goldenchip_1987
New Member
Link tải luận văn miễn phí cho ae Kết nối
LỜI CẢM ƠN5
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn. 6
Nhận xét của giáo viên phản biện. 7
CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT LIÊN QUAN8
I. Giới thiệu lịch sử biến tần. 8
1. Lịch sử phát triển các linh kiện bán dẫn công suất.8
2. Lịch sử ra đời của biến tần trong công nghiệp. 8
3. Tầm quan trọng của biến tần trong công nghiệp. 8
3.1. Luận chứng kinh tế. 9
3.2. Tính hữu dụng của biến tần trong các ứng dụng bơm và quạt9
4. Phân loại biến tần.9
5. Vai trò biến tần đa bậc.10
II. Biến tần trực tiếp. 10
1. Giới thiệu. 10
2 Phân loại biến tần. 11
2.1.Biến tần trực tiếp một pha. 11
2.2. Biến tần trực tiếp ba pha.13
2.3. Biến tần trực tiếp một pha vào một pha ra(SISO).15
2.4. Biến tần trực tiếp ba pha vào một pha ra (TISO)16
2.5. Biến tần đường bao ( Matrix cyclyconverter)18
III. Bộ nghịch lưu. 19
1.Giới thiệu chung. 19
2. Các bộ nghịch lưu nguồn áp một pha. 20
2.1. Bộ nghịch lưu nguồn áp một pha bán cầu.20
2.2. Bộ nghịch lưu nguồn áp toàn cầu (Full-Bridge VSI)26
3. Các bộ nghịch lưu nguồn áp 3 pha (Three-Phase Voltage Source Inverters)31
3.1.Kỹ thuật điều chế độ rộng xung sóng sin. 32
3.2. Hoạt động sóng vuông của các bộ nghịch lưu áp 3 pha(Square - Wave Operation )33
3.3.Sự loại trừ hài có chọn lọc trong các bộ nghịch lưu áp 3 pha.34
3.4.Các kỹ thuật điều chế vector không gian cơ bản (Space-Vector-based Modulating Techniques)35
5. Các điện áp pha của tải trong các bộ nghịch lưu áp 3 pha.39
5.1 Các bộ nghịch lưu nguồn dòng (CSI: Current Source Inverters)41
5.2. Các kỹ thuật điều chế độ rộng xung sóng mang cơ bản trong các bộ nghịch lưu nguồn dòng.42
IV. Biến tần đa bậc. 45
1.Giới thiệu về biến tần đa bậc. 45
1.1 .Khái niệm.45
1.2. Neutural point clamped inverter NPC47
2. Cấu trúc biến tần đa bậc ( bộ nghịch lưu đa bậc)48
2.1 Cascade Multilevel Inverter48
2.2. Capacitor Clamped Multilevel Inverter50
2.3. Cấu trúc phối hợp. 51
3. So sánh về các dạng nghịch lưu đa bậc.51
3.1 Phương pháp Sin PWM (Ứng dụng ở tần số khá cao f < 9500Hz)52
3.2. Switching frequency optimal PWM method( SFO PWM)53
3.3. Phương pháp vector không gian. 54
3.4 Giản đồ vector điện áp bộ biến tần ba bậc. 54
3.5. Giản đồ vector điện áp bộ nghịch lưu năm bậc. 59
V. Ứng dụng biến tần đa bậc. 60
1. Giới thiệu. 60
2. Đặc tính cơ của các động cơ điện. 60
2.1. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập (song song)60
2.2. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp. 62
2.3. Động cơ điện ba pha xoay chiều không đồng bộ (KĐB)62
3. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều ba pha KĐB sử dụng biến tần.64
3. 1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch rôto.64
3.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch stato.65
3.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số của nguồn xoay chiều.66
3.4 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực của động cơ.66
VI. Giới thiệu biến tần ACS 150. 66
1. Nguồn cung cấp. 66
2.Cấu trúc tổng quan của biến tần ABB66
3.Chi tiết về sơ đồ kết nối in/ out của biến tần ABB ACS 150. 67
4.Cách kết nối nên tránh ở ngõ ra của biến tần. 68
5.Sơ đồ kết nối IN/OUT. 69
6.Chức năng từng phím trên mặt máy. 69
7 .MENU chính. 70
8.Cách cài đặt và hoạt động của chế độ “ SHORT PARAMETER MODE “. 71
9. Cách cài đặt và hoạt động của chế độ “ LONG PARAMETER MODE “ :72
10.Một số sơ đồ kết nối dây IN/ OUT ABB khuyên dùng (macro)72
10.1. ABB Standard macro. 72
10.2. 3 wire macro. 73
10.3.Alternate Macro. 73
10.4. Motor potentiometer macro. 74
11. Tín hiệu điều khiển kết nối từ bên ngoài74
12. Điều khiển. 75
12.1 . Điều khiển bằng tay với sự hổ trợ màn hình và bàn phím75
