Đồ án tốt nghiệp điện công nghiệp nghiên cứu ứng dụng hệ biến tần – PLC để giám sát điều khiển tối ưu, tiết kiệm năng lượng cho hệ thống bơm nhà máy nước vạn niên – TP huế




 
!!"#$%&'#()*+++$+,-.(/'01
!!!"#$%&'#()*+++$+,-1
Con người hiện nay đang sử dụng nguồn lực thiên nhiên với một tốc độ nhanh
hơn tốc độ tái tạo và cung cấp của Trái đất đến 20%. Trong vòng 40 năm, từ năm 1961
đến 2001, mức tiêu thụ nguồn nhiên liệu khai thác từ lòng đất, như than, khí đốt và dầu
hỏa, đã tăng với tỉ lệ kinh khủng là 700%. Trong khi đó, Trái đất không có đủ thời
gian để hấp thụ hết một lượng khí CO
2
khổng lồ thải ra từ những hoạt động sản xuất và
khai thác của con người. Hậu quả là lượng khí thải không được hấp thụ đó đã dần dần
hủy hoại tầng ô-zôn bảo vệ Trái đất. Từ năm 1970 đến năm 2000, số lượng sinh vật
sống trên cạn và dưới biển đã giảm đi 30%, trong khi các chủng loài động vật nước
ngọt bị thu hẹp “dân số” đến 50%. Sự suy thoái này là hậu quả của nạn phá hủy môi
trường sống, tình trạng ô nhiễm ngày càng tăng và sự khai thác, sử dụng tài nguyên
quá mức.
Thực trạng tài nguyên đất trên thế giới cũng rất đáng lo ngại. Tổng diện tích đất
tự nhiên là 17.077 triệu ha; diện tích đất tiềm năng là 3,2 tỷ ha; diện tích đất canh tác
là 1,5 tỷ ha; diện tích đất có thể khai hoang là 1,7 tỷ ha; đất tốt ít trong khi đất xấu
nhiều, tỷ lệ đất có năng suất cao đạt 14%, năng suất trung bình đạt 28%, năng suất
thấp đạt 58%. Đất thế giới suy giảm liên tục về số lượng và chất lượng, hiện nay mất
14 - 15 triệu ha/năm đất nông nghiệp do sử dụng không đúng mục đích. Ngoài ra, sự
phát triển nhanh của ngành công nghiệp gỗ, giấy và sự chuyển đổi mục đích sử dụng
đất để phát triển các đồn điền trong cao su, cà phê, cọ dầu…đã và đang làm cho diện
tích rừng bị thu hẹp nhanh chóng nhất là rừng nhiệt đới. Đến nay, thế giới đã mất đi
1/3 diện tích rừng hiện có, rừng còn lại không đủ để che phủ 1/3 lục địa của hành tinh.
Hơn 40% diện tích rừng nguyên sinh nhiệt đới đã bị hủy diệt… hậu quả lên môi
trường ngày càng nặng nề.

SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 1 -

!!2"#$%&'#()*+++%/'01
Tổn thất trong khai thác dầu khí của Việt Nam là 50 - 60%, than hầm lò là 40 -
60% còn trong chế biến vàng là 60 - 70% (tính đến năm 2004). Đây chỉ là ba trong
những con số đáng báo động về tình trạng lãng phí sử dụng tài nguyên và nhiên liệu ở
nước ta. Việt Nam có trên 5.000 mỏ, với khoảng 60 loại khoáng sản, nhưng phần lớn
lại là loại mỏ vừa và nhỏ, hầu hết đều không đủ khai thác với quy mô công nghiệp.
Thêm vào đó, nguồn tài nguyên không tái tạo này đang đứng trước nguy cơ cạn kiệt vì
sự khai thác và sử dụng quá lãng phí. Đối với các mỏ vừa và nhỏ (chiếm đa số), sự thất
thoát không dừng lại ở một vài chục phần trăm mà nguy cơ mất mỏ là rất nghiêm
trọng. Do năng lực có hạn, khai thác phần lớn là thủ công, nên đa số các mỏ nhỏ hiện
nay chỉ lấy được những phần giàu nhất, bỏ đi toàn bộ các quặng nghèo và khoáng sản
đi cùng, dẫn đến không thể tận thu được. Bên cạnh đó, tổn thất trong chế biến khoáng
sản cũng rất cao. Khai thác vàng là một ví dụ, do độ thu hồi quặng vàng trong chế biến
(tổng thu hồi) hiện chỉ đạt khoảng 30% - 40%, nghĩa là hơn một nửa thải ra ngoài bãi
thải, không chỉ mất mát mà còn gây ô nhiễm môi trường nghiêm trọng. Nếu so với chỉ
tiêu một số nước, thu hồi vàng trong quặng thường chiếm 92% - 97%, rõ ràng đây là
một tổn thất quá lớn. Đối với những mỏ vừa và nhỏ, chủ yếu do dân tự khai thác với
công nghệ thô sơ, vì vậy càng không thể đánh giá được hết những tổn thất.

Với tài nguyên nước, mức sử dụng nước ở nhiều ngành công nghiệp là rất cao và
lãng phí, đặc biệt khu vực tư nhân, các doanh nghiệp vừa và nhỏ để thất thoát nước
dùng trong sản xuất phần lớn không thể kiểm soát được. Rõ rệt nhất là ngành bia, trên
thế giới để sản xuất 1 lít bia trung bình sử dụng khoảng 4 lít nước, song ở Việt Nam
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 2 -

cao hơn gấp ba lần (khoảng 13 lít nước). Các ngành dệt và ngành giấy cũng ở tình
trạng tương tự.
Về tiêu hao năng lượng, với ngành thép, công nghệ sử dụng của Việt Nam hiện

có thời gian nấu cao hơn 360% so với thế giới, các chỉ tiêu tiêu hao thép phế, điện và
điện cực đều quá cao, đặc biệt tiêu hao điện bằng 257% so với các nước, song công
đoạn cán có tốc độ chỉ bằng 12,7% so với các nhà máy trên thế giới. Về tài nguyên
rừng, hiện tại, rừng tự nhiên có khả năng khai thác gỗ không còn bao nhiêu (ước tính
khoảng 0,5 triệu ha). Diện tích rừng sản xuất chỉ chiếm hơn 50% trong tổng diện tích
rừng hiện có nhưng phần lớn là rừng nghèo và trung bình.

