Đồ án điện tử công suất: Tìm hiểu và ứng dụng biến tần Mitsubishi A700 tại Trường Đại học Trà Vinh

Đồ án điện tử công suất: Tìm hiểu biến tần Mitsubishi A700, ứng dụng thực tế. Tài liệu chuyên sâu về biến tần, sơ đồ, điều khiển, ứng dụng.

• Tác giả: Dương Thanh Tra
• Người hướng dẫn: TS. Cao Phương Thảo
• Trường học: Trường Đại học Trà Vinh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Kỹ Thuật Điện, Điện Tử
• Đề tài: Tìm hiểu và ứng dụng biến tần Mitsubishi A700
• Loại tài liệu: Đồ án
• Năm xuất bản: 2022
• Địa điểm: Trà Vinh

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT
• DANH MỤC CÁC HÌNH
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
• 1.1. Đặt vấn đề
• 1.2. Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu
• 1.3. Phương pháp nghiên cứu
• 1.4. Ý nghĩa và thực tiễn của đề tài
• 2. CHƯƠNG 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT
• 2.1. Khái niệm về biến tần
• 2.2. Nguyên lý hoạt động
• 3. CHƯƠNG 3: TÌM HIỂU VỀ BIẾN TẦN
• 3.1. Nhận dạng các bộ phận của biến tần
• 3.2. Cách lắp đặt và nối dây
• 3.3. Các bước điều khiển và bảng điều khiển
• 3.4. Cài đặt các thông số cơ bản
• 3.5. Mô phỏng CADeSIMU
• 3.6. Một số ứng dụng thực tế của biến tần
• 4. CHƯƠNG 4: ỨNG DỤNG CỦA BIẾN TẦN MITSUBISHI A700
• 4.1. Khai báo đấu nối và cài đặt thông số cho biến tần Mitsubishi A700
• 4.2. Đảo chiều quay động cơ
• 4.3. Thay đổi tốc độ động cơ chạy 3 cấp tốc độ
• 5. CHƯƠNG 5: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN ĐỀ TÀI
• 5.1. Trình bày các nội dung đã thực hiện của đề tài
• 5.2. Kết quả đạt được của đề tài
• 5.3. Trình bày những hạn chế
• 5.4. Kiến nghị hướng phát triển
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan đồ án biến tần Mitsubishi A700 trong công nghiệp

Trong bối cảnh công nghiệp hóa hiện đại, việc điều khiển tốc độ động cơ điện là một yêu cầu tất yếu nhằm tối ưu hóa quy trình sản xuất và tiết kiệm năng lượng. Trước đây, việc thay đổi tốc độ động cơ là một thách thức lớn, thường đòi hỏi các giải pháp cơ khí phức tạp như hộp số. Sự ra đời của biến tần đã tạo ra một cuộc cách mạng trong lĩnh vực điện tử công suất, cung cấp một giải pháp linh hoạt và hiệu quả. Đồ án này tập trung vào việc tìm hiểu và ứng dụng biến tần Mitsubishi A700, một dòng sản phẩm hiệu suất cao được sử dụng rộng rãi. Mục tiêu chính là phân tích sâu về cấu tạo, nguyên lý hoạt động và các phương pháp cài đặt, từ đó xây dựng các mô hình ứng dụng thực tiễn. Nghiên cứu này không chỉ củng cố kiến thức lý thuyết mà còn trang bị kỹ năng thực hành quan trọng, đặc biệt là trong việc điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha. Thông qua việc thực hiện thành công các tác vụ như đảo chiều quay và điều khiển đa cấp tốc độ, báo cáo đồ án biến tần này chứng minh giá trị ứng dụng cao của thiết bị, từ các hệ thống bơm, quạt cho đến dây chuyền sản xuất tự động hóa. Đề tài mở ra một cái nhìn toàn diện về công nghệ biến tần và vai trò không thể thiếu của nó trong việc nâng cao hiệu suất và tự động hóa các hệ thống công nghiệp ngày nay, đồng thời là một tài liệu biến tần mitsubishi a700 giá trị cho sinh viên và kỹ sư.

1.1. Giới thiệu về biến tần và vai trò trong điện tử công suất

Biến tần, hay còn gọi là Variable Frequency Drive (VFD), là thiết bị điện tử có khả năng biến đổi dòng điện xoay chiều (AC) ở tần số này thành dòng điện xoay chiều ở tần số khác có thể điều chỉnh được. Chức năng cốt lõi này cho phép điều khiển tốc độ động cơ AC một cách vô cấp mà không cần đến hộp số cơ khí. Trong lĩnh vực điện tử công suất, biến tần đóng vai trò là một bộ chuyển đổi năng lượng thông minh, sử dụng các linh kiện bán dẫn công suất như IGBT trong biến tần để đóng ngắt dòng điện một cách tuần tự. Quá trình này tạo ra một từ trường quay trong động cơ, từ đó điều khiển tốc độ và mô-men xoắn một cách chính xác. Việc sử dụng biến tần giúp giảm dòng khởi động, bảo vệ động cơ khỏi các sự cố như quá tải, quá áp, mất pha, đồng thời tiết kiệm đáng kể điện năng tiêu thụ, đặc biệt trong các ứng dụng tải biến đổi như bơm và quạt.

1.2. Mục tiêu và ý nghĩa thực tiễn của đề tài nghiên cứu A700

Đề tài "Tìm hiểu và ứng dụng biến tần Mitsubishi A700" đặt ra các mục tiêu nghiên cứu cụ thể. Thứ nhất, tìm hiểu sâu về cấu tạo, chức năng và nguyên lý hoạt động của biến tần dòng FR-A700. Thứ hai, nghiên cứu các phương pháp cài đặt biến tần mitsubishi, đặc biệt là các thông số để điều khiển đảo chiều quay và vận hành động cơ ở 3 cấp tốc độ khác nhau. Cuối cùng, khám phá và mô phỏng một số ứng dụng thực tế của biến tần trong công nghiệp. Về mặt thực tiễn, việc hoàn thành đồ án giúp sinh viên nắm vững kiến thức chuyên ngành, sử dụng thành thạo phần mềm mô phỏng CADeSIMU để kiểm chứng lý thuyết. Hơn nữa, quá trình lắp đặt và vận hành thiết bị thực tế mang lại kinh nghiệm quý báu, giúp kết nối giữa lý thuyết và ứng dụng, tạo nền tảng vững chắc cho công việc kỹ thuật trong tương lai. Đây là một bước quan trọng để làm chủ công nghệ điều khiển tự động hiện đại.

II. Hướng dẫn nguyên lý hoạt động của biến tần Mitsubishi A700

Để vận hành và khai thác hiệu quả inverter mitsubishi a700, việc nắm vững nguyên lý hoạt động là yêu cầu cơ bản. Về cơ bản, biến tần hoạt động dựa trên nguyên tắc biến đổi năng lượng điện qua hai giai đoạn chính: chỉnh lưu và nghịch lưu. Đầu tiên, nguồn điện xoay chiều (AC) 1 pha hoặc 3 pha từ lưới điện được đưa vào mạch lực biến tần. Tại đây, bộ chỉnh lưu (thường là cầu diode) sẽ chuyển đổi dòng AC thành dòng điện một chiều (DC). Dòng điện DC sau đó được san phẳng bởi một hệ thống tụ lọc, tạo ra một điện áp DC ổn định trên bus DC. Giai đoạn thứ hai và quan trọng nhất là nghịch lưu. Khối nghịch lưu sử dụng các van bán dẫn công suất cao, điển hình là IGBT trong biến tần, để "băm" điện áp DC thành các xung điện áp. Bằng cách sử dụng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM (Pulse Width Modulation), mạch điều khiển biến tần sẽ điều khiển việc đóng ngắt các IGBT này với tần số cực cao. Kết quả là tạo ra một dòng điện xoay chiều 3 pha có dạng sóng gần sin với tần số và biên độ điện áp có thể điều chỉnh được. Tần số này sẽ quyết định tốc độ quay của động cơ, trong khi biên độ điện áp được điều chỉnh tương ứng để duy trì mô-men ổn định.

