Tài liệu: Giáo trình mô đun điều khiển biến tần khởi động

Giáo trình chuyên ngành điện công nghiệp trình độ cao đẳng, hướng dẫn chi tiết về mô đun điều khiển biến tần và khởi động mềm chất lượng cao.

• Người hướng dẫn: Chủ biên: Tống Văn Hiệp
• Trường học: Trường Cao đẳng Cơ giới Ninh Bình
• Chuyên ngành: Điện công nghiệp
• Đề tài: Điều khiển biến tần, khởi động mềm
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Năm xuất bản: 2024
• Địa điểm: Ninh Bình

Tóm tắt

I. Khái Niệm Cơ Bản Về Giáo Trình Mô Đun Điều Khiển

Giáo trình mô đun điều khiển là tài liệu học tập chuyên môn nâng cao dành cho các học viên theo học ngành Điện công nghiệp chất lượng cao tại các trường cao đẳng cơ giới. Giáo trình này được biên soạn theo tiêu chuẩn đào tạo hiện đại, cung cấp đầy đủ kiến thức và kỹ năng thực hành về điều khiển biến tần và khởi động mềm. Tài liệu được xây dựng dựa trên nền tảng các môn học cơ sở như Trang bị điện, Máy điện, và Kỹ thuật lắp đặt điện. Mục tiêu chính của giáo trình là trang bị cho học viên khả năng đấu nối, cài đặt và vận hành các thiết bị điều khiển từ các hãng thông dụng như Siemens, Omron, Schneider, Delta, LS, INVT.

1.1. Định Nghĩa Và Tầm Quan Trọng

Giáo trình mô đun là công cụ giáo dục thiết yếu trong đào tạo nghề điện công nghiệp. Nó cung cấp kiến thức lý thuyết kết hợp với thực hành, giúp học viên hiểu sâu về nguyên lý hoạt động của các thiết bị điều khiển. Tầm quan trọng của tài liệu này nằm ở việc chuẩn bị học viên cho thực tế công việc, nâng cao kỹ năng chuyên môn và tư duy công nghiệp.

1.2. Đối Tượng Sử Dụng

Giáo trình được thiết kế cho nhiều đối tượng bao gồm giáo viên, học viên cao đẳng, công nhân kỹ thuật, các nhà quản lý và người sử dụng nhân lực. Ngoài sử dụng trong chương trình đào tạo chính quy, tài liệu cũng thích hợp cho đào tạo ngắn hạn và bồi dưỡng chuyên môn liên tục.

II. Cấu Trúc Và Nội Dung Giáo Trình Mô Đun

Giáo trình mô đun điều khiển được chia thành 5 bài học chính với thời lượng 80 giờ, bao gồm 24 giờ lý thuyết, 53 giờ thực hành và 3 giờ kiểm tra. Cấu trúc được thiết kế logic, từ cơ bản đến nâng cao, giúp học viên dễ dàng tiếp thu kiến thức. Bài 1 giới thiệu khái niệm chung về biến tần, Bài 2 trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động, Bài 3 tập trung vào điều khiển biến tần của các hãng điển hình, còn Bài 4 và 5 cung cấp kiến thức về khởi động mềm từ lý thuyết đến ứng dụng thực tế của các hãng khác nhau.

2.1. Phân Bố Thời Gian Học Tập

Tổng thời lượng 80 giờ được phân bổ hợp lý: Bài 3 về điều khiển biến tần chiếm 48 giờ (phần chính), Bài 2 về cấu tạo 6 giờ, Bài 5 về khởi động mềm 20 giờ, Bài 4 khái niệm 4 giờ, và Bài 1 giới thiệu 2 giờ. Cấu trúc này đảm bảo học viên có đủ thời gian thực hành kỹ năng.

2.2. Các Chủ Đề Chính

Giáo trình bao gồm các chủ đề: phân loại biến tần, cấu trúc và nguyên lý, các phương pháp điều biến, điều khiển biến tần Siemens, Omron, Schneider, Delta, LS, INVT, khái niệm khởi động mềm, cấu tạo, kỹ thuật khởi động dừng mềm và ứng dụng thực tế.

III. Mục Tiêu Đào Tạo Của Giáo Trình

Giáo trình mô đun điều khiển được xây dựng với các mục tiêu rõ ràng về kiến thức, kỹ năng và năng lực. Về kiến thức, học viên sẽ trình bày được nguyên tắc và phương pháp điều khiển tốc độ, đánh giá được đặc tính động của hệ điều khiển truyền động điện, phân tích cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các bộ biến tần và khởi động mềm. Về kỹ năng, học viên có khả năng lựa chọn bộ điều khiển phù hợp, đấu nối, cài đặt và vận hành các thiết bị từ các hãng thông dụng trên thị trường Việt Nam.

