Nghiên cứu khả năng tiết kiệm điện nhờ biến tần

hất thông qua thiết bị là phụ thuộc vào tốc độ qua 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 ssố công nghiệp f=50Hz thông qua quan hệ: 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 điện. Thêm nữa, như ta đã biêt, 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: M ≈ n2 M ≈ f 2 Trong khi đó, công suất đòi hỏi của hệ thống lại bằng tích số giữa mômen và tốc độ quay: P = M x n Do đó, công suất đòi hỏi của hệ thống tỉ lệ với lập phương của tốc độ quay và cũng là tỉ lệ với lập phương của lưu lượng: P≈ n3 ≈ f 3 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. Hình vẽ đường đặc tính nêu ở hình bên sẽ cho thấy điều đó. Hình 4.11. Đặc tuyến công suất-lưu lượng của quạt. 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. Việc làm mất đi những tổn hao trên các lá chắn này gợi ra một tiềm năng tiết kiệm rất lớn. Đúng như thế, khi sử dụng biến tần, nhờ đầu ra điện áp có xung vuông và dòng điện hình sin nên vấn đề thay đổi tần số là dễ dàng. Giả sử rằng khi lưu lượng của bơm ở đầu ra đáp ứng yêu cầu vận hành nhỏ hơn so với thiết kế. Nếu dùng van điều chỉnh thì lưu lượng đầu ra được hạn chế trong khi công suất tiêu thụ giảm rất ít. Nếu dùng biến tần, vì lưu lượng tỉ lệ thuận với tốc độ, mà tốc độ lại tỉ lệ thuận với tần số. Như vậy khi lưu lượng giảm thì tần số phải giảm theo bậc 1, trong khi đó công suất tiêu thụ sẽ giảm theo bậc 3 (vì P ≈ n3 ≈ f 3). Ví dụ như trường hợp yêu cầu 80% lưu lượng định mức, nó đã chiếm tới 96% công suất tiêu thụ danh định, trong khi biến tần chỉ cần 52%, tức là hệ biến tần có thể tiết kiệm được 44% điện năng. 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 van vẫn còn lớn. Do đó khi dùng biến tần sẽ tiết kiệm điện năng được rất nhiều so với dùng van. Tính toán hiệu quả tiết kiệm điện năng Việc định lượng hiệu quả tiết kiệm điện năng rất quan trọng vì nó là cơ sở để lắp đặt hoặc thay thế bằng biến tần trong các hệ thống. Tuy nhiên việc tính toán chính xác thường phức tạp vì hiệu quả tiết kiệm điện năng phụ thuộc vào nhiều yếu tố: đặc tính của hệ truyền động, chế độ vận hành, yêu cầu của quy trình công nghệ. Dưới đây chúng ta sẽ phân tích các phương pháp thực hành cho bài toán tiết kiệm điện năng thường gặp như đã phân tích ở trên là hệ thống bơm và quạt ly tâm. Phương pháp đánh giá sơ bộ: Thông thường, khi không có đầy đủ thông số thiết bị và hệ thống, các tính toán khả thi sử dụng luật đồng dạng (lưu lượng tỉ lệ thuận với tốc độ, công suất tỉ lệ với lập phương tốc độ) để tính điện năng tiêu thụ: Điện năng tiêu thụ của động cơ ở 100% tốc độ: __kW x__giờ. = ____ (a) Điện năng tiêu thụ của động cơ với biến tần: __kW x (__% tốc độ)3 x__giờ. ="___" (b) Điện năng tiết kiệm được: (c) = (a) - (b) Đối với chu trình làm việc có tải thay đổi cần lặp lại công thức (b) cho mỗi giá trị tốc độ và lấy tổng điện năng tiêu thụ ở tất cả các tốc độ làm việc. Ví dụ như xét một bơm ly tâm công suất 30kW làm việc 10 giờ/ngày, 250 ngày/năm (2500 giờ/năm) theo chu trình: 25% thời gian (625 giờ) với 100% lưu lượng, 50% thời gian (1250 giờ) với 90% lưu lượng, 25% thời gian (625 giờ) với 80% lưu lượng. Điện năng tiêu thụ khi không sử dụng biến tần: 30kW x 2500h = 75000kWh Điện năng tiêu thụ khi sử dụng biến tần: 30kW x 1 x 625h                               =                     18750kWh 30kW x (0.9)3 x 1250h = 19200kWh 30kW x (0.8)3 x 625h = 4050kWh Tổng cộng = 42000kWh Như vậy điện năng tiêu thụ trong trường hợp sử dụng biến tần tiết kiệm được 44% so với trường hợp không sử dụng biến tần (42MWh so với 75MWh). Tuy nhiên, cách tính đơn giản này thường cho kết quả lạc quan hơn nhiều so với thực tế. Ở chế độ tốc độ định mức (đầy tải), hiệu suất hệ thống biến tần/động cơ thường thấp hơn 3 - 5% so với khi chỉ có động cơ chủ yếu do tổn thất ở biến tần, ở chế độ giảm vận tốc, hiệu suất của động cơ cũng giảm đi. Do vậy, một số nhà sản xuất đưa ra bảng tra điện năng tiêu thụ với hiệu quả tiết kiệm khiêm tốn hơn, ví dụ: Tốc độ (%) Quạt Bơm 90 0.78 0.80 80 0.70 0.64 70 0.59 0.49 60 0.46 0.38 50 0.32 0.28 40 0.22 0.20 Giả thuyết công suất tiêu thụ của động cơ không đổi khi vận tốc cố định (không dùng biến tần) trong công thức (a) cũng là nguyên nhân sai số chủ yếu khi đánh giá sơ bộ. Từ cách biểu diễn công suất thủy lực trong hình 4.2 dễ dàng nhận thấy rằng, ngay cả khi điều khiển bằng van tiết lưu, công suất thủy lực cần thiết và do đó công suất tiêu thụ của động cơ sẽ thay đổi khi lưu lượng thay đổi. Trong phần sau (hình 4.12, 4.13) chúng ta sẽ thấy, ngay cả trường hợp không sử dụng biến tần, công suất cơ cần thiết sẽ giảm đáng kể khi giảm lưu lượng bằng van tiết lưu đặt ở đầu vào. Ngoài ra, xuất phát từ yêu cầu của thiết bị điều khiển và đường ống phân phối, một số hệ thống còn đòi hỏi duy trì một áp lực tối thiểu khi giảm lưu lượng. Như vậy, để tính chính xác hơn, cần phải biết được sự phụ thuộc của công suất cơ cần thiết theo lưu lượng trong trường hợp có và không có biến tần. Phương pháp sử dụng đặc tuyến điển hình: Sử dụng các đồ thị biểu diễn quan hệ CÔNG SUẨT - LƯU LƯỢNG của các hệ thống bơm và quạt ly tâm điển hình, chúng ta có thể tính nhanh chóng và tương đối chính xác hiệu quả tiết kiệm điện năng. Đối với hệ thống quạt điều khiển bằng các phương thức khác nhau, công suất cơ cần thiết được tra từ đặc tuyến công suất - lưu lượng như trên hình 4.12. Hình 4.12. Đặc tuyến công suất-lưu lượng của quạt. Lưu lượng của quạt có thể thay đổi bằng van chặn đặt ở ống gió vào hoặc ống gió ra nhằm điều khiển lượng không khí đi qua quạt. Trong trường hợp sử dụng biến tần, lưu lượng không khí được thay đổi bằng cách điều chỉnh tốc độ quạt. Hình 4.13. Đặc tuyến công suất-lưu lượng của bơm Đối với hệ thống bơm điều khiển bằng đường tuần hoàn, van tiết lưu ở đầu vào hoặc biến tần có thể sử dụng đặc tuyến công suất - lưu lượng ở hình 4.13. Hình 4.14. Đặc tuyến công suất-lưu lượng hệ biến tần-van. Đối với hệ thống kết hợp biến tần và van tiết lưu đặt ở đường ống cấp