Đồ án HCMUTE: Nghiên cứu thiết kế và thi công module thí nghiệm biến tần

Đồ án nghiên cứu hcmute nghiên cứu thiết kế và thi công các module thí nghiệm biến tần, thiết kế chi tiết, tính toán kỹ thuật theo tiêu chuẩn, đánh giá tính khả thi dự án.

• Tác giả: Phạm Ngọc Tuấn
• Người hướng dẫn: ThS. Trần Thanh Lam
• Trường học: Trường Đại Học Sư Phạm Kỹ Thuật TP. Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Công Nghệ Chế Tạo Máy
• Đề tài: Nghiên Cứu, Thiết Kế Và Thi Công Các Module Thí Nghiệm Biến Tần
• Loại tài liệu: Đồ án tốt nghiệp
• Năm xuất bản: 2016
• Địa điểm: Tp. Hồ Chí Minh

Mục lục chi tiết

• LỜI NÓI ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN
• 1.1. Biến tần là gì?
• 1.2. Phân loại biến tần
• 1.3. Tầm quan trọng của biến tần trong công nghiệp
• 1.4. Cấu trúc cơ bản của một bộ biến tần
• 2. CHƯƠNG II: CÁC LOẠI BIẾN TẦN DELTA VFD M, SIEMENS MM420 VÀ SIEMENS V20
• 2.1. I- BIẾN TẦN DELTA VFD M
• 2.1.1. 1- Giới thiệu tính năng và một số ứng dụng của biến tần Delta VFD M
• 2.1.2. 2- Bảng tóm tắt thông số cài đặt (SERIES VFD -M)
• 2.1.3. 3- Một số lỗi thường gặp & cách khắc phục biến tần VFD - M
• 2.1.4. 4- Hướng dẫn cài đặt - Đấu nối biến tần Delta
• 2.2. II- BIẾN TẦN SIEMENS MICROMASTER 420
• 2.2.1. 1-Giới thiệu biến tần MM420
• 2.2.2. 2- Các thông số kỹ thuật
• 2.2.3. 3- Cấu tạo biến tần MM420
• 2.2.4. 4- Cài đặt thông số cho biến tần MM420 - Cài đặt lại các thông số mặc định
• 2.2.5. 6- Các chế độ hiển thị và cảnh báo
• 2.3. III- BIẾN TẦN SIEMENS SINAMICS V20
• 2.3.1. Tổng quát sơ đồ nối điện sinamics v20
• 2.3.2. Cài đặt thông số. Mã lỗi và mã cảnh báo
• 3. CHƯƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CÁC MODULE THÍ NGHIỆM BIẾN TẦN
• 3.1. 1- Một số module biến tần ngoài thực tế
• 3.2. 2- Bản thiết kế module
• 3.3. 3- Vật liệu dùng để lắp các thiết bị và dự trù vật tư
• 3.4. 4- Thi công module biến tần
• 4. CHƯƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• 4.1. Hướng phát triển
• PHỤ LỤC: HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM TRÊN CÁC MODULE BIẾN TẦN
• A. Phần A: Hướng dẫn thí nghiệm biến tần Delta VFD-M
• B. Phần B: Hướng dẫn thí nghiệm biến tần Siemens MM420
• C. Phần C: Hướng dẫn thí nghiệm biến tần Siemens V20
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về biến tần

Biến tần là thiết bị quan trọng trong hệ thống điều khiển động cơ, có khả năng biến đổi dòng điện xoay chiều từ tần số này sang tần số khác. Biến tần không chỉ điều chỉnh tần số mà còn có thể thay đổi điện áp ra, giúp điều khiển tốc độ động cơ một cách chính xác. Việc phân loại biến tần thành hai loại chính: biến tần trực tiếp và biến tần gián tiếp, cho thấy sự đa dạng trong ứng dụng của chúng. Biến tần gián tiếp thường được sử dụng hơn do tính linh hoạt và khả năng điều chỉnh tốt hơn. Tầm quan trọng của biến tần trong công nghiệp không thể phủ nhận, khi chúng chiếm một phần lớn trong các hệ thống điều khiển tốc độ động cơ, từ máy ép nhựa đến hệ thống tự động pha trộn nguyên liệu. Việc điều chỉnh tốc độ động cơ không chỉ giúp nâng cao hiệu suất mà còn tiết kiệm năng lượng, giảm thiểu chi phí sản xuất.