3.1. Mục Tiêu Về Kiến Thức

Học viên cần nắm vững nguyên lý điều khiển tốc độ động cơ, hiểu rõ các phương pháp biến đổi tần số, có khả năng phân tích cấu trúc thiết bị và đánh giá đặc tính hiệu suất của các bộ điều khiển. Kiến thức được chứng minh qua khả năng tính chọn động cơ phù hợp và ứng dụng.

3.2. Mục Tiêu Về Kỹ Năng Và Năng Lực

Kỹ năng thực hành là trọng tâm, bao gồm khả năng đấu dây đúng cách, cài đặt thông số, lập trình điều khiển và vận hành an toàn. Về năng lực, giáo trình rèn luyện tính tỉ mỉ, tư duy sáng tạo và tác phong công nghiệp chuyên nghiệp.

IV. Ứng Dụng Và Giá Trị Của Giáo Trình

Giáo trình mô đun điều khiển có giá trị thực tiễn cao trong ngành điện công nghiệp. Nó cung cấp kiến thức về các thiết bị biến tần và khởi động mềm được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng công nghiệp như điều khiển động cơ, máy bơm, quạt, băng tải và nhiều thiết bị khác. Giáo trình giúp kỹ sư, công nhân và kỹ thuật viên hiểu rõ cách tối ưu hóa hiệu suất năng lượng và giảm tác động cơ học lên thiết bị. Tài liệu cũng hỗ trợ các nhà quản lý hiểu rõ hơn về công nghệ điều khiển hiện đại, từ đó đưa ra các quyết định đầu tư phù hợp.

4.1. Ứng Dụng Trong Thực Tế Công Nghiệp

Kiến thức từ giáo trình được áp dụng trực tiếp trong hệ thống truyền động điện của các nhà máy, xí nghiệp. Việc sử dụng biến tần giúp tiết kiệm điện năng, giảm mài mòn cơ khí và nâng cao chất lượng sản xuất. Các hãng Siemens, Schneider, Delta, LS được đề cập giúp người học làm quen với thiết bị phổ biến.

4.2. Giá Trị Đào Tạo Dài Hạn

Giáo trình không chỉ cung cấp kiến thức hiện tại mà còn xây dựng nền tảng vững chắc cho học tập liên tục. Học viên có thể nâng cấp kỹ năng theo công nghệ mới, tham gia đào tạo chuyên sâu và phát triển sự nghiệp trong ngành điện công nghiệp. Tài liệu còn giúp nhà quản lý hiểu rõ yêu cầu kỹ thuật để quản lý đội ngũ hiệu quả hơn.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ NÔNG NGHIỆP VÀ PHÁT TRIỂN NÔNG THÔN TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI NINH BÌNH GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: ĐIỀU KHIỂN BIẾN TẦN, KHỞI ĐỘNG MỀM NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ CAO ĐẲNG CHẤT LƯỢNG CAO Ban hành kèm theo quyết định số: /QĐ-TCGNB ngày tháng năm 2024 của Hiệu trưởng Trường cao đẳng Cơ giới Ninh Bình Ninh Bình năm 2024 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. 1 LỜI GIỚI THIỆU Điều khiển biến tần, khởi động mềm là mô đun chuyên môn nâng cao trong chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp chất lượng cao. Mô đun này cung cấp cho người học các kiến thức kỹ năng cụ thể về đấu nối, cài đặt, vận hành biến tần và khởi động mềm của các hãng thông dụng trên thị trường Việt Nam như Siemens, Omrron, Schneide, Delta, LS, INVT,.

Giáo trình này được thiết kế theo mô đun dùng làm giáo trình giảng dạy và học tập cho giáo viên và học viên trong các khóa đào tạo của Nhà trường. Ngoài ra, tài liệu cũng có thể được sử dụng cho đào tạo ngắn hạn hoặc cho các công nhân kỹ thuật, các nhà quản lý và người sử dụng nhân lực tham khảo. Mặc dù đã hết sức cố gắng, song sai sót là khó tránh. Tác giả rất mong nhận được các ý kiến phê bình, nhận xét của bạn đọc để giáo trình được hoàn thiện hơn.

Xin chân thành cảm ơn! Ninh Bình, ngày tháng năm 2024 Chủ biên: Tống Văn Hiệp 2 MỤC LỤC Bài 4: Điều khiển khởi động mềm 1. Khái niệm chung 2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của khởi động mềm 3. Kỹ thuật khởi động và dừng mềm 4.

Cách đấu dây khởi động mềm 5. Đặc điểm và ứng dụng của khởi động mềm Bài 5: Điều khiển khởi động mềm các hãng điển hình 1. Điều khiển khởi động mềm Siemens 2. Điều khiển khởi động mềm Schneider 3.