12.2. Điều khiển bằng các thiết bị ngoại vi bên ngoài: ( windows CC + PLC + MODUL EM 235 )75
VII. EM235. 76
VIII. PLC77
1. Giới thiệu PLC S7-200. 77
2. Sơ đồ khối cấu tạo của PLC78
3. Ứng dụng xuất sung tốc độ cao. 78
3.1. Điều rộng xung 50% (PTO)78
3.2. Điều rộng xung theo tỉ lệ (PWM)79
4. Đọc xung tốc độ cao (High Speed Counter - HSC)79
IX. WINCC82
1. Giới thiệu WinCC (Windows Control Center)82
2. Khởi động WinCC82
3. Tạo một Project mới82
4. Cài đặt Driver kết nối PLC83
5. Tạo các biến. 83
5.1 Biến nội83
5.2. Biến ngoại: Sử dụng PC Access. 84
6. Tạo và soạn thảo một giao diện người dùng. 87
7. Cài đặt thông số cho winCC Runtime. 87
CHƯƠNG 2 THỰC HIỆN ĐỒ ÁN89
I. Lưu đồ giải thuật chương trình điều khiển motor89
II. Điều khiển bằng tay. 89
III. Điều khiển bằng windows CC + PLC _ MODUL E235. 90
1.Cài đặt thông số. 90
2. Chương trinh điều khiển PLC + WICC90
2.1 Chương trình PLC90
2.2 Tạo Item trong PC Access. 95
2.3.Giao diện WINCC:96
CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ – KẾT LUẬN97
TÀI LIỆU THAM KHẢO98
LỜI MỞ ĐẦU
Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện tử đã được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Trong lĩnh vực điều khiển được áp dụng nhiều trong sản xuất công nghiệp không thể thiếu các dây chuyền tự động hóa để vận hành các hệ thống phức tạp trong nhà máy. Chính vì vậy để hiểu rõ hơn về các dây chuyền tự động đó thì trong đồ án hai này chúng tui tìm hiểu một ứng dụng của ngành điện tử đặt biệt là lĩnh vực tự động hóa nhằm mục đích mô phỏng các hệ thống đó dưới những linh kiện mà mình đã được học. Cụ thể là trong đồ án này chúng tui sẽ khảo sát và điều khiển tốc độ động cơ thông qua biến tần ACS150 kết hợp với PLC- S7200 và khối mở rộng EM 235.
Đề tài “Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Dùng Biến Tần ACS 150” có nhiều loại hình khác nhau dựa vào công dụng và độ phức tạp của hệ thống. Do tài liệu tham khảo còn hạn chế, trình độ của chúng tui có hạn và kinh nghiệm trong thực tế còn non kém, nên đề tài chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Vì vậy rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, giúp đỡ chân thành của các thầy cô cũng như của các bạn sinh viên.
+ Điện áp dây của tải (hình 3.14d) trong VSI thì giống với dòng điện dây của tải (hình 3.25d) trong CSI.
+ Dòng điện liên kết một chiều (dc link current) (hình 3.14g) trong VSI thì giống với điện áp liên kết một chiều (hình 3.25g) trong CSI.
Hình 3.24 Các dạng sóng lý tưởng của bộ nghịch lưu nguồn dòng 3 pha ứng với kỹ thuật điều chế SPWM (ma=0.8, mf = 9): (a) tín hiệu sóng mang và tín hiệu điều chế; (b) trạng thái của công tắc S1; (c) trạng thái của công tắc S3; (d) dòng điện ngõ ra xoay chiều; (e) phổ của (d); (f) điện áp ngõ ra xoay chiều; (g) điện áp một chiều; (h) phổ của điện áp một chiều; (i) dòng qua công tắc S1; (j) áp qua công tắc S1.
Điều này đưa ra tính đối ngẫu giữa hai cách khi ta sử dụng các phương pháp điều chế tương tự nhau. Vì vậy, ứng với các giá trị lẻ là bội của 3 của tần số sóng mang cơ bản mf, các hài trong dòng điện ngõ ra xoay chiều xuất hiện tại các tần số fh và quanh các mf và các bội số của nó, cụ thể là:
(3.50)
Với l= 1, 3, 5, … ứng với k= 2, 4, 6, … và l= 2, 4, … ứng với k= 1, 5, 7, … như vậy h không phải là một bội số của 3. Vì vậy, các hài sẽ tại mf ± 2, mf ± 4, … , 2mf ± 1, 2mf ± 5, … , 3mf ± 2, 3mf ± 4, … , 4mf ± 1, 4mf ± 5, …. Với các điện áp tải dạng gần như sin, các hài trong điện áp liên kết một chiều tại các tần số được cho bởi:
(3.51)
Với l= 0, 2, 4, … ứng với k= 1, 5, 7, … và l= 1, 3, 5, … ứng với l= 0, 2, 4, … như vậy h= l*mf ±k là dương và không là bội của 3. Ví dụ, hình 4.25h cho ta thấy hài thứ 6 (h=6) h = 1 * 9 - 2 - 1 = 6.
