Đồ án Điều khiển động cơ

Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 1 TRƢỜNG ĐẠI HỌC GTVT TPHCM Khoa : Điện – Điện Tử Viễn Thông ----------oOo--------- ĐỒ ÁN MÔN : ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ  Nội dung đề tài : Bơm ổn định độ Ph: Một bơm 50 lit/min cấp NaOH vào bồn chứa dung dịch axit để trung hòa độ Ph. Hay điều khiển lưu lượng của bơm làm sao để độ PH ổn định = 0.7 Biến tần dùng của hãng :ABB. GVHD : TS. Lê Quang Đức Nhóm : 56 1. Hoàng Vương MSSV: 0951060065 2. Nguyễn Ngọc Ha MSSV: 0951060015 Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 2 A. GIỚI THIỆU CHUNG. 1.Đặt vấn đề: - dùng bơm để bơm NaOH vào thùng, phải dùng bơm có đặc điểm như thế nào? - bơm thì gồm có: bơm, thùng chứa, giữ độ pH trong thùng luôn ở 0.7pH - chúng ta phải dùng gì để đo độ pH của thùng và điều khiển bơm để giữ độ pH trong thùng luôn ở mức 0.7pH - ta dùng biến tần điều khiển và cảm biến pH để phản hồi về. 2.Điều khiển qua biến tần:  Máy bơm được cấp nguồn qua biến tần.  Bơm có thể hoạt động ở nhiều chế độ khác nhau tuỳ thuộc vào yêu cầu.  Việc thay đổi lưu lượng được thực hiện thông qua việc thay đổi tốc độ động cơ 3.Đặc tính cơ của máy sản xuất( chung cho tải bơm,quạt): Đặc tính cơ của máy sản xuất cũng là mối quan hệ giữa tốc độ quay của máy sản suất và moment cản của máy sản xuất MC = f(). Công thức sau: 2 ( )c co dm co dm M M M M            Trong đó: Mc: momen ứng với tốc độ  Mco: momen ứng với tốc độ 0  Mdm: momen ứng với tốc độ định mức dm - momen tỷ lệ bậc 2 với tốc độ là đặc tính của các bơm, quạt gió ( chế độ làm việc dài hạn) Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 3 4.Đặc t nh của bơm  H= f(Q): là đường đặc tính của bơm. Lưu lượng càng lớn thì cột áp càng giảm. Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 4 5.Đối tƣợng : Hình 1: sơ đồ hệ thống. 6.điều khiển giữ độ PH tron bình ổn định: Biến tần điều khiển bơm, bơm NAOH vào bồn chứa với tốc độ được đặt trước 50lit/min. Cảm biến độ PH sẽ cảm biến độ PH dung dịch trong thùng chứa, phản hồi tín hiệu về biến tần. Biến tần so sánh tín hiệu phản hồi về từ cảm biến với giá trị PH đặt là 0.7 sẽ điều khiển bơm bơm dung dịch NAOH vào bình chứa sao cho độ PH trong bình chứa luôn ổn định ở mức 0.7. Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 5 7. Sơ đồ giải pháp 7.Cần các thiết bị: 1. Biến tần và các phụ kiện. 2. Bơm. 3. Cảm biến PH. 4. Các thiết bị bảo vệ cho hệ thống. Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 6 B. LỰA CHỌN CÁC THIẾT BỊ 1.Chọn máy bơm: ( do lƣu lƣợng nhỏ nên ta chọn bơm có sẵn động cơ) Yêu cầu:- bơm dùng trong chuyên dụng môi trường hóa chất( NaOH) -bơm lưu lượng ở mức: Q=50l/min. -có catalogue kèm theo. Theo yêu cầu đề bài là bơm 50L/min. Vậy ta chọn bơm có sẵn động cơ 3 phase CDX 70/07 (Hãng EBARA) dùng được trong môi trường hóa chất công nghiệp có: P = 0.55 kW (0.75 HP), lưu lượng Q = 50 l/min, bơm sẽ bơm lên được độ cao là 24.5m ( Có Catalogue kèm theo: MODEL CDX-2CDX.PDF trang 8) Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 7 Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 8  Thông số kỹ thuật: - Áp suất làm việc tối đa : 0.8 (MPa). Nhiệt độ chất lỏng: -10 đến 60 °C. - 3 pha 230 – 400 V ± 10%, 50Hz. Công suất 0.55 kW. 2 cặp cực. - D ng chạy trên động cơ 2 A. Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 9  Kích thước - các thông số của máy bơm được thể hiện trong bảng dưới: Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 10 2.Chọn biến tần:  Các loại biến tần của hãng ABB và ứng dụng cơ bản từng loại: - ACS 150: ứng dụng đơn giản: máy đóng gói, băng tải, cửa tự động, bơm, quạt. - ACS 310: chuyên dùng cho bơm quạt, có chương trình điều khiển PID thông minh - ACS 350: chế tạo máy dệt, máy in, chế biến thực phẩm, cao su, gỗ, băng tải - ACS 355: thích hợp cho chế tạo máy - ACS 550: các loại tải momen không đổi hoặc momen thay đổi: băng tải, bơm, quạt. - ACS 800: dòng biến tần cao cấp: máy li tâm, máy ép đùn, bơm, quạt, máy dệt, cẩu trục, điều khiển kéo theo. ..  Chọn biến tần: yêu cầu: - Biến tần dùng cho tải bơm quạt - Biến tần hãng ABB - biến tần có công suất và dòng ra biến tần lớn hơn hoặc bằng động cơ.  Do động cơ có công suất 0.55 kW nên ta chọn biến tần ACS310 mã số ACS310-03X-02A6-4 của hãng ABB có công suất 0.75kW - Các thông số của biến tần ACS310-03X-02A6-4 Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 11 Trang 7 catalogue (en_acs310catalog_revd.pdf)  Các thông số kĩ thuật cở bản:  Điện áp380 - 480 V.  Tần số 50Hz.  Công suất định mức 0.75kW (1HP).  D ng điện định mức 2.6(A).  Thông số kĩ thuật chi tiết về biến tần ACS310-03X-02A6-4 (catalogue kèm theo) Trang 326 catalogue (en_acs310_um_c_a4_screen.pdf)  D ng điện vào :4.5A.  D ng điện ra: 2.6A.  D ng điện max:4.2A.  Khả năng chịu dòng quá tải : 2.4A (trong 1/10 min). Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 12  Sơ đồ đấu nối của biến tần ACS 310: Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 13  Kích thước của biến tần trên(R1):  Chiều cao :H=282mm.  Chiều rộng:W=70mm.  Chiều dài:D=169mm.  Khối lượng:1.7Kg. Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 14 3.các phụ kiện biến tần : a.Chọn EMC filter  Chọn theo catalog biến tần loại RFI-32 (trang 18 của catalogue (en_acs310catalog_revd.pdf)  Lọc sóng điện từ cao tần, chống nhiễu b.chọn Input chokes, Output chokes : yêu cầu :-chọn theo biến tần sản xuất - lọc sóng hài, chống nhiễu.  Theo catalog biến tần loại -Input chokes : CHK-01 -Output chokes : ACS-CHK-B3 Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 15 ->(trang 17 của catalogue (en_acs310catalog_revd.pdf) 4..Chọn cảm biến PH: Yêu cầu:- Dải làm việc:0-14 pH - Độ chính xác cao. - biến tần đọc được tín hiệu cảm biến đưa về.  Ta chọn cảm biến PH: WQ201 của hãng Global Water (Hoa Kỳ) Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 16 Hình1 : Trích từ catalogue “WQ201B.pdf”  Thông số kỹ thuật của cảm biến:  Nguồn vào 10-30V DC.  Chân tín hiệu ra : 4 - 20 mA.  Chịu được nhiệt độ: -5  +55°.  Cấu hình cảm biến 3 chân. Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 17 Hình : Sơ đồ đấu nối chân của cảm biến PH gồm 3 chân (Catalogue: “WQ201 pH Sensor.pdf”. Trang 25) Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 18 5.Các thiết bị đóng cắt : a . MCCB (thay cho cầu chì)  Theo catalog của biến tần  Trang 329 catalogue (en_acs310_um_c_a4_screen.pdf)  D ng điện định mức của cầu chì là 10A, nhóm dùng MCCB thay cho cầu chì .Nên ta chọn : Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 19  Các thông số kĩ thuật của MCCB: (catalogue 2CCC413003C0202_low.pdf, trang 20)  Dòng định mức: 10A.  Tần số 50/60Hz.  Khả năng chịu dòng: 50kA  Loại : 3 cực. b.MCB yêu cầu: - loại 2 cực có dòng nhỏ để bảo vệ cho mạch điều khiển .  