1.1. Phân loại biến tần

Biến tần được chia thành hai loại chính: biến tần trực tiếp và biến tần gián tiếp. Biến tần trực tiếp hoạt động mà không cần qua khâu trung gian, trong khi biến tần gián tiếp sử dụng một khâu chỉnh lưu để biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều trước khi chuyển đổi lại thành điện áp xoay chiều. Điều này cho phép biến tần gián tiếp có khả năng điều chỉnh tần số và điện áp ra một cách linh hoạt hơn. Các ứng dụng của biến tần rất đa dạng, từ điều khiển tốc độ động cơ trong các dây chuyền sản xuất đến việc điều chỉnh áp suất trong các hệ thống bơm. Sự phát triển của công nghệ biến tần đã mở ra nhiều cơ hội mới cho các ngành công nghiệp, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và tiết kiệm năng lượng.

II. Thiết kế và thi công module thí nghiệm biến tần

Việc thiết kế và thi công module thí nghiệm biến tần là một phần quan trọng trong quá trình học tập và nghiên cứu tại HCMUTE. Các module thí nghiệm này không chỉ giúp sinh viên hiểu rõ hơn về lý thuyết mà còn cung cấp trải nghiệm thực tế trong việc vận hành và điều chỉnh biến tần. Quá trình thiết kế bao gồm việc lựa chọn các linh kiện phù hợp, xây dựng sơ đồ mạch và lập trình điều khiển. Các sản phẩm dự kiến bao gồm ba bộ module thí nghiệm biến tần, mỗi bộ được thiết kế để thực hiện các bài tập ứng dụng khác nhau. Việc thi công các module thí nghiệm này không chỉ giúp sinh viên nắm vững kiến thức mà còn phát triển kỹ năng thực hành, từ đó nâng cao khả năng làm việc trong môi trường công nghiệp.

2.1. Quy trình thiết kế module

Quy trình thiết kế module thí nghiệm biến tần bao gồm nhiều bước quan trọng. Đầu tiên, cần xác định mục tiêu của module thí nghiệm, từ đó lựa chọn các linh kiện và thiết bị phù hợp. Tiếp theo, việc xây dựng sơ đồ mạch điện là rất cần thiết để đảm bảo tính chính xác và hiệu quả trong quá trình hoạt động. Sau khi hoàn thành sơ đồ, việc lập trình điều khiển cho module thí nghiệm cũng cần được thực hiện một cách cẩn thận. Cuối cùng, việc kiểm tra và hiệu chỉnh module thí nghiệm là bước không thể thiếu để đảm bảo rằng nó hoạt động đúng theo yêu cầu. Sự kết hợp giữa lý thuyết và thực hành trong thiết kế module thí nghiệm sẽ giúp sinh viên có cái nhìn tổng quan và sâu sắc hơn về công nghệ biến tần.

III. Ứng dụng thực tiễn của biến tần

Ứng dụng của biến tần trong công nghiệp ngày càng trở nên phổ biến. Chúng được sử dụng để điều chỉnh tốc độ động cơ, giúp tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu suất sản xuất. Các ứng dụng cụ thể bao gồm điều khiển quạt, bơm và các thiết bị công nghiệp khác. Việc sử dụng biến tần không chỉ giúp giảm thiểu tiếng ồn mà còn tối ưu hóa quy trình sản xuất, từ đó giảm chi phí vận hành. Nghiên cứu cho thấy rằng việc nâng cấp các hệ thống bơm và quạt từ điều khiển tốc độ không đổi lên hệ thống có thể điều chỉnh được mang lại lợi ích kinh tế lớn. Điều này cho thấy giá trị thực tiễn của biến tần trong việc cải thiện hiệu suất và tiết kiệm năng lượng.

3.1. Lợi ích kinh tế từ việc sử dụng biến tần

Việc sử dụng biến tần trong các hệ thống công nghiệp mang lại nhiều lợi ích kinh tế. Đầu tiên, việc điều chỉnh tốc độ động cơ giúp tiết kiệm năng lượng, giảm chi phí điện năng tiêu thụ. Thứ hai, biến tần giúp cải thiện hiệu suất làm việc của các thiết bị, từ đó nâng cao chất lượng sản phẩm. Cuối cùng, việc sử dụng biến tần còn giúp giảm thiểu chi phí bảo trì và sửa chữa, do các thiết bị hoạt động ổn định hơn. Tất cả những lợi ích này cho thấy rằng đầu tư vào công nghệ biến tần là một quyết định thông minh cho các doanh nghiệp trong bối cảnh cạnh tranh ngày càng gay gắt.