Điều khiển khởi động mềm LS 3 GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Điều khiển biến tần, khởi động mềm Mã mô đun: MĐ 29 Thời gian thực hiện mô đun: 80 giờ; (Lý thuyết: 24 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập: 53 giờ; Kiểm tra: 03 giờ) I. Vị trí tính chất mô đun: - Vị trí: Trước khi học mô đun này cần hoàn thành các mô đun và môn học cơ sở, đặc biệt các mô đun và môn học: Trang bị điện 1; Máy điện; Kỹ thuật lắp đặt điẹn; Kỹ thuật vi điều khiển; PLC cơ bản; Điều khiển lập trình cỡ nhỏ - Tính chất: Là mô đun kĩ thuật chuyên môn nâng cao, thuộc mô đun đào tạo nghề bắt buộc. Mục tiêu mô đun: - Về kiến thức: + Trình bày được nguyên tắc và phương pháp điều khiển tốc độ của hệ truyền động điện; + Đánh giá được đặc tính động của hệ điều khiển truyền động điện; + Tính chọn được động cơ điện cho hệ truyền động; + Phân tích được cấu tạo, nguyên lý hoạt động của các bộ biến tần và bộ khởi động mềm điển hình của các hãng thông dụng; - Về kỹ năng: + Lựa chọn được các bộ điều khiển phù hợp với yêu cầu hệ truyền động; + Đấu nối, cài đặt và vận hành được các bộ biến tần và bộ khởi động mềm điển hình của các hãng thông dụng; - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Rèn luyện tính tỉ mỉ, cẩn thận, tư duy sáng tạo và tác phong công nghiệp cho học sinh/sinh viên. Nội dung mô đun: 1.

Nội dung tổng quát và phân phối thời gian : 4 2. Nội dung chi tiết: Thời gian Thực hành, Số Tên các bài trong mô đun Tổng Lý thí nghiệm, Kiểm TT số thuyết thảo luận, tra* bài tập Bài 1. Khái niệm chung về biến tần 02 02 1. Phân loại biến tần 0.

Đặc điểm và ứng dụng của biến tần 1 Bài 2: Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 06 04 02 của biến tần 2 1. Cấu trúc của biến tần 0. Phương pháp biến đổi của biến tần 1. Các phương pháp điều biến của 2 1 biến tần Bài 3: Điều khiển Biến tần các hãng 48 12 34 02 điển hình 1.

Điều khiển biến tần Siemens 08 02 06 2. Điều khiển biến tần Omron 08 02 05 01 3. Điều khiển biến tần Schneider 08 02 06 4. Điều khiển biến tần Delta 08 02 06 5.

Điều khiển biến tần LS 08 02 05 01 6. Điều khiển biến tần INVT 08 02 06 Bài 4: Điều khiển khởi động mềm 04 03 01 1. Khái niệm chung 2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của khởi động mềm 3.

Kỹ thuật khởi động và dừng mềm 4. Cách đấu dây khởi động mềm Đặc điểm và ứng dụng của khởi động mềm Bài 5: Điều khiển khởi động mềm các 4 20 03 16 01 hãng điển hình 5 1. Điều khiển khởi động mềm 06 01 05 Siemens 2. Điều khiển khởi động mềm 08 01 07 Schneider 5 Thời gian Thực hành, Số Tên các bài trong mô đun Tổng Lý thí nghiệm, Kiểm TT số thuyết thảo luận, tra* bài tập 3.

Điều khiển khởi động mềm LS 06 01 04 01 Cộng: 80 24 53 03 6 BÀI 1: KHÁI NIỆM CHUNG VỀ BIẾN TẦN Mã bài: MĐ29 - 01 Giới thiệu: Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ và thông qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp, không cần dùng đến các hộp số cơ khí. Biến tần sử dụng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần tự dòng điện đặt vào các cuộn dây của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay làm quay động cơ. Các biến tần có thể điều chỉnh tốc độ động cơ từ chậm đến nhanh tùy thuộc vào ứng dụng cụ thể, giúp cho động cơ hoạt động hiệu quả hơn. Có nhiều loại biến tần như: Biến tần AC, biến tần DC; biến tần 1 pha 220V, biến tần 3 pha 220V, biến tần 3 pha 380V, biến tần 3 pha 660V, biến tần trung thế.