Kết luận tương tự có thể được đưa ra với các giá trị nhỏ hơn và lớn hơn của mf với cùng phương pháp như VSI. Vì vậy, biên độ tối đa của dòng điện dây ngõ ra xoay chiều cơ bản là oa1= ii/2 vì vậy ta có thể viết:
(3.52)
Để tăng thêm biên độ của dòng tải, ta có thể sử dụng phương pháp quá điều chế (overmodulation). Trong vùng này, ngưỡng của các dòng điện dây cơ bản là
(3.53)
IV. Biến tần đa bậc
1.Giới thiệu về biến tần đa bậc
Hiện nay một vấn đề lớn đặc ra ở các nhà máy công nghiệp là việc sử dụng các hệ thống công suất rất lớn mà nếu sử dụng biến tần đơn bậc thì không thể đáp ứng nổi, biến tần đa bậc đã và đang phát triển ở các nước tiên tiến, tại Việt Nam thì biến tần đa bậc cũng có một chuyên gia đang nghiên cứu, nhưng nhìn chung thì nó khá mới mẻ và đòi hỏi phải có hiểu biết sâu rộng mới có thể nghiên cứu về nó. Trong chương này chúng ta sẽ nghiên cứu về cách thức cấu tạo, cách điều khiển của biến tần đa bậc.
1.1 .Khái niệm.
Hiện nay biến tần đã và đang được sử dụng rất có hiệu quả trên thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng, tuy có nhiều ưu điểm và ứng dụng hiệu quả cao nhưng biến tần đơn bậc cũng còn tồn tại một số hạn chế như:
Sóng điện áp còn nhiều hài bậc cao, chưa thật sự gần sin.
Trị số điện kháng Lf mạch lọc còn cao, dẫn đến tổn hao.
Tổn hao trong quá trình đóng cắt (Psw) cao.
Công suất truyền tải còn thấp (Pcond)…
Để khắc phục những hạn chế nói trên người ta mới phát minh ra biến tần đa bậc nhằm phục vụ và đáp ứng tốt hơn nhu cầu của con người.
Hình 1.0 Mô hình biến tần đa bậc động cơ không đồng bộ
Trong các đồ thị dưới đây nói về ưu điểm biến tần bậc cao so với biến tần bậc thấp hơn.
Hình 1.2 Đồ thị miêu tả ưu điểm của biến tần đa bậc.
Tại sao khi đa bậc thì THD giảm, Lf giảm và công suất truyền tăng, cũng như công suất tổn hao thấp. Tại vì khi số bậc biến tần càng cao thì dạng sóng điện áp ngõ ra gần sin hơn, nên bộ lọc lọc ít hơn, tổn hao do cảm kháng bộ lọc sinh ra thấp hơn, khi sóng ra gần sin hơn thì công suất truyền qua cũng cao hơn, cản phá ít hơn. Ta có công thức tính tổng độ méo dạng do hài có công thức sau:.
Ta thấy từ công thức này thì càng nâng số bậc lên thì THD càng tăng. Biến tần đa bậc có những ưu điểm vượt trội như trên, biến tần đa bậc đã và đang được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp.
Khái niệm biến tần đa bậc xuất phát từ quá trình điện áp giữa đầu pha tải (điểm a,b,c với điểm 0) của nguồn một nhiều thay đổi giữa hai hay nhiều bậc khác nhau gọi là biến tần đa bậc. Ví dụ như nếu là biến tần hai bậc thì giá trị điện áp này thay đổi giữa hai bậc là +Udc/2 và –Udc/2… . Do sự thay đổi điện áp giữa các bậc dẫn tới dV/dt khá lớn và hiện tượng điện áp common-mode rất quan trọng. Để khắc phục điều này người ta sử dụng bộ nghịch lưu đa bậc, do tính phổ dụng của nó mà có thể gọi là biến tần đa bậc( Multi-level Inverter)
1.2. Neutural point clamped inverter NPC
Trên sơ đồ là bộ nghịch lưu ba bậc, điện áp trên mỗi tụ bằng ½ điện áp trên nguồn DC. Mỗi điểm pha a, b, c có thể nối với các điểm 0, n, p theo các sơ đồ đóng ngắt khác nhau của khóa bán dẫn.
Các mức điện áp pha a có thể đạt được như sau:
Theo tính toán các giá trị điện áp đặt trên các điốt bên trong sẽ cao hơn các điốt khác, nhất là với mô hình NPC bậc cao hơn, điều này thật là một nhược điểm cùa mô hình NPC.
Hình 1.5b Mô hình bộ nghịch lưu NPC 3 bậc, 5 bậc hay n bậc.
Do mất đối xứng trong thời gian nạp xả tụ mà điện áp tụ trở nên mất cân bằng.
1.2.1 Ưu điểm chính của mô hình là
Giảm thành phần sóng hài
Giảm dV/dt ( bằng một nửa so với bộ nghịch lưu hai bậc)
1.2.2 Nhược điểm
Mức độ chịu đựng điện áp trên các điốt là khác nhau.
Điều khiển PWM phức tạp hơn bậc hai.
Cần nhiều điốt kẹp.
Vấn đề cần bằng áp tụ DC-links là khá phức tạp.
2. Cấu trúc biến tần đa bậc ( bộ nghịch lưu đa bậc)
Hiện nay có một số loại nghịch lưu như sau:
Nghịch lưu dạng điốt kẹp ( Neutural Point Clamped Multilevel Inverter NPC).
Nghịch lưu đa bậc dạng Cascade( Cascade Multilevel Inverter).
Nghịch lưu đa bậc dạng Flying Capacitor.
Một số tổ hợp các loại trên.
