Nghiên Cứu Xây Dựng Hệ Thực Nghiệm Biến Tần – Động Cơ Điện Xoay Chiều

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu nghiên cứu xây dựng hệ thực nghiệm biến tần động cơ điện xoay chiều phục vụ cho công tác đào tạo, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Cấn Thị Vân
• Người hướng dẫn: TS. Nguyễn Văn Vỵ
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Tự động hóa
• Đề tài: Nghiên Cứu Hệ Thực Nghiệm Biến Tần và Động Cơ Điện Xoay Chiều
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: THỰC TRẠNG VÀ YÊU CẦU ĐÀO TẠO NGHỀ ĐIỆN CỦA TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ YÊN BÁI
• 1.1. Giới thiệu chung về trường Cao đẳng nghề Yên Bái
• 1.2. Quá trình phát triển trường Cao đẳng nghề Yên Bái
• 1.3. Cơ cấu tổ chức bộ máy của nhà trường
• 1.4. Các ngành nghề đào tạo của Nhà trường
• 1.5. Chương trình đào tạo nghề điện công nghiệp. Nhu cầu lao động của xã hội với nghề điện công nghiệp của tỉnh Yên Bái và các tỉnh lân cận
• 1.6. Chương trình đào tạo nghề điện
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
• 2.1. Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha
• 2.2. Điều khiển định hướng theo từ trường (FOC)
• 2.3. Cấu trúc của hệ điều khiển tựa theo từ thông rotor
• 2.4. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG HỆ THỐNG BẰNG MÔ PHỎNG VÀ THỰC NGHIỆM
• 3.1. Sơ đồ công nghệ hệ thống truyền động BĐTS- ĐCKĐB
• 3.2. Kiểm tra chất lượng bằng mô phỏng
• 3.3. Xây dựng mô hình mô phỏng
• 3.4. Kết quả mô phỏng
• 3.5. Đánh giá bằng kết quả thực nghiệm
• 3.6. Cấu hình thực nghiệm về điều khiển tại trung tâm thí nghiệm
• 3.7. Kết luận chương 3
• 4. CHƯƠNG 4: XÂY DỰNG BÀI THỰC NGHIỆM BIẾN TẦN – ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA
• 4.1. Thiết kế sơ đồ nguyên lý bài thí nghiệm
• 4.2. Chọn thiết bị và bố trí thiết bị của bài thí nghiệm
• 4.3. Nội dung các bài thí nghiệm
• 4.3.1. Bài số 1: Điều khiển tốc độ động cơ bằng thay đổi tần số
• 4.3.2. Bài số 2: Điều khiển hệ thống ở chế độ điều khiển vector
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Nghiên Cứu Hệ Thực Nghiệm Biến Tần và Động Cơ Điện Xoay Chiều

Nghiên cứu hệ thực nghiệm biến tần và động cơ điện xoay chiều là một lĩnh vực quan trọng trong ngành điện công nghiệp. Hệ thống này không chỉ giúp điều khiển tốc độ động cơ mà còn tối ưu hóa hiệu suất làm việc. Việc áp dụng công nghệ biến tần trong điều khiển động cơ điện xoay chiều đã trở thành xu hướng phổ biến trong các ứng dụng công nghiệp hiện đại. Đặc biệt, với sự phát triển của công nghệ điện tử công suất, việc điều chỉnh tốc độ động cơ trở nên dễ dàng và hiệu quả hơn.

1.1. Khái niệm về Biến Tần và Động Cơ Điện Xoay Chiều

Biến tần là thiết bị điện tử dùng để điều chỉnh tốc độ và mô men của động cơ điện xoay chiều. Động cơ điện xoay chiều là loại động cơ sử dụng dòng điện xoay chiều để hoạt động, thường được sử dụng trong các ứng dụng công nghiệp.

1.2. Lợi ích của Hệ Thống Biến Tần trong Công Nghiệp

Hệ thống biến tần giúp tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí vận hành và tăng tuổi thọ cho động cơ. Ngoài ra, nó còn cho phép điều chỉnh tốc độ một cách linh hoạt, đáp ứng nhanh chóng các yêu cầu sản xuất.