Bên cạnh các dòng biến tần đa năng, các hãng cũng sản xuất các dòng biến tần chuyên dụng: biến tần chuyên dùng cho bơm, quạt; biến tần chuyên dùng cho nâng hạ, cẩu trục; biến tần chuyên dùng cho thang máy; biến tần chuyên dùng cho hệ thống HVAC;. Mục tiêu: - Trình bày được khái niệm và cấu trúc chung của biến tần; - Phân loại được các loại biến tần, phân biệt được đặc điểm và ứng dụng của biến tần; - Phát huy tính sáng tạo, nghiêm túc trong học tập. Nội dung chính: 1. Khái niệm chung: Biến tần là thiết bị điện tử dùng để biến đổi nguồn điện xoay chiều có tần số và biên độ xác định sang nguồn điện xoay chiều khác có tần số và biên độ thay đổi được.

Phân loại biến tần: Có nhiều phương pháp phân loại biến tần 2. Phân loại theo phương pháp biến đổi: - Biến tần trực tiếp - Biến tần gián tiếp 2. Phân loại theo nguồn ra: - Biến tần nguồn dòng - Biến tần nguồn áp 2. Phân loại theo phương pháp điều khiển: - Phương pháp điều khiển cổ điển - Phương pháp điều khiển PWM - Phương pháp điều khiển vector 7 - Phương pháp điều khiển ma trận 2.

Phân loại theo nguồn cấp vào: - Biến tần một pha - Biến tần ba pha 3. Ứng dụng của biến tần Lĩnh vực có thể sử dụng biến tần để tiết kiệm điện năng là các hệ thống có mô men tải thay đổi theo tốc độ mà bơm và quạt ly tâm là những ứng dụng điển hình. Quan hệ giữa tải và vận tốc tuân theo luật đồng dạng: lưu lượng tỉ lệ bậc nhất, áp suất tỉ lệ bình phương, công suất tỉ lệ lập phương với vận tốc. Dưới đây, để làm rõ cơ chế tiết kiệm điện năng chúng ta sẽ khảo sát trường hợp bơm ly tâm.

Trạng thái làm việc của hệ thống bơm có thể biểu diễn trên đồ thị lưu lượng - áp suất như hình 1.1: chế độ làm việc xác lập là giao điểm của đường cong đặc tính bơm và đặc tính hệ thống thủy lực. Ở bên trái điểm làm việc này, áp suất tạo ra bởi bơm lớn hơn áp suất cần thiết, lưu chất tăng vận tốc và lưu lượng tăng. Ở bên phải điểm làm việc, áp suất bơm tạo ra nhỏ hơn áp suất cần thiết, lưu lượng giảm. Tại điểm làm việc, áp suất bơm cân bằng với áp suất hệ thống yêu cầu, lưu chất đạt đến vận tốc ổn định.

Chế độ xác lập của hệ thống Trong các hệ thống điều khiển lưu lượng bằng van, đặc tính của hệ thống thủy lực thay đổi theo vị trí của van như trên hình 1. Điểm vận hành sẽ dịch chuyển trên đường đặc tính bơm tùy theo lưu lượng yêu cầu. Điều chỉnh lưu lượng bằng van Ngược lại, khi sử dụng biến tần để điều tiết lưu lượng, đặc tính bơm sẽ thay đổi và điểm làm việc sẽ dịch chuyển dọc theo đường đặc tính của hệ thống thủy lực như hình 1. Điều chỉnh lưu lượng bằng biến tần Tại mỗi điểm làm việc, công suất tiếp nhận bởi lưu chất có thể tính bằng tích của áp suất và lưu lượng và biểu diễn bởi diện tích hình chữ nhật gạch chéo trên hình 1.

So sánh diện tích này ở hai phương thức điều khiển với cùng một lưu lượng làm việc dễ dàng nhận thấy công suất bơm cần phải phát động trong trường hợp sử dụng biến tần là ít hơn đáng kể khi lưu lượng nhỏ hơn giá trị định mức của hệ thống. Áp suất khi đó được giảm theo lưu lượng nhờ vậy tránh tiêu phí năng lượng do tổn thất áp suất như trong trường hợp điều khiển bằng van. Công suất tiêu thụ ở lưu lượng thấp 9 thể hiện ưu điểm của điều khiển biến tần 10 BÀI 2: CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BIẾN TẦN Mã bài: MĐ29 - 02 Giới thiệu: Mỗi loại biến tần có cấu tạo khác nhau tùy thuộc vào ứng dụng và yêu cầu kỹ thuật của hệ thống điều khiển. Các thành phần chính của biến tần được thiết kế để hoạt động ổn định và bền bỉ trong môi trường công nghiệp.

Cấu tạo của biến tần thường bao gồm các thành phần là mạch nguồn, mạch điều khiển, mạch chuyển đổi tần số, mạch bảo vệ và màn hình - bàn phím. Ngoài ra biến tần còn có thể được tích hợp: module truyền thông, bộ điện kháng xoay chiều, bộ điện kháng 1 chiều, điện trở hãm (điện trở xả),.