Như vậy, với tốc độ khai thác tài nguyên như hiện nay, môi trường ngày càng bị
suy thoái nghiêm trọng, gây tổn thương cho con người đang sống ở hiện tại và các thế
hệ tương lai - buộc chúng ta phải xem xét đến thước đo của sự phát triển - phát triển
bền vững và có những phương sách chiến lược để đảm bảo thực hiện phát triển bền
vững một cách có hiệu quả.
,&0345607.89:.;#<#8=#!
Bước vào thập kỷ thứ hai của thế kỷ 21, việc sử dụng năng lượng trên thế giới, và
cả ở Việt Nam, đang phải đối mặt với hai vấn đề nan giải có khả năng làm sụp đổ công
cuộc phát triển kinh tế và đe dọa sự phồn vinh của các quốc gia. Đó là nguy cơ thiếu
hụt năng lượng, và nguy cơ biến đổi khí hậu gây ra bởi việc sử dụng các nhiên liệu hoá
thạch. Để góp phần giải quyết đồng thời hai vấn đề này, chúng ta cần có những giải
pháp để tiết kiệm năng lượng.
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 3 -

Tiết kiệm năng lượng cũng không có nghĩa là phải hy sinh những dịch vụ do
năng lượng cung cấp hay hạ thấp chất lượng đời sống vì phải cắt giảm năng lượng mà
chỉ đơn giản là làm tăng hiệu suất sử dụng năng lượng hay giảm cường độ năng lượng
nghĩa là tìm cách cung cấp một dịch vụ năng lượng tương đương nhưng với mức tiêu
hao năng lượng thấp hơn.
!2#>,&03451
!2!,&0345$?@?%1
Trong các giải pháp để ứng phó với tình trạng cạn kiệt năng lượng, người ta
thường nhắc đến giải pháp cắt giảm và tiết kiệm tiêu thụ năng lượng. Mục tiêu nhằm

sử dụng năng lượng hiện có ở mức tối thiểu, đồng thời mang lại hiệu quả nhất, trước
khi nghĩ đến các nguồn năng lượng thay thế khác. Cho đến nay, phát triển kinh tế cộng
với đà gia tăng dân số tỷ lệ thuận với việc tiêu thụ năng lượng, buộc tất cả các nước,
nhất là với Việt Nam trong điều kiện thiếu điện hiện nay, phải nghĩ đến sử dụng hiệu
quả nguồn năng lượng của mình.
Việc tiết kiệm năng lượng có thể thực hiện trong tất cả các lĩnh vực hoạt động
phát triển, từ quy mô công nghiệp đến gia đình.
Sử dụng tiết kiệm là sử dụng đúng lúc, đúng chỗ; không dùng nữa thì tắt ngay. Ví
dụ: chỉ bật đèn tại những vị trí sinh hoạt, cần chiếu sáng và bật vừa đủ, dùng xong thì
tắt ngay; hay với máy điều hòa không khí, chỉ nên cài nhiệt độ từ 24
0
C đến 26
0
C khi sử
dụng.
Sử dụng hiệu quả là sử dụng một lượng năng lượng ít nhất mà vẫn thỏa mãn nhu
cầu sử dụng. Ví dụ: sử dụng các loại đèn tiết kiệm như đèn huỳnh quang, đèn compact
có điện năng tiêu thụ thấp hơn loại đèn dây tóc mặc dù cho độ sáng như nhau.
Để tiết kiệm điện năng sử dụng trong gia đình, nên làm theo các cách sau:
'!"'#A,=B,&091
Các thiết bị điện, thế hệ càng mới khả năng tiết kiệm điện càng cao. Khi chọn lựa
thiết bị điện quay (bơm nước, quạt điện, máy giặt ), bạn nên chọn động cơ có nhiều
nấc tốc độ hoặc có biến tần đi kèm để tiết kiệm điện. Với bóng đèn, bạn nên sử dụng
đèn tuýp gầy và compact thay cho bóng đèn tròn vì bóng đèn tròn tiêu thụ điện gấp 3-4
lần.
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 4 -

=! C9D,=B54E6&?'A#1
Biện pháp này cũng góp phần tiết kiệm điện rất lớn. Ví dụ: Máy bơm đặt ở vị trí
thích hợp sẽ giúp bể nước nhanh đầy hơn. Trong nhà nên quét vôi hoặc lăn tường bằng

màu sáng, tận dụng ánh sáng tự nhiên để tiết kiệm một phần ánh sáng điện.
#!:)#FGH)I@JKL99$?'9M1
 Hạn chế mở tủ để đỡ tốn điện. Nhiệt độ bên trong tủ lạnh nên để ở chế
độ từ 3 - 6
0
C. Với chế độ đông lạnh thì để - 15
0
C đến -18
0
C. Cứ lạnh hơn 10
0
C là tốn
thêm 25% điện năng. Bạn cũng nên thường xuyên kiểm tra gioăng cao su, nếu bị hở
thì bộ phận nén khí của tủ lạnh sẽ phải làm việc nhiều nên rất tốn điện.
  Hãy để nhiệt độ ở mức trên 20
0
C. Cứ cao hơn 10
0
C là bạn
đã tiết kiệm được 10% điện năng. Nếu bạn thường xuyên lau chùi bộ phận lọc thì sẽ
tiết kiệm được từ 5 - 7% điện năng. Nếu đặt máy xa tường bạn sẽ tiết kiệm 20 - 25%
điện năng. Nên tắt máy điều hòa nếu bạn vắng nhà 1 giờ trở lên.
 Nên cho quạt chạy ở tốc độ thích hợp để tiết kiệm điện vì quạt càng chạy
nhanh càng tốn điện. Nhớ rút phích cắm điều khiển từ xa ở quạt sau mỗi lần sử dụng.
! Màn hình máy tính có độ sáng càng cao, màu càng đậm thì càng tốn
điện. Nên tắt máy tính nếu như bạn không có ý định dùng trong vòng 15 phút. Hãy
chọn chế độ tiết kiệm điện năng trong máy tính (Screen Save) để vừa bảo vệ được
máy, vừa giảm được khoảng 55% lượng điện năng tiêu thụ trong thời gian tạm dừng
sử dụng máy (down-time).
" Không dùng bàn là trong phòng có bật máy điều hoà nhiệt độ hoặc khi