II. Vấn đề và Thách thức trong Nghiên Cứu Hệ Thực Nghiệm

Mặc dù hệ thống biến tần và động cơ điện xoay chiều mang lại nhiều lợi ích, nhưng vẫn tồn tại một số thách thức trong việc triển khai và ứng dụng. Các vấn đề như độ ổn định của hệ thống, chi phí đầu tư ban đầu và yêu cầu về kỹ thuật là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Độ Ổn Định của Hệ Thống Biến Tần

Độ ổn định của hệ thống biến tần phụ thuộc vào nhiều yếu tố như chất lượng thiết bị, cách lắp đặt và điều kiện môi trường. Việc đảm bảo độ ổn định là rất quan trọng để tránh sự cố trong quá trình vận hành.

2.2. Chi Phí Đầu Tư và Bảo Trì

Chi phí đầu tư cho hệ thống biến tần có thể cao, đặc biệt là trong giai đoạn đầu. Ngoài ra, việc bảo trì định kỳ cũng cần được thực hiện để đảm bảo hiệu suất hoạt động của hệ thống.

III. Phương Pháp Nghiên Cứu và Giải Pháp Chính

Để giải quyết các vấn đề liên quan đến hệ thống biến tần và động cơ điện xoay chiều, cần áp dụng các phương pháp nghiên cứu khoa học và công nghệ hiện đại. Việc sử dụng mô phỏng và thực nghiệm là rất cần thiết để đánh giá hiệu quả của các giải pháp.

3.1. Mô Phỏng Hệ Thống Biến Tần

Mô phỏng hệ thống biến tần giúp đánh giá hiệu suất và khả năng điều khiển của hệ thống trước khi triển khai thực tế. Công cụ mô phỏng hiện đại cho phép phân tích các thông số kỹ thuật một cách chi tiết.

3.2. Thực Nghiệm và Đánh Giá Kết Quả

Thực nghiệm là bước quan trọng để kiểm tra tính khả thi của các giải pháp đã đề xuất. Kết quả thực nghiệm sẽ cung cấp thông tin quý giá để điều chỉnh và tối ưu hóa hệ thống.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn của Hệ Thực Nghiệm Biến Tần

Hệ thống biến tần và động cơ điện xoay chiều đã được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như sản xuất công nghiệp, tự động hóa và giao thông vận tải. Những ứng dụng này không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn giảm thiểu tác động đến môi trường.

4.1. Ứng Dụng trong Ngành Sản Xuất

Trong ngành sản xuất, hệ thống biến tần giúp điều khiển chính xác tốc độ của máy móc, từ đó nâng cao năng suất và chất lượng sản phẩm.

4.2. Ứng Dụng trong Tự Động Hóa

Hệ thống biến tần đóng vai trò quan trọng trong tự động hóa quy trình sản xuất, giúp giảm thiểu sự can thiệp của con người và tăng tính chính xác.

V. Kết Luận và Tương Lai của Nghiên Cứu

Nghiên cứu hệ thực nghiệm biến tần và động cơ điện xoay chiều là một lĩnh vực đầy tiềm năng. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, tương lai của hệ thống này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều cải tiến và ứng dụng mới trong công nghiệp.

5.1. Xu Hướng Phát Triển Công Nghệ

Công nghệ biến tần sẽ tiếp tục phát triển với các tính năng thông minh hơn, giúp tối ưu hóa hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.

5.2. Tầm Quan Trọng của Đào Tạo và Nghiên Cứu

Đào tạo nguồn nhân lực có kỹ năng về hệ thống biến tần là rất cần thiết để đáp ứng nhu cầu ngày càng cao trong ngành công nghiệp.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghiệp hiện đại, hệ truyền động sử dụng động cơ điện xoay chiều ngày càng phổ biến nhờ ưu điểm về hiệu suất và độ bền. Tại Việt Nam, đặc biệt ở các tỉnh như Yên Bái và vùng Tây Bắc, nhu cầu đào tạo nguồn nhân lực kỹ thuật có tay nghề cao trong lĩnh vực điện công nghiệp là rất cấp thiết. Trường Cao đẳng nghề Yên Bái, với vai trò là cơ sở đào tạo nghề công lập duy nhất của tỉnh, đã tập trung phát triển ngành nghề điện công nghiệp nhằm đáp ứng nhu cầu lao động kỹ thuật trong các khu công nghiệp và nhà máy hiện đại. Tuy nhiên, phần thực hành về điều khiển hệ truyền động biến tần – động cơ xoay chiều ba pha còn hạn chế, ảnh hưởng đến chất lượng đào tạo và khả năng đáp ứng yêu cầu thực tế sản xuất.

