Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong các dây chuyền sản xuất tự động và hệ thống công nghiệp hiện đại, các hệ truyền động điện đóng vai trò thực hiện công đoạn chấp hành cuối cùng, ảnh hưởng trực tiếp đến năng suất và chất lượng vận hành. Động cơ không đồng bộ (KĐB) xoay chiều 3 pha được ứng dụng rộng rãi nhờ kết cấu đơn giản, độ bền cao và chi phí vận hành hợp lý. Tuy nhiên, việc điều khiển tốc độ và mô-men của động cơ KĐB 3 pha đòi hỏi các bộ biến đổi công suất có khả năng thay đổi đồng thời cả điện áp và tần số cấp cho stator. Đối với các phụ tải có tính chất làm việc nặng nề và yêu cầu độ chính xác, an toàn nghiêm ngặt như thang máy (cơ cấu nâng hạ), việc ứng dụng hệ truyền động biến tần bán dẫn là giải pháp công nghệ trọng tâm nhằm đáp ứng yêu cầu khởi động êm, dừng tầng chính xác và tối ưu hóa năng lượng tiêu thụ.

Đề tài "Nghiên cứu tính chọn hệ truyền động điện biến tần – động cơ KĐB 3 pha" được thực hiện bởi nhóm sinh viên Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội trong khuôn khổ học phần Đồ án Điện tử công suất và Truyền động điện, dưới sự hướng dẫn của giảng viên Trần Đăng Khang. Đề tài tập trung giải quyết các nhiệm vụ kỹ thuật cụ thể sau:

  1. Nghiên cứu tổng quan cơ sở lý thuyết về động cơ KĐB 3 pha, nguyên lý biến đổi điện năng và các luật điều khiển tần số - điện áp trong hệ truyền động biến tần.
  2. Tính toán và lựa chọn biến tần hãng Mitsubishi cùng hệ thống thiết bị đóng cắt, bảo vệ (aptomat, cầu chì, cuộn kháng) và dây dẫn cấp nguồn phù hợp với thông số kỹ thuật của động cơ kéo tải thang máy.
  3. Xây dựng sơ đồ lắp ráp hệ thống, khảo sát các chân chức năng vào/ra (I/O) và thông số kỹ thuật của biến tần Mitsubishi FR-D720.
  4. Thiết lập quy trình cài đặt các nhóm tham số chức năng cơ bản, tham số bảo vệ và tham số động cơ trên giao diện biến tần.
  5. Phân tích các phương thức vận hành, điều khiển tốc độ biến tần (vận hành qua bảng điều khiển PU, tín hiệu tương tự chiết áp, công tắc đa cấp tốc độ và truyền thông RS-485).
  6. Xây dựng mô hình mô phỏng hệ thống biến tần trên phần mềm PSIM để phân tích dạng sóng điện áp và dòng điện đầu ra cấp cho động cơ.

Đối tượng nghiên cứu của đồ án là hệ truyền động biến tần - động cơ không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc kéo tải thang máy với các thông số định mức:

  • Công suất định mức động cơ: $P_{đm} = 2{,}2 + 7 = 9{,}2\text{ kW}$ (xác định theo mã số sinh viên trưởng nhóm 2021600747; trong văn bản có đối chiếu với trường hợp phụ tải $P_{đc} = 2{,}7\text{ kW}$).
  • Điện áp định mức: $U_{đm} = 220\text{ V}$.
  • Tần số định mức: $f_{đm} = 50\text{ Hz}$.
  • Hiệu suất: $\eta = 0{,}85$.
  • Tốc độ quay định mức: $n_{đm} = 1420\text{ vòng/phút}$.
  • Hệ số công suất: $\cos\varphi_{đm} = 0{,}8$.

Phạm vi không gian và thời gian thực hiện nghiên cứu diễn ra tại Bộ môn Tự động hóa, Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Hà Nội, trong học kỳ II năm học 2023 - 2024 (từ ngày 06/03/2024 đến ngày 26/05/2024).