quần áo còn ướt. Lau sạch bề mặt kim loại của bàn là sẽ giúp bàn là hoạt động có hiệu
quả hơn. Sau khi tắt điện, bạn còn có thể là được 2 bộ quần áo nữa vì nhiệt của bàn là
giảm chậm.
# Chỉ dùng máy giặt khi có đủ lượng quần áo để giặt và chỉ dùng chế độ
giặt nước nóng khi thật cần thiết.
$%&'( Không bật lò vi sóng trong phòng có điều hoà nhiệt độ, không đặt gần
các đồ điện khác để khỏi ảnh hưởng đến chức năng hoạt động của các đồ điện này.
& Không nên để màn hình ở chế độ sáng quá để đỡ tốn điện. Không nên tắt ti
vi bằng điều khiển từ xa mà nên tắt bằng cách ấn nút ở máy. Không xem ti vi khi đang
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 5 -

nối với đầu video. Nên chọn kích cỡ ti vi phù hợp với diện tích nhà bạn vì ti vi càng to
càng tốn điện.
!2!2,&0345$?@>N)81
'!OJKL=,PQ>,&093$?@>N)81
Hệ thống truyền động điện cho máy công tác hoặc các dây chuyền sản xuất phục
vụ sản xuất công nghiệp đã sử dụng phổ biến động cơ điện xoay chiều ba pha không
đồng bộ loại roto lồng sóc hay còn gọi là động cơ cảm ứng. Động cơ không đồng bộ
nói chung có nhiều ưu việt nhưng nếu sử dụng để điều khiển đơn giản ( khởi động trực
tiếp hoặc khởi động sao tam giác ) thì hệ tồn tại một số nhược điểm như:
- Dòng điện khởi động rất lớn, gấp 4 - 6 lần dòng điện định mức của động cơ, đặc
biệt ở những máy luôn có tải thường trực như máy bơm nước, quạt ly tâm, máy nén
khí, băng tải, máy nghiền, động cơ hút thổi gió ảnh hưởng xấu tới những máy khác
đang vận hành đồng thời và giảm tuổi thọ động cơ điện.
- Tốc độ vòng quay của động cơ điện cảm ứng chỉ được điều khiển theo từng cấp
(hữu cấp); thông thường mỗi động cơ chỉ thay đổi được một trong các dãy tốc độ đồng
bộ như: 3.000 - 1.500vg/ph; 1.500 - 1.000vg/ph; trong khi đó những công nghệ sản
xuất yêu cầu hệ thống truyền động cần được điều khiển tốc độ liên tục (vô cấp) theo
mômen và phụ tải thay đổi thì hệ truyền động điện trên không có khả năng đáp ứng.
Ở các xí nghiệp, nhà máy và ở các nhà máy điện đều có các thiết bị hút thổi gió,

khói, hơi nước có sử dụng động cơ ba pha xoay chiều làm động cơ sơ cấp. Tại các xí
nghiệp khác, thường là các thiết bị làm mát (điều hoà trung tâm ), máy bơm nước
Trong quá trình sản xuất, lưu lượng của các thiết bị này luôn cần thay đổi để phù
hợp với nhu cầu cụ thể về sản xuất của xí nghiệp, nhà máy Với động cơ sơ cấp là
các động cơ xoay chiều ba pha, việc điều chỉnh lưu lượng của các thiết bị này là khó
khăn vì như ta đã biết, lưu lượng của các môi chất thông qua thiết bị là phụ thuộc vào
tốc độ quay của động cơ sơ cấp. Với cấu tạo của các động cơ xoay chiều ba pha truyền
thống thì tốc độ quay của động cơ coi như không đổi với hệ thống lưới điện xoay
chiều có tần số công nghiệp f = 50Hz thông qua quan hệ f=p.n/60 - trong đó p là số đôi
cực của động cơ, và n là tốc độ quay. Với quan hệ này, tốc độ quay của động cơ chỉ
còn phụ thuộc vào tần số của lưới điện. Vì vậy để thực hiện thay đổi được lưu lượng,
điều tốt nhất là thay đổi tốc độ động cơ sơ cấp, có nghĩa là cần thay đổi tần số của lưới
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 6 -

điện. Thêm nữa, như ta đã biết, đối với các hệ truyền động loại bơm và quạt, mômen
tải phụ thuộc vào tốc độ quay của trục theo hàm bình phương. Lưu lượng ra của hệ tỉ
lệ thuận với tốc độ quay: Q ≈ n
Do rằng việc điều chỉnh tần số của lưới điện là điều không thể được, nên cho đến
nay tại các xí nghiệp, nhà máy thường để điều chỉnh lưu lượng, người ta thường sử
dụng biện pháp điều chỉnh các lá chắn đầu vào, đầu ra hoặc làm một đường quay trở
lại. Thí dụ như ở nhà máy nhiệt điện, ở các quạt hút khói, thổi gió, ở đầu ra hoặc đầu
vào của quạt, thường có một lá chắn động, gồm các cánh hình cánh quạt, có trục quay
theo các bán kính. Có một động cơ nhỏ điều khiển độ quay của các lá chắn này, để tạo
ra các khe hở rộng hay hẹp tuỳ theo yêu cầu cho gió, khói lọt qua. Việc điều chỉnh lưu
lượng khói gió kiểu đối phó này tuy có đem lại hiệu quả về điều chỉnh lưu lượng khói
gió nhưng không kinh tế vì động cơ vẫn làm việc gần như không thay đổi, lượng điện
tiêu thụ không giảm được bao nhiêu.
Hiển nhiên là trong các phương pháp trên đây, năng lượng tiêu thụ của toàn hệ
thống lớn hơn nhiều so với năng lượng yêu cầu khi lưu lượng yêu cầu giảm đi so với
thiết kế. Mặc dù khi giảm lưu lượng ra, năng lượng tiêu thụ cũng giảm đi nhưng tổn