Luận văn tập trung nghiên cứu xây dựng hệ thực nghiệm biến tần – động cơ điện xoay chiều ba pha phục vụ công tác đào tạo nghề điện công nghiệp tại Trường Cao đẳng nghề Yên Bái. Mục tiêu chính là phát triển các modul thực hành điều khiển biến tần – động cơ xoay chiều dựa trên thiết bị hiện có tại Trung tâm thí nghiệm Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, từ đó nâng cao chất lượng đào tạo, giúp sinh viên có kỹ năng thực hành thành thạo, đáp ứng yêu cầu sản xuất công nghiệp hiện đại. Nghiên cứu được thực hiện trong phạm vi hệ truyền động biến tần – động cơ không đồng bộ ba pha, với thời gian khảo sát và xây dựng hệ thực nghiệm từ năm 2013 đến 2014.

Việc xây dựng hệ thực nghiệm không chỉ góp phần nâng cao chất lượng đào tạo nghề điện công nghiệp mà còn hỗ trợ đội ngũ giáo viên thực hành nâng cao kiến thức và kỹ năng chuyên môn, từ đó đáp ứng tốt hơn yêu cầu phát triển kinh tế - xã hội của tỉnh Yên Bái và các tỉnh lân cận.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình điều khiển hệ truyền động biến tần – động cơ không đồng bộ ba pha, bao gồm:

• Lý thuyết điều khiển vô hướng (Scalar Frequency Control - SFC): Phương pháp điều khiển giữ từ thông stator không đổi bằng cách điều chỉnh tần số và điện áp đầu vào, đơn giản nhưng hạn chế về độ chính xác và khả năng đáp ứng mômen.

• Lý thuyết điều khiển định hướng theo từ trường (Field Oriented Control - FOC): Phương pháp điều khiển vectơ cho phép tách riêng dòng điện tạo từ thông và dòng điện tạo mômen, giúp điều khiển chính xác mômen và tốc độ động cơ, nâng cao chất lượng điều khiển.

• Lý thuyết điều khiển trực tiếp mômen (Direct Torque Control - DTC): Phương pháp điều khiển trực tiếp mômen điện từ dựa trên sai lệch từ thông và mômen, ưu điểm là đáp ứng nhanh và ít phụ thuộc thông số động cơ.

Các khái niệm chính được sử dụng gồm: động cơ không đồng bộ ba pha rô to lồng sóc, biến tần (bộ biến đổi tần số), điều khiển vòng kín, mô hình toán học động cơ, phép biến đổi tọa độ (3 pha sang 2 pha dq), và thuật toán điều khiển PID.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp kết hợp giữa mô phỏng và thực nghiệm:

• Nguồn dữ liệu: Thu thập từ thiết bị thực nghiệm tại Trung tâm thí nghiệm Trường Đại học Kỹ thuật Công nghiệp Thái Nguyên, bao gồm biến tần Siemens 6SE6440, động cơ không đồng bộ ba pha Siemens 1LA106-4AA10, cảm biến tốc độ encoder 1XP8001-1.

• Phương pháp phân tích: Xây dựng mô hình mô phỏng hệ truyền động biến tần – động cơ xoay chiều ba pha trên phần mềm Matlab – Simulink, tích hợp thuật toán điều khiển vectơ và PID để đánh giá chất lượng điều khiển về mặt động học và tĩnh học. Tiếp đó, tiến hành thực nghiệm trên hệ thống thực tế để kiểm chứng và đánh giá kết quả mô phỏng.

• Cỡ mẫu và timeline: Hệ thống thực nghiệm được xây dựng và vận hành trong khoảng thời gian từ tháng 8/2013 đến cuối năm 2014. Cỡ mẫu là một hệ thống biến tần – động cơ xoay chiều ba pha với các phép đo tốc độ, dòng điện và mômen được thu thập liên tục trong các bài thí nghiệm.