Trích đoạn nội dung tài liệu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT TP. HỒ CHÍ MINH KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGÀNH CÔNG NGHỆ CHẾ TẠO MÁY NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CÁC MODULE THÍ NGHIỆM BIẾN TẦN GVHD: ThS. TRẦN THANH LAM SVTH: PHẠM NGỌC TUẤN MSSV: 12143244 TRẦN VŨ MINH TOÀN MSSV: 12143222 NGUYỄN VĂN HẢI MSSV: 12143048 S KL 0 0 4 8 6 2 Tp. Hồ Chí Minh, tháng 07 năm 2016 do an GVHD: Trần Thanh Lam TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM KỸ THUẬT TP.

HCM CỘNG HOÀ XÃ HỘI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM KHOA CƠ KHÍ CHẾ TẠO MÁY Độc lập - Tự do – Hạnh phúc NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Giảng viên hƣớng dẫn : Trần Thanh Lam Sinh viên thực hiện : Phạm Ngọc Tuấn MSSV: 12143244 Trần Vũ Minh Toàn 12143222 Nguyễn Văn Hải 12143048 1. Tên đề tài : Nghiên cứu, thiết kế và thi công các modul thì nghiệm Biến tần cho phòng TN Trang bị điện 2. Các số liệu, tài liệu ban đầu : - Thƣ viện biến tần trên thị trƣờng - Internet - Khác 3. Nội dung chính của đồ án : - Tím hiểu về biến tần - Xây dựng các bài tập ứng dụng cho biến tần - Khảo sát, thiết kế và thi công module thì nghiệm biến tần 4.

Các sản phẩm dự kiến - 3 Bộ modul thì nghiệm Biến tần 5. Ngày nộp đồ án : TRƯỞNG BỘ MÔN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN (Ký, ghi rõ họ tên) (Ký, ghi rõ họ tên)  Đƣợc phép bảo vệ ………………………………………… (GVHD ký, ghi rõ họ tên) Đồ án tốt nghiệp Công Nghệ Chế Tạo Máy Trang 1 do an GVHD: Trần Thanh Lam NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN. Ký tên Đồ án tốt nghiệp Công Nghệ Chế Tạo Máy Trang 2 do an GVHD: Trần Thanh Lam NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN. Ký tên Đồ án tốt nghiệp Công Nghệ Chế Tạo Máy Trang 3 do an GVHD: Trần Thanh Lam LỜI NÓI ĐẦU Điều khiển tự động là một hệ thống đƣợc áp dụng rất nhiều trong các nhà máy sản xuất.

Với những yêu cầu về điều chỉnh tốc độ của động cơ một cách chình xác trong quá trính sản xuất. Từ những yêu cầu thực tế và lòng đam mê nghiên cứu các hệ thống điều khiển tự động nên chúng em đã chọn đề tài “Nghiên cứu, thiết kế và thi công các modul thí nghiệm Biến tần” này để làm đồ án. Trong quá trính thực hiện đề tài, chúng em đã nỗ lực hết sức, tuy nhiên sẽ không tránh khỏi những thiếu sót và những nội dung trính bày trong quyển báo cáo này là những hiểu biết và những thành quả của chúng em đạt đƣợc trong suốt quá trính nghiên cứu. Nhóm thực hiện đề tài xin chân thành cảm ơn quý thầy cô Khoa Cơ khì chế tạo máy cùng các bạn bè đã đóng góp ý kiến và giúp đỡ nhiệt tính.

Đặc biệt là thầy Trần Thanh Lam , giáo viên hƣớng dẫn thực hiện đề tài. Trong thời gian thực hiện đề tài này thầy đã tận tính hƣớng dẫn chỉ dạy nhiều kinh nghiệm quý báu để giúp đề tài đƣợc hoàn thành tốt nhất. Tp HCM, ngày … tháng … năm 2016 Sinh viên thực hiện Phạm Ngọc Tuấn Trần Vũ Minh Toàn Nguyễn Văn Hải Đồ án tốt nghiệp Công Nghệ Chế Tạo Máy Trang 4 do an GVHD: Trần Thanh Lam MỤC LỤC Trang NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP. 1 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƢỚNG DẪN.