hao trên các thiết bị khống chế như các lá chắn vẫn còn lớn. Các phương pháp điều
chỉnh lá chắn khác nhau cho thấy tổn hao trên các lá chắn cũng khác nhau rất nhiều.
Ngoài ra, với việc sử dụng các lá chắn, chẳng những năng lượng tổn hao đã gây
ra lãng phí lớn mà bản thân nó còn gây ra những tác hại không nhỏ cho hệ thống. Các
lá chắn bị mòn đi rất nhanh. Các chi tiết cơ khí trên hệ thống bị chịu áp lực nhiều hơn
cần thiết, chóng mỏi hơn và mau hỏng. Như vậy, chúng ta lại còn mất thêm những chi
phí cho bảo trì hệ thống.Việc làm mất đi những tổn hao trên các lá chắn này gợi ra một
tiềm năng tiết kiệm rất lớn.
Như đã biết ở trên, lưu lượng của các thiết bị này phụ thuộc vào tốc độ của động
cơ sơ cấp, mà tốc độ này lại phụ thuộc vào tần số của nguồn điện. Vì vậy với một động
cơ sơ cấp đã có, việc điều chỉnh tốc độ dễ dàng thực hiện được nhất là thay đổi tần số
của nguồn điện. Giải pháp cho vấn đề trên chính là sử dụng biến tần để thay thế cho
các van.
Việc điều chỉnh đầu ra (ví dụ lưu lượng) của bơm/quạt được thực hiện ngay tại
đầu vào là nguồn sinh ra lưu lượng, cũng chính là thông qua điều chỉnh tốc độ của
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 7 -

động cơ truyền động bơm/quạt ấy. Khi không phải dùng van (hoặc để các van sẵn có
mở tối đa) đương nhiên sẽ không còn tổn thất trên van. Động cơ cũng không phải sinh
công suất cơ trên trục lớn hơn nhu cầu thực để thắng sức cản trên các van.
RKL=,P#?=0
Đối với các trạm bơm cấp 1 cung cấp nước cho nhà máy xử lý thì giải pháp thiết
kế biến tần cho trạm bơm phụ thuộc vào chế độ làm việc của các máy bơm trong trạm
và số lượng các máy bơm có trong trạm bơm, điều kiện làm việc của mạng lưới cấp
nước.
Trên thế giới và ở Việt Nam hiện nay nhu cầu tiêu thụ năng lượng đang tăng dần
và đã có rất nhiều cảnh báo về tiết kiệm năng lượng. Các ngành công nghiệp nói chung
và ngành cấp thoát nước ngày nay vẫn sử dụng công nghệ truyền động không thích
hợp, điều khiển thụ động không linh hoạt. Điều này được kiểm chứng với các nhà máy
nước đang hoạt động đó là điều kiện làm việc khác xa so với thiết kế. Chúng ta đã biết

trong các yếu tố cấu thành giá nước thì chi phí điện bơm nước chiếm tỷ lệ rất lớn
khoảng 30 – 35%.Trước đây có tồn tại quan điểm cho rằng việc đầu tư vào tiết kiệm
năng lượng là một công việc tốn kém không mang lại hiệu quả thiết thực. Với công
nghệ biến tần tính toán đã chỉ ra rằng việc đầu tư vào hệ thống điều khiển tiết kiệm
năng lượng cho trạm bơm cấp 1 có thời gian hoàn vốn đầu tư hết sức ngắn và làm
giảm chi phí cho công tác quản lý vận hành thiết bị. Máy bơm và quạt gió là những
ứng dụng rất thích hợp với truyền động biến đổi tốc độ tiết kiệm năng lượng. Vì vậy
trong phạm vi đồ án tốt nghiệp em sẽ đề cập đến việc sử dụng thiết bị biến tần trong
điều khiển tốc độ tiết kiệm năng lượng cho các máy bơm nước.
)*+, #/01234/+5
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 8 -

Ngoài ra trong các khâu của quá trình sản xuất nước sạch, việc vận hành bơm
nước thô ở trạm bơm cấp 1 là công đoạn có thể được thực hiện gián đoạn. Vì vậy nhà
máy phải chủ động hạn chế vận hành trạm bơm này vào giờ cao điểm và thay vào đó
có kế hoạch bù lại vào các giờ thấp điểm.
=!>00S#+)L#;@)8>&#T'##97#&;9=71
Các động cơ không đồng bộ trong các xí nghiệp sản xuất tiêu thụ một lượng đáng kể
công suất phản kháng. Lượng công suất phản kháng mà động cơ tiêu thụ phụ thuộc hệ
số mang tải, được biểu thị bởi: Q = Q
o
(1-k
2
mt
)+Q
dm
.k
2
mt