Phương pháp nghiên cứu đảm bảo tính toàn diện, kết hợp lý thuyết, mô phỏng và thực tế, nhằm xây dựng hệ thực nghiệm phục vụ đào tạo nghề điện công nghiệp hiệu quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả điều khiển tốc độ bằng biến tần: Kết quả mô phỏng và thực nghiệm cho thấy hệ truyền động biến tần – động cơ không đồng bộ ba pha có khả năng điều chỉnh tốc độ vô cấp trong phạm vi rộng, từ 15 Hz đến 50 Hz, với độ ổn định tốc độ đạt trên 98%. Ví dụ, tại tần số 15 Hz, tốc độ động cơ đạt khoảng 450 vòng/phút, và tại 50 Hz đạt 1500 vòng/phút, phù hợp với yêu cầu vận hành đa dạng trong công nghiệp.

2. Chất lượng điều khiển vectơ (FOC): Phương pháp điều khiển vectơ giúp tách biệt dòng điện tạo từ thông và dòng tạo mômen, nâng cao độ chính xác điều khiển mômen lên đến 95%, giảm thiểu dao động mômen và tăng hiệu suất động cơ. So với điều khiển vô hướng, FOC cải thiện độ ổn định tốc độ khoảng 15%.

3. Đánh giá mô phỏng và thực nghiệm: Mô hình mô phỏng trên Matlab – Simulink phản ánh chính xác đặc tính động và tĩnh của hệ truyền động, với sai số tốc độ dưới 2% so với thực nghiệm. Thí nghiệm thực tế tại phòng thí nghiệm Đại học Kỹ thuật Công nghiệp cho thấy hệ thống hoạt động ổn định, đáp ứng nhanh với các thay đổi tín hiệu đặt tốc độ.

4. Ứng dụng trong đào tạo: Hệ thực nghiệm xây dựng đã được triển khai thành các modul thực hành, giúp sinh viên nâng cao kỹ năng vận hành, điều khiển biến tần và động cơ xoay chiều, góp phần nâng cao chất lượng đào tạo nghề điện công nghiệp tại Trường Cao đẳng nghề Yên Bái.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính của hiệu quả điều khiển cao là do việc áp dụng phương pháp điều khiển vectơ (FOC) cho phép điều chỉnh chính xác các thành phần dòng điện, từ đó kiểm soát mômen và tốc độ động cơ hiệu quả hơn so với phương pháp điều khiển vô hướng truyền thống. Kết quả này phù hợp với các nghiên cứu trong ngành tự động hóa và truyền động điện, khẳng định tính ưu việt của FOC trong các hệ truyền động công nghiệp.

Việc mô phỏng trên Matlab – Simulink cung cấp công cụ đánh giá nhanh và chính xác, giúp tối ưu hóa thuật toán điều khiển trước khi triển khai thực nghiệm, tiết kiệm chi phí và thời gian. Tuy nhiên, thực nghiệm thực tế vẫn cần thiết để đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố nhiễu, biến đổi tải và đặc tính thiết bị thực tế.

Hệ thực nghiệm không chỉ nâng cao kỹ năng thực hành cho sinh viên mà còn hỗ trợ đội ngũ giáo viên nâng cao trình độ chuyên môn, từ đó cải thiện chất lượng đào tạo nghề điện công nghiệp, đáp ứng nhu cầu phát triển công nghiệp của tỉnh Yên Bái và vùng Tây Bắc.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai rộng rãi hệ thực nghiệm biến tần – động cơ xoay chiều: Các cơ sở đào tạo nghề điện công nghiệp nên đầu tư xây dựng hệ thực nghiệm tương tự nhằm nâng cao kỹ năng thực hành cho học viên, đảm bảo tỷ lệ sinh viên đạt chuẩn tay nghề trên 90% trong vòng 2 năm tới.

2. Đào tạo, bồi dưỡng đội ngũ giáo viên: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về điều khiển biến tần và động cơ xoay chiều cho giáo viên, nâng cao trình độ chuyên môn và kỹ năng giảng dạy, với mục tiêu 80% giáo viên đạt trình độ thạc sĩ hoặc tương đương trong 3 năm.

3. Cập nhật chương trình đào tạo: Tích hợp các modul thực hành điều khiển biến tần – động cơ xoay chiều vào chương trình đào tạo nghề điện công nghiệp, tăng thời lượng thực hành lên ít nhất 60% tổng thời gian học, nhằm nâng cao khả năng ứng dụng thực tế của sinh viên.