Vậy ta chọn MCB của hãng ABB . (catalogue ABB-S200-Miniature-Circuit- Breakers.pdf, trang 8)  Các thông số kĩ thuật của MCB:  Chọn MCB loại:S202-D0.5của hãng ABB.  D ng điện định mức: 0.5A Điện áp: 277 VAC.  Có 2 cực. Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 20 c. Contactor : yêu cầu : -Vì sử dụng biến tần để điều khiển động cơ nên chọn loại contactor dùng cho tải AC1, có d ng định mức lớn hơn d ng điện lớn nhất vào biến tần (ở đây là 4.5A) -Chọn contactor loại 3 pole có tiếp điểm phụ loại thường mở có dòng lớn hơn (1.3- 1.5 ) ->Nên ta chọn : A9-30-10 (catalogue 1sbc100129c0201.pdf, trang 12)  Các thông số kĩ thuật của contactor:  Thuộc loại A9-30-10 ,có 3 poles.  D ng điện định mức : 25A.  Điện áp 380-400V. Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 21 d. Chọn control relay yêu cầu - Trong mạch chỉ cần 1 contactor để cấp nguồn cho 1 biến tần, do vậy nhóm chọn thêm rơle để thiết kế mạch điều khiển. ( Trang 9 Relays_1SXU000023C0202_07.pdf) Thông số kĩ thuật: -hãng ABB -Mã N22E-84 - Điện áp cuộn hút: 120VAC - D ng điện định mức của tiếp điểm: 10A Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 22 6.Bộ chuyển đổi AC-DC cho cảm biến: (để cấp nguồn cho cảm biến). -Yêu cầu: Dòng vào cảm biến 12Vdc nên ta chọn:  Có catalogue kèm theo“ABB-Power-Supply.pdf” trang 14  Thông số kỹ thuật:  Bộ nguồn AC-DC của hãng ABB : CP-E 12/2.5  AC : 85 – 264 Vol  DC: 12  Dòng 2.5A Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 23 7. Chọn cáp cho mạch động lực:  Dựa theo catalogue của biến tần. Trang 329 catalogue (en_acs310_um_c_a4_screen.pdf) Yêu cầu: - có tiết diện là 2.5 mm2(vào), 1.5 mm2 (ra) -cáp 4 lõi  Theo catalogue của biến tần nên ta chọn cable cho mạch động lực có tiết diện 2.5mm2 (input) và 1.5mm2 (output), nhóm chọn cable của hãnh CADIVI. - Cable cho mạch động lực loại CXV-4x2.5 (4x7/0.67)-0.6/1kVvà CXV-4x1.5 (4x7/0.52)-0.6/1kV Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 24 Thông số kỹ thuật: Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 25 8. Chọn cáp cho mạch điều khiển: Yêu cầu: -cáp 1 lõi. -Có tiết diện nhỏ.  Chọn cáp loại 1 mm2 (thuộc hãng CADIVI loại 1 lõi có cách điện, CXV-1 (1x7/0.42)-0.6/1kV) Thông số kỹ thuật: o Tiết diện của dây cáp: 1mm2. o Đường kính ruột dẫn: 1.257mm. o Bề dày cách điện :0.7 mm. o Điện trở 18.10Ω/km. Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 26 9. Biến áp cách ly Căn cứ trên các thiết bị đã chọn, biến áp cách ly cho mạch điều khiển có công suất khoảng 80VA (các ly mạch động lực và điều khiển). - Chọn loại 02AP của công ty ROBOT  Công suất 400VA  Điện áp định mức 220/110/100VAC  Tần số 50Hz  Kích thước 125x90x135mm 10. Chọn đèn báo. Yêu cầu: - Có điện áp 220V - Loại có màu  Vậy ta chọn loại YW1P-1EM42 của hãng IDEC(của Nhật Bản). Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 27  Điện áp vào :230/240VAC (trang 8 file EP1140-0_YW_060809.pdf) 11. Chọn nút nhấn Yêu cầu: - Loại 1NC và 1NO, loại có đèn báo và thuộc loại nhấn nhả. - Có điện áp 220V  Như vậy ta chọn nút nhấn NC loại YW1L-M2E01Q và 1 nút nhấn NO loại YW1L-M2E10Q thuộc hãng IDEC của Nhật Bản.  