2.1. Phân tích cấu tạo chi tiết của VFD Mitsubishi A700

Cấu tạo của một VFD mitsubishi a700 bao gồm bốn thành phần chính. Đầu tiên là bộ chỉnh lưu, có nhiệm vụ chuyển đổi nguồn AC đầu vào thành DC. Thứ hai là bộ lọc, bao gồm các tụ điện dung lượng lớn, giúp làm phẳng điện áp DC sau chỉnh lưu. Thứ ba là bộ nghịch lưu, trái tim của biến tần, sử dụng các cặp IGBT để tạo ra điện áp AC 3 pha đầu ra từ nguồn DC. Cuối cùng là mạch điều khiển biến tần, một hệ thống vi xử lý phức tạp nhận tín hiệu từ người dùng (qua bàn phím, tín hiệu ngoài), xử lý và tạo ra tín hiệu xung PWM để điều khiển các IGBT. Ngoài ra, biến tần còn được tích hợp các bộ phận phụ trợ như điện trở hãm để tiêu tán năng lượng tái sinh, bộ điện kháng AC/DC để giảm sóng hài, và các module truyền thông cho phép kết nối với hệ thống điều khiển cấp cao hơn.

2.2. Tìm hiểu sơ đồ nguyên lý biến tần A700 và mạch công suất

Theo sơ đồ nguyên lý biến tần a700, luồng công suất được thể hiện rõ ràng. Nguồn điện AC 3 pha (R, S, T) đi qua bộ chỉnh lưu cầu 6 diode. Điện áp sau chỉnh lưu được nạp vào giàn tụ điện trên bus DC. Năng lượng dự trữ này sau đó được cấp cho 6 khóa IGBT của mạch nghịch lưu. Mạch lực biến tần được thiết kế để chịu được dòng điện và điện áp cao, đảm bảo hoạt động ổn định và an toàn. Mỗi pha đầu ra (U, V, W) được điều khiển bởi một cặp IGBT. Mạch điều khiển sẽ tính toán và gửi tín hiệu đóng/mở đến các IGBT này một cách chính xác để tái tạo lại dạng sóng điện áp mong muốn, từ đó cấp nguồn cho động cơ. Sơ đồ này cũng cho thấy các vị trí kết nối cho điện trở hãm (P/+, PR) và cuộn kháng DC (P/+, P1), những thành phần quan trọng trong việc cải thiện hiệu suất và độ an toàn của hệ thống.

III. Cách lắp đặt và đấu nối biến tần FR A700 cho người mới

Việc lắp đặt và đấu nối đúng kỹ thuật là bước đầu tiên và quan trọng nhất để đảm bảo biến tần FR-A700 hoạt động an toàn và hiệu quả. Quá trình này đòi hỏi sự cẩn trọng và tuân thủ nghiêm ngặt các hướng dẫn từ nhà sản xuất được nêu trong manual mitsubishi a700 tiếng việt. Trước khi tiến hành, cần ngắt hoàn toàn nguồn điện và kiểm tra để chắc chắn không còn điện áp dư trên các thiết bị. Việc lắp đặt biến tần cần được thực hiện trong tủ điện có không gian thông thoáng để tản nhiệt, tránh môi trường ẩm ướt hoặc nhiều bụi bẩn. Quy trình đấu nối bao gồm hai phần chính: mạch lực và mạch điều khiển. Mạch lực là nơi kết nối nguồn điện đầu vào và động cơ. Nguồn AC 3 pha được kết nối vào các cọc R/L1, S/L2, T/L3, và đầu ra nối với động cơ được kết nối vào các cọc U, V, W. Dây nối đất phải được kết nối chắc chắn vào cọc tiếp địa của biến tần. Đối với mạch điều khiển, các tín hiệu start/stop, đảo chiều, chọn tốc độ sẽ được kết nối vào các terminal tương ứng như STF, STR, RH, RM, RL. Việc lựa chọn tiết diện dây dẫn phù hợp với công suất động cơ và biến tần là cực kỳ quan trọng để tránh quá nhiệt và sụt áp.

3.1. Nhận dạng các bộ phận và cổng kết nối trên Inverter A700

Để thực hiện đấu nối chính xác, việc nhận dạng các bộ phận của inverter mitsubishi a700 là cần thiết. Phía ngoài, dễ nhận thấy nhất là bảng điều khiển hoạt động (FR-DU07), vỏ mặt trước và các tem nhãn ghi thông số kỹ thuật. Sau khi tháo vỏ mặt trước, các cổng kết nối chính sẽ lộ ra. Các khối terminal được phân chia rõ ràng: khối terminal mạch chính (R/L1, S/L2, T/L3 cho đầu vào; U, V, W cho đầu ra) và khối terminal mạch điều khiển. Ngoài ra, biến tần còn có các cổng kết nối chuyên dụng khác như cổng PU để lắp bảng điều khiển, cổng USB để kết nối với máy tính thông qua phần mềm FR Configurator, và cổng RS-485 cho phép giao tiếp Modbus RTU với các thiết bị khác như PLC.

3.2. Sơ đồ lắp đặt và quy trình đấu dây an toàn cho động cơ

Sơ đồ lắp đặt tiêu chuẩn bắt đầu từ nguồn 3 pha, đi qua một aptomat (MCCB) để bảo vệ quá tải và ngắn mạch, sau đó đến một contactor (MC) có thể được dùng để ngắt nguồn khẩn cấp, và cuối cùng là vào các đầu nối R/L1, S/L2, T/L3 của biến tần. Từ các đầu nối U, V, W của biến tần, dây dẫn được kết nối trực tiếp đến động cơ không đồng bộ 3 pha. Một nguyên tắc an toàn quan trọng là phải nối đất (tiếp địa) cho cả vỏ biến tần và vỏ động cơ để ngăn ngừa nguy cơ điện giật. Tuyệt đối không lắp đặt contactor hay thiết bị đóng cắt giữa biến tần và động cơ, vì việc đóng ngắt đột ngột khi biến tần đang hoạt động có thể gây hư hỏng các linh kiện công suất bên trong.