Để đơn giản và dễ hiểu khi ví dụ chúng ta sẽ chỉ lấy ví dụ về biến tần ba bậc (bộ nghịch lưu ba bậc) hay 5 bậc (bộ nghịch lưu năm bậc).
2.1 Cascade Multilevel Inverter
Cấu trúc nghịch lưu đa bậc dạng Cascade xuất hiện lần đầu vào năm 1975, sử dụng nguồn DC riêng, gồm nhiều bộ nghịch lưu cầu một pha mắc nối tiếp.
Sử dụng quy tắc kích đối nghịch cho từng cặp S1-S4 và S2-S3. Mỗi một bộ nghịch lưu áp cầu một pha tạo ra điện áp đầu ra ba mức –U, 0, U. Với sự kết hợp n bộ nghịch lưu cầu 1 pha trên nhánh tải tạo nên điện áp đầu ra có:
n mức điện áp dương (U, 2U,…, nU).
n mức điện áp âm (-U, -2U,…, -nU).
1 mức điện áp 0.
II. BIẾN TẦN TRỰC TIẾP
1. Giới thiệu
Bộ biến đổi AC-AC là một vấn đề lớn đã được nghiên cứu trong các bộ chuyển đổi công suất trong công nghiệp và được ứng dụng nhiều hơn so với các bộ chuyển đổi công suất khác. Mặc dù bộ biến đổi công suất AC- AC đã được phát triển trong thời gian dài và được sử dụng phổ biến từ sau năm 1930, nhưng tần số đóng ngắt và công suất còn thấp. Cho đến khi linh kiện điện tử công suất được ra đời, như Turn off thyristors (GTO), Triac, Bipolar Transistor (BT), Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) và Power Mosfield Effect Transistor (MOSFET) và sau đó là biến đổi công suất từ AC-DC sau năm 1980 nâng cao tần số đóng ngắt và có thể chuyển đổi công suất cao. Thiết bị nguồn công suất DC hoàn toàn được thay đổi từ sau năm 1960 khi SCR được sản xuất. Tương ứng với mạch điều khiển cũng dần dần chuyển từ tương tự sang điều khiển bằng hệ thống số sau năm 1980. Các tính toán điều khiển cho tất cả biến tần trực tiếp AC-AC được nghiên cứu và bàn luận rộng rãi. Biến tần trực tiếp AC/AC dùng để biến đổi một nguồn công suất AC sang một nguồn AC khác. Các cách thường dùng hay các dạng như sau:
1. Biến đổi điện áp một pha AC/AC
2. Biến đổi điện áp ba pha AC/AC
3. Biến tần trực tiếp một pha vào một pha ra (SISO)
4. Biến tần trực tiếp ba pha vào một pha ra (TISO)
5. Biến tần trực tiếp ba pha vào ba pha ra (TITO)
6. Biến tần đường bao ( Matrix).
Tất cả bộ biến đổi điện áp AC/AC từ nguồn AC với tần số và điện áp cao hơn sang tần số và điện áp thấp hơn với góc trễ pha nhỏ.
2 Phân loại biến tần
2.1.Biến tần trực tiếp một pha
Các bộ chuyển mạch hai nửa chu kì gồm hai nhóm: nhóm dương kí hiệu là P và nhóm âm kí hiệu là N. Cơ sở của mạch công suất điều khiển điện áp một pha AC-AC với pha điều khiển như hình 1.a bao gồm 1 cặp SCR ghép nối back to back đối nghịch giữa nguồn AC và tải cho ta điện áp có dạng sóng đối nghịch hai chiều đối xứng. Cặp SCR có thể được thay thế bằng Triac như hình 1.b cho nguồn công suất thấp; với sự bố trí như hình 1.c gồm hai điốt và hai SCR để cung cấp điện áp bình thường cực âm làm đơn giản mạch qua cửa cần cho sự cách ly. Trong hình 1d với 1 SCR và 4 điốt làm giảm bớt tổn thất nhưng lại tăng thêm sự hao phí vì nhiệt. Một sự kết hợp giữa SCR và Điốt như hình 1.e, cung cấp điện áp điều khiển ngõ ra không đối xứng một chiều với cách tự kiểm soát nhưng có cấu thành DC vào và hơn nữa, không thực tế để loại trừ tổn hao công suất do sự nóng lên của tải.
Hình 1. Mô hình điều khiển điện áp một pha.Hình a) Ghép nối hai SCR.
Hình b) Sử dụng Triac. Hình c)Kết hợp hai SCR và hai Điốt. Hình d)Một SCR kết hợp với 4 Điốt. Hình e)Sự kết hợp giữa SCR và Điốt.
Dạng sóng trên tải được cho như hình sau: Với là góc kích của SCR.