Trong đó: Q
o
là công suất phản kháng lúc động cơ làm việc không tải.
Q
đm
là công suất phản kháng lúc động cơ làm việc với tải định mức.
k
mt
là hệ số mang tải của thiết bị điện.
Thông thường thành phần công suất phản kháng không tải chiếm tới (60÷70)%
tổng công suất phản kháng mà thiết bị tiêu thụ. Như vậy chúng ta thấy khi hệ số mang
tải có giá trị nhỏ thì lượng tiêu thụ công suất phản kháng sẽ tăng. Việc truyền tải một
lượng công suất phản kháng qua mạng điện, gây ra một tổn thất lớn, tỷ lệ với bình
phương trị số của chúng. Ngoài ra việc truyền tải công suất phản kháng còn làm ảnh
hưởng xấu đến chất lượng điện áp.
Từ những phân tích trên chúng ta thấy có thể áp dụng một số giải pháp để
giảm công suất phản kháng của các hộ tiêu thụ như sau:
- Hạn chế thời gian làm việc không tải của các động cơ.
Đối với nhiều hộ tiêu thụ, thời gian làm việc không tải của động cơ có thể chiếm
đến 50÷65% toàn bộ thời gian làm việc. Nếu thời gian không tải lớn, thì tốt nhất là cắt
động cơ ra khỏi lưới trong thời gian đó, như vậy mức tiêu thụ điện năng tác dụng và
phản kháng sẽ giảm xuống đáng kể. Tuy nhiên cần phải tính toán kinh tế - kỹ thuật
dựa theo đồ thị công suất tác dụng và phản kháng tiêu thụ của động cơ. Để giảm thời
gian làm việc không tải của các thiết bị đòi hỏi phải có dây chuyền công nghệ hợp lý.
- Giảm điện áp đặt vào cuộn dây của động cơ non tải.
Khi không có khả năng thay thế động cơ không đồng bộ non tải, có thể dùng
biện pháp giảm điện áp đặt trên cực động cơ. Việc giảm điện áp trên cực động cơ
không đồng bộ xuống trị số nhỏ cho phép U
min
dẫn đến giảm sự tiêu thụ công suất

phản kháng (do giảm dòng từ hoá). Khi đó tổn thất công suất tác dụng cũng giảm
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 9 -

xuống, kết quả là làm tăng hiệu suất của động cơ. Trong thực tế người ta thường dùng
các biện pháp đổi nối cuộn dây stator và phân đoạn các cuộn dây stator.
#!'*,##97#4(0.#?>=U##97##;@)8=V1
Các động cơ khi làm việc đầy tải có hiệu suất khá cao, nhưng hiệu suất sẽ giảm
khi hệ số mang tải giảm. Trong thực tế, phụ thuộc vào quá trình công nghệ, nhiều động
cơ làm việc với hệ số mang tải thay đổi và đôi khi có giá trị rất thấp. Nếu non tải, công
suất phản kháng mà động cơ tiêu thụ sẽ tăng thêm một lượng tỷ lệ với bình phương hệ
số mang tải của động cơ.
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 10 -

2
WXY/YZ[O\2]]O^^/_X`
Yab`cdOe
2!-).:=,PY4.'$1
2!!H)1
Thiết bị biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện từ tần số f
1
này sang tần số khác là
f
2
. Tần số biến đổi thường là tần số công nghiệp 50Hz. Tần số đó được biến đổi f
1
phụ
thuộc vào mục đích yêu cầu của phụ tải, f
2
phụ thuộc vào cả cấu trúc của sơ đồ và loại
biến tần. nếu biến tần là gián tiếp thì f

2
> f
1
hay f
2
< f
1
, nếu biến tần là trực tiếp thì f
2
< f
1
.
Thiết bị biến tần được sử dụng rộng rãi trong việc điều chỉnh tốc độ quay của các
động cơ đồng bộ, khung đồng bộ 3 pha roto dây quấn hoặc roto lồng sóc. Thông
thường biến tần trực tiếp điều chỉnh cho động cơ đồng bộ và biến tần gián tiếp điều
chỉnh cho ĐK, do động cơ đồng bộ làm việc với tần số thấp hơn.
Ưu điểm của thiết bị biến tần là kích thước gọn nhẹ, hiệu suất làm việc lớn, khả
năng điều chỉnh tốc độ quay gần như là vô cấp.
Nhu cầu điều chỉnh tốc độ:
a) Điều khiển thang máy, cơ cấu nâng hạ.
- Dừng nhanh và chính xác.
- Giảm sốc và chấn động cơ khí.
b) Điều khiển quá trình sản xuất.
- Phối hợp quá trình sản xuất.
- Dừng nhanh và chính xác.
- Giảm sốc và chấn động cơ khí.
c) Tiết kiệm năng lượng với hệ thống HVAC/Bơm quạt.
- Tiết kiệm năng lượng → giảm chi phí vận hành.
- Nâng cao chất lượng điều khiển toàn hệ thống.
- Giảm sốc và chấn động cơ khí cho toàn hệ truyền động.

- Toàn bộ hệ thống bơm quạt sẽ được điều khiển thông qua biến tần.
- Áp suất của toàn hê thống không đổi với mọi lưu lượng (cảm biến áp suất trên
đường ống phản hồi thông số về cho biến tần).
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 11 -

- Với phương pháp điều khiền U/f, điều khiển vector, do đó tốc độ có thể thay
đổi một cách linh hoạt.
- Dòng khởi động được hạn chế sẽ không gây sụt áp khi khởi động sẽ không
ảnh hưởng đến các thiết bị khác.
- Quá trình stop, start được mềm hóa nên giảm tổn hại cho động cơ về mặt cơ
khí, cho hệ truyền động cũng như về mặt điện. Chi phí bảo dưỡng giảm.
- Không giới hạn số lần khởi động .
- Tiết kiệm năng lượng khi tải thay đổi liên tục.
- Có các chức năng bảo vệ: quá áp, thấp áp, quá nhiệt,bảo vệ nhiệt động cơ, bảo
vệ ngắn mạch,đảo pha, kẹt rotor,…
- Có tính năng làm đầy đường ống: khởi động bơm từ từ với thời gian cài đặt,
tránh gây rung đường ống và sự thay đổi áp suất đột ngột,… ảnh hưởng xấu cho
hệ thống.
2!!28)%?=,P1
• Mạch chỉnh lưu
• Mạch một chiều trung gian (DC link)
• Mạch nghịch lưu
• Phần điều khiển
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 12 -

*+,6/01
7'(.&8%12/01
)95
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 13 -