nước vào, tốc độ bơm được thay đổi theo tín hiệu áp suất, van tiết lưu được điều chỉnh làm tăng hay giảm tiết diện hiệu quả dẫn đến thay đổi áp lực nước. Do đó, biến tần cũng thay đổi tốc độ bơm nhằm điều chỉnh áp lực đặt theo giá trị đặt trước. Với chiều cao cột áp H khác nhau ta có thể sử dụng họ đường cong trên hình 4.14 để tính công suất. Ngoài ra, cần phải tính đến sự thay đổi của hiệu suất động cơ theo tốc độ quay. Để xác định hiệu suất của động cơ tại một tốc độ xác định, có thể sử dụng đồ thị hiệu chỉnh hiệu suất theo tốc độ như trên hình 4.15. Như vậy, công suất thực tiêu thụ bởi động cơ của bơm hay quạt trong trường hợp không sử dụng biến tần có thể tính theo công thức: với: PN và IN: công suất và dòng định mức động cơ I: dòng tiêu thụ bởi 100% tải η: hiệu suất định mức của động cơ f1(W): hàm công suất theo lưu lượng của bơm và quạt (các đường cong ứng với điều khiển bằng van trên đồ thị hình 4.12, 4.13). Hiển nhiên, công suất phản kháng tiêu thụ là: Q = P.tgW Trong trường hợp sử dụng biến tần, công suất tiêu thụ được tính theo công thức: với: f2(W): hàm công suất theo lưu lượng của bơm và quạt (các đường cong ứng với điều khiển bằng biến tần trên đồ thị hình 4.12, 4.13, 4.14); f3(W): hàm hiệu suất động cơ theo tốc độ (hình 4.15); v: hiệu suất của biến tần (có thể mặc định 0.97). Công suất phản kháng tiêu thụ bởi hệ biến tần - động cơ xấp xỉ bằng không. Sử dụng các công thức trên để tính lại ví dụ trong phần a) cho quạt, ta có kết quả là dùng biến tần có thể tiết kiệm được từ 16% điện năng so với sử dụng van tiết lưu ở đầu vào và đến 40% điện năng so với sử dụng van tiết lưu ở đầu ra. Đối với bơm công suất tương tự, dùng biến tần có thể tiết kiệm được từ 14% (trong trường hợp kết hợp với van, cột áp cao) cho đến 40% điện năng (so với trường hợp điều tiết lưu lượng bằng đường ống hồi - bypass). Trong các trường hợp nêu trên, kết quả tính toán tiết kiệm điện năng khi sử dụng các đường đặc tính công suất - lưu lượng luôn thấp hơn cách tính toán đánh giá sơ bộ theo luật đồng dạng η. Với các đường cong điển hình và các công thức nêu trên, chúng ta có thể dễ dàng lập trình để tạo công cụ đánh giá khá chính xác hiệu quả tiết kiệm điện năng. Nếu có dữ liệu về chi phí đầu tư và giá tiền điện, từ điện năng tiết kiệm dễ dàng tính được thời gian hoàn vốn khi sử dụng biến tần. Một vài ứng dụng thực tế của biến tần để tiết kiệm điện năng Ví dụ minh họa cho sự tiết kiệm điện năng có thể áp dụng ở các xí nghiệp lớn đó là điều tiết lưu lượng bơm và quạt. Bơm và quạt có chung một đặc thù tải là công suất điện tiêu thụ tỷ lệ với lập phương lưu lượng hay tốc độ. Có nghĩa là sẽ tiêu hao vô ích một lượng điện năng rất lớn nếu động cơ chạy ở chế độ danh định như hiện nay với lưu lượng yêu cầu thực tế giảm. Và cũng có nghĩa là sẽ tiết kiệm được rất lớn điện năng khi dùng bộ biến tần điều khiển công suất tiêu thụ của động cơ bám theo lưu lượng thực tế. Tại Công ty xi măng Bút Sơn từ năm 2003 sử dụng quạt 1268 có công suất động cơ 2400kW, 6000V và Damper để điều tiết lưu lượng gió từ 100% đến 30%. Và nếu quạt này làm việc 8000 giờ trong 1 năm; 100%, 70%, 50% lưu lượng với 20%, 50%, 30% thời gian tương ứng trong 1 năm với giá điện bình quân là 1000đ/kW, thì theo tính toán nếu điều khiển lưu lượng bằng van tiết lưu như hiện nay thì tiền điện phải trả trong 1 năm là hơn 16 tỉ đồng (16.247.000.000đ). Nếu điều khiển lưu lượng bằng biến tần trung áp Toshiba thì tiền điện phải trả trong 1 năm là hơn tám tỉ đồng (8.267.000.000đ). Như vậy số tiền tiết kiệm điện do dùng biến tần điều khiển lưu lượng so với dùng van tiết lưu trong một năm là gần tám tỉ đồng (7.980.000.000đ) hay gần bằng số tiền đầu tư cho biến tần. Công ty TNHH Yên Phú, huyện Yên Bình (Yên Bái) là DN chuyên sản xuất bao bì PP, túi PE và vỏ bao xi-măng với công suất 15 triệu bao/năm. Là DN thuộc chuyên ngành Nhựa, các công đoạn như: tạo hạt, sản xuất sợi, dệt, tráng màng... thường tiêu tốn khá nhiều điện. Nhất là trong quá trình sản xuất, các động cơ thường sử dụng điện không ổn định, dẫn tới máy luôn vận hành ở mức tải lớn nhất, kể cả khi không tải hoặc non tải. Vì vậy lượng điện tốn rất nhiều, vừa lãng phí điện, vừa gây hại máy móc. Khắc phục tình trạng này, Công ty đã thực hiện lắp biến tần tiết kiệm điện của Công ty cổ phần Thương mại và Tự động hoá ADI. Nguyên tắc làm việc của bộ biến tần là luôn thay đổi tần số theo sự thay đổi điện áp nên động cơ có thể khởi động tốt ngay cả khi tốc độ thấp. Qua tính toán, mô-men khởi động ổn định, dòng điện đưa vào động cơ không đốt, dòng điện khởi động lớn nhất của bộ truyền động biến tần lúc này chỉ bằng dòng điện định mức nên không làm sụt áp lưới, không ảnh hưởng tới các thiết bị phụ tải khác. Ưu điểm vượt trội của bộ biến tần được xây dựng trên cơ sở thông qua cảm biến nhiệt độ để áp đặt chế độ vận hành tối ưu cho động cơ, điều khiền động cơ làm việc ở các chế độ khác nhau, giúp cho động cơ giảm đáng kể công suất tiêu thụ nhưng vẫn điều chỉnh tốc độ phù hợp với yêu cầu tải thực tế, tối ưu hóa việc sử dụng năng lượng điện. Nguyên tắc làm việc của bộ biến tần là luôn thay đổi tần số theo sự thay đổi điện áp nên động cơ có thể khởi động tốt ngay cả khi tốc độ thấp. Nhờ mô-men khởi động ổn định, dòng điện đưa vào động cơ không đổi nên không làm sụt áp lưới, không ảnh hưởng tới các thiết bị phụ tải khác. Từ khi ứng dụng giải pháp tiết kiệm điện bằng biến tần vào chu trình sản xuất bao bì nhựa, Cty đã đạt được hiệu quả tiết kiệm điện rất cao. Cụ thể, Cty đã đầu tư 120 triệu đồng để lắp biến tần, chỉ số điện năng của Cty đã giảm khoảng 20% - 25%. Theo tính toán, chỉ sau 12 tháng, số tiền tiết kiệm từ điện sẽ giúp Cty hoàn vốn số tiền lắp biến tần. Ngoài lợi ích kinh tế, giải pháp lắp biến tần còn mang lại nhiều lợi ích khác về kỹ thuật như: giải quyết được vấn đề cân bằng áp suất trong hệ thống thiết bị, đảm bảo được độ tin cậy của thiết bị, thiết bị ít xảy ra sự cố, làm việc ổn định; rất thuận tiện cho việc quản lý vận hành thiết bị nhờ có cổng