đề tài điểu khiển động cơ quạt gió

ĐỀ TÀI ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ : QUẠT GIÓ
GVHD : LÊ QUANG ĐỨC
SVTH : LỚP TD06 NHÓM 12
1. LÊ HỒNG LONG
2. NGUYỄN VĂN THẮNG A
3. NGUYỄN XUÂN THỦY


ĐỀ TÀI NHÓM 12
Quạt gió : điều khiển quạt gió làm mát cấp khí lạnh cho phòng từ máy điều hoà,
điều khiển theo nhiệt độ phòng. Quạt có công suất 25 kW, Chọn động cơ, AC drive
của Siemens để điều khiển nhiệt độ của phòng.
- Vẽ mạch điện động lực và mạch điều khiển.
- Chọn thiết bị điện, dây cáp, có bảo vệ quá tải, ngắn mạch.
- Điều khiển ổn định nhiệt độ phòng bằng cách điều khiển tốc độ động cơ, chọn
cảm biến nhiệt độ.
- Thuyết minh giải pháp.
- Lập hồ sơ kỹ thuật bao gồm bản vẽ, danh sách thiết bị, giá thành, bản vẽ tủ điện.

I. GIẢI PHÁP CHO ĐỀ TÀI

Cần các thiết bị:
1. Bộ điều khiển
2. Động cơ quạt gió
3. Cảm biến nhiệt độ phòng
4. Các thiết bị bảo vệ cho hệ thống
Giải pháp sơ lược:
 Động cơ: Theo yêu cầu của đề tài, quạt có công suất 25KW nên ta chọn
động cơ có công suất phù hợp. Ta chọn động cơ có công suất 26 KW.
 Thiết bị điều khiển: Để điều khiển nhiệt độ phòng ta cần điều khiển tốc độ
quạt (động cơ) => Chọn biến tần. Để điều khiển tốc độ quạt ta cần dựa vào

giá trị sai lệch giữa nhiệt độ đặt (tham chiếu) và nhiệt độ đo(phản hồi). Giá
trị nhiệt độ đo được lấy từ cảm biến nhiệt độ phòng.
 Bảo vệ cho biến tần ta cần Aptomat, Contactor, Cầu chì.
 Biến tần giữ nhiệm vụ điều khiển và bảo vệ cho động cơ.


II. CHỌN THIẾT BỊ
1. Motor 1LA9 66 – 2LA công suất 26 kW
a. Đặc tính :

Các thông số:
Áp: 3pha 380V
Dòng định mức: 45,5A
Công suất: 26KW
Hệ số công suất: 0.91
Hiệu suất: 91%
Tốc độ: 2935 rpm
Số cặp cực: 2
Kiểu làm mát: tự làm mát bằng quạt.
Nặng: 102Kg
Làm mát: tự làm mát bằng quạt: chất liệu: nhựa, bảo vệ bọc bởi lưới thép.


b. Kích thước : cần thiết cho việc lắp đặt động cơ


Làm mát: tự làm mát bằng quạt: chất liệu: nhựa, bảo vệ bọc bởi lưới
thép.

2. Biến tần – AC Drive Siemens MM430 công suất 30 kW
MM430 phù hợp với các ứng dụng có tốc độ thay đổi đặc biệt là bơm quạt
với những tính năng PID, điều khiển phân tầng. Đạt hiệu quả cao, giúp tiết
kiệm năng lượng, chi phí.