IV. Bí quyết cài đặt biến tần Mitsubishi cho động cơ 3 pha

Sau khi hoàn tất việc đấu nối phần cứng, bước tiếp theo là cài đặt biến tần mitsubishi để phù hợp với động cơ và yêu cầu ứng dụng. Đây là quá trình thiết lập các tham số (parameter) để định nghĩa cách thức hoạt động của biến tần. Các thông số cài đặt biến tần a700 cơ bản nhất bao gồm thông số của động cơ như công suất (P.80), số cặp cực (P.81), tần số cơ bản (P.3). Tiếp theo là các thông số về điều khiển như thời gian tăng tốc (P.7) và thời gian giảm tốc (P.8), giúp động cơ khởi động và dừng một cách êm ái, tránh sốc cơ khí. Lựa chọn chế độ điều khiển cũng rất quan trọng. Chế độ PU (Panel Unit) cho phép điều khiển trực tiếp từ màn hình biến tần, trong khi chế độ EXT (External) cho phép điều khiển bằng các tín hiệu bên ngoài (nút nhấn, công tắc). Việc cài đặt chính xác các tham số này không chỉ đảm bảo hệ thống hoạt động đúng yêu cầu mà còn giúp tối ưu hiệu suất và kéo dài tuổi thọ của cả biến tần và động cơ. Khi gặp sự cố, việc hiểu rõ các tham số đã cài đặt sẽ giúp chẩn đoán lỗi nhanh hơn thông qua bảng mã lỗi biến tần mitsubishi.

4.1. Hướng dẫn các bước điều khiển cơ bản trên bảng FR DU07

Bảng điều khiển FR-DU07 là giao diện chính để tương tác và cài đặt biến tần. Để bắt đầu, người dùng cần làm quen với các nút chức năng chính: nút PU/EXT để chuyển đổi giữa chế độ điều khiển tại chỗ và điều khiển từ xa; nút FWD và REV để ra lệnh chạy thuận và chạy nghịch (trong chế độ PU); núm xoay để thay đổi giá trị tần số hoặc giá trị tham số; nút MODE để chuyển qua lại giữa các chế độ (giám sát, cài đặt tham số); và nút SET để xác nhận lựa chọn hoặc lưu giá trị cài đặt. Ví dụ, để thay đổi thời gian tăng tốc, cần nhấn MODE để vào chế độ cài đặt, xoay núm để tìm tham số P.7, nhấn SET để xem giá trị hiện tại, xoay núm để thay đổi giá trị mong muốn và nhấn SET một lần nữa để lưu lại.

4.2. Mô phỏng CADeSIMU Chạy thuận nghịch và 3 cấp tốc độ

Trước khi triển khai trên thiết bị thật, việc mô phỏng bằng phần mềm như CADeSIMU là một bước hữu ích và an toàn. Phần mềm này cho phép xây dựng sơ đồ mạch động lực và mạch điều khiển một cách trực quan. Trong đồ án này, mô phỏng được sử dụng để kiểm tra logic điều khiển đảo chiều quay bằng hai nút nhấn (chạy thuận/nghịch) và điều khiển 3 cấp tốc độ bằng các công tắc chọn. Các đầu vào của biến tần trên phần mềm (STF, STR, RH, RM, RL) được kết nối với các nút nhấn và công tắc tương ứng trong mạch điều khiển. Sau khi thiết lập các thông số như tần số cho từng cấp tốc độ, thời gian tăng/giảm tốc bên trong khối biến tần ảo, người dùng có thể chạy mô phỏng để quan sát trạng thái của động cơ. Kết quả mô phỏng giúp xác nhận thiết kế mạch là chính xác trước khi tiến hành đấu nối thực tế.

V. Top ứng dụng thực tiễn của biến tần Mitsubishi A700

Nhờ vào khả năng điều khiển tốc độ linh hoạt, chính xác và các tính năng bảo vệ thông minh, biến tần Mitsubishi A700 được ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành công nghiệp. Các ứng dụng này không chỉ giúp tự động hóa quy trình mà còn mang lại hiệu quả kinh tế cao thông qua việc tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí bảo trì. Một trong những ứng dụng phổ biến nhất là trong các hệ thống bơm và quạt. Bằng cách điều chỉnh tốc độ động cơ theo nhu cầu thực tế của tải, biến tần giúp giảm đáng kể lượng điện năng tiêu thụ so với phương pháp điều khiển bằng van hoặc cánh hướng. Trong lĩnh vực vận chuyển vật liệu, biến tần được dùng để điều khiển băng tải, giúp khởi động và dừng mềm, tránh làm đổ vỡ sản phẩm. Ngoài ra, khả năng vận hành ở nhiều cấp tốc độ giúp đồng bộ hóa các công đoạn khác nhau trên một dây chuyền sản xuất. Các ngành công nghiệp khác như dệt may, chế biến thực phẩm, gia công cơ khí, và chế biến gỗ cũng tận dụng triệt để các ưu điểm của biến tần FR-A700 để nâng cao chất lượng sản phẩm và năng suất lao động. Các tính năng nâng cao như điều khiển vector (vector control) giúp duy trì tốc độ cực kỳ ổn định ngay cả khi tải thay đổi, rất phù hợp cho các máy công cụ đòi hỏi độ chính xác cao.

5.1. Ứng dụng điều khiển bơm quạt và hệ thống băng tải

Đối với bơm và quạt, biến tần giúp điều chỉnh lưu lượng hoặc áp suất một cách chính xác bằng cách thay đổi tốc độ quay của động cơ. Điều này loại bỏ sự lãng phí năng lượng khi phải chạy động cơ ở tốc độ tối đa và điều chỉnh bằng các phương pháp cơ khí. Trong hệ thống băng tải, việc sử dụng biến tần cho phép cài đặt thời gian tăng tốc và giảm tốc hợp lý. Điều này giúp băng tải khởi động từ từ, tránh giật mạnh gây hư hỏng cơ khí hoặc làm dịch chuyển, đổ vỡ sản phẩm. Khả năng điều chỉnh tốc độ linh hoạt cũng cho phép băng tải vận hành nhanh hay chậm tùy theo yêu cầu của từng công đoạn sản xuất, tăng tính linh hoạt cho toàn bộ dây chuyền.

5.2. Tối ưu hóa trong máy công cụ máy cuộn và chế biến

Trong các máy công cụ như máy tiện, máy phay, biến tần được dùng để điều khiển tốc độ trục chính, cho phép lựa chọn tốc độ cắt tối ưu cho từng loại vật liệu và dao cụ khác nhau, từ đó nâng cao độ chính xác và chất lượng bề mặt gia công. Đối với máy cuộn (giấy, vải, cáp), biến tần giúp điều khiển lực căng của vật liệu trong suốt quá trình cuộn, đảm bảo cuộn thành phẩm đều và chặt. Trong ngành chế biến thực phẩm, chẳng hạn như máy sản xuất mì, biến tần điều chỉnh tốc độ của con lăn cán và máy cắt để tạo ra sợi mì có kích thước đồng nhất theo yêu cầu.

5.3. Kết nối PLC điều khiển biến tần qua giao tiếp Modbus RTU

Trong các hệ thống tự động hóa phức tạp, việc điều khiển biến tần đơn lẻ bằng tay không còn phù hợp. Thay vào đó, một bộ điều khiển logic khả trình (PLC) sẽ đóng vai trò là bộ não trung tâm. PLC điều khiển biến tần thông qua các mạng truyền thông công nghiệp. Biến tần Mitsubishi A700 hỗ trợ giao tiếp Modbus RTU qua cổng RS-485 được tích hợp sẵn. Thông qua giao tiếp này, PLC có thể gửi lệnh chạy/dừng, cài đặt tần số, giám sát các thông số vận hành như dòng điện, điện áp, tần số và đọc trạng thái lỗi của biến tần từ xa. Việc tích hợp này tạo ra một hệ thống điều khiển tập trung, linh hoạt, dễ dàng thay đổi và giám sát, là nền tảng của các nhà máy thông minh.