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Cơ sở lý thuyết máy điện và biến tần bán dẫn

Hệ thống truyền động điện xoay chiều biến tần - động cơ KĐB dựa trên nguyên lý tương tác giữa từ trường quay của stator và dòng điện cảm ứng trong các thanh dẫn roto. Khi cấp nguồn 3 pha tần số $f_1$ vào cuộn dây stator, từ trường quay sinh ra với tốc độ đồng bộ: $$n_1 = \frac{60 f_1}{p}$$ Trong đó $p$ là số đôi cực từ. Từ trường này quét qua các thanh dẫn roto, cảm ứng nên sức điện động $E_2 = 4{,}44 f_1 w_2 k_{dq2}$ và sinh ra dòng điện $I_2$, tạo mô-men quay kéo roto chuyển động với tốc độ $n < n_1$. Độ sai lệch tương đối được biểu diễn qua hệ số trượt: $$s = \frac{n_1 - n}{n_1} \implies n = n_1 (1 - s) = \frac{60 f_1}{p} (1 - s)$$

Biến tần gián tiếp thực hiện điều chỉnh tốc độ động cơ thông qua 3 khâu chính:

  1. Khâu chỉnh lưu: Sử dụng cầu diode hoặc thyristor để biến đổi điện áp xoay chiều từ lưới ($U_1 = \text{const}, f_1 = \text{const}$) thành điện áp một chiều $U_d$.
  2. Khâu lọc trung gian: Sử dụng tụ điện dung lượng lớn (đối với nghịch lưu nguồn áp) nhằm duy trì $U_d = \text{const}$ và san phẳng độ đập mạch của dòng điện/điện áp.
  3. Khâu nghịch lưu độc lập: Sử dụng các van bán dẫn công suất IGBT điều chế độ rộng xung (PWM) để chuyển đổi điện áp một chiều $U_d$ thành hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng có thể điều chỉnh đồng thời cả biên độ và tần số cấp vào stator.
+--------------------+      +--------------------+      +--------------------+      +--------------------+
|  Nguồn lưới AC     | ---> |  Khâu Chỉnh lưu    | ---> |  Khâu Lọc DC       | ---> |  Khâu Nghịch lưu   | ---> Động cơ KĐB
|  (3 pha / 220V)    |      |  (Cầu Diode)       |      |  (Tụ điện / Cuộn L)|      |  (IGBT - PWM)      |      3 pha
+--------------------+      +--------------------+      +--------------------+      +--------------------+

Các luật điều khiển hệ truyền động biến tần

Để đảm bảo mạch từ của động cơ không bị bão hòa hoặc suy giảm từ thông khi thay đổi tần số ($E_1 \approx U_1 = K \Phi_1 f_1$), tác giả phân tích các luật điều khiển:

  • Luật $U_1/f_1 = \text{const}$: Giữ tỷ số điện áp trên tần số không đổi để duy trì từ thông định mức $\Phi_{1đm}$ và mô-men tới hạn $M_{th} = \text{const}$. Tại vùng tần số thấp (dưới $10 - 15\text{ Hz}$), sụt áp trên điện trở dây quấn stator $R_1$ trở nên đáng kể, đòi hỏi phải bù điện áp để giữ mô-men khởi động.
  • Luật hệ số quá tải không đổi ($\lambda = \text{const}$): Điều khiển tỷ số điện áp theo hàm căn bậc hai của tải: $$\frac{U_1}{U_{đm}} = \frac{f_1}{f_{đm}} \sqrt{\frac{M_c}{M_{cđm}}}$$ Phù hợp với các loại tải có đặc tính mô-men cản biến thiên theo tốc độ.
  • Luật giữ dòng điện không tải không đổi ($I_0 = \text{const}$): Duy trì từ thông tổng mạch từ hóa $\Phi_\mu = \text{const}$.
  • Luật điều khiển dòng stator theo hàm độ sụt tốc: Căn cứ vào biểu thức quan hệ giữa dòng điện stator $I_1$ và độ sụt tốc $\Delta\omega = \omega_1 - \omega$: $$I_1 = \frac{\Phi_2}{L_{12}} \sqrt{1 + (T_2 \Delta\omega)^2}$$ Giữ từ thông roto $\Phi_2 = \Phi_{2đm} = \text{const}$ giúp điều khiển chính xác mô-men động cơ.

Phương pháp nghiên cứu

Tác giả sử dụng kết hợp phương pháp tính toán giải tích thiết kế mạch lực truyền động điện, phương pháp tra cứu chuẩn hóa thiết bị theo catalogue nhà sản xuất (Mitsubishi Electric) và phương pháp mô phỏng số trên phần mềm PSIM để kiểm nghiệm dạng sóng ngõ ra.