4. Phát triển phần mềm mô phỏng hỗ trợ đào tạo: Xây dựng và ứng dụng phần mềm mô phỏng điều khiển biến tần – động cơ xoay chiều để sinh viên có thể thực hành và nghiên cứu tại nhà hoặc phòng máy tính, giúp tăng cường hiệu quả học tập và giảm chi phí thiết bị.

5. Hợp tác với doanh nghiệp: Thiết lập mối quan hệ hợp tác với các doanh nghiệp sử dụng hệ truyền động biến tần – động cơ xoay chiều để tổ chức thực tập, nâng cao kỹ năng thực tế cho sinh viên và cập nhật công nghệ mới nhất.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Giáo viên và cán bộ đào tạo nghề điện công nghiệp: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu và hệ thống thực nghiệm mẫu giúp nâng cao chất lượng giảng dạy và thực hành.

2. Sinh viên ngành tự động hóa và điện công nghiệp: Tài liệu hỗ trợ sinh viên hiểu rõ lý thuyết và thực hành điều khiển biến tần – động cơ xoay chiều, chuẩn bị tốt cho công việc kỹ thuật sau khi ra trường.

3. Kỹ sư và kỹ thuật viên trong ngành công nghiệp điện: Tham khảo để nâng cao kiến thức về điều khiển hệ truyền động biến tần – động cơ không đồng bộ, áp dụng trong vận hành và bảo trì thiết bị.

4. Nhà quản lý đào tạo và phát triển nguồn nhân lực: Cơ sở để xây dựng chương trình đào tạo nghề phù hợp với yêu cầu thực tế sản xuất và xu hướng công nghệ hiện đại.

Câu hỏi thường gặp

1. Hệ truyền động biến tần – động cơ xoay chiều có ưu điểm gì so với động cơ một chiều?
   Hệ truyền động biến tần – động cơ xoay chiều có cấu trúc đơn giản, chi phí vận hành thấp, khả năng điều chỉnh tốc độ vô cấp và phạm vi rộng, đồng thời dễ bảo trì hơn so với động cơ một chiều.

2. Phương pháp điều khiển vectơ (FOC) hoạt động như thế nào?
   FOC tách dòng điện stator thành hai thành phần: một tạo từ thông và một tạo mômen, cho phép điều khiển chính xác mômen và tốc độ động cơ, nâng cao hiệu suất và độ ổn định.

3. Tại sao cần xây dựng hệ thực nghiệm biến tần – động cơ xoay chiều trong đào tạo?
   Hệ thực nghiệm giúp sinh viên thực hành trực tiếp, nâng cao kỹ năng vận hành và sửa chữa, từ đó đáp ứng yêu cầu thực tế sản xuất và nâng cao chất lượng đào tạo nghề.

4. Mô hình mô phỏng Matlab – Simulink có vai trò gì trong nghiên cứu?
   Mô hình mô phỏng giúp đánh giá và tối ưu thuật toán điều khiển trước khi triển khai thực nghiệm, tiết kiệm chi phí và thời gian, đồng thời hỗ trợ giảng dạy và nghiên cứu.

5. Làm thế nào để nâng cao chất lượng đào tạo nghề điện công nghiệp tại các trường cao đẳng?
   Cần đầu tư hệ thực nghiệm hiện đại, cập nhật chương trình đào tạo, bồi dưỡng đội ngũ giáo viên, ứng dụng phần mềm mô phỏng và tăng cường hợp tác với doanh nghiệp để nâng cao kỹ năng thực tế cho sinh viên.

Kết luận

• Hệ truyền động biến tần – động cơ không đồng bộ ba pha được nghiên cứu và xây dựng thành công hệ thực nghiệm phục vụ đào tạo nghề điện công nghiệp tại Trường Cao đẳng nghề Yên Bái.
• Phương pháp điều khiển vectơ (FOC) giúp nâng cao chất lượng điều khiển mômen và tốc độ, đáp ứng yêu cầu sản xuất công nghiệp hiện đại.
• Mô hình mô phỏng Matlab – Simulink phản ánh chính xác đặc tính hệ thống, hỗ trợ hiệu quả cho việc thiết kế và giảng dạy.
• Hệ thực nghiệm góp phần nâng cao kỹ năng thực hành cho sinh viên và trình độ chuyên môn cho giáo viên, cải thiện chất lượng đào tạo nghề.
• Đề xuất triển khai rộng rãi hệ thực nghiệm, cập nhật chương trình đào tạo và bồi dưỡng đội ngũ giáo viên nhằm đáp ứng nhu cầu phát triển nguồn nhân lực kỹ thuật trong lĩnh vực điện công nghiệp.

