ĐỒ ÁN MÔN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐỒNG TỐC ĐỘ

ĐH GIAO THÔNG VẬN TẢI TP. HỒ CHÍ MINH
KHOA ĐIỆN_ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

ĐỒ ÁN MÔN KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
NHÓM 37
ĐỀ TÀI: ĐỒNG

TỐC ĐỘ

TP.HỒ CHÍ MINH THÁNG 10/2012
I.Tổng quan đồ án :


I.1 Yêu cầu đặt ra :
Hai dây chuyền chạy nối tiếp cần ổn định tốc độ, trong đó dây chuyền 1 có
tốc độ gấp 2 lần dây chuyền 2. Động cơ 1 có công suất 5 HP, hộp số 1/20, Động
cơ 2 có công suất 4 HP, hộp số 1/20.
Điều khiển chạy tới, chạy lui, thay đổi tốc độ, bảo đảm tỷ lệ tốc độ 2/1 của hai
dây chuyền. Nếu động cơ 1 dừng thì động cơ 2 cũng dừng theo.
I.2 Phân tích đồ án :

Nếu 2 băng chuyền chạy nối tiếp, mỗi băng chuyền được điều khiển bằng 1
động cơ mà tốc độ của chúng không theo 1 tỉ lệ nhất định sẽ ảnh hưởng đến quá
trình sản xuất.
Ở đây theo đề tài đặt ra thì băng chuyền 1 chạy với tốc độ gấp 2 lần băng
chuyền 2
I.3 Giải pháp của nhóm :


Với đặc tính cơ của tải:

-

Momen không đổi khi tốc độ thay đổi
Đồng tốc độ, với tốc độ của dây chuyền 1 gấp đôi dây chuyền 2
Ổn định tốc độ
Chế độ làm việc dài hạn

-

Dùng luật điều khiển U/F.

-


-

Biến tần 1(master) điều khiển động cơ 1(master) và sử dụng encoder gắn
trên động cơ 1(master) phản hồi tốc độ về biến tần 2(slave) thông qua
modul encoder, sử dụng chức năng reference speed để điều khiển động cơ
2(slave) chạy theo tốc độ của động cơ 1(master) theo tỉ lê 2/1.

II. Chọn thiết bị :
II.1 Chọn động cơ và thiết bị truyền động :

II.1.1 Chọn động cơ hộp số cho băng chuyền 1(master) :
Yêu cầu:
-

Động cơ 5hp.
Hộp số tỉ lệ 1/20.

Tốc độ ra không quá cao.
Chế độ làm việc dài hạn.

Giải pháp:
Nhóm chọn động cơ đi kèm hộp số có công suất là 4 kw của hãng
siemens (cataloge động cơ hộp số trang 2/50).


Tốc độ khi qua hộp số:71 rpm.
Momen ra: 536 Nm.
Tỉ lệ hộp số: 20,2.
Mã sản phẩm: 2KJ1104 – GH13 – N1.
Tần số: 50hz.
Trọng lượng : 69 kg.
catalog chon hop so 1.pdf
II.1.2 Chọn động cơ cho băng chuyền 1(master) :


Số cực : 4.
Tốc độ định mức : 1440.
Momen : 26.50 Nm.
Dòng điện định mức : 8.20 A.
Điện áp : 400V.
Hệ số công suất : 0,83.
Hiêu suất lúc đầy tải : 86.00%
Hãng sản xuất : Siemens (cataloge động cơ hộp số trang 8/80).
catalog chon dong co 1.pdf
II.1.3 Chọn động cơ hộp số cho băng chuyền 2(slave) :
Giải pháp :
Nhóm chọn động cơ đi kèm hộp số có công suất là 3 kw của hãng

siemens (catalog động cơ hộp số trang 2/46).

Tốc độ khi qua hộp số: 70 rpm.
Momen ra: 408 Nm.
Mã sản phẩm: 2KJ1104-FM13-N1.
Tỉ lệ hộp số: 20,20.
Tần số: 50hz.