Thiết kế và tính chọn hệ thống

Tính chọn biến tần

Quá trình lựa chọn biến tần căn cứ vào công suất, điện áp định mức và đặc tính phụ tải:

  • Tải thang máy là dạng tải thế năng, có chế độ làm việc nặng nề, yêu cầu mô-men khởi động lớn ($\ge 150%$) và khả năng chịu quá tải cao.
  • So sánh hai dòng biến tần của Mitsubishi: dòng FR-F700 (chuyên dụng cho bơm, quạt, mô-men tải biến thiên theo hàm bậc 2) và dòng FR-D700 (dòng biến tần nhỏ gọn, đa năng, mô-men khởi động cao, tích hợp ngắt an toàn và thắng hãm).
  • Quyết định lựa chọn: Biến tần Mitsubishi FR-D720 (công suất $0{,}1 - 15\text{ kW}$, điện áp vào 3 pha $200 - 240\text{ VAC}$, dải tần số ra $0{,}2 - 400\text{ Hz}$, khả năng quá tải $150%$ trong $60\text{ s}$ và $200%$ trong $0{,}5\text{ s}$).
Thông số kỹ thuật Giá trị danh định của biến tần FR-D720
Nguồn cấp đầu vào 3 pha $200 - 240\text{ VAC}$, $50/60\text{ Hz}$
Dải công suất hỗ trợ $0{,}1 - 15\text{ kW}$
Tần số ngõ ra $0{,}2 - 400\text{ Hz}$
Mô-men khởi động $150%$ hoặc cao hơn tại tần số $1\text{ Hz}$
Khả năng chịu quá tải $150%$ trong $60\text{ s}$; $200%$ trong $0{,}5\text{ s}$
Cổng giao tiếp / Truyền thông RS-485, tích hợp bộ điều khiển PID, đầu vào dừng an toàn S1, S2

Tính chọn thiết bị đóng cắt, bảo vệ và cáp dẫn

  1. Dòng điện định mức của động cơ: $$I_{đmĐ} = \frac{P_{đmĐ}}{\sqrt{3} \cdot U_{đm} \cdot \cos\varphi_{đm} \cdot \eta} = \frac{9{,}2}{\sqrt{3} \cdot 0{,}22 \cdot 0{,}8 \cdot 0{,}85} \approx 35{,}5\text{ A}$$

  2. Tính chọn cầu chì bảo vệ: Cầu chì được chọn theo điều kiện dòng tính toán và dòng khởi động qua hệ số $\alpha$: $$I_{cc} \ge I_{tt} = \frac{K_t \cdot I_{đmĐ}}{\alpha}$$ Với tải nặng (máy nâng, thang máy), hệ số $\alpha = 1{,}6$, hệ số tải $K_t = 1$. Dây chảy cầu chì đảm bảo cắt nhanh khi ngắn mạch và giữ liên tục ở chế độ định mức.

  3. Tính chọn Aptomat (MCCB): Aptomat tổng 3 pha đặt tại ngõ vào $R, S, T$ được chọn thỏa mãn: $$U_{đmCD} \ge U_{đmLD} \quad (220\text{ V} / 380\text{ V})$$ $$I_{đmCD} \ge I_{tt}$$ Thiết bị tích hợp cuộn điện từ chống ngắn mạch và rơ-le nhiệt chống quá tải.

  4. Tính chọn tiết diện dây dẫn: Với công suất tổng $P = 9700\text{ W}$, dòng điện tổng qua dây dẫn: $$I = \frac{P}{U} = \frac{9700}{220} = 44{,}1\text{ A}$$ Mật độ dòng điện kinh tế cho phép của dây đồng $J \approx 6\text{ A/mm}^2$: $$S = \frac{I}{J} = \frac{44{,}1}{6} = 7{,}35\text{ mm}^2$$ Quy chuẩn chọn dây cáp ruột đồng có tiết diện tiêu chuẩn: $S = 8\text{ mm}^2$.