giao tiếp đưa tín hiệu về để theo dõi. Hơn nữa ứng dụng giải pháp này còn cho phép giảm chi phí bảo trì, bảo vệ thiết bị khi nguồn cấp điện có vấn đề trục trặc, giảm rung động cho tòa nhà khi hệ thống mất cân bằng áp suất. Đặc biệt, do quá trình khởi động được mềm hóa nên các chi tiết cơ khí của hệ truyền động như băng tải, các khớp nối, các vòng bi, ổ đỡ trong hệ thống ít bị mòn, mỏi hay gãy vỡ. Các chi tiết giăng đệm, đồng hồ áp lực hay lưu lượng đặt trên đường ống dẫn được đảm bảo tuổi thọ cao. Trước kia, mỗi tháng Cty phải trả 60 triệu đồng tiền điện thì đến nay Cty chỉ còn phải trả 38 triệu đồng, tiết kiệm gần 38%. ---aaäbb--- PHẦN THỰC HÀNH: CÀI ĐẶT BIẾN TẦN ALTIVAR ĐỂ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ XOAY CHIỀU BA PHA GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN ALTIVAR: Dòng biến tần ALTIVAR là sản phẩm của hãng Schneider Electric với dãy điều khiển tốc độ biến đổi: Altivar 11, Altivar 21, Altivar 31, Altivar 61 & Altivar 71; Altivar 38, Altivar 48, Altivar 58/58F & Altivar 68/68F, … đã đem lại nhiều lợi ích cho người sử dụng như chi phí lắp đặt và chức năng tiên tiến hỗ trợ thiết bị HVAC, phù hợp với mục tiêu điều khiển bơm và quạt trong các ứng dụng HVAC. Dòng sản phẩm này cung cấp một dải toàn diện các yêu cầu điều khiển động cơ, từ máy móc đơn giản đến ứng dụng phức tạp. Sau đây sẽ giới thiệu một vài biến tần của dòng ALTIVAR. Altivar 11: Biến tần Altivar 11 sẽ làm ta từ bỏ phương pháp điều khiển tốc độ bằng cơ hoặc cơ điện. Với phương pháp điều khiển Vec-tơ từ thông và nhiều chức năng bảo vệ khác. Altivar 11 sẽ đảm bảo về hiệu suất cao và tính hoạt động liên tục cho hệ thống điều khiển. Đặc biệt thích hợp cho các yêu cầu trong ứng dụng dân dụng vì có tích hợp các chức năng đặc biệt (như tương hợp điện tử...). Cho các ứng dụng trong dãy công suất từ 0.18 đến 2.2kW Băng chuyền, cửa gara, cửa thang máy, thanh chắn điều khiển tự động ở các bãi đỗ xe... Máy xay, Máy cưa, Máy khoan, các thiết bị tập luyện, màn hình cuộn, máy trộn... Các đặc tính tổng quát: Điều khiển tốc độ bằng phương pháp định hướng véc-tơ từ thông. Bảo vệ cho biến tần và động cơ. ổn định thậm trí trong môi trường -10 đến +50 0C Đấu dây và kết nối bằng cách bắt vít giúp thay thế dễ dàng  các hệ truyền động cơ điện hữu hiệu. Có khích thước gọn, liền khối, có thể  đặt cạnh nhau. Có thể gắnn trên thanh DIN ray. Có 2 loại: loại có tích hợp sẵn bộ lọc nhiễu điện tằ lớp B hoặc loại có thể chọn lắp thêm vào bộ lọc nhiễu. Có dòng rò rất nhỏ và tương thích với CB chống dòng rò với ngưỡng tác động 30mA để đảm bảo an toàn chống chạm điện đối với người. Có thể lựa chọn loại không có tản nhiệt. Altivar được thiết kế cho các ứng dụng: - Thanh chắn điều khiển tự động ở bãi đỗ xe: Tính năng động cao: việc sử dụng thuật toán điều khiển Véc-tơ cao cấp giúp tối thiểu hoá thời gian của quá trình vận hành. - Cửa gara, cửa thang máy... + Các chu kỳ "Đóng/Mở" thực hiện theo yêu cầu nhờ khả năng gán đặt các chức năng khác nhau cho cùng một ngõ vào Logic (Logic input) của biến  tần: - Quy dịnh các sườn tăng tốc, giảm tốc khác nhau. - Thao tác mở được ưu tiên khi thao tác đóng bị cản trở. + Vận hành êm ái nhờ sử dụng tần số đóng cắt khoá bán dẫn cao. - Máy trộn, máy cưa... Có ưu thế rất cao khi điều khiển các hệ truyền động cho các ứng dụng này: không có tác động cắt ngay cả trường hợp bị xung Mo-men (quá tải ngán hạn). Dãy điện áp cung cấp: 1 pha, 100...120V/ 200...240V 3 pha, 200...230V 50/60 Hz Altivar 21: Được thiết kế mở cho các giao thức truyền thông phổ biến trong các công trình cao ốc, Altivar 21  có kích thước nhỏ gọn, là giải pháp kinh tế thoả mãn mọi yêu cầu của người sử dùng.   Cho các ứng dụng trong dãy công suất từ 0.75 đến 75 kW   Là loại biến tần được thiết kế chuyên dụng cho các ứng dụng HVAC trong các toà nhà: - Các hệ thống bơm - Quạt - Hệ thống thông gió   Các đặc tính tổng quát: UL loại 1/IP20 và IP54 từ 0.75 đến 75 kW. Cấp tốc độ: 1:50 Khả năng chịu quá tải: 110% trong 60 giây. Tích hợp bộ lọc nhiễu điện từ EMC nhóm A hoặc B. Giao thức truyền thông chính sử dụng trong lĩnh vực cao ốc: LonWorks, Metasys N2, BACnet và Apologe FLN. Sử dụng công nghệ “Reduced-Capacitance”: vận hành không gây ảnh hưởng sóng hài lên lưới điện cung cấp: THDI < 30%. Với module điều khiển từ xa, phục vụ cho việc cài đặt lập trình dễ dàng, thuận tiện cho việc gọi và xoá chương trình. Kích thước nhỏ gọn, cho phép lắp đặt vào sát nhau để tiết kiệm không gian. Bảo vệ cả Motor và bộ biến tần. Có sẵn các “Macro” cho từng ứng dụng chuyên biệt và Menu khởi động nhanh “Simply Start”. Được thiết kế theo tiêu chuẩn “Eco-design”, bảo vệ môi trường.   Ứng dụng: Có đầy đủ các chức năng dùng cho điều khiển bơm, quạt có Momen biến đổi: Khâu hiệu chỉnh PI regulator, đặt trước PI Tự động khởi động lại và bắt tốc độ Lướt qua tần số cộng hưởng Phát hiện đứt dây đai Phát hiện quá tải và thấp tải Dãy điện áp cung cấp: 3 pha, 200…240V 3 pha, 380…460V 50/60 Hz Altivar 31: Altivar 31 là một biến tần nhỏ gọn, mạnh mẽ, dễ giao tiếp và linh hoạt với khả năng được thiết kế cho động cơ không đồng bộ có công suất đến 15kW. Chỉ cần thực hiện một vài kết nối đơn giản là đã có thể đưa biến tần vào hoạt động. Cho các ứng dụng trong dãy công suất từ 0.18 đến 15kW Băng chuyền, máy đóng gói, thanh cơ cấu nâng hạ, hệ thống di chuyển hàng hoá, máy dệt, máy trộn, máy xay… Máy bơm, máy nén khí, máy quạt… Các đặc tính tổng quát:   Điều khiển tốc độ bằng phương pháp định hướng theo véc-tơ từ thông Giám sát và điều khiển hoạt động qua cổng giao tiếp Tạo được momen có giá trị 2Tn ở tần số 3Hz mà không cần hiệu chỉnh Bảo vệ cho biến tần và động cơ Được trang bị tính năng hãm trình tự Tích hợp bộ hiệu chỉnh PI, có thể chọn trước tốc độ cài đặt Chức năng tự động dò thông số “Auto-tuning” Chức năng điều khiển theo sức căng chuyên dụng cho ngành dệt Có tích hợp sẵn bộ lọc nhiễu điện từ lớp A hoặc có thể thêm vào bộ lọc nhiễu lớp B. Tích hợp hình thức giao tiếp mạng kiểu Modbus, CANopen, Profibus DP, Device Net, Ethernet. Lắp sẵn và có thể sử dụng ngay. Ứng dụng:   Băng chuyền, máy đóng gói, cơ cấu nâng hạ… Độ bền được đảm bảo: - Vận hành đến 50°C không cần hạ cấp biến tần. - Đặc tính động sẽ được hạn chế (trong trường hợp sụt áp đến –40%). - Phương pháp điều khiển véc-tơ từ thông cho phép thích ứng với các ứng dụng khác nhau.   