 Đặc tính cơ bản:
o Dễ dàng, có chỉ dẫn khởi động
o Cấu trúc bộ điều khiển cho phép cấu hình linh hoạt tối đa.
o Sáu ngõ vào digital, có thể lập trình được riêng biệt
o 2 ngõ vào analog (0-10V, 0-20mA), có thể được sử dụng như ngõ vào
số thứ 7, 8.
o 2 ngõ ra analog có thể lập trình (0-20mA)
o 3 ngõ ra relay có thể lập trình được (30V DC/5A cho tải thuần trở,
250VAc/2A cho tải cảm).
o Tiếng ồn do vận hành bé, nhờ xung với tần số cao, điều chỉnh được.
o Bảo vệ hoàn toàn cho motor và inverter
o Bộ dk PID
o Kiểu: năng lượng thấp


 Đặc tính vận hành:
o Nhiệt độ vận hành: -10 tới 40 0 C
o Vỏ bọc tốt
o Kết nối dễ
o Có thể gở bảng dk ra
o …
 Thông số kỹ thuật:
- Điện áp vào và công suất: 3pha 380 ~ 480V (AC±10%): 7,5 ~ 250kW
- Tần số điện vào: 47 đến 63Hz
- Tần số điện ra: 0Hz đến 650Hz

- Hệ số công suất: 0,95
- Hiệu suất chuyển đổi: 96% đến 97%
- Khả năng quá tải: Quá tải 140% trong 3 giây hay 110% trong 60 giây ở
mỗi 300 giây
- Dòng điện vào khởi động: Thấp hơn dòng điện vào định mức
- Phương pháp điều khiển: Tuyến tính V/f; bình phương V/f; đa điểm
V/f; điều khiển dòng từ thông FCC
- Tần số điều chế xung (PWM): Chế độ tiết kiệm điện năng (4kHz (tiêu
chuẩn cho 400V - 3 pha); 2kHz đến 16kHz (bước chỉnh 2kHz)
- Tần số cố định: 15, tuỳ đặt
- Dải tần số nhảy: 4, tuỳ đặt
- Độ phân giải điểm đặt: 10 bit analog / 0,01Hz giao tiếp nối tiếp (mạng)
- Các đầu vào số: 6 đầu vào số lập trình được, cách ly. / Có thể chuyển
đổi PNP/NPN
- Các đầu vào tương tự:
AIN 1: 0 đến 10V hặoc 0 đến 20mA hoặc -10V đến +10V dùng cho điểm
đặt
AIN 2: 0 đến 10V hặoc 0 đến 20mA
- Các đầu ra rơ le: 3, tuỳ chọn chức năng 30V DC/5A (tải trở), 250V
AC/2A (tải cảm)
- Các đầu ra tương tự: 2, tuỳ chọn chức năng; 0 ~ 20m
- Cổng giao tiếp nối tiếp: RS-485, vận hành với USS protocol, RS 232
theo yêu cầu
- Độ dài cáp động cơ:
- Không có kháng ra: Tối đa 50m (bọ kim); Tối đa 100m (không bọc
kim)
- Có kháng ra: Tối đa 200m (bọ kim); Tối đa 300m (không bọc kim)
- Tính tương thích điện từ: Bộ biến tần với bộ lọc EMC lắp sẵn theo EN
61 800-3 (giới hạn theo chuẩn EN 55 011, class B)

- Hãm: Hãm DC, hãm tổ hợp
- Cấp bảo vệ: IP20
- Dải nhiệt độ làm việc: -10ºC đến +40ºC
- Nhiệt độ bảo quản: -40ºC đến +70ºC
- Độ ẩm: 95% (không đọng nước)
- Độ cao lắp đặt: Đến 1000m trên mực nước biển
- Các chức năng bảo vệ: Thấp áp, quá tải, quá áp, chạm đất, ngắn mạch,
chống kẹt, quá nhiệt động cơ, quá nhiệt biến tần, khoá tham số PIN
- CE mark: Phù hợp với các chỉ dẫn về thiết bị thấp áp 73/23/EC; Loại có
vỏ bọc còn phù hợp với chỉ dẫn 89/336/EC