VI. Kết luận báo cáo đồ án biến tần và hướng phát triển mới

Sau quá trình nghiên cứu và thực nghiệm, báo cáo đồ án biến tần với chủ đề "Tìm hiểu và ứng dụng biến tần Mitsubishi A700" đã hoàn thành các mục tiêu đề ra. Đồ án đã hệ thống hóa kiến thức lý thuyết về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của biến tần, đồng thời triển khai thành công các ứng dụng thực tế cơ bản. Cụ thể, nhóm nghiên cứu đã thực hiện được việc kết nối, cài đặt và vận hành điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha ở các chế độ khác nhau, bao gồm chạy thuận/nghịch và vận hành ở nhiều cấp tốc độ. Những kết quả này không chỉ khẳng định tầm quan trọng và tính ứng dụng cao của biến tần FR-A700 trong công nghiệp mà còn cho thấy năng lực tiếp cận và giải quyết vấn đề kỹ thuật của sinh viên. Mặc dù đã đạt được những kết quả đáng ghi nhận, đồ án vẫn còn một số hạn chế nhất định do giới hạn về thời gian và thiết bị. Các nghiên cứu chỉ dừng lại ở mức độ cơ bản, chưa khai thác sâu các tính năng nâng cao. Tuy nhiên, đây là một nền tảng vững chắc để tiếp tục phát triển các nghiên cứu sâu hơn trong tương lai, góp phần vào việc ứng dụng hiệu quả công nghệ tự động hóa tại Việt Nam.

6.1. Tổng kết kết quả đạt được và những hạn chế của đồ án

Kết quả nổi bật nhất của đồ án là việc làm chủ được quy trình từ lý thuyết đến thực hành đối với biến tần Mitsubishi A700. Nhóm đã phân biệt và sử dụng thành thạo các chức năng điều khiển, thực hiện thành công việc cài đặt thông số và vận hành động cơ theo đúng yêu cầu thiết kế. Tuy nhiên, hạn chế chính của đồ án là chỉ tập trung vào các chức năng cơ bản, điều khiển qua các tiếp điểm ngoài (chế độ EXT). Các tính năng truyền thông tiên tiến như kết nối với máy tính qua USB hay điều khiển qua mạng RS-485 chưa được thực hiện. Nghiên cứu cũng chưa đi sâu vào các chế độ điều khiển phức tạp hơn như điều khiển vector (vector control).

6.2. Đề xuất hướng phát triển Tích hợp truyền thông nâng cao

Để phát huy hết tiềm năng của biến tần, hướng phát triển trong tương lai cần tập trung vào việc tích hợp các giao thức truyền thông. Cụ thể, có thể nghiên cứu cài đặt phần mềm FR Configurator SW3 để kết nối biến tần với máy tính qua cổng USB, cho phép cài đặt, giám sát và sao lưu tham số một cách trực quan và tiện lợi. Hướng phát triển quan trọng hơn là xây dựng mô hình PLC điều khiển biến tần qua mạng giao tiếp Modbus RTU. Điều này cho phép tích hợp biến tần vào một hệ thống điều khiển tự động hóa hoàn chỉnh, đáp ứng yêu cầu của các dây chuyền sản xuất hiện đại và công nghiệp 4.0. Nghiên cứu sâu hơn về các thuật toán điều khiển tiên tiến cũng là một hướng đi đầy hứa hẹn.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong hệ thống truyền động điện truyền thống, việc điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều gặp nhiều rào cản kỹ thuật do phụ thuộc vào các cơ cấu cơ khí phức tạp hoặc phương pháp thay đổi điện áp làm suy giảm hiệu suất. Sự phát triển của công nghệ bán dẫn công suất đã thúc đẩy các bộ biến tần bán dẫn phát triển nhanh chóng tại Việt Nam với các thương hiệu phổ biến như Hitachi, Mitsubishi, Danfoss, ABB và Siemens. Biến tần cho phép thay đổi tốc độ động cơ linh hoạt thông qua biến đổi tần số nguồn cấp, hỗ trợ thiết lập lên tới 16 cấp tốc độ, giảm dòng khởi động nhằm hạn chế sụt áp lưới và tích hợp các cơ chế bảo vệ sự cố điện - nhiệt toàn diện (quá tải, quá áp, thấp áp, quá nhiệt, mất pha).

Đề tài "Tìm hiểu và ứng dụng biến tần Mitsubishi A700" được thực hiện dưới dạng đồ án môn học Điện tử công suất thuộc chuyên ngành Điện Công nghiệp, Khoa Kỹ thuật và Công nghệ, Trường Đại học Trà Vinh.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu cụ thể bao gồm 3 nhiệm vụ chính:

1. Tìm hiểu cấu tạo, chức năng và nguyên lý hoạt động của thiết bị biến tần.
2. Nghiên cứu phương pháp cài đặt các thông số kỹ thuật cho biến tần để điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha vận hành ở 3 cấp tốc độ và đảo chiều quay.
3. Khảo sát một số ứng dụng thực tế tiêu biểu của biến tần trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp.

Đối tượng nghiên cứu trọng tâm là dòng biến tần công nghiệp Mitsubishi FR-A700 (cụ thể là model FR-A740-0.4K) kết hợp với động cơ không đồng bộ ba pha lồng sóc công suất 0,4 kW (model SF-JR). Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc phân tích tài liệu kỹ thuật của nhà sản xuất, mô phỏng hoạt động điều khiển trên phần mềm CADeSIMU và triển khai thực nghiệm cấu hình phần cứng tại phòng thực hành trong thời gian gần 1 tháng (tháng 6 năm 2022).

---

Cơ sở lý thuyết và phương pháp

Khung lý thuyết và nguyên lý hoạt động

Cơ sở lý thuyết của đề tài dựa trên nguyên lý biến đổi điện năng xoay chiều gián tiếp qua khâu trung gian một chiều. Cấu trúc tổng quát của biến tần bao gồm 4 khối chức năng chính:

• Khối chỉnh lưu (Rectifier): Chuyển đổi điện áp xoay chiều (AC) 1 pha hoặc 3 pha từ lưới điện thành điện áp một chiều (DC) phẳng thông qua cầu diode chỉnh lưu kết hợp tụ điện lọc DC bus.
• Khối nghịch lưu (Inverter): Sử dụng các linh kiện bán dẫn công suất IGBT (Insulated Gate Bipolar Transistor) đóng cắt tuần tự theo phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) để tái tạo điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng có tần số và biên độ điều chỉnh được.
• Khối điều khiển (Control Circuit): Vi xử lý trung tâm tiếp nhận tín hiệu đầu vào (analog, digital, lệnh truyền thông), xử lý thuật toán và phát xung kích mở cổng IGBT, đồng thời theo dõi các thông số phản hồi và cảnh báo lỗi.
• Khối linh kiện phụ trợ: Bao gồm bộ điện kháng xoay chiều (AC reactor), bộ điện kháng một chiều (DC reactor), điện trở hãm (brake resistor), bàn phím điều khiển (FR-DU07), màn hình hiển thị và module truyền thông.

Phương pháp nghiên cứu

Đề tài kết hợp phương pháp lý thuyết và phương pháp thực nghiệm:

• Phương pháp lý thuyết: Thu thập, phân tích tài liệu kỹ thuật từ nhà sản xuất Mitsubishi Electric (Inverter FR-A700 Instruction Manual) và các giáo trình Điện tử công suất; thiết lập sơ đồ nguyên lý mạch động lực và mạch điều khiển.
• Phương pháp mô phỏng: Sử dụng phần mềm CADeSIMU để xây dựng mạch logic điều khiển chế độ chạy thuận/nghịch và 3 cấp tốc độ trước khi đấu nối thực tế.
• Phương pháp thực nghiệm: Thực hiện đấu nối dây nguồn, dây điều khiển, cài đặt tập tham số vận hành trên bảng điều khiển FR-DU07 và kiểm chứng hoạt động của động cơ thực tế so với kết quả mô phỏng.