Trọng lượng : 62kg.
catalog chon hop so 2.pdf
II.1.4 Chọn động cơ cho băng chuyền 2 (slave) :

Số cực : 4.
Tốc độ định mức : 1420.
Momen : 20.20 Nm.
Dòng điện định mức : 6.40 A.
Điện áp : 400V.
Hệ số công suất : 0,82.
Hiêu suất lúc đầy tải : 83.00%
Hãng sản xuất : Siemens (cataloge động cơ hộp số trang 8/80).
catalog chon dong co 2.pdf


II.2 Chọn thiết bị điện chính :
II.2.1 Chọn biến tần :
Yêu cầu : - Phù hợp với công suất 2 động cơ là 4 kw và 3 kw.
- Dùng được cho băng tải.
- Điện áp 400 V.
- Điều khiển U/f.

- Tần số 50Hz.
- Đọc xung encoder.
- Có chế độ encoder reference.
Giải pháp :
Với yêu cầu trên nhóm chọn 2 biến tần của hãng emerson ( control
technics ) như sau:


Cataloge biến tần trang 21 Hãng Emerson Contol Technics
catalog chon bt..pdf
Biến tần 1(master) : SP1405 : Công suất: 4 kw
Dòng ra : 8.8 A.
Biến tần 2(slave) : SP1403 : Công suất: 3 kw.
Dòng ra : 6.9 A.
Một vài tính năng của biến tần:
Tần số:48-65hz
Dải điện áp 380-480v
Dòng điện quá tải: 110% 60s (normal duty)
Điều khiển U/f.
Điều khiển vector, điều khiển từ thông rotor.
Tần số ra: 0-3000Hz (open loop).
Modul encorder.
Encoder reference.


II.2.2 Chọn phụ kiện biến tần :
-

Điện trở hãm :

Điện trở hãm đã được tích hợp sẵn trên biến tần,phù hợp cho tác loại tải
có quán tính nhỏ,tuy nhiên để phục vụ luôn cho trường hợp tải quán tính
lớn,nhóm vẫn sẽ gắn thêm điện trở hãm cho động cơ.
Theo catalog biến tần ( trang 13) ta có:

-

Dùng cho loại có kích cỡ: 1
Mã sản phẩm: SM-HEATSINK-DBR1
Giá trị điện trở:75 ohm
Công suất 50W.
catalog chon bt,,,,.pdf
Quạt tản nhiệt cho biến tần :
Làm mát cho biến tần.chọn theo catalog biến tần trang 13.


-

Bộ lọc EMC

Được sử dụng để ngăn song cao tần đi theo đường dây , giảm tác hại của
sóng điện từ , nhiễu điện từ (trang 23-catalog biến tần).

Biến tần 1(master) SP1405 dùng bộ lọc có mã là 4200-6119
Biến tần 2 (slave) SP1404 dùng bộ lọc có mã là 4200-6118
-

Modul encoder

Do biến tần không tích hợp khả năng đọc encoder nên nhóm sẽ chọn

modul encoder để dùng cho biến tần 2( slave).
Yêu cầu:
Phù hợp cho chức năng tham chiếu tốc độ.


Mã sản phẩm: SM-ENCODER-PLUS (trang 12 )
Tần số cực đại : 500 KHZ
Điện áp : Sử dụng modul gắn ngoài
Loại encoder: line drive
catalog chon bt..pdf
Sơ đố chân của modul encoder :

-

Chọn Encoder :
Phản hồi tín hiệu tốc độ về biến tần.
Yêu cầu : Loại line drive output


Điện áp nguồn: 5v
Độ phân giải: 1024
Mã sản phẩm: E6C2-CWZ1X
Nhà sản xuất: Omron.
catalog encoder.pdf
Sơ đồ chân:

-

Chọn nguồn 5v :

Do modul encoder của biến tần yêu cầu cấp nguồn từ bên ngoài cho
encoder, nên nhóm chọn thếm nguồn 5v như sau:

Điện áp vào: 100-240VAC
Điện áp ra: 5V DC
Mã sản phẩm: 6EP1 311 1SH02
Nhà sản xuất: Siemens ( Catalog trang 14/2 ).
nguon cho encoder.pdf
II.3 Chọn thiết bị bảo vệ :
II.3.1Chọn MCCB mạch động lực :
Là thiết bị bảo vệ ngắn mạch và quá tải cho hệ thống.
Yêu cầu :
MCCB được chọn phải có khả năng bảo vệ quá tải , ngắn mạch khi có sự
cố.