General Circuit Diagram MM430


Terminal connection diagram MM430


 Bố trí lắp đặt bên trong tủ điện :
- Không đặt biến tần nằm ngang.
- Không đặt trong môi trường nhiều bụi, khí gas, nước..
- Độ ẩm < 95%
- Không đặt gần môi trường có từ tính.
- Không gian trên và dưới tối thiểu: 300 mm
 Tìm hiểu về ouput choke và filter
- Output choke : Output chokes can be sup-plied for reducing the
capaci-tive compensation currents and dV/dt in the case of motor
cables >50m (shielded) or >100m (unshielded).
- Filter : Có chức giới hạn dòng hay áp nạp xả khi inverter vận hành,

chống nhiễu do các hài….
- Với ứng dụng của đề tài ta không cần phải chọn Output Choke vì chiều
dài cable đến động cơ ta chọn không quá 100m.
- Nếu xung quanh có các thiết bị quan trọng mà bị ảnh hưởng bởi sóng
và và nhiễu thì ta nên chọn Filter, ngược lại không cần chọn để giảm
chi phí.

Lưu ý: chọn Inverter có Filter bên trong thì không được phép dung với
lưới điện có trung tính không nối đất.


3. Chọn Aptomat : 3RV1042 – 4MA10
Trong catalog của biến tần, khi chọn xong biến tần thì nhà sản xuất có thêm
phần khuyến cáo chọn aptomat và cầu chì để bảo vệ cho biến tần. Aptomat
bảo vệ biến tần khi mạng điện xảy ra ngắn mạch.


4. Chọn Công tắc tơ : có chức năng đóng cắt cung cấp nguồn cho biến tần,
bảo vệ biến tần khi xảy ra quá tải, lúc này ta điều khiển mở tiếp điểm của
công tắc tơ để cách ly nguồn với biến tần.
Loại : 3RT1046-1AP00
Công suất: 45KW/400VAC
Áp điều khiển: 230VAC

Phối hợp bảo vệ loại 1 phù hợp với ứng dụng quạt gió.
Với khung phía trên là chọn Contactor cùng CB phối hợp bảo vệ kiểu 2.


Đặc tính bảo vệ quá tải: class 10

Kích thước và lắp đặt contactor và Aptomat: phối hợp bảo vệ kiểu 1


Các thông số về kích thước yêu cầu khi lắp đặt dùng để bố trí các thiết bị trong
tủ điện sao cho hiệu quả nhất.
5. Cầu chì : để bảo vệ quá tải cho biến tần
Chọn theo khuyến cáo khi chọn biến tần.
Loại : 3NA3824


Cầu chì bảo vệ mạch điều khiển:
Bảo vệ dòng quá tải qua mach điều khiển bằng 2 cầu chì (có thể không cần
cầu chì trên phần dây nối mass)
Cầu chì là phần tử bảo vệ quá dòng điện và chịu được dòng điện làm việc cực đại.


6. Chọn cảm biến nhiệt độ phòng :
a. Cảm biến nhiệt độ phòng có tín hiệu ra là điện áp 0 – 10V
- Type : DRTE 2201 của hãng Satchwell
- Power supply : 24 VAC
- Temperature range : 0 – 40 độ C

b. Cảm biến nhiệt độ phòng có tín hiệu ra là dòng điện 4 – 20 mA
- Type : Sensor temperature room 536 – 779 Siemens
- Power supply : 24 VDC
- Temperature range : 0 – 50 độ C


7. Chọn cable :

a. Chọn cable cho động cơ :

Tiết diện max: 16mm2


Chiều dài cáp (Động cơ và Biến tần): dài nhất là 50m, tùy chọn để thuận tiện lắp
đặt, vi thiết kế không có Choke (cái để giảm dòng tồn dư do tải có tính dung,
thường thì dây dài, cáp để gần nhau thường có tính dung, hay 1 vài lý do khác….)