Dãy điện áp cung cấp: 1 pha, 200…240V 3 pha, 200…240V, 380…500V 50/60Hz Altivar 61: Với các chức năng được thiết kế đặc biệt cho việc điều khiển lưu lượng, biến tần Altivar 61 là một giải pháp thích hợp cho các ứng dụng công nghiệp thương mại và cao ốc:  -         Tiết kiệm năng lượng -         Tương thích với nhiều mạng giao tiếp   Cho các ứng dụng trong dãy công suất từ 0.75 đến 630kW  Hệ thống điều hoà không khí, hệ thống sưởi Hệ thống xử lý không khí Hệ thống máy quạt Hệ thống máy bơm Các đặc tính tổng quát:  Giám sát và điều khiển hoạt động qua cổng giao tiếp. Chức năng tiết kiệm năng lượng ENA. Chức năng bảo vệ an toàn PWR. Chức năng riêng cho điều khiển hệ thống máy bơm và quạt: - Bộ hiệu chỉnh PI. - Nhận biết được tốc độ quay hiện tại của roto để có quá trình hoạt động thích hợp. - Card điều khiển chuyển mạch hệ thống máy bơm. Đã cài đặt sẵn các thông số ngầm định để có thể khởi động ngay lập tức sau khi lắp đặt. Có thể cài đặt lại thông số theo yêu cầu một cách đơn giản qua màn hình tích hợp sẵn hoặc phần mềm PowerSuite. Các giải pháp triệt sóng hài: lọc nguồn, bộ lọc nhiễu bổ sung… Bộ lọc EMC tích hợp cho các biến tần công suất từ 7.5kW (200/240VAC) và đến 630kW (380/480VAC). Tích hợp hình thức giao tiếp kiểu Modbus, CANopen, Lonworks, BACnet, Metasys N2, Apogee FLN. Ứng dụng: Hệ thống điều hoà nhiệt độ và hệ thống sưởi Điều chỉnh mức lưu lượng dựa trên nhu cầu thực tế nhằm quản lý năng lượng tốt nhất nhờ sử dụng bộ điều chỉnh PI tích hợp. Khử bỏ cộng hưởng cơ học nhờ chức năng khoá tần số làm việc có hại. Tăng tính tiện nghi với giải pháp làm giảm độ ồn cơ gây ra bởi vận hành của máy quạt nhờ sử dụng tần số đóng cắt cao.   Xử lý và làm sạch không khí trong phòng sạch, xử lý nước Khả năng hoạt động liên tục được đảm bảo ngay cả trong trường hợp bị sự cố mất tín hiệu đo: vị trí rút về, điều khiển tự động/điều khiển bằng tay. Hiển thị từ xa hệ thống thiết bị bằng cách kết nối biến tần với mạng giao tiếp. Dãy điện áp cung cấp:  3 pha, 200…240VAC 3 pha, 380…480VAC 3 pha,660...690VAC 50/60Hz Altivar 71: Với khả năng điều chỉnh tốc độ và thông số dễ dàng, Altivar 71 là một bộ biến tần “tiêu chuẩn” cho các loại động cơ có công suất đến 500kW. Với tính năng có thể giao tiếp với tất cả các loại mạng giao tiếp công nghiệp và nhiều hệ thống tự động hoá, biến tần Altivar 71 có thể dễ dàng điều chỉnh để thích ứng với các hệ thống máy phức tạp và tiên tiến. Cho dòng công suất từ 0.75 đến 500kW Hệ thống di chuyển hàng hoá Hệ thống nâng Máy dạng module Máy dệt Máy vận chuyển Thang máy Các đặc tính tổng quát: Chức năng điều khiển theo mo-men “Torque control” Điều khiển tốc độ bằng phương pháp định hướng véc-tơ từ thông Giám sát và điều khiển hoạt động qua cổng giao tiếp Chức năng tiết kiệm năng lượng, tích hợp bộ hiệu chỉnh PI (điều khiển lưu lượng, áp suất…) Bảo vệ cho biến tần và động cơ PWR Được trang bị tính năng hãm trình tự Tăng tốc/giảm tốc theo đặc tuyến tuỳ biến Tích hợp bộ lọc nhiễu điện từ đến 7.5kW (200/240VAC) và đến 500kW (380/480VAC) Tích hợp hình thức giao tiếp mạng kiểu Modbus, CANopen, Fipio, Ethernet, Modbus Plus, Profibus DP, Divice Net, Uni-Telway, Interbus. Điều khiển véc-tơ từ thông với sensor. Tối ưu hoá hệ thống Biến tần Altivar 71 có khả năng hoạt động chính xác ở tốc độ thấp. Cùng với sự trợ giúp của các module giao tiếp, card mở rộng, biến tần Altivar 71 luôn luôn là một giải pháp kinh tế và gọn nhẹ. Ứng dụng: Hệ thống nâng, di chuyển hàng hoá Đảm bảo các đặc tính: - Làm việc quá tải: 220% mo-men định mức trong 2 giây - Tích hợp hãm trình tự - Thời gian truy cập I/O: 2ms Dây chuyền sản xuất Tính chính xác trong điều khiển và hiệu chỉnh Tích hợp một cách hoàn hảo trong các hệ thống tự động hoá: giao tiếp được với tất cả các loại mạng giao tiếp công nghiệp Có thể chọn loại không có tản nhiệt hoặc loại IP54 Dãy điện áp cung cấp: 3 pha, 200…240VAC 3 pha, 380…480VAC 3 pha, 660..690VAC 50/60 Hz CẤU TẠO, SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY VÀ CÀI ĐẶT BIẾN TẦN ALTIVAR: Cấu tạo và sơ đồ đấu dây: Cấu tạo: Cấu tạo biến tần Altivar gồm 4 phần chính: (hình 5.1) Mạch chỉnh lưu Mạch một chiều trung gian (DC link) Mạch nghịch lưu Phần điều khiển Hình 5.1. Cấu tạo biến tần Altivar. Thể hiện rõ hơn ở sơ đồ cấu trúc của biến tần( hình 5.2). Hình 5.2. Sơ đồ cấu trúc của biến tần Altivar. Dạng sóng điện áp và dòng điện đầu ra của biến tần. Hình 5.3. Dạng sóng điện áp và dòng điện đầu ra của biến tần. Mạch hãm: Hình 5.4. Sơ đồ nguyên lý mạch hãm của biến tần Altivar. Sơ đồ đấu dây: Các đầu vào/ ra: Hình 5.5. Các đầu vào/ra của Altivar. Thí dụ: Đầu nối điều khiển cho ATV31 (hình 5.6) Hình 5.6. Đầu nối điều khiển cho ATV21 (hình 5.7) Hình 5.7. Cài đặt biến tần: Menu lập trình của ALTIVAR 31:(hình 5.8.) Hình 5.8. Lập trình (Cài đặt): 1). Danh sách menu: (8 menu trong ALTIVAR 31). SET : setting (cài đặt ). DRC : motor control ( tham số động cơ ). I-O : input-output (ngõ vào ra ). CTL : command (điều khiển ). FUN : function (chức năng ). FTL : faults (quản lý giám sát lỗi ). COM : communication (truyền thông ). SUP : monitoring (hiển thị ). 