Các cơ sở đào tạo nghề nên áp dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng hệ thực nghiệm tương tự, đồng thời tổ chức các khóa đào tạo nâng cao cho giáo viên và sinh viên nhằm nâng cao chất lượng đào tạo và đáp ứng yêu cầu thực tế sản xuất.

Trích đoạn nội dung tài liệu

mở đầu 2 2 Cấu trúc chung của hệ truyền động điện 2 Cơ học truyền động điện. 8 6 2 3 Các đặc tính và trạng thái làm việc 20 10 9 1 của động cơ điện. 4 Điều khiển tốc độ truyền động 20 10 9 1 điện. 5 Ổn định tốc độ của hệ thống 10 7 2 1 truyền động điện.

6 Đặc tính động của hệ truyền động 10 5 5 7 Chọn công suất động cơ cho hệ 10 4 5 1 truyền động điện. 8 Bộ khởi động mềm. 10 2 7 1 9 Bộ biến tần. 20 3 16 1 10 Bộ điều khiển máy điện servo.

20 5 14 1 11 Bộ điều khiển tốc độ động cơ DC. 20 5 14 1 Cộng: 150 60 82 8 Bài 8 : Bộ biến tần (Thời gian: 20 giờ) Mục tiêu : - Giải thích đƣợc nguyên lý điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phƣơng pháp thay đổi tần số. - Nhận biết đƣợc cổng vào, cổng ra ở bộ biến tần. - Kết nối mạch động lực cho bộ biến tần.

- Khởi động và thực hiện dừng mềm, đảo chiều quay cho động cơ. Giới thiệu các loại biến tần. Các phím chức năng. Các cổng vào/ra và cách kết nối.

Khảo sát hoạt động của biến tần. Ứng dụng thông dụng trong công nghiệp. Để thực hiện đƣợc các modul đào tạo nhà trƣờng đã đầu tƣ cơ sở vật chất, các bộ thực hành phục vụ cho công tác giảng dạy. Ngoài ra nhà trƣờng còn chú trọng công tác đào tạo bồi dƣỡng, nâng cao chất lƣợng đội ngũ giáo viên và cán bộ quản lý.

- Đến thời điểm tháng 8/2013 nhà trƣờng có tổng số : 160 cán bộ, giáo viên, công nhân viên, đang sinh hoạt tại 14 phòng, khoa, trung tâm. Trong đó: Trình độ hiện có: Thạc sỹ 14 ngƣời; Đại học 119 ngƣời; Năm học 2012 - 2013, có 60 lƣợt cán bộ, giáo viên đƣợc tham gia các khoá đào tạo, bồi dƣỡng. Trong đó: - Đào tạo thạc sỹ : 25 ngƣời - Đào tạo đại học: 8 ngƣời - Bồi dƣỡng kiến thức mới, NVSP: 30 ngƣời - Bồi dƣỡng kỹ năng nghề: 65 ngƣời; - Bồi dƣỡng khác: 10 ngƣời. Trong năm học vừa qua công tác đào tạo, bồi dƣỡng luôn đƣợc lãnh đạo nhà trƣờng đề cao và hết sức quan tâm.

Nhằm xây dựng đội ngũ cán bộ, giáo viên, nhân viên nhà trƣờng thành thạo về chuyên môn, nghiệp vụ, có trình độ quản lý tốt, đáp ứng yêu cầu của việc kiện toàn và nâng cao hiệu quả của bộ máy nhà trƣờng, đồng thời, đạt các tiêu chuẩn chức danh theo quy định đối với từng ngạch công chức. Nội dung đào tạo bồi dƣỡng: Kiến thức chuyên môn, lý luận chính trị, quản lý hành chính nhà nƣớc, quản lý kinh tế, bồi dƣỡng ngoại ngữ, tin học, kỹ năng nghề.4 Sự cần thiết phải xây dựng hệ thực nghiệm BBT - ĐCXC Với mục tiêu là đào tạo cán bộ kỹ thuật có trình độ Cao đẳng nghề làm việc chủ yếu ở các cơ sở sản xuất công nghiệp. Tại các cơ sở này, hiện nay chủ yếu sử dụng các hệ truyền động điện xoay chiều. Vì vây ngay trong nhà trƣờng đòi hỏi sinh viên phải có kiến thức, đặc biệt là phải có tay nghề cao trong việc khai thác, sử dụng, sửa chữa các hệ truyền động Biến tần - Động cơ xoay chiều.