-

Dòng định mức qua biến tần 1 (master ) là : 8.8A.
Dòng định mức qua biến tần 2 ( slave ) là : 6.9A.

Giải pháp :
Nên nhóm 1 MCCB tổng bảo vệ cho toàn hệ thống bằng tổng dòng vào 2
biến tần là : 20 A ( Siemens catalog trang 7/13 ).
mccb\catalog mccb, mcb - Copy (2).pdf


Nhóm chọn 2 MCB cho 2 biến tần : Hãng siemens ( Catalog trang 3/13 )
mccb\catalog mccb, mcb.pdf

Biến tần 1( master) dòng vào là 8.8A nên nhóm chọn MCB có dòng định
mức là: 10 A. Mã : 5SX4310-7
Biến tần 2 (slave) dòng vào là 6.9 A nên nhóm chọn MCB có dòng định
mức là : 8 A. Mã : 5SX4308-7


II.3.2 Chọn MCB bảo vệ mạch điều khiển :

MCB Simemens 5SX2106 – 7CC ( Catalog trang 1/13 ).
Số cực : 1P.
Dòng điện định mức : 6A.
Dòng đánh thủng : 6kA.
Điện áp định mức : 230V.
mccb\catalog mccb, mcb - Copy (2).pdf
II.3.4 Chọn biến áp cách ly :
Chọn biến áp cách ly hãng Siemens catalog 12/27. Điện áp ra : 230 V.


bien ap chach ly.pdf
II.4 Chọn thiết bị điều khiển :
II.4.1 Chọn Contactor
Chức năng :
Dùng để đóng cắt từ xa để điều khiển và bảo vệ mạch động lực và mạch
điều khiển.
Nhóm chọn 2 contacter hãng siemens (catalog trang 3/15) cho 2 biến
tần :


Biến tần 1: Công suất 4 kW , dòng 8.8A nên chọn contacter

mã: 3RT1016-1AP02 với dòng là: 9A.
Biến tần 2: Công suất 3 kW , dòng 6.9A chọn contacter
mã: 3RT1016-1AP02 với dòng là: 7A.
mccb\catalog contacter.pdf
II.4.2 Chọn Relay :
Là thiết bị đóng cắt thường được dùng cho mach điều khiển
Sơ đồ chân của rơ le :

Nhóm chọn loại rơ le sau :

Relay Siemens : LZX : PT570730( Catalog role trang 3/7 ).


Điện áp vào : 230V AC.
Có 4 cặp tiếp điểm.
Catalog ro le.pdf
II.4.3 Chọn nút ấn và nút ấn sự cố :
Chọn nút nhấn tự giữ cho nút điều khiển, hãng Siemens ( catalog nút ấn
trang 10/7).

catalog chon nut an.pdf
Nút ấn sự cố :

II.4.4 Chọn đèn báo :


Nhóm chọn 2 đèn : Mã số 3SB3901 – 1BF.
& Mã số 3SB3901 – 1DF.
Điện áp : 230 VAC.
Dòng định mức : 15mA

Màu : vàng , xanh ( catalog chọn đèn báo trang 13/26).
catalog chon den bao.pdf
II.5 Chọn cáp :
-

Chọn cáp mạch động lực :


Cáp hãng Cadivi loại : 1 lõi , 5A/ 1mm2.
Mặt cắt danh định : 4mm2.
Mã số : 1060106 ( catalog chọn cáp trang 2/11 ).
Catalog chon cap.pdf
-

Chọn cáp mạch điều khiển :

Cáp hãng Cadivi loại : 1 lõi , 5A/ 1mm2.
Mặt cắt danh định : 1mm2.
Mã số : 1060101 ( catalog chọn cáp trang 2/11 ).


III. Mạch động lực và mạch điều khiển :
III.1: Mạch động lực.

Các thiết bị chính và chức năng :
MCCB: là MCCB tổng cho 2 biến tần. Bảo vệ quá tải, ngắn mạch.
MCCB 1, MCCB 2: là 2 MCCB cho 2 biến tần.
KM 1, KM2: là 2 contacter đóng ngắt điện vào biến tần.
K1 : là relay đóng tiếp điểm chạy thuận.
K2 : là relay đóng tiếp điểm chạy nghịch.