Sau đây là dạng sóng toàn kì một pha tải cảm R_L, trong trường hợp tải trở thì điện áp tải gián đoạn còn tải R_L thì không còn gián đoạn nữa.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
LỜI CẢM ƠN5
Nhận xét của giáo viên hướng dẫn. 6
Nhận xét của giáo viên phản biện. 7
CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT LIÊN QUAN8
I. Giới thiệu lịch sử biến tần. 8
1. Lịch sử phát triển các linh kiện bán dẫn công suất.8
2. Lịch sử ra đời của biến tần trong công nghiệp. 8
3. Tầm quan trọng của biến tần trong công nghiệp. 8
3.1. Luận chứng kinh tế. 9
3.2. Tính hữu dụng của biến tần trong các ứng dụng bơm và quạt9
4. Phân loại biến tần.9
5. Vai trò biến tần đa bậc.10
II. Biến tần trực tiếp. 10
1. Giới thiệu. 10
2 Phân loại biến tần. 11
2.1.Biến tần trực tiếp một pha. 11
2.2. Biến tần trực tiếp ba pha.13
2.3. Biến tần trực tiếp một pha vào một pha ra(SISO).15
2.4. Biến tần trực tiếp ba pha vào một pha ra (TISO)16
2.5. Biến tần đường bao ( Matrix cyclyconverter)18
III. Bộ nghịch lưu. 19
1.Giới thiệu chung. 19
2. Các bộ nghịch lưu nguồn áp một pha. 20
2.1. Bộ nghịch lưu nguồn áp một pha bán cầu.20
2.2. Bộ nghịch lưu nguồn áp toàn cầu (Full-Bridge VSI)26
3. Các bộ nghịch lưu nguồn áp 3 pha (Three-Phase Voltage Source Inverters)31
3.1.Kỹ thuật điều chế độ rộng xung sóng sin. 32
3.2. Hoạt động sóng vuông của các bộ nghịch lưu áp 3 pha(Square - Wave Operation )33
3.3.Sự loại trừ hài có chọn lọc trong các bộ nghịch lưu áp 3 pha.34
3.4.Các kỹ thuật điều chế vector không gian cơ bản (Space-Vector-based Modulating Techniques)35
5. Các điện áp pha của tải trong các bộ nghịch lưu áp 3 pha.39
5.1 Các bộ nghịch lưu nguồn dòng (CSI: Current Source Inverters)41
5.2. Các kỹ thuật điều chế độ rộng xung sóng mang cơ bản trong các bộ nghịch lưu nguồn dòng.42
IV. Biến tần đa bậc. 45
1.Giới thiệu về biến tần đa bậc. 45
1.1 .Khái niệm.45
1.2. Neutural point clamped inverter NPC47
2. Cấu trúc biến tần đa bậc ( bộ nghịch lưu đa bậc)48
2.1 Cascade Multilevel Inverter48
2.2. Capacitor Clamped Multilevel Inverter50
2.3. Cấu trúc phối hợp. 51
3. So sánh về các dạng nghịch lưu đa bậc.51
3.1 Phương pháp Sin PWM (Ứng dụng ở tần số khá cao f < 9500Hz)52
3.2. Switching frequency optimal PWM method( SFO PWM)53
3.3. Phương pháp vector không gian. 54
3.4 Giản đồ vector điện áp bộ biến tần ba bậc. 54
3.5. Giản đồ vector điện áp bộ nghịch lưu năm bậc. 59
V. Ứng dụng biến tần đa bậc. 60
1. Giới thiệu. 60
2. Đặc tính cơ của các động cơ điện. 60
2.1. Động cơ điện một chiều kích từ độc lập (song song)60
2.2. Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp. 62
2.3. Động cơ điện ba pha xoay chiều không đồng bộ (KĐB)62
3. Điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều ba pha KĐB sử dụng biến tần.64
3. 1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở phụ trong mạch rôto.64
3.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào mạch stato.65
3.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số của nguồn xoay chiều.66
3.4 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực của động cơ.66
VI. Giới thiệu biến tần ACS 150. 66
1. Nguồn cung cấp. 66
2.Cấu trúc tổng quan của biến tần ABB66
3.Chi tiết về sơ đồ kết nối in/ out của biến tần ABB ACS 150. 67
4.Cách kết nối nên tránh ở ngõ ra của biến tần. 68
5.Sơ đồ kết nối IN/OUT. 69
6.Chức năng từng phím trên mặt máy. 69
7 .MENU chính. 70
8.Cách cài đặt và hoạt động của chế độ “ SHORT PARAMETER MODE “. 71
9. Cách cài đặt và hoạt động của chế độ “ LONG PARAMETER MODE “ :72
10.Một số sơ đồ kết nối dây IN/ OUT ABB khuyên dùng (macro)72
10.1. ABB Standard macro. 72
10.2. 3 wire macro. 73
10.3.Alternate Macro. 73
10.4. Motor potentiometer macro. 74
11. Tín hiệu điều khiển kết nối từ bên ngoài74