Muốn đạt đƣợc mục tiêu trên, ngoài dạy kiến thức về mặt lý thuyết sinh viên, cần phải cho sinh viên thực hành nhiều về hệ thống này. Trong thực tế đào tạo trong mấy năm qua, phần thực hành về tự động khống chế, về sửa chữa máy điện và PLC,. đã đƣợc quan tâm đúng mức, tuy nhiên phần thực hành về điều khiển động cơ điện, còn thiếu bài thực hành về điều hệ biến tần - động cơ xoay chiều. Chính vì vậy, việc xây dựng bài thực hành về điều khiển hệ truyền động BBT – ĐCXC là cần thiết để đào tạo tay nghề cho sinh viên và trang bị thêm kiến thức cho đội ngũ giáo viên thực hành của trƣờng.

Kết luận chƣơng 1 Khi tiến hành bài thí nghiệm về điều khiển biến tần động cơ KĐBXC 3 pha thông qua thiết bị điều khiển lƣu lƣợng bằng tần số tại Trung tâm thí nghiệm của trƣờng Đại học Kỹ thuật Công nghiệp, tác giả đã nắm đƣợc cấu trúc của bài thí nghiệm, tổ chức tiến hành thí nghiệm, lấy kết quả thí nghiệm và đánh giá so sánh với lý thuyết và mô phỏng. Nội dung luận văn này nhằm bổ sung thêm một bài thực hành cho sinh viên trong quá trình đào tạo nghề ở trƣờng Cao đẳng nghề Yên Bái, để sinh viên ra trƣờng đáp ứng ngay đƣợc yêu cầu của thực tế sản xuất khi học tập, giúp cho sinh viên có kỹ năng tay nghề thành tạo khi tốt nghiệp ra trƣờng, đáp ứng đƣợc yêu cầu thực tiễn. Đồng thời, hệ thực nghiệm cũng giúp trang bị thêm kiến thức cho đội ngũ giáo viên thực hành của trƣờng. 18 CHƢƠNG 2 NGHIÊN CỨU ĐIỀU KHIỂN HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA 2.1 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha Điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ ba pha (ASM) có thể thực hiện bằng nhiều phƣơng pháp khác nhau : - Điều chỉnh điện áp đặt vào dây cuốn stato; - Điều chỉnh số đôi cực từ; - Điều chỉnh điện trở phụ mạch rotor đối với loại động cơ rotor dây cuốn; - Điều chỉnh tần số f của nguồn cung cấp cho động cơ.

Trong thực tế việc điều chỉnh tần số nguồn cung cấp đƣợc thực hiện bởi bộ biến đổi tần số. Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ truyền động Biến tần - động cơ không đồng bộ 3 pha (BĐTS – ĐCKĐB) trên hình H 2.1 Sơ đồ tổng quát hệ thống truyền động BĐTS – ĐCKĐB 19 Trong các phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha thi phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số nguồn cung cấp là phƣơng pháp điều chỉnh triệt để nhất, cho phép thay đổi cả tốc độ đồng bộ và điều chỉnh đƣợc tốc độ động cơ trong vùng trên tốc độ định mức. Đây là phƣơng pháp cho phép đạt đƣợc các chỉ tiêu điều chỉnh tốc độ cao (điều chỉnh vô cấp, phạm vi điều chỉnh rộng, độ sai lệch nhỏ .1 chức năng của các khối nhƣ sau : - RI : Khối điều khiển dòng điện có chức năng nhận tín hiệu đặt và tín hiệu phản hồi dòng điện (mô men) và đƣa ra tín hiệu điều khiển theo yêu cầu bằng những luật điều khiển phù hợp. - R : Khối điều khiển tốc độ có chức năng nhận tín hiệu đặt và tín hiệu phản hồi tốc độ và đƣa ra tín hiệu điều khiển theo yêu cầu bằng những luật điều khiển phù hợp.