---

Thiết kế kỹ thuật và mô phỏng hệ thống

Hệ thống điều khiển được thiết kế trên cả hai môi trường: mô phỏng phần mềm CADeSIMU và thực nghiệm phần cứng với biến tần FR-A740-0.4K.

Mô phỏng trên phần mềm CADeSIMU

Mạch mô phỏng bao gồm khối nguồn 3 pha, aptomat bảo vệ (MCCB), công tắc tơ (MC), khối biến tần điều khiển tốc độ và động cơ không đồng bộ 3 pha. Các thông số cấu hình trên phần mềm gồm:

• Tốc độ định mức động cơ: $1500\text{ vòng/phút}$.
• Dải tần số cài đặt: Tần số nhỏ nhất $0\text{ Hz}$, tần số lớn nhất $120\text{ Hz}$.
• Các cấp tốc độ đặt trước: Tốc độ 1 = $60\text{ Hz}$ (kết hợp tiếp điểm S3 và S4), Tốc độ 2 = $30\text{ Hz}$ (tiếp điểm S4), Tốc độ 3 = $15\text{ Hz}$ (tiếp điểm S3).
• Thời gian tăng tốc ($T_{\text{acc}}$) và giảm tốc ($T_{\text{dec}}$): $5\text{ giây}$.

Thiết kế đấu nối phần cứng

Hệ thống phần cứng sử dụng nguồn cấp 3 pha $380\text{ V}$, biến tần Mitsubishi FR-A740-0.4K và động cơ SF-JR. Sơ đồ kết nối phân tách rõ ràng giữa mạch lực và mạch điều khiển:

• Mạch lực: Nguồn vào R/L1, S/L2, T/L3 qua aptomat khối (MCCB) và công tắc tơ (MC); đầu ra U, V, W nối trực tiếp vào các cuộn dây stator động cơ 3 pha; chân nối đất bảo vệ khung vỏ.
• Mạch điều khiển tín hiệu: Chân SD làm điểm chung (sink logic); chân STF (chạy thuận), STR (chạy ngược); các chân chọn cấp tốc độ RH (cao), RM (trung bình), RL (thấp).

Ký hiệu chân	Loại mạch	Chức năng kỹ thuật trong hệ thống
R/L1, S/L2, T/L3	Động lực	Đầu vào nhận nguồn cấp AC 3 pha từ lưới điện qua MCCB và MC
U, V, W	Động lực	Đầu ra cấp điện áp 3 pha biến tần đến động cơ không đồng bộ
R1/L11, S1/L21	Điều khiển	Nguồn cấp điện riêng biệt cho khối mạch điều khiển biến tần
P/+, PR	Phụ trợ	Kết nối điện trở hãm tùy chọn (FR-ABR) để tiêu tán năng lượng tái sinh
P/+, P1	Phụ trợ	Vị trí cầu nối hoặc đấu nối cuộn kháng DC (DC reactor)
STF	Tín hiệu vào	Lệnh khởi động quay thuận (Forward run) khi kích ON nối với SD
STR	Tín hiệu vào	Lệnh khởi động quay ngược (Reverse run) khi kích ON nối với SD
RH, RM, RL	Tín hiệu vào	Lựa chọn đa cấp tốc độ: RH (cao), RM (trung bình), RL (thấp)
A1-B1-C1	Tín hiệu ra	Tiếp điểm rơ-le báo trạng thái lỗi (Fault output)
RUN, SE	Tín hiệu ra	Đầu ra cực thu hở (Open collector) báo trạng thái biến tần đang chạy

---

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Tổng quan

Chương 1 trình bày lý do chọn đề tài, nêu bật sự cần thiết của biến tần bán dẫn trong việc hiện đại hóa hệ thống điều khiển truyền động tại Việt Nam. Tác giả xác định rõ các thương hiệu biến tần phổ biến trên thị trường, đồng thời đề ra mục tiêu nghiên cứu, phương pháp tiếp cận từ lý thuyết, mô phỏng bằng CADeSIMU đến thực nghiệm trên thiết bị phần cứng Mitsubishi A700.

Chương 2: Cơ sở lý thuyết

Chương này đi sâu vào nguyên lý biến đổi năng lượng điện tử công suất. Nội dung phân tích chi tiết:

• Cấu trúc 4 khối mạch: Chỉnh lưu cầu, mạch lọc tụ điện DC, nghịch lưu IGBT và mạch điều khiển trung tâm.
• Nguyên lý điều chế độ rộng xung (PWM) tạo điện áp 3 pha có tần số thay đổi.
• 5 chức năng vận hành cốt lõi: Điều chỉnh tốc độ động cơ vô cấp không cần hộp số cơ khí; giảm tiêu thụ điện năng (đặc biệt đối với tải bơm/quạt); tính năng điều khiển thông minh linh hoạt (cài đặt 16 cấp tốc độ, kết nối mạng); giám sát thông số thời gian thực (điện áp, dòng điện, áp suất, vòng quay); nâng cao hiệu suất làm việc và bảo vệ giảm thiểu hư hỏng động cơ.

Chương 3: Tìm hiểu về biến tần

Chương 3 cung cấp thông tin kỹ thuật toàn diện về dòng biến tần Mitsubishi A700:

• Nhận dạng phần cứng: Phân loại 5 bộ phận ngoại vi (bảng điều khiển FR-DU07, vỏ mặt trước, biển công suất, biển chỉ tiêu định mức, vị trí lắp đặt) và 12 thành phần bên trong (đầu nối PU, USB, RS-485, connector mở rộng, công tắc dòng/áp, công tắc AU/PTC, đầu nối lọc EMC, đèn báo nguồn, đèn báo lỗi...).
• Đặc tính đầu nối: Chi tiết thông số các cổng giao tiếp như chuẩn RS-485 (tốc độ $4800 - 38400\text{ bps}$, khoảng cách tối đa $500\text{ m}$), cổng USB 1.1 (tốc độ $12\text{ Mbps}$) phục vụ kết nối máy tính qua phần mềm FR Configurator.
• Bảng điều khiển FR-DU07: Hướng dẫn các thao tác cơ bản, chuyển đổi chế độ vận hành (PU, EXT, NET), hiển thị giám sát dòng điện (A), điện áp (V), tần số (Hz) và quy trình xóa tham số (Pr.CL, ALLC).
• Mô phỏng CADeSIMU: Xây dựng sơ đồ logic, mô phỏng quá trình khởi động, chuyển đổi 3 cấp tốc độ ($15\text{ Hz}$, $30\text{ Hz}$, $60\text{ Hz}$) và quá trình dừng hãm.
• Khảo sát ứng dụng thực tế: Phân tích ứng dụng biến tần trong 5 lĩnh vực sản xuất:
  1. Hệ thống quạt thông gió và máy bơm: Điều chỉnh lưu lượng khí/nước thay thế cánh hướng hoặc van cơ khí, tiết kiệm điện năng.
  2. Hệ thống vận chuyển (băng tải, khung truyền động): Khởi động mềm giúp chai thủy tinh không bị đổ ngã, điều chỉnh tốc độ kéo linh hoạt.
  3. Hệ thống máy cuộn: Duy trì và kiểm soát lực căng vật liệu (giấy, cao su, vải).
  4. Công nghiệp chế biến thực phẩm: Điều chỉnh tốc độ con lăn cán phẳng trong máy sản xuất mì; kiểm soát tốc độ quạt sấy lò nhiệt trong máy chế biến trà.
  5. Máy công cụ và chế biến gỗ: Điều khiển trục chính máy gia công cơ khí kết hợp bộ dò vị trí; tối ưu tốc độ nạp liệu và bảo vệ lưỡi cưa máy cắt gỗ.