2)Thứ tự menu . Lập trình dễ dàng : Phím ENT và ESC để chọn hay thoát ra khỏ menu thông số. Phím ENT để xác nhận một lựa chọn hay một điều chỉnh (càn phải nhấn 2s trong một vài trường hợp ). Phím p và q để di chuyển lên xuống , chọn các cài đặt và điều chỉnh các thông số . Màn hình hiển thị sẽ nhấp nháy để xác nhận lựa chọn . Menu SET và DRC. Cài đặt thông số biến tần và thông số động cơ, thí dụ: Menu SET: cài đặt set ACC ,drc :hàm dốc ( thời gian tăng giảm tốc ). HSP : tốc độ cao nhất . LTH : dòng danh định động cơ , liên quan đến bảo vệ nhiệt động cơ. Menu DRC: điều khiển động cơ UNS : điện áp danh định động cơ . NSP : tốc độ danh định động cơ. TUN : tự động dò tham số . OFT : lựa chọn chế độ điều khiển . Menu I-O. Điều khiển 2 dây/3 dây Trở về mặc định / phục hồi cấu hình Cho phép cài đặt chức năng cho các ngõ vào ra. Thí dụ: Tcc :chọn lựa giữa kiểu điều khiển 2 hay 3 dây hay điều khiển tại biến tần. Tct : chọn lựa điều khiển hai dây giữa mức logic. CRL3 và CRH3: Cài đặt tỷ lệ của tín hiệu AI3 và LSP và HSP. Ví dụ: 7 ¸17mA tương ứng với LSP và HSP. AOV hay AOC: cài đặt cho tín hiệu AO, OA: 0- 20mA; 4A: 4- 20mA; 10V: 0- 10V. AOC: có thể đặt là ngõ ra logic dO. R1 hoặc R2 : Có thể gắn relay R1, R2. 6.6.1.4. Menu điều khiển CTL. Lựa chọn mức truy cập theo số: Level 1( LAC= L1 )( mặc định). Biến tần với các tính năng phù hợp với đa số các ứng dụng thường gặp. Truy cập các chức năng chuẩn, ứng với các chức năng ALTVAR28. Level 2( LAC = L2). Truy cập các chức năng nâng cao: ± Speed, hãm trình tự, hai mức giới hạn dòng, chuyển đổi động cơ. Level 3( LAC= X3). Chuyển đổi giữa các kênh tham số tốc độ như AL1, AL2, AL3, AIP( biến trở tại biển tần ), Modbus, CAN open hoặc bàn phím từ xa. Chuyển đổi giữa các kênh điều khiển như: Local( tại biến tần); LCC (bàn phím từ xa); Modbus, CAN open hay các ngõ vào logic LI. 5) Menu Fun. Chọn chức năng ứng dụng của ALTIVAR 31. Sub - menu Sub - menu Chọn ngõ vào logic thực hiện chức năng: Menu Fun. Các cấp tốc độ đặt trước: PSS – PS2: Hai tốc độ đặc trưng. LI3: Gắn LI3 cho chức năng được chọn. Gắn nhiều chức năng trên các ngõ vào logic. Vài chức năng có thể được kích hoạt đồng thời bởi một ngõ vào logic. Ví dụ: LI4 được gắn để chuyển đổi hàm dốc( RPS, Menu Fun) và đảo chiều ( RRS, Menu I/O). 6) Menu điều khiển Ctl- Cấp truy cập chức năng Trở về mặc định / phục hồi cấu hình LAC: mức truy cập chức năng (gồm 3 mức L1, L2 và L3, mặc định là L1). Fr1: cấu hình của tham chiếu 1. Fr2: cấu hình của tham chiếu 2. rFC: chuyển tham chiếu (mặc định là Fr1). CHCF: chế độ hỗn hợp (các kênh điều khiển tách rời với tham chiếu). Cd1: cấu hình của kênh điều khiển 1. Cd2: cấu hình của kênh điều khiển 2. CCS: chuyển kênh điều khiển (mặc định là Cd1). COP: copy kênh 1 sang kênh 2 (chỉ copy theo 1 chiều). LCC: điều khiển bằng remote terminal. PSt: dừng ưu tiên. rOt: chiều quay cho phép. SCS: lưu cấu hình. FCS: trở về mặc định / phục hồi cấu hình. SCS và FCS có thể truy cập được ở một vài menus nhưng chúng có liên quan đến tất cả các menus và các thông số một cách tổng thể. 7) Menu báo lỗi FLt. Tự động khởi động lại Thời gian vận hành được đạt lại bằng 0 Các cài đặt và điều chỉnh chính trong Menu FLT. Atr = YES: Tự động khởi động lại đối với một số lỗi. Tự động sau 1; 5, 10 giây hay mỗi phút. tAr: Chọn lựa khoảng thời gian tối đa của quá trình tự khởi động lại (điều chỉnh từ 5 phút đến 3 giờ hay không giới hạn). rSF: Reset lỗi bằng ngõ vào logic. FLr: Khởi động lại với tốc độ hiện có( Flying starts). OHL: Chế độ dừng khi quá nhiệt biến tần. OHF OLL: Chế độ dừng khi quá tải động cơ OLF. SLL: Chế độ dừng khi lỗi Modbus SLF. COL: chế độ dừng khi có lỗi kết nối CANopen COF. tnL: cài đặt báo lỗi auto-tuning tnF. LFL: chế độ dừng khi có lỗi mất tín hiệu 4-20mA LFF. LFF: tốc độ fallback. Đây là chế độ có thể được đặt khi có lỗi. drn: giảm hiệu suất của biến tần khi có sự cố quá áp. StP: điều khiển dừng khi mất nguồn cung cấp. InH: ngăn chặn lỗi. rPr: reset thời gian vận hành về 0. 8) Menu truyền thông COM Trên remote terminal, menu này có thể được truy cập khi contact chuyển mạch ở vị trí mở. Add: modbus: địa chỉ biến tần. tbr: modbus: tốc độ truyền. tFO: định dạng truyền thông modbus. ttO: modbus: thời gian chờ. AdCO: CANopen: địa chỉ biến tần. bdCO: CANopen: tốc độ truyền. ErCO: CANopen: Đăng ký lỗi (chỉ đọc). FLO: đặt chế độ local. FLOC: lựa chọn kênh tham chiếu và kênh điều khiển trong chế độ local. 9) Menu hiển thị SUP. Có thể hiển thị các chức năng được gắn cho các ngõ vào logic và Analog truy cập bằng Menu phụ LIA và AIA. – của Menu SUP. Có thể hiển thị ngõ vào logic trên màn hình biến tần, với thông số LIS của Menu phụ LIA. Bảng cấu hình cài đặt ALTIVAR 31 Kênh tham chiếu / điều khiển: Kênh tham chiếu/ điều khiển gồm hai loại :tham chiếu tách biệt hoặc kết hợp. - Kênh tham chiếu / điều khiển tách biệt. Hình 5.9. Tức là nó sẻ tham chiếu, điều khiển tách biệt ở các kênh khác nhau. Hình 5.9. - Kênh tham chiếu / điều khiển kết hợp. Hình 5.10. Tức là tham chiếu va điều khiển tích hợp trong cùng một kênh. Hình 5.10. Chuyển kênh tham chiếu / điều khiển: Kênh tham chiếu / điều khiển tách biệt. Hình 5.11. Kênh tham chiếu / điều khiển kêt hợp. Hình 5.12. Phương thức điều khiển: Hình 5.13. Hình 5.14 Hình 5.15. Hình 5.16. Hình 5.17. Hình 5.18. Hình 5.19. Biến tần ATV với card “controller inside” đóng vai trò như một bộ lập trình cho phép điều khiển một tập ứng dụng nhất định. Chức năng đồng bộ hóa qua trình sản xuất được thực hiện ở mức trên của mạng. Chức năng cơ bản của biến tần. Điều khiển tốc độ động cơ: Simply start. Nối ATV31 với nguồn L1, L2, L3, N. 3. Nối dây mạch điều khiển. Nối ATV31 với quạt U, V, W, N. 