12. Điều khiển. 75
12.1 . Điều khiển bằng tay với sự hổ trợ màn hình và bàn phím75
12.2. Điều khiển bằng các thiết bị ngoại vi bên ngoài: ( windows CC + PLC + MODUL EM 235 )75
VII. EM235. 76
VIII. PLC77
1. Giới thiệu PLC S7-200. 77
2. Sơ đồ khối cấu tạo của PLC78
3. Ứng dụng xuất sung tốc độ cao. 78
3.1. Điều rộng xung 50% (PTO)78
3.2. Điều rộng xung theo tỉ lệ (PWM)79
4. Đọc xung tốc độ cao (High Speed Counter - HSC)79
IX. WINCC82
1. Giới thiệu WinCC (Windows Control Center)82
2. Khởi động WinCC82
3. Tạo một Project mới82
4. Cài đặt Driver kết nối PLC83
5. Tạo các biến. 83
5.1 Biến nội83
5.2. Biến ngoại: Sử dụng PC Access. 84
6. Tạo và soạn thảo một giao diện người dùng. 87
7. Cài đặt thông số cho winCC Runtime. 87
CHƯƠNG 2 THỰC HIỆN ĐỒ ÁN89
I. Lưu đồ giải thuật chương trình điều khiển motor89
II. Điều khiển bằng tay. 89
III. Điều khiển bằng windows CC + PLC _ MODUL E235. 90
1.Cài đặt thông số. 90
2. Chương trinh điều khiển PLC + WICC90
2.1 Chương trình PLC90
2.2 Tạo Item trong PC Access. 95
2.3.Giao diện WINCC:96
CHƯƠNG 3 ĐÁNH GIÁ – KẾT LUẬN97
TÀI LIỆU THAM KHẢO98
LỜI MỞ ĐẦU
Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện tử đã được ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp. Trong lĩnh vực điều khiển được áp dụng nhiều trong sản xuất công nghiệp không thể thiếu các dây chuyền tự động hóa để vận hành các hệ thống phức tạp trong nhà máy. Chính vì vậy để hiểu rõ hơn về các dây chuyền tự động đó thì trong đồ án hai này chúng tui tìm hiểu một ứng dụng của ngành điện tử đặt biệt là lĩnh vực tự động hóa nhằm mục đích mô phỏng các hệ thống đó dưới những linh kiện mà mình đã được học. Cụ thể là trong đồ án này chúng tui sẽ khảo sát và điều khiển tốc độ động cơ thông qua biến tần ACS150 kết hợp với PLC- S7200 và khối mở rộng EM 235.
Đề tài “Điều Khiển Tốc Độ Động Cơ Dùng Biến Tần ACS 150” có nhiều loại hình khác nhau dựa vào công dụng và độ phức tạp của hệ thống. Do tài liệu tham khảo còn hạn chế, trình độ của chúng tui có hạn và kinh nghiệm trong thực tế còn non kém, nên đề tài chắc chắn còn nhiều thiếu sót. Vì vậy rất mong nhận được những ý kiến đóng góp, giúp đỡ chân thành của các thầy cô cũng như của các bạn sinh viên.
+ Điện áp dây của tải (hình 3.14d) trong VSI thì giống với dòng điện dây của tải (hình 3.25d) trong CSI.
+ Dòng điện liên kết một chiều (dc link current) (hình 3.14g) trong VSI thì giống với điện áp liên kết một chiều (hình 3.25g) trong CSI.
Hình 3.24 Các dạng sóng lý tưởng của bộ nghịch lưu nguồn dòng 3 pha ứng với kỹ thuật điều chế SPWM (ma=0.8, mf = 9): (a) tín hiệu sóng mang và tín hiệu điều chế; (b) trạng thái của công tắc S1; (c) trạng thái của công tắc S3; (d) dòng điện ngõ ra xoay chiều; (e) phổ của (d); (f) điện áp ngõ ra xoay chiều; (g) điện áp một chiều; (h) phổ của điện áp một chiều; (i) dòng qua công tắc S1; (j) áp qua công tắc S1.
Điều này đưa ra tính đối ngẫu giữa hai cách khi ta sử dụng các phương pháp điều chế tương tự nhau. Vì vậy, ứng với các giá trị lẻ là bội của 3 của tần số sóng mang cơ bản mf, các hài trong dòng điện ngõ ra xoay chiều xuất hiện tại các tần số fh và quanh các mf và các bội số của nó, cụ thể là:
(3.50)
Với l= 1, 3, 5, … ứng với k= 2, 4, 6, … và l= 2, 4, … ứng với k= 1, 5, 7, … như vậy h không phải là một bội số của 3. Vì vậy, các hài sẽ tại mf ± 2, mf ± 4, … , 2mf ± 1, 2mf ± 5, … , 3mf ± 2, 3mf ± 4, … , 4mf ± 1, 4mf ± 5, …. Với các điện áp tải dạng gần như sin, các hài trong điện áp liên kết một chiều tại các tần số được cho bởi:
(3.51)
Với l= 0, 2, 4, … ứng với k= 1, 5, 7, … và l= 1, 3, 5, … ứng với l= 0, 2, 4, … như vậy h= l*mf ±k là dương và không là bội của 3. Ví dụ, hình 4.25h cho ta thấy hài thứ 6 (h=6) h = 1 * 9 - 2 - 1 = 6.