K3: là relay báo lỗi cho biến tần.
Encorder : đo tốc độ động cơ 1, phản hồi về biến tần slave.
SM- ENCORDER PLUS: module giải mã tín hiệu từ encorder.
Bộ nguồn: 5( V) cấp nguồn cho encorder.
Nguyên lý hoạt động:
Khi cuộn hút KM1, KM2 bên mạch điều khiển có điện sẽ đóng 2 tiếp điểm KM1, KM2
bên mạch động lực lại, cung cấp điện cho 2 biến tần.
Khi động cơ 1 chạy, encorder hoat động, phản hồi tốc độ của băng chuyền thứ 1 về biến
tần thứ 2 thông qua module SM-ENCORDER PLUS. Từ đó biến tần thứ 2 so sánh
tốc độ động cơ của băng chuyền thứ 1 với tốc độ của động cơ thứ 2, sau đó điều


chỉnh sao cho băng chuyền thứ 2 chạy với tốc độ bằng ½ tốc độ của băng chuyền
thứ 1.
III.2 : Mạch điều khiển.

Các thiết bị chính:
MCB: bảo vệ ngắn mạch mạch điều khiển.
Biến áp cách ly: có nhiệm vụ tạo ra nguồn 220v ổn định cấp cho mạch điều khiển, và
cách ly mạch điều khiển với lưới điện khi có sự cố.
Emergency : nút nhấn sự cố.
Power : nút nhấn nguồn.
K1, K2 : là 2 relay chạy thuận, nghịch.
K3: relay báo lỗi cho biến tần.
Nguyên lý hoạt động
Ban đầu , khi ta nhấn nút POWER, dòng điện sẽ được cấp cho cuộn hút của 2 contacter
KM1, KM2. Đồng thời đóng 2 tiếp điểm bên mạch động lực. Khi đó 2 biến tần sẽ
được cấp điện.
Khi muốn cho động cơ chạy thuận thì ta nhấn nút F( forward) ,dòng điện sẽ được cấp
cho cuộn hút của relay K1, đóng tiếp điểm tự giữ của relay K1 lại, đồng thời tiếp

điểm K1 bên relay K2 sẽ mở ra, không cho chế độ chạy nghịch hoạt động. Đèn
forward sáng.
Khi muốn cho động cơ chạy nghịch thì ta nhấn nút STOP-F để dừng chế độ chạy thuận
lại, đồng thời nhấn nút R( reverse) ,khi đó tiếp điểm K2 sẽ có điện, đóng tiếp điểm
tự giữ K2 và ngắt K1 ra. Đồng thời đèn báo REVERSE sáng lên.
Khi 1 trong 2 biến tần xảy ra lỗi thì cuộn hút K3 có điện, ngắt tiếp điểm tự giữ K3 ,
làm cho 2 động cơ ngừng hoạt động. đồng thời đèn báo ERROR sáng lên, báo hiệu
trạng thái lỗi.
IV. Cài đặt :
IV.1 : Biến tần 1:
Các thông số động cơ:
Thông
số
Pr0.42
Pr 0.43
Pr 0.44
Pr 0.45
Pr 0.46
Pr 0.47

Mô tả

Khoảng cài đặt

Giá trị cài đặt

Trang

Số cực
Hệ số công suất
Điện áp định mức
Tốc độ định mức
Dong dinh mức
động cơ
Tần số động cơ

0-60
0-180000rpm
0-dòng đinh mức

4
0.83
400V
1440
8.20 A

105
105
105
105
105

0-3000hz

50hz

105

Giá trị cài
đặt
5s
5s
1

Trang

1:open loop

105

1

180

10%
165%

180
104

Chế độ vận hành,bảo vệ:
Thông
số
Pr 0.03
Pr 0.04
Pr2.02

Mô tả

Khoảng cài đặt

Thời gian tăng tốc
Thời gian giảm tốc
Bât hàm ramp

Pr0.48

Chế độ vận hành

Pr 5.13

u/f

Pr5.15
Pr0.06

Voltage boost
Dòng điện giới hạn

0-3,2s/100hz
0-3,2s/100hz
0:off
1:on
1:open loop
2:close loop vector
3:servo
Off:0
On:1

0-25% Uđm
0 to

104
104
166