:;1&2
2!!fS#9:)&g=,P1
a) Kênh tham chiếu/điều khiển
Điều khiển (command): là lệnh gởi tới ALTIVAR
- Chạy thuận, đảo chiều
- Dừng tự do, dừng theo đặc tuyến, dừng nhanh
Tham chiếu (Reference): là tín hiệu đặt tốc độ (mômen) cho ALTIVAR
- Đặt tốc độ 200 v/ph ,1000 v/ph
Kênh (channel): là nguồn tín hiệu điều khiển và tham chiếu
Các kênh tham chiếu/điều khiển ALTIVAR
- Màn hiển thị trên ALTIVAR (LOC hoặc HMI)
- Đầu vào/ ra (Terminals)
- Cổng Modbus
- Cổng CANopen
-
Kênh tham chiếu/ điều khiển có thể tách biệt hoặc kết hợp.
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 14 -

b)Điều khiển/ tham chiếu tại chỗ:
Các phím :
Stop/reset
Run
ESC
Fwd/Rev
F1 > F4
Núm xoay
Keypad có thể lắp đặt ngoài mặt tủ điều khiển sử dụng cáp RJ-45 (10m) và bộ gá
lắp.
c) Điều khiển nhiều động cơ:
- Mỗi động cơ phải có rơle nhiệt bảo vệ.

- Khi các động cơ có công suất khác nhau nên dùng luật điều khiển V/F.
d) Điều khiển nhiều động cơ:
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 15 -

e) Điều khiển chủ tớ:
Chủ/ tớ theo tốc độ Chủ/ tớ theo mômen
f) Nối mạng:
Biến tần ATV71 với card "Controler inside" đóng vai trò như một bộ điều khiển
khả lập trình cho phép điều khiển một tập ứng dụng nhất định.
Chức năng đồng bộ hóa quá trình sản xuất được thực hiện ở mức trên của mạng.
2!!h##S#3#=>#T'=,P1
Điều khiển tốc độ động cơ:
a. Nối ATV với nguồn L1,L2.L3,N.
b. Nối ATV với động cơ U,V,W,N. c. Nối dây mạch điều khiển .
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 16 -

d. Nhập thông số của động cơ.
Vào Menu DrC-
- Điện áp : UnS
- Tần số : FrS
- Dòng động cơ : nCr
- Tốc độ định mức : NsP
- Hệ số công suất : Cos
Thực hiện "auto tuning":
Autotuning: Tun = Yes
e. Chọn luật điều khiển.
Vào Menu DrC-
Chọn thông số : UfT = P
cho tải bơm/quạt.
f. Đặt các thông số cho biến tần.

Vào Menu Settings: SEt-
- Đặt bảo vệ nhiệt (quá tải) cho động cơ:
+ Đặt thông số "lth" bằng dòng động cơ.
- Đặt thông số khởi động/dừng:
+ Đặt thời gian khởi động : ACC
+ Đặt thời gian dừng : DEC
- Đặt hạn chế tốc độ trên/dười:
+ Đặt hạn chế tốc độ dưới: LSP (Hz)
+ Đặt hạn chế tốc độ trên: HSP (Hz)
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 17 -

g. Đặt các thông số cho biến tần:
Vào menu quản lý I/O : I-O-
Kiểm tra kiểu đấu dây 2-wire và 3-wire hay
LOC:
- Vào sub-menu tCC, chọn kiểu đấu dây 2C.
Chuyển kênh tham chiếu về AI1:
- Vào sub-menu Fr1, chọn AI1.
h. Kết thúc:
Bật công tắc cho động cơ làm việc.
Lưu thông số/ Trở về thông số mặc định/ Bảo vệ truy cập:
• Lưu thông số vừa mới thiết lập vào ALTIVAR.
+ Vào menu Motor control: DrC-
- Vào sub-menu SCS, chọn Str1 → Lưu thông số vào EFROM.
• Trở về thông số đã lưu hoặc thông số mặc định (Factory settings):
+ Vào menu Motor control : DrC-
- Vào sub-menu FCS, chọn rEC 1 → Trả về thông số đã lưu trong EFROM.
Hoặc chọn InI → Trả về thông số mặc định của nhà sản xuất.
• Bảo vệ ALTIVAR khỏi truy cập vô ý:
+ Vào menu hiển thị SUP-

- Vào sub-menu COd, chọn on, nhập mã bảo mật xxx.
2!!i)j9:)&g[9D#F#1
Tốc độ theo tần số :
60
(1 )
<
 '
.
= −
Moomen sinh ra tỷ lệ với từ thông dòng điện :
. . . os  = 
θ
= Φ
Điều khiển moment:
- Duy trì từ thông không đổi
onstant
Φ =
- Moomen tỷ lệ với dòng điện T = f(I)
• Các luật điều khiển cho biến tần
ATV31:
L: Tải CT, động cơ đặc biệt
n : Điều khiển vecto từ thông mạch vòng hở (CT)
P : Tải VT.
nLd : Tiết kiệm năng lượng (Làm việc như loại P khi không tải và loại n khi có
tải).
• Luật điều khiển V/F – duy trì từ thông không đổi:
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 18 -

UnS và FrS định nghĩa các điểm làm việc của động cơ.
UFr là điện áp đưa tới động cơ tại 0 hz (boost).

• Điều khiển vecto từ thông
Nguyên lý : chuyển đổi hệ phương trình máy điện, chuyển các đại lượng vô
hướng (điện áp, dòng điện, từ thông) thành các vecto tương ứng.
Trên hệ quy chiếu với vecto từ thông, thành lập
được hệ phương trình.
Từ thông :
1
.2  =8Φ =
Mômen :
2
. .  ' =>
= Φ
Id, Iq là các thành phần dọc trục và ngang trục của
vecto dòng điện.
Bằng cách điều khiển riêng biệt các thành phần Id, Iq sẽ gián tiếp điều khiển
được từ thông và mômen.
2!2-).:O\2]]OI0I1
2!2!/'$k.(@",*,)#T'1
PLC, viết tắt của Programnable Logic Control, là thiết bị điều khiển logic lập
trình được, hay khả trình, cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic
thông qua một ngôn ngữ lập trình.
Những đặc điểm làm cho PLC có tính năng ưu việt và thích hợp trong môi trường
công nghiệp:
• Khả năng kháng nhiễu rất tốt.
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 19 -