Kết luận tương tự có thể được đưa ra với các giá trị nhỏ hơn và lớn hơn của mf với cùng phương pháp như VSI. Vì vậy, biên độ tối đa của dòng điện dây ngõ ra xoay chiều cơ bản là oa1= ii/2 vì vậy ta có thể viết:
(3.52)
Để tăng thêm biên độ của dòng tải, ta có thể sử dụng phương pháp quá điều chế (overmodulation). Trong vùng này, ngưỡng của các dòng điện dây cơ bản là
(3.53)
IV. Biến tần đa bậc
1.Giới thiệu về biến tần đa bậc
Hiện nay một vấn đề lớn đặc ra ở các nhà máy công nghiệp là việc sử dụng các hệ thống công suất rất lớn mà nếu sử dụng biến tần đơn bậc thì không thể đáp ứng nổi, biến tần đa bậc đã và đang phát triển ở các nước tiên tiến, tại Việt Nam thì biến tần đa bậc cũng có một chuyên gia đang nghiên cứu, nhưng nhìn chung thì nó khá mới mẻ và đòi hỏi phải có hiểu biết sâu rộng mới có thể nghiên cứu về nó. Trong chương này chúng ta sẽ nghiên cứu về cách thức cấu tạo, cách điều khiển của biến tần đa bậc.
1.1 .Khái niệm.
Hiện nay biến tần đã và đang được sử dụng rất có hiệu quả trên thế giới nói chung và tại Việt Nam nói riêng, tuy có nhiều ưu điểm và ứng dụng hiệu quả cao nhưng biến tần đơn bậc cũng còn tồn tại một số hạn chế như:
Sóng điện áp còn nhiều hài bậc cao, chưa thật sự gần sin.
Trị số điện kháng Lf mạch lọc còn cao, dẫn đến tổn hao.
Tổn hao trong quá trình đóng cắt (Psw) cao.
Công suất truyền tải còn thấp (Pcond)…
Để khắc phục những hạn chế nói trên người ta mới phát minh ra biến tần đa bậc nhằm phục vụ và đáp ứng tốt hơn nhu cầu của con người.
Hình 1.0 Mô hình biến tần đa bậc động cơ không đồng bộ
Trong các đồ thị dưới đây nói về ưu điểm biến tần bậc cao so với biến tần bậc thấp hơn.
Hình 1.2 Đồ thị miêu tả ưu điểm của biến tần đa bậc.
Tại sao khi đa bậc thì THD giảm, Lf giảm và công suất truyền tăng, cũng như công suất tổn hao thấp. Tại vì khi số bậc biến tần càng cao thì dạng sóng điện áp ngõ ra gần sin hơn, nên bộ lọc lọc ít hơn, tổn hao do cảm kháng bộ lọc sinh ra thấp hơn, khi sóng ra gần sin hơn thì công suất truyền qua cũng cao hơn, cản phá ít hơn. Ta có công thức tính tổng độ méo dạng do hài có công thức sau:.
Ta thấy từ công thức này thì càng nâng số bậc lên thì THD càng tăng. Biến tần đa bậc có những ưu điểm vượt trội như trên, biến tần đa bậc đã và đang được sử dụng rộng rãi trong các ngành công nghiệp.
Khái niệm biến tần đa bậc xuất phát từ quá trình điện áp giữa đầu pha tải (điểm a,b,c với điểm 0) của nguồn một nhiều thay đổi giữa hai hay nhiều bậc khác nhau gọi là biến tần đa bậc. Ví dụ như nếu là biến tần hai bậc thì giá trị điện áp này thay đổi giữa hai bậc là +Udc/2 và –Udc/2… . Do sự thay đổi điện áp giữa các bậc dẫn tới dV/dt khá lớn và hiện tượng điện áp common-mode rất quan trọng. Để khắc phục điều này người ta sử dụng bộ nghịch lưu đa bậc, do tính phổ dụng của nó mà có thể gọi là biến tần đa bậc( Multi-level Inverter)
1.2. Neutural point clamped inverter NPC
Trên sơ đồ là bộ nghịch lưu ba bậc, điện áp trên mỗi tụ bằng ½ điện áp trên nguồn DC. Mỗi điểm pha a, b, c có thể nối với các điểm 0, n, p theo các sơ đồ đóng ngắt khác nhau của khóa bán dẫn.
Các mức điện áp pha a có thể đạt được như sau:
Theo tính toán các giá trị điện áp đặt trên các điốt bên trong sẽ cao hơn các điốt khác, nhất là với mô hình NPC bậc cao hơn, điều này thật là một nhược điểm cùa mô hình NPC.
Hình 1.5b Mô hình bộ nghịch lưu NPC 3 bậc, 5 bậc hay n bậc.
Do mất đối xứng trong thời gian nạp xả tụ mà điện áp tụ trở nên mất cân bằng.
1.2.1 Ưu điểm chính của mô hình là
Giảm thành phần sóng hài
Giảm dV/dt ( bằng một nửa so với bộ nghịch lưu hai bậc)
1.2.2 Nhược điểm
Mức độ chịu đựng điện áp trên các điốt là khác nhau.
Điều khiển PWM phức tạp hơn bậc hai.
Cần nhiều điốt kẹp.
Vấn đề cần bằng áp tụ DC-links là khá phức tạp.
2. Cấu trúc biến tần đa bậc ( bộ nghịch lưu đa bậc)
Hiện nay có một số loại nghịch lưu như sau:
Nghịch lưu dạng điốt kẹp ( Neutural Point Clamped Multilevel Inverter NPC).
Nghịch lưu đa bậc dạng Cascade( Cascade Multilevel Inverter).
Nghịch lưu đa bậc dạng Flying Capacitor.