  5. Quy trình lắp ráp hệ thống:

    • Bước 1: Lắp đặt Aptomat tổng (MCCB) 3 pha cấp nguồn bảo vệ quá tải và ngắn mạch vào các cực ngõ vào $R/L1, S/L2, T/L3$.
    • Bước 2: Đấu nối cầu chì 3 pha bảo vệ ngắn mạch phân đoạn.
    • Bước 3: Lắp đặt cuộn kháng (AC/DC reactor) nhằm giảm sóng hài và hạn chế biên độ dòng điện sự cố đi vào bộ chỉnh lưu biến tần.
    • Bước 4: Đấu nối 3 pha ngõ ra của biến tần từ các cực $U, V, W$ đến các cuộn dây stator động cơ không đồng bộ 3 pha.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Khái quát chung về hệ biến tần động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha

Chương 1 trình bày chi tiết về cấu tạo máy điện không đồng bộ 3 pha gồm phần tĩnh (stator với lõi thép lá tôn silic dập rãnh phủ sơn cách điện dày $0{,}5\text{ mm}$, dây quấn đồng tráng men) và phần quay (roto lồng sóc hoặc roto dây quấn có vành trượt), cùng khe hở không khí giữa stator - roto từ $0{,}2 - 1\text{ mm}$. Tác giả phân tích nguyên lý sinh từ trường quay, quan hệ tốc độ trượt và sức điện động cảm ứng. Đồng thời, chương này tổng kết 3 phương pháp điều chỉnh tốc độ truyền thống (điều khiển bằng điện trở phụ mạch roto, điều khiển bằng điện áp stator, điều khiển bằng tần số nguồn cấp) và chỉ ra tính ưu việt của phương pháp biến tần kết hợp điều chế xung PWM dùng IGBT.

Chương 2: Tính chọn biến tần và thiết bị phụ kiện

Nội dung chương 2 tập trung giải quyết bài toán tính toán kỹ thuật chọn thiết bị cho hệ truyền động thang máy. Tác giả phân tích các hệ quả khi chọn sai công suất biến tần (chọn quá lớn gây lãng phí kinh tế, chọn quá nhỏ dẫn đến báo lỗi quá dòng/quá nhiệt và dừng đột ngột). Sau khi so sánh thông số các dòng Mitsubishi FR-D720, FR-D740, FR-D720S và FR-F720PJ, đồ án xác định FR-D720 là phương án tối ưu. Các công thức tính toán dòng định mức động cơ ($I_{đmĐ} = 35{,}5\text{ A}$), chọn cầu chì (với hệ số $\alpha = 1{,}6$), chọn Aptomat và tính tiết diện dây dẫn lõi đồng ($S = 8\text{ mm}^2$) được trình bày tường minh.

Chương 3: Sơ đồ lắp ráp, các thông số kỹ thuật

Chương 3 xây dựng sơ đồ đấu nối hoàn chỉnh mạch lực và mạch điều khiển của biến tần Mitsubishi FR-D700. Tác giả lập bảng chi tiết hóa chức năng của từng chân kết nối:

  • Mạch lực: Các chân nguồn vào $R/L1, S/L2, T/L3$, ngõ ra động cơ $U, V, W$, chân nối điện trở hãm $P/+, PR$, chân nối cuộn kháng DC $P/+, P1$, chân tiếp địa.
  • Mạch điều khiển: Chân chạy thuận $STF$, chạy nghịch $STR$, chọn cấp tốc độ $RH, RM, RL$, tiếp điểm chung $SD, PC$, chân nhận tín hiệu analog đặt tần số (chân 10: nguồn áp chuẩn, chân 2: áp $0 - 10\text{V}$, chân 4: dòng $4 - 20\text{mA}$, chân 5: mass analog), tiếp điểm rơ-le báo lỗi $A, B, C$, ngõ ra collector hở $RUN, SE$, chân ngắt an toàn $S1, S2, SC, SO$.

Chương 4: Cài đặt thông số cho biến tần

Chương 4 cung cấp quy trình thao tác trên bảng điều khiển PU (núm xoay, phím MODE, SET, RUN, STOP/RESET) và thiết lập các thanh ghi tham số:

  • Quy trình khôi phục cài đặt gốc: Cài đặt $Pr.77 = 0$, $Pr.160 = 0$, sau đó gán $AllClr = 1$ hoặc $PrClr = 1$.
  • Nhóm tham số cơ bản: $Pr.79$ (chế độ điều khiển), $Pr.1$ (tần số cực đại $120\text{ Hz}$ / $60\text{ Hz}$), $Pr.2$ (tần số cực tiểu $0\text{ Hz}$), $Pr.3$ (tần số cơ bản $50/60\text{ Hz}$), $Pr.7$ và $Pr.8$ (thời gian tăng/giảm tốc đặt $6\text{ s}$).
  • Nhóm tham số động cơ và bảo vệ: $Pr.9$ (dòng định mức bảo vệ nhiệt), $Pr.83$ (điện áp $220\text{ V}$), $Pr.72$ (tần số sóng mang $1 - 15\text{ kHz}$), $Pr.22$ (mức bảo vệ quá dòng $120% - 150%$), $Pr.251 = 1$ (kích hoạt bảo vệ mất pha đầu ra), $Pr.872 = 1$ (bảo vệ mất pha đầu vào).
  • Hướng dẫn chi tiết 3 phương pháp gán tần số: từ bàn phím tích hợp, qua chiết áp analog chân 2-5 ($0 - 10\text{ V}$ tương ứng $0 - 60\text{ Hz}$ cài đặt qua $Pr.73, Pr.125$) và qua 3 cấp tốc độ cố định ($Pr.4 = 60\text{ Hz}, Pr.5 = 30\text{ Hz}, Pr.6 = 10\text{ Hz}$).

Chương 5: Phân tích các cách vận hành điều khiển biến tần

Chương 5 đi sâu phân tích 4 phương thức vận hành thực tế trong công nghiệp:

  1. Điều khiển bằng bàn phím PU: Thao tác trực tiếp phím RUN/STOP và chiết áp số trên mặt biến tần ($Pr.79 = 1$).
  2. Điều khiển bằng tín hiệu ngoài (External Mode): Điều khiển chạy thuận/nghịch qua công tắc $STF/STR$ và đặt tần số bằng chiết áp ngoài hoặc tín hiệu $0 - 10\text{V}$ từ cảm biến ($Pr.79 = 2$).
  3. Vận hành đa cấp tốc độ: Kết hợp đóng ngắt các tiếp điểm $RH, RM, RL$ để chọn nhanh các dải tốc độ đặt trước cho thang máy (tốc độ cao khi chạy giữa tầng, tốc độ trung bình khi chuyển vùng, tốc độ thấp khi chuẩn bị dừng tầng).
  4. Điều khiển qua mạng truyền thông: Giao tiếp qua cổng RS-485 chuẩn Modbus RTU kết nối với PLC/máy tính điều khiển. Chương này cũng phân tích các lỗi vận hành phổ biến (quá dòng Overcurrent, quá tải Overload, quá nhiệt Overheat, quá tốc Overspeed) và quy trình xử lý, bảo dưỡng định kỳ.

Chương 6: Mô phỏng phân tích dạng sóng điện áp, dòng điện đầu ra biến tần

Chương 6 trình bày việc xây dựng sơ đồ mạch lực và mạch phát xung điều khiển PWM trên phần mềm PSIM. Kết quả mô phỏng thể hiện:

  • Điện áp đầu ra trước bộ lọc có dạng xung vuông điều chế độ rộng (PWM) với biên độ điện áp một chiều $U_d$.
  • Dòng điện ngõ ra 3 pha cấp vào cuộn dây stator có dạng sóng hình sin chuẩn nhờ đặc tính điện cảm của động cơ lọc các thành phần sóng hài bậc cao, các pha lệch nhau một góc $120^\circ$.

Kết quả và đóng góp

Kết quả tính toán và cấu hình thông số

Đồ án đã tính toán hoàn chỉnh hệ thống truyền động và tổng hợp bảng tham số cài đặt cho biến tần Mitsubishi FR-D720:

Mã tham số Tên chức năng Giá trị cài đặt Ý nghĩa kỹ thuật
Pr.79 Chế độ hoạt động 0 / 1 / 2 Chuyển đổi linh hoạt giữa bàn phím PU và điều khiển ngoài EXT
Pr.1 Tần số ngõ ra lớn nhất 60 Hz (hoặc 120 Hz) Giới hạn tần số công tác trên của hệ thống
Pr.2 Tần số ngõ ra nhỏ nhất 0 Hz Giới hạn tần số công tác dưới
Pr.3 Tần số cơ bản 50 Hz Tần số định mức của lưới điện và động cơ
Pr.4 Tốc độ cao ($RH$) 60 Hz Tần số chạy nhanh của thang máy khi di chuyển giữa các tầng
Pr.5 Tốc độ trung bình ($RM$) 30 Hz Tần số giảm tốc chuyển tiếp
Pr.6 Tốc độ thấp ($RL$) 10 Hz Tần số bò dừng tầng chính xác
Pr.7 Thời gian tăng tốc 6 s Thời gian tăng từ $0\text{ Hz}$ lên tần số định mức
Pr.8 Thời gian giảm tốc 6 s Thời gian giảm từ tần số định mức về $0\text{ Hz}$
Pr.22 Mức giới hạn quá dòng 120% (hoặc 150%) Bảo vệ ngắt van khi dòng vượt ngưỡng cho phép
Pr.72 Tần số sóng mang PWM 1 ($1\text{ kHz} - 15\text{ kHz}$) Điều chỉnh độ ồn và tổn hao trên động cơ
Pr.83 Điện áp định mức 220 V Đặt điện áp định mức stator động cơ
Pr.251 Bảo vệ mất pha đầu ra 1 Kích hoạt chức năng phát hiện và ngắt khi đứt pha ra động cơ
Pr.872 Bảo vệ mất pha đầu vào 1 Kích hoạt bảo vệ mất pha lưới điện cấp
AllClr / PrClr Xóa / Đặt lại thông số 1 Reset toàn bộ thông số về mặc định nhà sản xuất

Đóng góp kỹ thuật của đồ án

  • Thiết lập quy trình tính chọn thiết bị hoàn chỉnh cho hệ truyền động tải nặng, từ khâu tính dòng tải, chọn biến tần đến chọn thiết bị bảo vệ (cầu chì với $\alpha = 1{,}6$, MCCB) và tính tiết diện dây dẫn đồng ($8\text{ mm}^2$).
  • Phân loại chi tiết và cung cấp hướng dẫn cài đặt cụ thể 4 phương pháp điều khiển biến tần Mitsubishi D700, đặc biệt là phương pháp điều khiển 3 cấp tốc độ ứng dụng trong chu trình dừng/chạy của thang máy.
  • Kiểm chứng nguyên lý điều chế PWM thông qua mô phỏng PSIM, chứng minh khả năng tạo dòng điện sin 3 pha đối xứng cấp cho động cơ KĐB.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

  • Hạn chế: Nghiên cứu mới dừng lại ở mức độ tính toán lý thuyết, thiết kế cấu hình trên giấy và mô phỏng dạng sóng trên phần mềm PSIM; chưa thực hiện lắp đặt và thử nghiệm trên mô hình thực tế với tải trọng thang máy cơ học có gắn tải trọng biến thiên theo thời gian thực.
  • Hướng nghiên cứu tiếp:
    1. Mở rộng kết nối biến tần với bộ điều khiển lập trình PLC (như Mitsubishi FX Series hoặc Siemens S7-1200) qua mạng truyền thông công nghiệp RS-485 (Modbus RTU) để lập trình chu trình điều khiển thang máy tự động hoàn toàn.
    2. Ứng dụng giải thuật điều khiển vector không cảm biến (Sensorless Vector Control) tích hợp trong biến tần để nâng cao độ chính xác điều khiển mô-men ở dải tốc độ thấp tiệm cận $0\text{ Hz}$.

Giá trị tham khảo

Báo cáo đồ án là tài liệu tham khảo hữu ích cho sinh viên các ngành Tự động hóa, Kỹ thuật Điều khiển, Kỹ thuật Điện - Điện tử và Điện công nghiệp khi thực hiện đồ án môn học Điện tử công suất, Truyền động điện hoặc đồ án tốt nghiệp.

Nội dung có giá trị tham khảo ứng dụng cao:

  • Phương pháp tính chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ cho phụ tải nâng hạ nặng nề.
  • Sơ đồ phân chân chức năng và bảng mã tham số chi tiết của dòng biến tần công nghiệp Mitsubishi FR-D700.
  • Quy trình thao tác cài đặt các chế độ điều khiển biến tần thực tế tại nhà xưởng.

Câu hỏi thường gặp

1. Tại sao đồ án lựa chọn biến tần Mitsubishi dòng FR-D700 thay vì dòng FR-F700 cho tải thang máy?

Dòng biến tần Mitsubishi FR-F700 được thiết kế tối ưu hóa năng lượng cho các loại tải nhẹ có đặc tính mô-men thay đổi theo hàm bậc hai của tốc độ như máy bơm và quạt gió. Trong khi đó, thang máy là loại phụ tải thế năng, làm việc nặng nề, đòi hỏi mô-men khởi động lớn ($\ge 150%$) và độ tin cậy an toàn cao. Dòng FR-D700 (cụ thể là FR-D720) đáp ứng khả năng quá tải $150%$ trong $60\text{ s}$, $200%$ trong $0{,}5\text{ s}$ và tích hợp các ngõ vào ngắt an toàn, phù hợp với yêu cầu của cơ cấu nâng hạ.