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: Tun = Yes Ví dụ ở hình bên. Chọn luật điều khiển. Vào menu DrC- Chọn thông số: UfT = P cho tải bơm/quạt. Đặt các thông số cho biến tần. Vào menu Settings: SEt- Đặt bảo vệ nhiệt (quá tải) cho động cơ: Đặt thông số Ith bằng dòng của 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/dưới: Đặt hạn chế tốc độ dưới: LSP (Hz). Đặt hạn chế tốc độ trên: HSP (Hz). Vào menu quản lý I/O: I-O- Kiểm tra kiểu đấu dây 2-wire, 3-wire hay LOC: Vào sub-menu tCC, chọn kiểu đấu 2C. Chuyển kênh tham chiếu về Al1: Vào sub-menu Fr1, chọn Al1. Kết thúc. Bật công tắc cho động cơ làm việc. Chú ý: Với ATV21, nếu chộn đúng loại động cơ tiêu chuẩn, sau khi đi dây như các bước 1, 2 và 3cos thể khởi động bơm quạt ngay mà không cần thêm bất cứ cài đặt thông số nào. Lưu thông số/Trở về thông số mặc định/Bảo vệ truy cập Lưu thông số vào EFROM Lưu thông số vừa thiết lập vào ALTIVAR: Vào menu Motor control: DrC- Vào sub-menu SCS, chọn Str1. Trở về thông số đã lưu hoặc thông số mặc định (Factory settings): Trả về thông số đã lưu trong EFROM Vào menu Motor control: DrC- Vào sub-menu FCS, chọn rEC1 hoặc chọn InI Bảo vệ ALTIVAR khỏi truy cập vô ý: Vào menu hiển thị: SUP- Vào sub-menu Cod, chọn On Chọn một tập số mong muốn Nhập mã bảo mật XXXX Chức năng điều khiển PI Chức năng phanh hãm trình tự Chức năng phanh hãm trình tự: Ứng dụng cho tải nâng hạ hoặc truyền động thẳng. Cho phép biến tần điều khiển phanh hãm của động cơ đồng bộ với việc tạo momem giữ tải khi bắt đầu làm việc và khi dừng. Tần số làm việc lúc nhả và lúc hãm phanh: Biến tần tự động đặt theo hệ số trượt đông cơ. Thiết lập thông số đơn giản: Chỉ cần đặt dòng tạo menu phù hợp. Đặc tính cơ, luật điền khiển: Luật điều khiển: Duy trì tỷ số U/f không đổi: Tốc độ động cơ theo tần số: Mômen sinh ra tỷ lệ với từ thông và dòng điện: T = K.Ф.I.cosφ Điều khiển mômen: Duy trì từ thông không đổi: Ф = constant có nghĩa là duy trì tỷ số U/f không đổi Mômen tỷ lệ với dòng điện: T = f(I). Luật điều khiển V/F _ duy trì từ thông không đổi: UnS và FrS định nghĩa các điểm làm việc của động cơ. UFr là điện áp đưa tới động cơ tại 0 Hz (boost). Lưu ý: Ở vùng tốc độ thấp không bỏ qua thành phần IR. Do đó đặc tính V/F thường bắt đầu tại UFr>0 để bù lại sụt áp do IR. Luật điều khiển V/F 5 điểm: Điều khiển véc tơ từ thông: So sánh điều khiển vectơ từ thông và V/F: Điều khiển vectơ từ thông có độ chính xác cao hơn, đặc biệt ở tốc độ thấp, và đáp ứng động tốt hơn so với điều khiển vô hướng V/F. Luật điều khiển cho biến tần ALTIVAR 31: L: Tải CT, động cơ đặc biệt n: Điều khiển vectơ 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) Lập trình: Chọn lệnh Uft (trong menu DrC-) Chọn L hoặc P hoặc n hoặc nLd Tải mômen không đổi (Constant Torque-CT) Thường gặp nhiều ứng dụng như băng chuyền, cầu trục, thang máy... Chức năng “Motor tuning” giúp biến tần bù sụt áp, duy trì mômen trong dải tốc độ thấp. Mômen của tải không phụ thuộc vào tốc độ quay: TL = constant, tương ứng PL = TL. = k. Mômen được duy trì theo đặc tính V/F tuyến tính (có bù với “Motor tuning”). Trên tốc độ cơ bản (50Hz), điện áp được duy trì không đổi (đạt max). Tải công suất không đổi (Constant Power-CP) Mômen của tải tỷ lệ nghịch với tốc độ quay ,tương ứng PL=TL.=constant Các ứng dụng với tốc độ lớn hơn tốc độ cơ bản (trên 50Hz) Các ứng dụng hay gặp: Máy cưa, máy tời/quấn dây, máy kéo... Tải mômen biến thiên (Variable Torque-VT) Các tải liên quan tới quạt/bơm ly tâm Mômen của tải tỷ lệ với bình phương tốc độ quay của máy TL = k.2 tương ứng PL=TL.= k.3 Chỉ cần một mômen nhỏ để khởi động Tải bơm trục vít: Mômen tải tỷ lệ với tốc độ quay TL = k. tương ứng PL=TL.= k.2 Tải yêu cầu mômen quá tải lớn Tải mômen không đổi CT cần mômen khởi động lớn lúc ban đầu. Dòng khởi động đạt tới hơn 150% định mức trong 1 phút. Nếu động cơ không khởi động được, hoặc dòng khởi động>150% quá 1 phút, biến tần sẽ “trip”. Biến tần bố lỗi: OLF (Over current (Torque limit... - ATV31, ATV58, ATV68, ATV71 được thiết kế chuyên dụng cho các ứng dụng CT. Tải yêu cầu mômen quá tải nhỏ Tải bơm/quạt chỉ cần mômen quá tải nhỏ Biến tần ATV38, ATV21, ATV61 được thiết kế chuyên dụng cho các loại tải bơm/quạt. Biến tần trong hệ thống điện: Sóng hài và nhiễu điện từ, ảnh hưởng của chúng. Sóng hài và nhiễu điện từ: Biến tần sinh ra sang hài bậc cao nhiễu dạng truyền dẫn và nhiễu phát xạ vào không gian: Harmonics. Tần số từ 150 Hz - 1KHz. Electro_magnetic Inteference ( EMI ). Tần số từ 10 KHz – 1GHz Các sóng hài bậc cao và nhiễu cao tần xuất hiện ở phía nguồn của biến tần và ở cả phía động cơ. Nguyên nhân là do tác dụng của bộ chỉnh lưu và bộ nghịch lưu với phương pháp điều khiển độ rộng xung điên áp DC thành AC với dv/dt lớn (PWM). Ảnh hưởng của sóng hài: Làm tăng dòng điện tới 50% gây quá tải cho nguồn ,cáp, máy biến áp. Dòng điện bị méo dạng làm giãm hệ số công suất của nguồn. Tăng khả năng gây ra cộng hưởng trong mạch có nối tụ điện. Gây nhiễu cho các thiết bị điện khác trong mạng. Giải pháp làm giảm sóng hài: Dùng cuộn kháng: Line choke hoặc DC choke. Hình bên. Dùng bộ lọc: Lọc tích cực. Sơ đồ giảm sóng hài: Cuộn kháng làm cho dòng điện gần sin hơn va làm giảm sóng hài bậc cao. Giải pháp làm giảm nhiễu điện từ: Tuân thủ việc đấu nói, đi dây trong tài liệu hướng dẫn lắp đặt biến tần. Dùng bộ lọc RFI (còn gọi là bộ lọc EMC) làm giảm nhiễu truyền dẫn và nhiễu phát xạ. Có nhiều mức lọc khác nhau. Việc sử dụng bộ lọc mức nào tùy thuộc vào yêu cầu của tiêu chuẩn phải tuân theo và vào độ dài cáp, kiểu cáp đấu. Nhiễu điện từ phía cáp động cơ có thể giảm thiểu bằng cách sử dụng cáp bọc kim, nối đất và việc tuân thủ đấu nối hướng dẫn trong tài liệu. Dùng cáp bọc kim là bắt buộc để tuân thủ với tiêu chuẩn EMC Thiết bị Lọc nhiễu làm việc như thế nào Quá áp trên cực động cơ, nguyên nhân và giải pháp. Nguyên nhân: Quá áp gây ra do phản xạ sóng dv/dt và do sự phối hợp trở kháng giữa động cơ và cáp nối biến tần động cơ Độ lớn của quá áp và dv/dt phụ thuộc vào chiều dài cáp và kỹ thuật PWM Giải pháp: Giới hạn đỉnh xung của quá áp Giảm dv/dt Thực hiện: Dùng biến tần có khả năng giới hạn đỉnh xung của quá áp (< 2 VDC). Sử dụng bộ lọc dv/dt.( Motor choke).