2 NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN. 5 PHỤC LỤC: HƢỚNG DẪN THÍ NGHIỆM TRÊN CÁC MODULE BIẾN TẦN. 7 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN. Biến tần là gí?.

Phân loại biến tần. tầm quan trọng của biến tần trong công nghiệp. Cấu trúc cơ bản của một bộ biến tần. 11 CHƢƠNG II: CÁC LOẠI BIẾN TẦN DELTA VFD M, SIEMENS MM420 VÀ SIEMENS V20.

13 I- BIẾN TẦN DELTA VFD M. 13 1- Giới thiệu tình năng và một số ứng dụng của biến tần Delta VFD M. 13 2- Bảng tóm tắt thông số cài đặt (SERIES VFD -M). 14 3- Một số lỗi thƣờng gặp & cách khắc phục biến tần VFD - M.

26 4- Hƣớng dẫn cài đặt - Đấu nối biến tần Delta. 28 II- BIẾN TẦN SIEMENS MICROMASTER 420. 34 1-Giới thiệu biến tần MM420. 34 2- Các thông số kỹ thuật.

36 3- Cấu tạo biến tần MM420. 36 4- cài đặt thông số cho biến tầnMM420 .- Cài đặt lại các thông số mặt định. 52 6- Các chế độ hiển thị và cảnh báo. 52 III- BIẾN TẦN SIEMENS SINAMICS V20.

Tổng quát sơ đồ nối điện sinamics v20. Cài đặt thông số.Mã lỗi và mã cảnh báo. 77 Đồ án tốt nghiệp Công Nghệ Chế Tạo Máy Trang 5 do an GVHD: Trần Thanh Lam CHƢƠNG III: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG CÁC MODULE THÍ NGHIỆM BIẾN TẦN. 80 1- Một số module biến tần ngoài thực tế.

80 2- Bản thiết kế module. 81 3- vật liệu dùng để lắp các thiết bị và dự trù vật tƣ. 83 4- Thi công module biến tần. 84 CHƢƠNG IV: KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN.

Hƣớng phát triển. 86 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 87 Đồ án tốt nghiệp Công Nghệ Chế Tạo Máy Trang 6 do an GVHD: Trần Thanh Lam PHỤC LỤC: HƯỚNG DẪN THÍ NGHIỆM TRÊN CÁC MODULE BIẾN TẦN (tập đính kèm) Phần A: hƣớng dẫn thì nghiệm biến tần Delta VFD-M Phần B: hƣớng dẫn thì nghiệm biến tần siemens MM420 Phần B: hƣớng dẫn thì nghiệm biến tần siemens V20 Đồ án tốt nghiệp Công Nghệ Chế Tạo Máy Trang 7 do an GVHD: Trần Thanh Lam CHƯ NG 1: TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN 1. Biến tần là gì? - Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều từ tần số này sang dòng điện xoay chiều có tần số khác có thể thay đổi đƣợc.

Đối với các biến tần dùng trong việc điều chỉnh tốc độ động cơ xoay chiều thí ngoài việc thay đổi tần số thí nó còn có thể thay đổi điện áp ra khác với điện áp cấp vào biến tần. Phân loại biến tần Biến tần thƣờng đƣợc chia làm hai loại: Biến tần trực tiếp Biến tần gián tiếp 2.1/Biến tần trực tiếp Biến tần trực tiếp là bộ biến đổi tần số trực tiếp từ lƣới điện xoay chiều không thông qua khâu trung gian một chiều. Tần số ra đƣợc điều chỉnh nhảy cấp và nhỏ hơn tần số lƣới ( f 1 < flƣới ). Loại biến tần này hiện nay ìt đƣợc sử dụng.2 Biến tần gián tiếp Các bộ biến tần gián tiếp có cấu trúc nhƣ sau: Hình 4-1: Sơ đồ cấu trúc của biến tần gián tiếp Nhƣ vậy để biến đổi tần số cần thông qua một khâu trung gian một chiều ví vậy có tên gọi là biến tần gián tiếp.

Chức năng của các khối nhƣ sau: a) Chỉnh lƣu: Chức năng của khâu chỉnh lƣu là biến đổi điện áp xoay chiều thành điện áp một chiều. Chỉnh lƣu có thể là không điều chỉnh hoặc có điều chỉnh. Ngày nay đa số chỉnh lƣu là không điều chỉnh, ví điều chỉnh điện áp một chiều trong phạm vi rộng sẽ làm tăng kìch thƣớc của bộ lọc và làm giảm hiệu suất bộ biến đổi. Nói chung chức năng biến đổi điện áp và tần số đƣợc thực hiện bởi nghịch lƣu thông qua luật điều khiển.