Loại cáp:

- 3 lõi đồng, của Cadivi
- Dây điện CV 16mm² giá 23,300 VNĐ/m


Cáp vào ra biến tần :

=> để thống nhất với 1 loại cáp với động cơ ta chọn cáp như cáp của dộng cơ đã
chọn ở trên.
Cáp đấu nối mạch đk biến tần: Tiết diện cho phép: 0.08 -> 2.5 mm2
Dây điện CV 2.0mm² (Cadivi)
3,400 Vnd/m


8. Chọn các thiết bị cho mạch điều khiển :
a. Đèn báo hiệu :

b. Nút nhấn :

9. Chọn tủ điện :
300mm

520mm

>=1200mm
245mm
275mm
300mm

 Chọn tủ có:

Cao >=1200mm
Rộng >=300mm
Dài >= 400mm

=> Chọn loại :
1200*600*350*1
cánh 1.5 - khóa vặn tay
Giá : 1.380.000 VNĐ


III. THUYẾT MINH GIẢI PHÁP
1. Mạch động lực :
a. Với cảm biến có ngõ ra là tín hiệu điện áp :


 Để ổn định được nhiệt độ phòng ta cần điều khiển tốc độ quạt theo giá trị
sai lệch giữa nhiệt độ đặt và đo.
- Nếu nhiệt độ đặt lớn hơn nhiệt độ đo : tăng tốc độ quạt

- Nếu nhiệt độ đặt bé hơn nhiệt độ đo : giảm tốc độ quạt
- Nếu nhiệt độ đặt bằng nhiệt độ đo : giữ nguyên tốc độ quạt
 Để điều khiển được tốc độ quạt ta dùng chức năng PID trong biến tần.
- Thiết lập kênh tham chiếu PID là ngõ vào Analog input 1 (ADC 1)
với tín hiệu ngõ vào là điện áp từ 0 – 10V. Ta dùng biến trở 10K cấp
nguồn 10 VDC mắc theo sơ đồ như hình vẽ để tạo được giá trị điện áp
0 – 10V.
- Thiết lập kênh hồi tiếp giá trị nhiệt độ đo về vòng điều khiển kín PID
là ngõ vào Analog input 2 (ADC 2). Tín hiệu hồi tiếp từ cảm biến về là
0 – 10V tương ứng với 0 – 40 độ C.
- Chức năng điều khiển PID sẽ so sánh giá trị tham chiếu và giá trị hồi
tiếp để điều khiển tốc độ quạt nhằm ổn định nhiệt độ phòng.
 Aptomat dùng để bảo vệ ngắn mạch khi có sự cố xảy ra.
 Cầu chì dùng để bảo vệ khi biến tần làm việc quá tải.
 Công tắc tơ có nhiệm vụ đóng cắt nguồn cung cấp cho biến tần sẵn sàng
hoạt động. Khi biến tần làm việc quá tải ta xuất tín hiệu điều khiển mở
tiếp điểm Contactor để cách ly biến tần với nguồn điện, tránh hư hỏng.
 Nhiệm vụ của biến tần là điều khiển và bảo vệ cho động cơ.
b. Với cảm biến có tín hiệu ngõ ra là dòng điện từ 4 – 20 mA
 Khác với tín hiệu hồi tiếp là điện áp thì hồi tiếp về dòng điện ta cần thiết
lập biến tần có kênh tham chiếu ngõ vào là dòng điện.
 Thiết lập giá trị tham chiếu của PID là tín hiệu dòng từ 4 – 20 mA.Ta
dùng một biến trở cấp nguồn 24 VDC và mắc theo sơ đồ hình vẽ trong
mạch bên dưới. Giá trị của điện trở dựa vào tín hiệu dòng 4 – 20 mA nên
giá trị biến trở thay đổi tương ứng là 6K – 1.2 K vì thế ta chọn biến trở
10K.
 Kênh hồi tiếp giá trị nhiệt độ về cũng thiết lập ngõ vào là dòng điện. Mắc
cảm biến theo như sơ đồ kết nối mạch động lực. Nguồn cấp cho cảm biến
là 24 VDC. Giá trị dòng hồi tiếp từ 4 – 20 mA tương ứng 0 – 50 độ C.