Chương 4: Ứng dụng của biến tần Mitsubishi A700

Chương 4 tập trung vào quá trình thực nghiệm điều khiển động cơ điện không đồng bộ ba pha 4 cực ($0,4\text{ kW}$):

Thuộc tính động cơ SF-JR	Giá trị thông số kỹ thuật
Công suất / Số cực	$1/2\text{ HP}\ (0,4\text{ kW})\ /\ 4\text{ cực}$
Tần số định mức	$50\text{ Hz}\ /\ 60\text{ Hz}$
Điện áp định mức	$220\text{ V}\ /\ 380\text{ V}\ /\ 415\text{ V}\ (50\text{ Hz});\ 220\text{ V}\ /\ 440\text{ V}\ (60\text{ Hz})$
Dòng điện định mức	$2,0\text{ A}$
Tốc độ quay định mức	$1410 - 1430\text{ vòng/phút}\ (50\text{ Hz});\ 1700\text{ vòng/phút}\ (60\text{ Hz})$

Tác giả thiết lập tập tham số trên biến tần FR-A740-0.4K:

Mã tham số (Parameter)	Giá trị cài đặt	Ý nghĩa chức năng
Pr. 79	1 (PU) / 3 (EXT) / 4 (Kết hợp)	Lựa chọn chế độ điều khiển vận hành
Pr. 3	50 Hz	Tần số cơ sở theo nhãn thông số động cơ
Pr. 80	0.4 kW	Công suất định mức của động cơ điều khiển
Pr. 81	4	Số cực của động cơ không đồng bộ
Pr. 7	5 s (phạm vi $0 - 3600\text{ s}$)	Thời gian tăng tốc từ $0\text{ Hz}$ lên tần số cực đại
Pr. 8	5 s (phạm vi $0 - 3600\text{ s}$)	Thời gian giảm tốc từ tần số cực đại về $0\text{ Hz}$
Pr. 4	60 Hz	Cài đặt tốc độ cao cho ngõ vào tiếp điểm RH
Pr. 5	30 Hz	Cài đặt tốc độ trung bình cho ngõ vào tiếp điểm RM
Pr. 6	15 Hz	Cài đặt tốc độ thấp cho ngõ vào tiếp điểm RL

Quy trình vận hành thực nghiệm được triển khai theo 3 kịch bản:

• Chế độ PU: Cài đặt Pr. 79 = 1, thao tác trực tiếp trên phím bấm FWD (quay thuận) và REV (quay ngược) của bảng điều khiển FR-DU07.
• Chế độ EXT: Cài đặt Pr. 79 = 3, đóng ngắt công tắc cứng ngoài nối vào chân STF và STR để chuyển đổi chiều quay.
• Chế độ kết hợp 3 cấp tốc độ: Cài đặt Pr. 79 = 4, xác định chiều quay trên bảng điều khiển FR-DU07 và kích hoạt các mức tần số $60\text{ Hz}$, $30\text{ Hz}$, $15\text{ Hz}$ bằng công tắc nối vào chân RH, RM, RL.

Chương 5: Kết luận và hướng phát triển đề tài

Chương cuối tổng hợp các kết quả sau quá trình nghiên cứu và thực nghiệm gần 1 tháng, đồng thời chỉ rõ các hạn chế về mặt phạm vi và đề xuất hướng mở rộng nghiên cứu tiếp theo.

---

Kết quả và đóng góp

Kết quả chính

• Xây dựng thành công mô hình mô phỏng hoạt động điều khiển động cơ bằng biến tần trên phần mềm CADeSIMU với đầy đủ các tính năng: khởi động, đảo chiều quay và chuyển đổi 3 cấp tốc độ ($15\text{ Hz}$, $30\text{ Hz}$, $60\text{ Hz}$).
• Thiết lập hoàn chỉnh sơ đồ đấu nối mạch động lực và mạch điều khiển cho biến tần Mitsubishi FR-A740-0.4K kết nối với động cơ SF-JR $0,4\text{ kW}$.
• Hoàn thành việc cấu hình các tham số cơ sở (Pr. 3, Pr. 7, Pr. 8, Pr. 79, Pr. 80, Pr. 81) và các tham số tốc độ đặt trước (Pr. 4 = 60 Hz, Pr. 5 = 30 Hz, Pr. 6 = 15 Hz), thực nghiệm thành công chế độ chạy thuận/nghịch trên cả giao diện mềm (PU) và công tắc ngoài (EXT).

Đóng góp kỹ thuật

• Hệ thống hóa các bước cài đặt và vận hành dòng biến tần công nghiệp Mitsubishi FR-A700, tạo ra tài liệu hướng dẫn quy trình thực hành từ mô phỏng đến đấu nối phần cứng thực tế.
• Khảo sát và tổng hợp chi tiết các ứng dụng thực tiễn của biến tần trong đa dạng các ngành công nghiệp sản xuất (bơm quạt, dệt nhuộm/cuộn sợi, chế biến thực phẩm, gia công cơ khí - gỗ).

---

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

Hạn chế được ghi nhận

• Nội dung nghiên cứu mới dừng lại ở các ứng dụng và kịch bản điều khiển cơ bản, chưa khai thác toàn diện các tính năng nâng cao của dòng biến tần cao cấp A700.
• Do hạn chế về mặt thời gian (thực hiện trong khoảng gần 1 tháng), đồ án chưa triển khai giao tiếp mạng và truyền thông qua các cổng giao tiếp tích hợp sẵn trên biến tần (như RS-485 hay cổng USB).

Hướng phát triển đề tài

• Ứng dụng phần mềm chuyên dụng FR Configurator SW3 để kết nối máy tính với biến tần thông qua cổng USB hoặc chuẩn giao tiếp mạng công nghiệp RS-485 nhằm cài đặt, giám sát và lưu trữ tham số tự động.
• Nghiên cứu sâu hơn và thử nghiệm các thuật toán điều khiển chuyên sâu đối với các hệ thống tải công nghiệp phức tạp trong thực tế.

---

Giá trị tham khảo

Báo cáo đồ án là tài liệu tham khảo kỹ thuật hữu ích cho:

• Sinh viên các ngành Công nghệ Kỹ thuật Điện - Điện tử, Tự động hóa, Điện công nghiệp khi học tập các học phần Điện tử công suất, Khí cụ điện và Truyền động điện.
• Kỹ thuật viên bảo trì hoặc kỹ sư vận hành nhà máy cần tài liệu tra cứu nhanh về sơ đồ chân đấu nối (terminal specifications), bảng mã tham số cơ bản và quy trình cài đặt biến tần dòng Mitsubishi FR-A700 / FR-DU07.
• Phần mô phỏng mạch trên CADeSIMU (Chương 3) và bảng thông số thực nghiệm (Chương 4) có giá trị hướng dẫn thực hành trực tiếp tại các phòng thí nghiệm kỹ thuật.