- R : Khối điều khiển vị trí có chức năng nhận tín hiệu đặt và tín hiệu phản hồi vị trí và đƣa ra tín hiệu điều khiển theo yêu cầu bằng những luật điều khiển phù hợp. - PWM : Khối biến tần có nhiệm vụ tạo ra nguồn điện có tần số mong muốn cung cấp cho động cơ chấp hành. Khối này hiện nay thƣờng sử dụng các phần tử bán dẫn công suất làm việc ở chế độ chuyển mạch (bộ biến tần máy điện quay ít sử dung). - Khối chỉnh lƣu: thực hiện chức năng chỉnh lƣu dòng điện xoay chiều 3 pha thành dòng điện một chiều để cung cấp cho khối biến tần PWM.

Tùy theo loại biến tần mà có thể có hoặc không có khối này, với biến tần trực tiếp thì sẽ không có khối này. - Khối động cơ chấp hành: Khối này có thể là động cơ xoay chiều đồng bộ hoặc không đồng bộ. - βI : Khối phản hồi dòng điện thực hiện chức năng phản hồi mômen (dòng điện) của động cơ và đƣa tín hiệu phản hồi về bộ điều khiển dòng điện. 20 - α : Khối phản hồi tốc độ động cơ điện và đƣa tín hiệu phản hồi về bộ điều khiển tốc độ.

- θ : Khối phản hồi vị trí thực hiện chức năng nhận tín hiệu là vị trí (t) và đƣa về khối điều khiển vị trí. - Máy công tác: Là các máy sản xuất hoặc các cơ cấu chấp hành cụ thể. Để tạo ra các bộ biến tần có tần số thay đổi đƣợc ngƣời ta có thể dùng các bộ biến tần với máy điện quay hoặc dùng bộ biến tần bán dẫn. So với các bộ biến tần bán dẫn, bộ biến tần máy điện quay có nhiều nhƣợc điểm và ngày càng ít dùng.

Động cơ không đồng bộ là loại máy điện đƣợc sử dụng phổ biến trong kỹ thuật truyền động điện do đó có ƣu điểm là: đơn giản về kết cấu, gọn nhẹ dễ chế tạo, dễ sử dụng, đặc biệt động cơ rotor lồng sóc có kết cấu đơn giản, ở phần quay không có yêu cầu về cách điện và có thể làm việc ở cả môi trƣờng có hoạt tính cao hoặc trong nƣớc. Trƣớc đây việc điều khiển tốc độ động cơ xoay chiều không đồng bộ gặp khó khăn khi điều khiển ở vùng tốc độ thấp. Ngày nay động cơ không đồng bộ đƣợc điều chỉnh bằng các bộ biến tần bán dẫn đã và đang đƣợc hoàn thiện và có khả năng cạnh tranh lớn với điều khiển một chiều, nhất là ở vùng công suất truyền động lớn hoặc tốc độ thấp. Ƣu điểm nổi bật của phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha rô to lồng sóc bằng phƣơng pháp sử dụng bộ biến tần là : - Điều chỉnh vô cấp.

- Cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều. - Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tấn có kết cấu đơn giản, làm việc đƣợc trong nhiều môi trƣờng khác nhau. - Khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ dễ dàng, có khả năng đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau. 21 + Các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc (máy dệt, băng tải, băng chuyền,…) + Các thiết bị yêu cầu tốc độ làm việc cao (máy ly tâm, máy mài,…) + Các thiết bị yêu cầu chỉ tiêu điều chỉnh tốc độ cao ( các máy cắt gọt kim loại, máy gia công chính xác.) Hiện nay trên thế giới đang đƣợc lƣu hành rất nhiều loại biến tần của các hãng khác nhau.

Trong đó biến tần của hãng SIEMENS (Đức) là một trong những sản phẩm hàng đầu. Nó có nhiều đặc điểm ƣu việt về tính năng kỹ thuật cũng nhƣ chất lƣợng sản phẩm.2 Điều khiển hệ BĐTS – ĐCKĐB Đối với hệ BĐTS – ĐCKĐB động cơ điện không đồng bộ là đối tƣợng cần đƣợc điều khiển( tốc độ và mô men của động cơ) để đáp ứng các yêu cầu của phụ tải.