( hình ) Sử dụng bộ lọc LR hoặc LC Dùng bộ lọc hình SIN. d) Chiều dài cáp cho phép: Dòng điện rò( Earth Leakage Current) a) Nguyên nhân: Biến tần sinh ra dòng điện rò với hai nguồn chính: dV/dt của điện áp động cơ tạo ra dòng rò khép mạch qua các tụ ký sinh xuống đất . Các bộ loc RFI cũng tạo ra nguồn dòng rò qua các tụ nối đất của chúng Đường đi của dòng điện rò: Tác hại và giải pháp: +Tác hại: ảnh hưởng tới các thiết bị chóng rò (RCD). Dòng rò có thể gây hư hang ổ bi của độnh cơ. + Giải pháp: Không sử dụng bộ lọc EMC nếu không có bắt buộc đặc biệt vơí nguồn 1 pha Để giảm dòng rò phía động cơ: Dùng kháng lọc để giảm dv/dt Không dùng cáp bọc kim nếu không bắt buộc Giảm tần số làm việc của biến tần Giảm chiều dài cáp nối biến tần với động cơ tới mức có thể. Sử dụng và bảo dưỡng: Bảo quản Altivar 31 không yêu cầu bất cứ sự bảo dưỡng phòng ngừa nào. Tuy nhiên tốt nhất nên thực hiện thường xuyên: • Kiểm tra điều kiện làm việc và các kết nối. • Bảo đảm rằng nhiệt độ xung quanh thiết bị duy trì tại một mức cho phép và thông thoáng (Trung bình tuổi thọ của các quạt trong biến tần: từ 3 đến 5 năm tuỳ thuộc vào điều kiện làm việc). • Lau bụi bám trên biến tần. Công cụ hỗ trợ việc bảo dưỡng: Chức năng hiển thị lỗi Dùng để kiểm tra các sự cố này sinh trong khi cài đặt hoặc vận hành, bảo đảm rằng các khuyến cáo liên quan đến môi trường, giá đỡ và các kết nỗi đã được tuân thủ. Nếu chức năng này được sử dụng, lỗi đầu tiên được phát hiện sẽ lưu và được hiển thị, sáng lên trên màn hiển thị, các khoá biến tần và tiếp điểm rơle (RA- RC) sẽ mở. Xoá lỗi Ngắt nguồn để cho biến tần không thể khởi động lại khi có lỗi. Chờ cho hiển thị tắt hẳn Tìm nguyên nhân gây ra lỗi để sữa chữa. Biến tần được mở khoá sau có lỗi bằng cách: • Tắt biến tần cho đến khi hiển thị biến mất hoàn toàn, sau đó bật lại • Kích hoạt chức năng “khởi động lại tự động” như đã được hướng dẫn (menu FLt- , Atr = YES) • Kích hoạt chức năng "falt reset" thông qua ngỏ vào logic (menu FLt-, rSF = LIp) Menu giám sát: Menu này được sử dụng để ngăn chặn và tìm ra các nguyên nhân gây lỗi bằng cách hiển thị trạng thái biến tần và các giá trị hiện thời của nó. Biến tần không khởi động được, không lỗi nào được hiển thị • Nếu hiển thị không sáng, kiểm tra nguồn cấp cho biến tần. • Nếu biến tần đã được gán các chức năng "Dừng nhanh" hoặc "Dừng tự do" thì biến tần không khởi động được nếu các ngỏ vào logic tương ứng không được bật. Sau đó biến tần sẽ hiển thị "nSt" nếu đã được cài dừng tự do và "FSt" nếu đã được cài dừng nhanh. Điều này là bình thường do các chức năng này được kích hoạt bằng mức 0 để biến tần sẽ được dừng một cách an toàn nếu có một dây điều khiển bị đứt. • Kiểm tra xem ngỏ vào đặt lệnh chạy đã được kết nối đúng chưa (thông số tCC trong menu I-O- ). • Nếu một ngỏ vào được gán cho chức năng công tắc hành trình và ngỏ vào này đang ở mức 0, biến tần chỉ có thể được. khởi động bằng một lệnh chay theo chiều ngược. • Nếu kênh tham chiếu hoặc kênh điều khiển đã được gán cho Modbus hoặc CANopen, biến tần hiển thị nSt khi bật nguồn và vẫn dừng cho đến khi bus truyền thông gửi lệnh đến biến tần. Các lỗi không thể được reset tự động Nguyên nhân của lỗi phải được tháo gỡ trước khi reset lại bằng cách ngắt nguồn sau đó bật lại. Các lỗi CrF, SOF, tnF, bLF và OPF có thể được reset lại từ xa thông qua ngỏ vào logic (thông số rSF trong menu FLt-). Ưu điểm của biến tần Altivar 31: Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất chế tạo theo công nghệ hiện đại. Chính vì vậy, năng lượng tiêu thụ cũng xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu của hệ thống. Bộ biến tần làm việc theo nguyên tắc thay đổi tần số (cùng với thay đổi điện áp) nên luôn đảm bảo mô men khởi động đủ vượt tải ngay cả khi ở tốc độ rất thấp. Đồng thời dòng điện đưa vào động cơ không tăng, do phối hợp giữa điện áp và tần số để giữ cho từ thông đủ sinh mô men. Dòng khởi động lớn nhất của hệ truyền động biến tần chỉ bằng dòng định mức. Chính vì vậy, không làm sụt áp lưới khi khởi động, đảm bảo các ứng dụng khác không bị ảnh hưởng. NHẬN XÉT: Biến tần được sử dụng cho nhiều mục đích khác nhau nhưng biến tần đạt được hiệu quả cao nhất trong ứng dụng điều khiển vô cấp tốc độ động cơ để đáp ứng các yêu cầu về công nghệ. Tùy vào việc ứng dụng biến tần trong những lĩnh vực điều khiển khác nhau mà hiệu quả của nó mang lại cho người ứng dụng thể hiện ở các mặt khác nhau như: tiết kiệm năng lượng, khởi động mềm… Với đặc tính khởi động mềm, dòng khởi động thấp, điều khiển vô cấp tốc độ động cơ, việc áp dụng biến tần không chỉ tăng tuổi thọ thiết bị mà còn giảm ảnh hưởng đến lưới điện, có thể điều khiển tối ưu theo đúng nhu cầu tiêu thụ, cho phép tiết kiệm điện năng rất lớn. Đối với hệ thống thông gió và điều hoà không khí tại các nhà máy hay các cơ sở sản xuất có công suất tiêu thụ điện lớn, chi phí điện năng chiếm một tỉ lệ rất lớn. Vì thế, việc ứng dụng biến tần để tiết kiệm năng lượng là điều đáng quan tâm của các nhà sản xuất nhằm giảm chi phí, giảm giá thành và nâng cao được tính cạnh tranh của sản phẩm trên thị trường. Đồng thời, việc này cũng giúp giảm được sự tiêu tốn tài nguyên thiên nhiên, góp phần tích cực vào việc bảo vệ môi trường. Ngoài ra, biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau. Ngày nay biến tần có tích hợp cả bộ PID và thích hợp với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA. Riêng với biến tần ALTIVAR thì biến tần altivar được đánh giá hơn hẳn so với các loại biến tần khác nhờ có các tính năng kỹ thuật ưu việt đặc biệt, như: Dãy công suất rộng đến 500kW (có thể sử dụng cho hầu hết các chủng loại thiết bị điện trong các mỏ hầm lò, lộ thiên và các nhà máy sàng tuyển than, cũng như trong các công trình công nghiệp nặng khác); Cấp bảo vệ IP20 và IP54 (rất phù hợp với điều kiện vận hành trong các môi trường của các ngành công nghiệp nặng); Có thể lắp cạnh nhau (rất thuận tiện cho việc thiết kế lắp đặt và phù hợp với các khoảng không gian tối thiểu có sẵn, không làm thay đổi kết cấu lớn); Tất cả đều được thiết kế có bộ lọc nhiễu tần số radio RFI, tương thích với chuẩn EN55011/1A (có thể sử dụng lắp đặt ở bất kỳ nơi nào, không gây ảnh hưởng đến điều kiện làm việc của các loại thiết bị điện tử tin học, viễn thông khác trong dây chuyền sản xuất); Thiết kế thân thiện với người sử dụng. Rất dễ dàng lắp đặt, cài đặt và vận hành (phù hợp với mọi trình độ quản lý vận hành của công nhân trực tiếp sản xuất); Màn hình điều khiển hiển thị có thể tháo rời. Có thể vận hành tại chỗ hoặc từ xa; Mômen khởi động lớn; Có chế độ tự động cập nhật thông số động cơ AMA nhằm tối ưu hoạt động của hệ thống; Có bộ điều khiển PID; Có chế độ Sleep mode cho phép tiết kiệm năng