Thông số kĩ thuật số:  Điện áp 230VAC. (trang 11 file EP1140-0_YW_060809.pdf) Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 28 C: MẠC ĐỘNG LỰC , MẠC ĐIỀU K IỂN, SƠ ĐỒ Đ U N I C N BIẾN T N, CÀI ĐẶT (còn chỉnh sửa) 1.Sơ đồ mạch a.Mạch động lực (file autocad kèm theo) Thiết bị Chức năng Biến tần Điều khiển, bảo vệ động cơ Động cơ Bơm NaOH Cảm biến độ PH Phản hồi độ PH về biến tần EMC Fiter Lọc sóng điện từ cao tần, chống nhiễu Tiếp điểm chính của contactor Đóng ngắt điện vào biến tần MCCB Bảo vệ ngắn mạch, quá tải. Input chokes Lọc sóng hài,và chống lại quá độ điện áp lưới. Output chokes Lọc sóng hài,chống nhiễu cho động cơ b.Mạch điều khiển (file autocad kèm theo) Thiết bị Chức năng MCB Nếu xảy ra sự cố ngắn mạch hay quá tải lúc đó MCB ngắt mạch điều khiển ra khỏi lưới Cuộn hút của contactor Và rơle Điều khiển đóng ngắt các tiếp điểm Biến áp cách ly Cấp nguồn và cách ly mạch điều khiển với lưới điện Biến trở Đặt tốc độ Các nút nhấn Thao tác để điều khiển Đèn báo Báo hiệu các trạng thái của hệ thống Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 29 c.Thuyết minh mạch điều khiển.  HOẠT ĐỘNG: - Đóng MCCB cấp điện cho mạch động lực. -Đóng MCB cấp điện cho mạch điều khiển. - Khi nhấn nút ON, Contactor K1 và đèn SUPPLY được cấp điện, và các tiếp điểm thường mở của K1 đóng lại và tiếp điểm K1 đóng duy trì dòng qua K1 khi nhả nút . Tiếp điểm RL đóng cấp nguồn cho biến tần hoạt động. -khi nhấn nút START, rơle RL và đèn RUN có điện bơm NaOH bắt đầu hoạt động. Đồng thời đóng tiếp điểm duy trì RL. Lúc này tiếp điểm thường đóng RL mở ra. Cảm biến PH sẽ gửi tín hiệu về biến tần, biến tần sẽ so sánh với giá trị đặt và điều khiển tốc độ bơm NaOH để ổn định độ PH trong bồn. -khi nhấn nút STOP để dừng máy bơm. Khi đó RL và đèn RUN mất điện, tiếp điểm duy trì RL mở ra và tiếp điểm thường mở RL đóng lại đèn STOP sáng báo hiệu máy bơm dừng.  BẢO VỆ: - Trong trường hợp xuất hiện lỗi khi máy bơm đang hoạt động( quá tải,thấp áp.tùy vào cài đặt) tiếp điểm thường đóng ROCOM_RONC hở ra ,tiếp điểm thường mở ROCOM_RONO đóng lại. Đèn ERROR sang báo hiệu lỗi. khi đó cuộn hút K1 mất điện và mở tiếp điểm chính K1 bên mạch động lực do đó biến tần và máy bơm được cách ly khỏi lưới điện. -Khi ngắn mạch xảy ra MCCB tác động cách ly biến tần và máy bơm ra khỏi lưới điện. Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 30 2.Chọn tủ điện Yêu cầu:- Đủ không gian các thiết bị - Phù hợp cho các hãng thiết bị: Schneider, ABB, Siemens, Mitsubishi, Vậy ta chọn tủ điện của Công ty Trường Giang( Electric company) , mã hàng: TGB-15ways, 1 row. Hình : Trích catalogue “TG DB Catalogue-Eng-Vn.pdf” trang 5 - Tiêu chuẩn : IEC 61439-1 Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 31 - Phù hợp cho các hãng thiết bị: Schneider, ABB, Siemens, Mitsubishi, - điện áp hoạt động : 1 - 3 pha, 220/380 VAC 3.bản vẽ tủ điện: ( file autocad kèm theo) 4.cài đặt: Các thông số: a.cài đặt cho động cơ: - điện áp định mức motor - d ng điện định mức motor - tần số định mức motor - tốc độ định mức motor -công suất định mức motor b.cài đặt cho biến tần: b1: cài đặt các thông số cơ bản - Thời gian tăng tốc ACC - Thời gian giảm tốc DEC - Ðặt tốc độ nhỏ nhất cho động cơ - Ðặt tốc độ lớn nhất cho động cơ - D ng điện cực đại - Tần số nhỏ nhất - Tần số lớn nhất - Lựa chọn nguồn tín hiệu cho tham chiếu ngoài REF1(AI1 tín hiệu tương tự) - Cài đặt giá trị chân AI1, AI2 Đồ án môn học : Kĩ thuật điều khiển động cơ GVHD : TS. Lê Quang Đức Page 32 b2: cài đặt PID control - Kích hoạt PID - Tùy chỉnh các hệ số tỉ lệ, vi phân, tích phân (theo kinh nghiêm) b3: cài đặt RELAY OUTPUT: tác động khi xảy ra sự cố. b4: cài đặt phương pháp điều khiển. b5: cài đặt chế độ JOD.