---

Câu hỏi thường gặp

1. Biến tần sử dụng trong đồ án là loại nào và điều khiển động cơ có thông số ra sao?
Biến tần thực nghiệm là model Mitsubishi FR-A740-0.4K (thuộc dòng A700 cấp điện áp $400\text{ V}$). Động cơ được điều khiển là động cơ không đồng bộ 3 pha lồng sóc Mitsubishi model SF-JR, công suất $1/2\text{ HP}\ (0,4\text{ kW})$, 4 cực, dòng định mức $2,0\text{ A}$, tốc độ định mức $1410 - 1430\text{ vòng/phút}$ ở tần số $50\text{ Hz}$.

2. Để thiết lập 3 cấp tốc độ cho biến tần, tác giả đã cấu hình các tham số nào?
Tác giả thiết lập chế độ hoạt động kết hợp Pr. 79 = 4, sau đó cài đặt tần số cho 3 cấp tốc độ tương ứng: Pr. 4 = 60 Hz (tốc độ cao kích hoạt qua chân RH), Pr. 5 = 30 Hz (tốc độ trung bình kích hoạt qua chân RM), và Pr. 6 = 15 Hz (tốc độ thấp kích hoạt qua chân RL).

3. Sự khác nhau giữa việc đảo chiều quay động cơ ở chế độ PU và chế độ EXT trong đồ án là gì?
Ở chế độ PU (Pr. 79 = 1), người vận hành điều khiển đảo chiều bằng các phím bấm FWD (thuận) và REV (nghịch) trực tiếp trên bàn phím FR-DU07. Ở chế độ EXT (Pr. 79 = 3), chiều quay được kích hoạt bằng cách đóng ngắt công tắc tiếp điểm phần cứng bên ngoài nối giữa chân STF (chạy thuận) hoặc STR (chạy ngược) với chân chung SD.

4. Thời gian tăng tốc và giảm tốc được cài đặt là bao nhiêu giây và qua những tham số nào?
Thời gian tăng tốc được cài đặt qua tham số Pr. 7 với giá trị $5\text{ giây}$. Thời gian giảm tốc được cài đặt qua tham số Pr. 8 với giá trị $5\text{ giây}$ (dải cài đặt cho phép từ $0$ đến $3600\text{ giây}$).

---

Kết luận

Đồ án "Tìm hiểu và ứng dụng biến tần Mitsubishi A700" đã giải quyết trọn vẹn các yêu cầu cơ bản về tìm hiểu cấu tạo, nguyên lý hoạt động và quy trình cấu hình biến tần trong điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha. Nhóm tác giả đã kết hợp hiệu quả giữa công cụ mô phỏng mạch CADeSIMU và thực nghiệm phần cứng trên thiết bị biến tần FR-A740-0.4K, chứng minh tính đúng đắn của việc điều khiển đa cấp tốc độ và đảo chiều quay. Mặc dù còn hạn chế ở việc chưa triển khai giao thức truyền thông mạng công nghiệp, công trình cung cấp nguồn tư liệu kỹ thuật rõ ràng, có tính ứng dụng cao cho việc nghiên cứu và thực hành chuyên ngành Điện - Điện tử.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Trước đây, đối với việc thay đổi tốc động cơ là một việc làm hết sức khó khăn. Từ khi ra đời biến tần thì việc thay đổi tốc độ của động cơ được thực hiện một cách dễ dàng hơn. Trong thời gian gần đây, bộ biến tần bán dẫn có tỷ lệ tăng trưởng rất nhanh ở Việt Nam. Hiện tại, ở Việt Nam, có một số nhãn hiệu biến tần đang phân phối là Hitachi, Mitsubishi, Danfoss, ABB, Siemens.

Biến tần được ứng dụng trong việc điều chỉnh tốc độ động cơ thông qua việc điều chỉnh tần số. Việc điều khiến động cơ thông qua sử dụng biến tần trở nên linh hoạt và thông minh hơn, tính năng điều khiển này có thể được nâng cấp qua việc điều khiến qua mạng. Khi sử dụng biến tần thì chúng ta có thé cai dat có thê thiết lập lên đến l6 cấp tốc độ, việc khởi động cho động cơ cần một đòng điện khởi động lớn nhưng khi sử dụng biến tần thì sẽ hạn chế được dòng điện khởi động giúp quá trình điễn ra một cách ém ai. Trong quá trình vận hành động cơ thì các vấn đề như quá tải, quá nhiệt, quá áp, thất áp, lỗi mất pha,.

được coi là một vấn đề đáng được quan tâm. Chỉ với biến tần thì chúng ta có thể giải quyết các vấn đề trên một cách để dàng. Với những lợi ích mà biến tần mang lại thì nhóm em xin nghiên cứu về biến tần và một số ứng dụng của nó. Nhiệm vụ và phạm vi nghiên cứu - _ Tìm hiểu cấu tạo, chức năng và nghiên lí hoạt động của biến tan.

- _ Nghiên cứu các cách cài đặt thông số cho biến tần trong việc điều khiên động cơ ở 3 cấp tốc độ và chiều quay động cơ. - _ Tìm một số ứng dụng của biến tần hiện nay. Phương pháp nghiên cứu - _ Phương pháp lý thuyết: + Lược khảo tài liệu liên quan đến thiết biến tần Mitsubishi A700 để nghiên cứu về câu tạo, chức năng và các thông sô cơ bản. + Tìm hiểu phần mềm mô phỏng CADeSIMU dé mô phỏng cách điều khiển động cơ bằng biến tần với 3 cấp tốc độ và đảo chiều quay.

- __ Phương pháp thực nghiệm: + Sử đụng phần mềm mô phỏng CADeSIMU tìm hiểu chức năng và các thông số cài đặt của biến tần Mitsubishi A700. + Lắp đặt thiết bị và cài đặt thông số biến tần theo thiết kế. + Vận hành và so sánh kết quả thực nghiệm với kết quả mô phỏng. Ý nghĩa và thực tiễn của đề tài Thông qua việc thực hiện đồ án môn học điện tử công suất với tiêu đề “Tìm hiểu và ứng dụng biến tần Mitsubishi A700”, nhóm sinh viên đã thực hiện được công việc cài đặt thông số biến tần với nhiều cấp tốc độ và đảo chiều quay động cơ như mong muốn, sử đụng thành thạo phần mềm mô phỏng CADeSIMU giúp việc nghiên cứu và học tập tốt hơn trong tương lai.

Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2. Khái niệm về biên tần Biên tân là thiết bị biên đôi dòng điện xoay chiêu ở tân số này thành dòng điện xoay chiều ở tân số khác có thé điều chỉnh được.1 Biến tần Mitsubishi A700 Biến tần được sử dụng như một thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện, tác động đến cuộn dây bên trong động cơ và thông qua kết nối này đề thực hiện mục tiêu điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp mà không cần dùng đến các hộp số cơ khí đề điều chỉnh tốc độ động cơ theo yêu cầu. Biến tần sử dụng các linh kiện bán dẫn dé đóng ngắt tuần tự đòng điện đặt vào các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay làm quay động cơ. Hiện nay có nhiều loại biến tần đang được sử dụng trong môi trường công nghiệp như: biến tần I pha 220V, biến tần 3 pha 220V, biến tần 3 pha 380V, biến tần 3 pha 660V, biến tần trung thé,.Biến tần chuyên dùng cho bơm, quạt; biến tần chuyên đùng cho nâng hạ, cầu trục; biến tần chuyên dùng cho thang máy; biến tần chuyên dùng cho hệ thống HVAC.