lượng. Các chân vào/ra kỹ thuật số, vào/ra tương tự với chức năng lập trình được; Giao thức truyền thông nối tiếp RS485, cho phép truyền thông với PLC hoặc máy tính; Có đủ các chức năng bảo vệ cần thiết: Bảo vệ quá nhiệt động cơ bằng điện tử chống quá tải. Giám sát nhiệt độ của bộ tản nhiệt nhằm bảo vệ khi nhiệt độ bộ tản nhiệt tăng tới 800C. Bảo vệ ngắn mạch trên động cơ. Bảo vệ chạm đất, chạm vỏ động cơ. Giám sát mạch trung gian nhằm bảo vệ điện áp DC quá cao hoặc quá thấp. Bảo vệ mất pha động cơ. Bảo vệ mất pha nguồn; Dòng điện hoạt động thấp, khoảng 1/2 so với hệ thống cũ. Năng suất của hệ thống thiết bị có sử dụng biến tần không giảm so với hệ thống cũ. ---aaäbb--- MỤC LỤC Trang LỜI NÓI ĐẦU....................................................................................................... 1 PHẦN I: GIỚI THIỆU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ.............................. 3 Chương I: CẤU TẠO, NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA ĐC KĐB............. 3 I. CẤU TẠO ĐC KĐB............................................................................. 3 1. Stato – phần tĩnh................................................................................... 3 2. Roto – phần động.................................................................................. 4 II. PHÂN LOẠI........................................................................................ 4 1. Động cơ roto lồng sóc........................................................................... 4 2. Động cơ roto dây quấn......................................................................... 7 Chương II: MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ.............................. 9 I. MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ........................................ 9 II. CÁC PHƯƠNG PHÁP MỞ MÁY ĐC KĐB...................................... 10 1. Mở máy bằng điện trở phụ nối tiếp vào mạch roto.............................. 10 2. Mở máy trực tiếp động cơ điện roto lồng sóc...................................... 10 3. Mở máy bằng cách giảm điện áp roto.................................................. 11 4. Khởi động mềm.................................................................................... 15 PHẦN II: ĐIỀU KHIỂN ĐC KĐB BẰNG BIẾN TẦN VÀ KHẢ NĂNG TIẾT KIỆM ĐIỆN CỦA BIẾN TẦN.......................................................................... 18 Chương III. KHẢO SÁT BỘ BIẾN TẦN ĐIỀU KHIỂN ĐC KĐB............. 18 I. KHÁI NIỆM CƠ BẢN......................................................................... 18 II. PHÂN LOẠI........................................................................................ 18 1. Bộ biến tần gián tiếp............................................................................. 18 2. Bộ biến tần trực tiếp............................................................................. 18 III. SƠ ĐỒ KHỐI BỘ BIẾN TẤN VÀ NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC........ 19 IV. MỘT VÀI LOẠI BIẾN TẦN ĐANG ĐƯỢC SỬ DỤNG................. 20 1. Hãng Schneider..................................................................................... 20 2. Hãng Siemens....................................................................................... 20 3. hãng Yaskawa....................................................................................... 21 V. CHỨC NĂNG, ỨNG DỤNG CỦA BIẾN TẦN................................. 21 1. Chức năng............................................................................................. 21 2. Ứng dụng.............................................................................................. 22 Chương IV. NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG TIẾT KIỆM ĐIỆN NHỜ BIẾN TẦN....................................................................................................................... 24 I. ĐẶT VẤN ĐỀ...................................................................................... 24 II. ĐẶC TÍNH CỦA CÁC HỆ TRUYỀN ĐỘNG BƠM VÀ QUẠT...... 25 III. BIẾN TẦN – GIẢI PHÁP TIẾT KIỆM ĐIỆN NĂNG..................... 26 1. Tại sao biến tần có khả năng tiết kiệm điện năng................................ 26 2. Biến tần tiết kiệm điện năng như thế nào............................................. 29 3. Tính toán hiệu quả tiết kiệm điện năng................................................ 31 4. Một vài ứng dụng thực tế của biến tần để tiết kiệm điện năng............ 36 PHẦN THỰC HÀNH: CÀI ĐẶT BIẾN TẦN ALTIVAR ĐỂ ĐIỀU KHIỂN ĐC KĐB XOAY CHIỀU BA PHA............................................................................. 38 I. GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN ALTIVAR............................................ 38 1. Altivar 11............................................................................................. 38 2. Altivar 21............................................................................................. 39 3. Altivar 31............................................................................................. 40 4. Altivar 61............................................................................................. 41 5. Altivar 71............................................................................................. 43 II. CẤU TẠO, SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY VÀ CÀI ĐẶT BIẾN TẦN ALTIVAR........................................................................................... 44 1. Cấu tạo và sơ đồ đấu dây..................................................................... 44 2. Cài đặt biến tần.................................................................................... 48 Tài liệu tham khảo: Giáo trình Điện Tử Công Nghiệp của Vụ giáo dục chuyên nghiệp tại NXB Hà Tây. Tài liệu hướng dẫn sử dụng biến tần Altivar của Hãng Schneider Electric. Ngoài ra còn có tham khảo các tài liệu khác do thầy Lê Văn Doanh cung cấp.