2. Dòng điện định mức của động cơ và tiết diện dây dẫn được tính toán bằng các công thức nào trong đồ án?

Dòng điện định mức động cơ được tính theo công thức: $$I_{đmĐ} = \frac{P_{đmĐ}}{\sqrt{3} \cdot U_{đm} \cdot \cos\varphi_{đm} \cdot \eta} = \frac{9{,}2}{\sqrt{3} \cdot 0{,}22 \cdot 0{,}8 \cdot 0{,}85} = 35{,}5\text{ A}$$ Dòng điện tổng qua hệ thống với công suất $P = 9700\text{ W}$ là $I = 9700 / 220 = 44{,}1\text{ A}$. Với mật độ dòng điện cho phép của dây đồng $J \approx 6\text{ A/mm}^2$, tiết diện dây tính toán là $S = 44{,}1 / 6 = 7{,}35\text{ mm}^2$, từ đó chọn dây cáp ruột đồng tiêu chuẩn $8\text{ mm}^2$.

3. Quy trình khôi phục cài đặt gốc (Reset All Parameters) cho biến tần Mitsubishi D700 được thực hiện như thế nào?

Để đưa toàn bộ tham số biến tần về giá trị mặc định của nhà sản xuất, cần thực hiện:

  1. Đặt tham số cho phép ghi: gán $Pr.77 = 0$ và $Pr.160 = 0$.
  2. Đặt lệnh xóa: chọn tham số AllClr = 1 (xóa tất cả tham số ngoại trừ hiệu chỉnh) hoặc PrClr = 1 (xóa toàn bộ tham số về mặc định).
  3. Thao tác trên phím: Tắt nguồn, nhấn giữ phím MODE trong khi bật lại nguồn cho đến khi màn hình hiện Pr100/Pr101, sau đó nhấn ENTER để xác nhận xóa.

4. Thứ tự ưu tiên của các nguồn tín hiệu đặt tần số trên biến tần Mitsubishi D700 được quy định ra sao?

Trên biến tần Mitsubishi D700, mức độ ưu tiên xử lý tín hiệu lệnh tần số từ bên ngoài theo thứ tự từ cao xuống thấp là: $$\text{Lệnh nhấp thử (Jog)} > \text{Đa cấp tốc độ (tiếp điểm } RH, RM, RL) > \text{Ngõ vào điện áp/dòng điện tương tự (chân 2, 4)}$$

5. Luật điều khiển $U/f = \text{const}$ gặp phải hạn chế gì ở vùng tần số thấp và giải pháp xử lý là gì?

Ở dải tần số thấp (dưới $10 - 15\text{ Hz}$), sụt áp trên điện trở thuần $R_1$ của cuộn dây stator chiếm tỷ lệ lớn so với tổng trở, làm cho sức điện động $E_1$ giảm mạnh, dẫn đến từ thông $\Phi_1$ và mô-men tới hạn $M_{th}$ bị suy giảm nghiêm trọng. Để khắc phục, biến tần cung cấp tính năng bù điện áp (cài đặt tăng mô-men khởi động $Pr.0$ từ $0 - 30%$) nhằm nâng cao điện áp cấp ở dải tần số thấp, đảm bảo động cơ sinh đủ mô-men kéo tải khi khởi động.

Kết luận

Báo cáo đồ án đã hoàn thành các mục tiêu nghiên cứu và chuẩn đầu ra học phần về thiết kế, tính chọn hệ truyền động điện biến tần cho động cơ không đồng bộ 3 pha tải thang máy. Tác giả đã tính toán lựa chọn biến tần Mitsubishi FR-D720 cùng hệ thống khí cụ đóng cắt, bảo vệ (cầu chì, aptomat, cuộn kháng) và tiết diện cáp dẫn đạt chuẩn kỹ thuật. Đồ án xây dựng đầy đủ sơ đồ đấu nối mạch lực - mạch điều khiển, bảng thiết lập tham số vận hành đa chế độ và kiểm chứng thành công dạng sóng điện áp, dòng điện ngõ ra thông qua mô phỏng trên phần mềm PSIM.