Một số tổ hợp các loại trên.
Để đơn giản và dễ hiểu khi ví dụ chúng ta sẽ chỉ lấy ví dụ về biến tần ba bậc (bộ nghịch lưu ba bậc) hay 5 bậc (bộ nghịch lưu năm bậc).
2.1 Cascade Multilevel Inverter
Cấu trúc nghịch lưu đa bậc dạng Cascade xuất hiện lần đầu vào năm 1975, sử dụng nguồn DC riêng, gồm nhiều bộ nghịch lưu cầu một pha mắc nối tiếp.
Sử dụng quy tắc kích đối nghịch cho từng cặp S1-S4 và S2-S3. Mỗi một bộ nghịch lưu áp cầu một pha tạo ra điện áp đầu ra ba mức –U, 0, U. Với sự kết hợp n bộ nghịch lưu cầu 1 pha trên nhánh tải tạo nên điện áp đầu ra có:
n mức điện áp dương (U, 2U,…, nU).
n mức điện áp âm (-U, -2U,…, -nU).
1 mức điện áp 0.
II. BIẾN TẦN TRỰC TIẾP
1. Giới thiệu
Bộ biến đổi AC-AC là một vấn đề lớn đã được nghiên cứu trong các bộ chuyển đổi công suất trong công nghiệp và được ứng dụng nhiều hơn so với các bộ chuyển đổi công suất khác. Mặc dù bộ biến đổi công suất AC- AC đã được phát triển trong thời gian dài và được sử dụng phổ biến từ sau năm 1930, nhưng tần số đóng ngắt và công suất còn thấp. Cho đến khi linh kiện điện tử công suất được ra đời, như Turn off thyristors (GTO), Triac, Bipolar Transistor (BT), Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT) và Power Mosfield Effect Transistor (MOSFET) và sau đó là biến đổi công suất từ AC-DC sau năm 1980 nâng cao tần số đóng ngắt và có thể chuyển đổi công suất cao. Thiết bị nguồn công suất DC hoàn toàn được thay đổi từ sau năm 1960 khi SCR được sản xuất. Tương ứng với mạch điều khiển cũng dần dần chuyển từ tương tự sang điều khiển bằng hệ thống số sau năm 1980. Các tính toán điều khiển cho tất cả biến tần trực tiếp AC-AC được nghiên cứu và bàn luận rộng rãi. Biến tần trực tiếp AC/AC dùng để biến đổi một nguồn công suất AC sang một nguồn AC khác. Các cách thường dùng hay các dạng như sau:
1. Biến đổi điện áp một pha AC/AC
2. Biến đổi điện áp ba pha AC/AC
3. Biến tần trực tiếp một pha vào một pha ra (SISO)
4. Biến tần trực tiếp ba pha vào một pha ra (TISO)
5. Biến tần trực tiếp ba pha vào ba pha ra (TITO)
6. Biến tần đường bao ( Matrix).
Tất cả bộ biến đổi điện áp AC/AC từ nguồn AC với tần số và điện áp cao hơn sang tần số và điện áp thấp hơn với góc trễ pha nhỏ.
2 Phân loại biến tần
2.1.Biến tần trực tiếp một pha
Các bộ chuyển mạch hai nửa chu kì gồm hai nhóm: nhóm dương kí hiệu là P và nhóm âm kí hiệu là N. Cơ sở của mạch công suất điều khiển điện áp một pha AC-AC với pha điều khiển như hình 1.a bao gồm 1 cặp SCR ghép nối back to back đối nghịch giữa nguồn AC và tải cho ta điện áp có dạng sóng đối nghịch hai chiều đối xứng. Cặp SCR có thể được thay thế bằng Triac như hình 1.b cho nguồn công suất thấp; với sự bố trí như hình 1.c gồm hai điốt và hai SCR để cung cấp điện áp bình thường cực âm làm đơn giản mạch qua cửa cần cho sự cách ly. Trong hình 1d với 1 SCR và 4 điốt làm giảm bớt tổn thất nhưng lại tăng thêm sự hao phí vì nhiệt. Một sự kết hợp giữa SCR và Điốt như hình 1.e, cung cấp điện áp điều khiển ngõ ra không đối xứng một chiều với cách tự kiểm soát nhưng có cấu thành DC vào và hơn nữa, không thực tế để loại trừ tổn hao công suất do sự nóng lên của tải.
Hình 1. Mô hình điều khiển điện áp một pha.Hình a) Ghép nối hai SCR.
Hình b) Sử dụng Triac. Hình c)Kết hợp hai SCR và hai Điốt. Hình d)Một SCR kết hợp với 4 Điốt. Hình e)Sự kết hợp giữa SCR và Điốt.
Dạng sóng trên tải được cho như hình sau: Với là góc kích của SCR.
Sau đây là dạng sóng toàn kì một pha tải cảm R_L, trong trường hợp tải trở thì điện áp tải gián đoạn còn tải R_L thì không còn gián đoạn nữa.
Do Drive thay đổi chính sách, nên một số link cũ yêu cầu duyệt download. các bạn chỉ cần làm theo hướng dẫn.
Password giải nén nếu cần: ket-noi.com | Bấm trực tiếp vào Link để tải:
You must be registered for see links