• Cấu trúc dạng module rất thuận tiện cho việc thiết kế, mở rộng, cải tạo nâng
cấp
• Có những modul chuyên dụng để thực hiện những chức năng đặc biệt hay
những modul truyền thông để kết nối PLC với mạng công nghiệp hoặc mạng Internet

• Khả năng lập trình được, lập trình dễ dàng cũng là đặc điểm quan trọng để
xếp hạng một hệ thống điều khiển tự động .
• Yêu cầu của người lập trình không cần giỏi về kiến thức điện tử mà chỉ cần
nắm vững công nghệ sản xuất và biết chọn thiết bị thích hợp là có thể lập trình được.
• Thuộc vào hệ sản xuất linh hoạt do tính thay đổi được chương trình hoặc thay
đổi trực tiếp các thông số mà không cần thay đổi lại chương trình.
2!2!2(P#T'071
QCác thành phần của một PLC thường có các modul phần cứng sau:
1. Modul nguồn.
2. Modul đơn vị xử lý trung tâm.
3. Modul bộ nhớ chương trình và dữ liệu.
4. Modul đầu vào.
5. Modul đầu ra.
6. Modul phối ghép (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông nội bộ).
7. Modul chức năng (để hỗ trợ cho vấn đề truyền thông mạng).
2!2!f!8)$l#P#S#T'1
2!2!f!!.BNJ4E$)m0ncI$'4$?#I@co1
Thường trong mỗi PLC có một đơn vị xử lý trung tâm, ngoài ra còn có một số
loại lớn có tới hai đơn vị xử lý trung tâm dùng để thực hiện những chức năng điều
khiển phức tạp và quan trọng gọi là hot standby hay redundant.
a) Đơn vị xử lý "một -bit": Thích hợp cho những ứng dụng nhỏ, chỉ đơn thuần là
logic ON/OFF, thời gian xử lý dài, nhưng kết cấu đơn giản nên giá thành hạ vẫn được
thị trường chấp nhận.
b) Đơn vị xử lý "từ - ngữ":
• Xử lý nhanh các thông tin số, văn bản, phép tính, đo lường, đánh giá, kiểm tra.
• Cấu trúc phần cứng phức tạp hơn nhiều.
• Giá thành cao.
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 20 -

* Nguyên lý hoạt động:

- Thông tin lưu trữ trong bộ nhớ chương trình → gọi tuần tự (do đã được điều
khiển và kiểm soát bởi bộ đếm chương trình do đơn vị xử lý trung tâm khống chế).
- Bộ xử lý liên kết các tín hiệu (dữ liệu) đơn lẻ (theo một quy định nào đó - do
thuật toán điều khiển) → rút ra kết quả là các lệnh cho đầu ra.
- Sự thao tác tuần tự của chương trình đi qua một chu trình đầy đủ rồi sau đó lại
bắt đầu lại từ đầu → thời gian đó gọi là "thời gian quét".
- Đo thời gian mà bộ xử lý xử lý 1 Kbyte chương trình để làm chỉ tiêu đánh giá giữa các
PLC.
⇒ Như vậy bộ vi xử lý quyết định khả năng và chức năng của PLC.
"*'/ &?@A/!&/ &?@ABC
W7NJ4E07Q= W7NJ4EpQq
Xử lý trực tiếp các tín hiệu đầu
vào (địa chỉ đơn).
Các tín hiệu vào/ra chỉ có thể
được địa chỉ hoá thông qua từ ngữ.
Cung cấp lệnh nhỏ hơn, thông
thường chỉ là một quyết định
có/ không.
Cung cấp tập lệnh lớn hơn,
đòi hỏi phải có những kiến thức về
vi tính.
Ngôn ngữ đầu vào đơn giản,
không cần kiến thức tính toán.
Ngôn ngữ đầu vào phức tạp
dùng cho việc cung cấp lệnh lớn.
Khả năng hạn chế trong việc
xử lý dữ liệu số (không có chức
năng toán học và logic).
Thu thập và xử lý dữ liệu số.
Chương trình thực hiện liên

tiếp, không bị gián đoạn, thời gian
của chu trình tương đối dài.
Các quá trình thời gian tới hạn
được địa chỉ hoá qua các lệnh gián
đoạn hoặc chuyển đổi điều khiển
khẩn cấp.
Chỉ phối được với máy tính
đơn giản.
Phối ghép với máy tính hoặc
hệ thống các máy tính.
Khả năng xử lý các tín hiệu
tương tự bị hạn chế.
Xử lý tín hiệu tương tự ở cả
đầu vào và đầu ra.
2!2!f!2!W7-: W'?0#>ZY6Za6^^Za1
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 21 -

Một nguồn điện dự phòng là cần thiết cho RAM để duy trì dữ liệu ngay cả khi
mất nguồn điện chính.
Bộ nhớ được thiết kế thành dạng modul để cho phép dễ dàng thích nghi với các
chức năng điều khiển với các kích cỡ khác nhau. Muốn rộng bộ nhớ chỉ cần cắm thẻ
nhớ vào rãnh cắm chờ sẵn trên modul CPU.
2!2!f!h!.(?r$'1
Hoạt động xử lý tín hiệu bên trong PLC: 5VDC, 15VDC (điện áp cho họ TTL
& CMOS). Trong khi đó tín hiệu điều khiển bên ngoài có thể lớn hơn. khoảng 24VDV
đến 240VDC hay 110VAC đến 220VAC với dòng lớn.
Khối giao tiếp vào ra có vai trò giao tiếp giữa mạch vi điện tử của PLC với
mạch công suất bên ngoài.Thực hiện chuyển mức điện áp tín hiệu và cách ly bằng
mạch cách ly quang (Opto-isolator) trên các khối vào ra. Cho phép tín hiệu nhỏ đi qua
và ghim các tín hiệu có mức cao xuống mức tín hiệu chuẩn. Tác dụng chống nhiễu tốt