Biến tần Biến tần Mitsubishi E700 được minh họa thông qua hình 2. Cấu tạo Biến tần được cầu tạo gồm bốn phần chính như sau: - - Bộ chỉnh lưu - = Bộ lọc - - Bộnghịch lưu IGBT - _ Mạch điều khiển Tín hiệu đầu ra, Tín hiệu đầu vào tín hiệu lỗi, v. |uạch chỉnh lưu | | Chuyển AC sang DC | Tu dién nan Nắn điện áp DC được chuyển đổi trong Mạch chỉnh lưu Mạch nghịch lưu Đảo dòng DC thành AC tại tần số xác định bằng mạch điều khiển. [Mach điều khiển | Nhận lệnh từ tín hiệu đầu vào và gửi lệnh đến Mạch nghịch lưu.

| Cung cấp trạng thái Mạch nghịch lưu.2 Cấu tạo của biến tần Ngoài ra biến tần được tích hợp thêm các linh kiện hỗ trợ khác như: Bộ điện kháng xoay chiều Bộ điện kháng I chiều Điện trỏ hãm Ban phim Man hinh hién thi Module truyén théng 2. Nguyên lý hoạt động Đầu tiên, nguồn điện I pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn L chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu điode và tụ điện. Điện áp I chiều ở trên sẽ được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng.

Mới đầu, điện áp một chiều được tạo ra sẽ được lưu trữ trong giản tụ điện. Tiếp theo, thông qua quá trình tự kích hoạt thích hợp, bộ biến đổi IGBT (viết tắt của tranzito lưỡng cực có công cách điện hoạt động giống như một công tắc bật và tắt cực nhanh đề tạo đạng sóng đầu ra của biến tần) sẽ tạo ra một điện áp xoay chiều 3 pha bằng phương pháp điều chế độ rộng xung PWM. Chức năng H Chức năng điều chỉnh tốc độ động cơ theo ý muốn Biến tần được sử dụng đề điều chỉnh tốc độ của động cơ xoay chiều ba pha bằng cách thay đổi tần số của dòng điện xoay chiều 3 pha. Do đó, người sử dụng chỉ cần thực hiện các thao tác điều chỉnh tần số đơn giản là có thê thay đôi tốc độ của động cơ một cách linh hoạt, hiệu quả và liên tục.

H Tác dụng biến tần làm giảm tiêu thụ điện năng Biến tần có cấu tạo và nguyên lý hoạt động rất khoa học và thông minh. Biến tần được coi là giải pháp hàng đầu giúp giảm tôn thất điện năng trong ngành điện. Băng cách sử dụng linh kiện bán dẫn công suất công nghệ hiện đại nên biến tần có hiệu suất chuyên đổi điện năng rất cao. Nhờ đó, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu của hệ thống.

Đặc biệt khi quy trình sản xuất đòi hỏi phải điều chỉnh lưu lượng và áp suất trong động cơ bơm hoặc quạt gió theo phụ tải phù hợp ở từng thời điểm khác nhau. Thì việc thay đôi động cơ dẫn động đặc biệt phù hợp và tiết kiệm năng lượng. O Tinh nang sw dung bién tan thong minh va linh hoat Một tác dụng khác của biến tần là các tính năng thông minh và linh hoạt như nhận dạng động cơ tự động, cài đặt 16 cấp độ và điều khiển qua mạng. Quá trình khởi động và dừng động cơ điễn ra rất êm ái, giúp kéo đài tuổi thọ của động cơ.

Ngoài ra, nhờ sự tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thé đạt đến dải tần cao, nhờ đó giảm tải tiếng ồn của động cơ và giảm suy hao trên lối sắt động cơ. H Kiếm soát hoạt động của hệ thống và thông số vận hành máy Sử dụng biến tần, hệ thống máy có thê được kết nỗi với máy tính trung tâm. Do đó, từ trung tâm điều khiến, người vận hành có thê nhìn thấy các thông số vận hành, hoạt động của hệ thống (vòng quay, áp suất .), trạng thái làm việc. Đồng thời cho phép chân đoán, điều chỉnh và xử lý các sự cô không mong muốn như lệch pha, mất pha.

H _ Nâng cao hiệu suất công việc và giảm hư hỏng máy móc Với hệ thống điều khiến hiện đại, biến tần mang lại cảm giác an toản, tiện lợi, hiệu suất cao và ít phải bảo đưỡng. Tác dụng này của biến tần giúp người đùng có thể tiết kiệm chi phí và nhân lực vận hành máy. Đây là điều mà các sản phâm khác khó sánh kịp, chứng minh tính quan trọng của biến tần trong ngành công nghiệp. Chương 3: TIM HIEU VE BIEN TAN 3.

Nhận dạng các bộ phận của biến tần Đề sử đụng biến tần một cách hiệu quả ta cần phải biết nhận dạng các bộ phận cơ bản của biến tần như : - Phía ngoài của biến tần rất dễ nhận biết : Gồm 5 bộ phận + Bảng điều khiển hoạt động(FR-DU0?7). + Vỏ mặt trước. + Biển công suất ehi rõ loại biến tần và số serial. + Biển chỉ tiêu định mức.

- Phía trong sau lớp vỏ mặt trước của biến tần: Gồm 12 bộ phận + Đầu nối PU: đùng đề lắp FR DOU07 + Đầu nối USB: phục vụ việc kết nối với máy tính + Đầu nối day RS-485: Truyền thông qua cáp RS-485 + Đầu kết nối cho phép kết nối tùy chọn ô căm vào. + Công tắc dòng và áp vào: thay đổi thông số đầu vào của hộp đâu dây. + Công tắc chuyên mạch AU/PTC: dùng đề bảo vệ quá nhiệt cho động cơ. + Đầu nối ON/OFFE bộ lọc EMC: dùng đề tắt bộ lọc điện dung.

+ Đèn công suất: để báo nguồn điện. + Đèn báo động: dùng đề báo lỗi. + Mạch điều khiến khối nối dây. + Mạch chính khối nối dây.

Các bộ phận của biến tần được thể hiện rõ tại sơ đề nhận dạng các bộ phận của biến tan tai hinh 3. Đầu nỗi USB Đầu nối dây RS-485 Đầu kết nỗi cho kết nối tủy chọn cắm vào Công tắc dòng/áp vào Công tắc chuyển mạch AU/PTC Đầu nối ON/OFF bộ lọc EMC Vỏ mặt trước —————†* Biển công suất +: Biển công suất [FR-ATZ97K sooo] Loại biến tần Sé Serial Hình 3.1 Hình ảnh nhận dạng các bộ phận của biến tần 3. Cách lắp đặt và nối dây 3.1 Lắp đặt Cách lắp đặt biến tần bắt đầu từ: Bước 1: thực hiện kết nối nguồn AC 3 pha vào biến tần mitsubishi A700 theo qui trình như mô tả ở hình 3.2 Nguồn 3 Pha — Cầu giao khối (MCCB) — contacter điện từ (MC) — vào mạch chính khối nỗi dây của biến tần ( kết nỗi dây vào chân R/LI, S/L2 va T/L3 ). Bước 2: Kết nối nguồn I pha vào biến tần mitsubishi A700 cho việc điều khiến theo qui trình như mô tả ở hình 3.