Trong các bộ biến đổi công suất lớn, ngƣời ta thƣờng dùng chỉnh lƣu bán điều khiển với chức năng làm nhiệm vụ bảo vệ cho toàn hệ thống khi quá tải. Tùy theo tầng nghịch lƣu yêu cầu nguồn dòng hay nguồn áp mà bộ chỉnh lƣu sẽ tạo ra dòng điện hay điện áp tƣơng đối ổn định. b) Lọc: Bộ lọc có nhiệm vụ san phẳng điện áp sau chỉnh lƣu. Đồ án tốt nghiệp Công Nghệ Chế Tạo Máy Trang 8 do an GVHD: Trần Thanh Lam c) Nghịch lƣu: Chức năng của khâu nghịch lƣu là biến đổi dòng một chiều thành dòng xoay chiều có tần số có thể thay đổi đƣợc và làm việc với phụ tải độc lập Nghịch lƣu có thể là một trong ba loại sau: Nghịch lƣu nguồn áp: trong dạng này, dạng điện áp ra tải đƣợc định dạng trƣớc (thƣờng có dạng xung chữ nhật) còn dạng dòng điện phụ thuộc vào tình chất tải.

Nguồn điện áp cung cấp phải là nguồn sức điện động có nội trở nhỏ. Trong các ứng dụng điều kiển động cơ, thƣờng sử dụng nghịch lƣu nguồn áp. Nghịch lƣu nguồn dòng: Ngƣợc với dạng trên, dạng dòng điện ra tải đƣợc định hính trƣớc, còn dạng điện áp phụ thuộc vào tải. Nguồn cung cấp phải là nguồn dòng để đảm bảo giữ dòng một chiều ổn định, ví vậy nếu nguồn là sức điện động thí phải có điện cảm đầu vào đủ lớn hoặc đảm bảo điều kiện trên theo nguyên tắc điều khiển ổn định dòng điện.

Nghịch lƣu cộng hƣởng: Loại này dùng nguyên tắc cộng hƣởng khi mạch hoạt động, do đó dạng dòng điện (hoặc điện áp) thƣờng có dạng hính sin. Cả điện áp và dòng điện ra tải phụ thuộc vào tình chất tải. tầm quan trọng của biến tần trong công nghiệp Với sự phát triển nhƣ vũ bão về chủng loại và số lƣợng của các bộ biến tần, ngày càng có nhiều thiết bị điện – điện tử sử dụng các bộ biến tần, trong đó một bộ phận đáng kể sử dụng biến tần phải kể đến chình là bộ biến tần điều khiển tốc độ động cơ điện. Trong thực tế có rất nhiều hoạt động trong công nghiệp có liên quan đến tốc độ động cơ điện.

Đôi lúc có thể xem sự ổn định của tốc độ động cơ mang yếu tố sống còn của chất lƣợng sản phẩm, sự ổn định của hệ thống… Vì dụ: máy ép nhựa làm đế giầy, cán thép, hệ thống tự động pha trộn nguyên liệu, máy ly tâm định hính khi đúc… Ví thế, việc điều khiển và ổn định tốc độ động cơ đƣợc xem nhƣ vấn đề chình yếu của các hệ thống điều khiển trong công nghiệp. Điều chỉnh tốc độ động cơ là dùng các biện pháp nhân tạo để thay đổi các thông số nguồn nhƣ điện áp hay các thông số mạch nhƣ điện trở phụ, thay đổi từ thông … Từ đó tạo ra các đặc tình cơ mới để có những tốc độ làm việc mới phù hợp với yêu cầu của phụ tải cơ. Có hai phƣơng pháp để điều chỉnh tốc độ động cơ:  Biến đổi các thông số của bộ phận cơ khì tức là biến đổi tỷ số truyền chuyển tiếp từ trục động cơ đến cơ cấu máy sản xuất.  Biến đổi tốc độ góc của động cơ điện.

Phƣơng pháp này làm giảm tình phức tạp của cơ cấu và cải thiện đƣợc đặc tình điều chỉnh, đặc biệt linh hoạt khi ứng dụng các hệ thống điều Đồ án tốt nghiệp Công Nghệ Chế Tạo Máy Trang 9 do an GVHD: Trần Thanh Lam khiển bằng điện tử.