khi chuyển công tắc bảo vệ quá áp từ nguồn cung cấp điện lên đến điện áp 1500V.
• Ngõ vào: nhận trực tiếp tín hiệu từ cảm biến.
• Ngõ ra: là các transistor, rơle hay triac vật lý.
2!2!f!i!,=B4j$M1
Có 2 loại thiết bị có thể lập trình được đó là
• Các thiết bị chuyên dụng đối với từng nhóm PLC của hãng tương ứng.
• Máy tính có cài đặt phần mềm là công cụ lý tưởng nhất.
2!2!f!s!Z4I1
Rơle là bộ nhớ 1 bít, có tác dụng như rơle phụ trợ vật lý như trong mạch điều
khiển dùng rơle truyền thống gọi là các rơ le logic. Theo thuật ngữ máy tính thì rơle
còn được gọi là cờ, kí hiệu là M. Có rất nhiều loại rơle chúng ta sẽ khảo sát kỹ hơn đối
với loại các PLC của hãng.
2!2!f!\!?K)4H)>4E.#V1
Dùng để phối ghép bộ PLC với các thiết bị bên ngoài như máy tính, thiết bị lập
trình, bảng vận hành và mạng truyền thông công nghiệp.
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 22 -

2!2!f!t'nZI@I$o1
- Là bộ nhớ 16 bit hay 32 bit để lưu trữ tạm thời khi PLC thực hiện quá trình
tính toán.
- Thanh ghi chốt (Latch register) duy trì nội dung cho đến khi nó được chồng
lên bằng nội dung mới.
- Thanh ghi chuyên dùng (Special register).
- Thanh ghi tập tin hay thanh ghi bộ nhớ chương trình (Program memory
registers).
- Thanh ghi điều chỉnh giá trị được từ biến trở bên ngoài.
- Thanh ghi chỉ mục (Index register).
2!2!f!uW79,0n?)I$D kí hiệu là C.
DPhân loại theo tín hiệu đầu vào:
- Bộ đếm lên.

- Bộ đếm xuống.
- Bộ đếm lên - xuống, bộ đếm này có cờ chuyên dụng chọn chiều đếm.
- Bộ đếm pha phụ thuộc vào sự lệch pha giữa hai tín hiệu xung kích.
- Bộ đếm tốc độ cao (high speed counter), xung kích có tần số cao khoảng vài
kHz đến vài chục kHz.
/DPhân loại theo kích thước của thanh ghi và chức năng của bộ đếm:
- Bộ đếm 16 bit: thường là bộ đếm chuẩn, có giá trị đếm trong khoảng -32768 ÷
32767.
- Bộ đếm 32 bit: cũng có thể là bộ đếm chuẩn nhưng thường là bộ đếm tốc độ
cao.
- Bộ đếm chốt: duy trì nội dung đếm ngay cả khi PLC bị mất điện.
2!2!f!]!W79BMn0I$o1 kí hiệu là T
Được dùng để định các sự kiện có quan tâm đến vấn đề thời gian, bộ định thì
trên PLC được gọi là bộ định thì logic. Việc tổ chức định thì thực chất là một bộ đếm
xung với chu kỳ có thể thay đổi được. Chu kỳ của xung tính bằng đơn vị 5' gọi là độ
phân giải. Tham số của bộ định thì là khoảng thời gian định thì, tham số này có thể là
biến hoặc là hằng nhập vào là số nguyên.
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 23 -

2!2!h!-)07@G0v=,'*$+,-1
*E5E' có ba nhóm
• CPU S7 200:
CPU 21x: 210; 212; 214; 215-2DP; 216.
CPU 22x: 221; 222; 224; 224XP; 226; 226XM.
• CPU S7300: 312IFM; 312C; 313; 313C; 313C-2DP+P; 313C-2DP; 314;
314IFM; 314C-2DP+P; 314C-2DP; 315; 315-2DP; 315E-2DP; 316-2DP.
• CPU S7400.
'/' Họ FX
)F52 Họ CMQ
:;2E>E Họ Compact TWD LCAA 10DRP; TWD LCAA 16DRP;

TWD LCAA 24DRP
2!2!ivH)'.:AO\Q2]]#T'wOI0I@1
Có hai series: 21x (loại cũ không còn sản xuất nữa) và 22x (loại mới). Về mặt
tính năng thì loại mới có ưu điểm hơn nhiều. Bao gồm các loại CPU sau: 221, 222,
224, 224XP, 226, 226XM trong đó CPU 224XP có hỗ trợ analog 2I/1O onboard và 2
port truyền thông.
";;GH*IJKK
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 24 -

")*'L'M&#453NO'E2E' ?

2!2!s!'?, ,=B?%.1
a) Thiết bị lập trình loại PGxx được trang bị sẵn phần mềm lập trình, chỉ lập trình
được với ngôn ngữ STL.
b) Máy tính PC: Hệ điều hành Win 95/98/ME/2000/NT4.x.
Trên đó có cài đặt phần mềm Step7 Micro/Win 32 và Step7 Micro/Dos. Hiện nay
hầu hết sử dụng Step7 Mcro/Win 32 version 3.0, 3.2, 4.0. V4.0 cho phép người lập
trình có thể xem được giá trị, trạng thái cũng như đồ thị của các biến. Nhưng chỉ sử
dụng được trên máy tính có cài đặt hệ điều hành Window 2000/ WinNT và PLC loại
version mới nhất hiện nay.
2!2!\8)$l#=+?(#T'O\Q2]]1
2!2!\!MK=+?(1
1. Các đèn trạng thái:
• Đèn RUN-màu xanh: Chỉ định PLC ở chế độ làm việc và thực hiện chương
trình đã được nạp vào bộ nhớ chương trình.
• Đèn STOP-màu vàng: Chỉ định PLC ở chế độ STOP, dừng chương trình đang
thực hiện lại (các đầu ra đều ở chế độ off).
SVTH: Lê Xuân Thường – Lớp 06D3 -Trang 25 -