị và điều khiển có nhiệm vụ hiển thị thông tin hệ thống như
tần số, dòng điện, điện áp,… và để người sử dụng có thể đặt lại thông số cho hệ
thống.
Các mạch thu thập tín hiệu như dòng điện, điện áp nhiệt độ,… biến đổi
chúng thành tín hiệu thích hợp để mạch điều khiển có thể xử lý được. Ngài ra còn
có các mạch làm nhiệm vụ bảo vệ khác như bảo vệ chống quá áp hay thấp áp đầu
vào…
Các mạch điều khiển, thu thập tín hiệu đều cần cấp nguồn, các nguồn này

thường là nguồn điện một chiều 5, 12, 15VDC yêu cầu điện áp cấp phải ổn định. Bộ
nguồn có nhiệm vụ tạo ra nguồn điện thích hợp đó.


21
(1) Cổng truyền thông.

Loại
Kí hiệu điểm
đầu cuối
Tên điểm
đầu cuối
Sự mô tả
RS-
-485


Kết nối PU
Với đầu nối PU, sự truyền dữ liệu có thể đến
RS-485 (cho kết nối chỉ trên tỉ lệ 1:1)
- Theo tiêu chuẩn: EIA-485(RS-485)
- Định dạng truyền: đa điểm ra
- Tốc độ truyền thông: 4800 -38400bps
- Tổng chiều dài: 500m

TXD+
Đấu truyền
biến tần
Với những đầu RS-485, sự truyền dữ liệu có
thể đến RS-485

- Theo tiêu chuẩn: EIA-485(RS-485)
- Định dạng truyền :liên kết đa điểm
-
- Tổng chiều dài:500m

TXD-
RXD+
Đầu thu
biến tần
RXD-
SG
Nối đất.
USB

Kết nối
USB
FR-Configurator có thể thực hiện bằng cách
nối biến tần đến máy tính cá nhân qua USB
Interfase: tương ứng với USB1.1 Đầu nối:
đầu USB B (lỗ cắm B)

2. Điều khiển động cơ và cách cài đặt các thông số.
2.1. các bƣớc điều khiển.
Biến tần cần lệnh tần số và lệnh khởi động. Chuyển các lệnh khởi động vào
khởi động quay cơ và tốc độ động cơ được xác định bởi lệnh tần số ( thiết lập tần
số).
Hãy tham khảo các biểu đồ dưới đây để thực hiện cài đặt.
Đâu ra RS 485

22

23
2.2. bảng điều khiển hoạt động.
2.2.1. các phần của bảng điều khiển hoạt động (FR-DU07)


24
2.2.2. hoạt động cơ bản.