Tìm Hiểu Các Ứng Dụng Của Biến Tần IG5A Trong Công Nghiệp

Biến tần IG5A là một trong những công nghệ tiên tiến trong ngành công nghiệp tự động hóa. 64 trang · Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng · 2019.

• Tác giả: Bùi Thanh Lịch
• Người hướng dẫn: Th.S Đinh Thế Nam
• Trường học: Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng
• Chuyên ngành: Điện Tự Động Công Nghiệp
• Đề tài: Tìm Hiểu Các Ứng Dụng Của Biến Tần IG5A Trong Ngành Công Nghiệp
• Loại tài liệu: Đồ Án Tốt Nghiệp
• Năm xuất bản: 2019
• Địa điểm: Hải Phòng

Mục lục chi tiết

• LỜI MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: KHÁI QUÁT VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA VÀ CÁC PHƯƠNG ÁN ĐIỀU CHỈNH TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ
• 1.1. Mở đầu
• 1.2. Cấu tạo của stato
• 1.3. Cấu tạo của rotor
• 1.4. Nguyên lý hoạt động
• 1.5. Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ
• 1.5.1. Khởi động trực tiếp
• 1.5.2. Khởi động dùng phương pháp giảm dòng khởi động
• 1.5.3. Khởi động bằng phương pháp tần số
• 1.5.4. Khởi động gián tiếp
• 1.5.4.1. Khởi động động cơ dị bộ rô to dây quấn
• 1.5.4.2. Khởi động động cơ dị bộ rô to ngắn mạch
• 1.5.4.2.1. Phương pháp sử dụng cuộn kháng
• 1.5.4.2.2. Phương pháp dùng máy biến áp tự ngẫu
• 1.5.4.2.3. Phương pháp đổi nối sao-tam giác (Y-Δ)
• 2. CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU CHUNG VỀ BIẾN TẦN IG5A
• 2.1. Đặc điểm chung
• 2.2. Tổng quan về biến tần IG5A
• 2.3. Công suất lớn và hiệu suất được cải thiện
• 2.4. Các sản phẩm của biến tần IG5A tùy thuộc vào dải công suất động cơ
• 2.5. Các thông số kỹ thuật cơ bản
• 2.6. Kích thước bên ngoài của biến tần
• 3. CHƯƠNG 3: NHỮNG ỨNG DỤNG CỦA BIẾN TẦN LS IG5A TRONG CÔNG NGHIỆP
• 3.1. Sử dụng trong cầu trục
• 3.2. Điều khiển máy công cụ
• 3.3. Điều khiển trong chế biến thực phẩm
• 3.4. Điều khiển xử lý sức căng sức cuộn
• 3.5. Sử dụng trong vit tải
• 3.6. Cải thiện khả năng điều khiển của các hộp số
• 3.7. Dùng cho hệ thống bơm nước đây là giải pháp ứng dụng phổ biến nhất của biến tần
• 3.7.1. Biến tần cho bơm cấp 1 (Không điều khiển lưu lượng)
• 3.7.2. Biến tần cho bơm cấp 2 (Điều khiển lưu lượng)
• 3.7.3. Cấp nước cho nhà cao tầng
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về ứng dụng biến tần IG5A trong công nghiệp

Biến tần IG5A là một trong những công nghệ tiên tiến trong ngành công nghiệp tự động hóa. Nó giúp điều khiển động cơ một cách hiệu quả, tiết kiệm năng lượng và nâng cao hiệu suất sản xuất. Việc áp dụng biến tần IG5A không chỉ giúp giảm chi phí vận hành mà còn cải thiện chất lượng sản phẩm. Nghiên cứu cho thấy rằng việc sử dụng biến tần IG5A có thể giảm tiêu thụ năng lượng lên đến 30% trong một số ứng dụng.

1.1. Đặc điểm nổi bật của biến tần IG5A

Biến tần IG5A có nhiều đặc điểm nổi bật như khả năng điều khiển tốc độ chính xác, khả năng hoạt động ổn định trong môi trường khắc nghiệt và tính năng bảo vệ động cơ. Những đặc điểm này giúp biến tần IG5A trở thành lựa chọn hàng đầu cho các ứng dụng công nghiệp.

1.2. Lợi ích của việc sử dụng biến tần IG5A

Việc sử dụng biến tần IG5A mang lại nhiều lợi ích như tiết kiệm năng lượng, giảm thiểu tiếng ồn và kéo dài tuổi thọ của động cơ. Ngoài ra, nó còn giúp cải thiện hiệu suất sản xuất và giảm thiểu chi phí bảo trì.

II. Thách thức trong việc áp dụng biến tần IG5A

Mặc dù biến tần IG5A mang lại nhiều lợi ích, nhưng việc áp dụng nó cũng gặp phải một số thách thức. Các vấn đề như chi phí đầu tư ban đầu cao, yêu cầu kỹ thuật phức tạp và sự cần thiết phải đào tạo nhân viên là những yếu tố cần được xem xét. Đặc biệt, việc bảo trì và sửa chữa biến tần cũng đòi hỏi kỹ năng chuyên môn cao.

2.1. Chi phí đầu tư và bảo trì

Chi phí đầu tư ban đầu cho biến tần IG5A có thể cao hơn so với các giải pháp truyền thống. Tuy nhiên, chi phí này có thể được bù đắp qua việc tiết kiệm năng lượng và giảm chi phí bảo trì trong dài hạn.

2.2. Yêu cầu kỹ thuật và đào tạo

Việc áp dụng biến tần IG5A đòi hỏi nhân viên phải có kiến thức chuyên môn về công nghệ này. Do đó, việc đào tạo và nâng cao kỹ năng cho nhân viên là rất cần thiết để đảm bảo hiệu quả sử dụng.

III. Phương pháp tối ưu hóa quy trình sản xuất với biến tần IG5A

Để tối ưu hóa quy trình sản xuất, việc áp dụng biến tần IG5A cần được thực hiện một cách đồng bộ với các công nghệ khác. Việc kết hợp biến tần với các hệ thống điều khiển tự động hóa sẽ giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu lãng phí. Các nghiên cứu cho thấy rằng việc tối ưu hóa quy trình sản xuất có thể tăng năng suất lên đến 20%.

3.1. Kết hợp biến tần với hệ thống điều khiển tự động

Khi kết hợp biến tần IG5A với hệ thống điều khiển tự động, doanh nghiệp có thể đạt được sự linh hoạt cao trong sản xuất. Điều này cho phép điều chỉnh quy trình sản xuất một cách nhanh chóng và hiệu quả.

3.2. Giải pháp tiết kiệm năng lượng

Biến tần IG5A giúp tiết kiệm năng lượng bằng cách điều chỉnh tốc độ động cơ theo nhu cầu thực tế. Điều này không chỉ giảm chi phí vận hành mà còn góp phần bảo vệ môi trường.

IV. Ứng dụng thực tiễn của biến tần IG5A trong ngành công nghiệp

Biến tần IG5A đã được áp dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như chế biến thực phẩm, sản xuất nhựa, và điều khiển bơm nước. Mỗi ứng dụng đều mang lại những lợi ích cụ thể, từ việc cải thiện hiệu suất đến giảm thiểu chi phí sản xuất. Các nghiên cứu thực tiễn cho thấy rằng việc áp dụng biến tần IG5A có thể tăng hiệu suất sản xuất lên đến 25%.

4.1. Ứng dụng trong chế biến thực phẩm

Trong ngành chế biến thực phẩm, biến tần IG5A giúp điều khiển tốc độ máy móc một cách chính xác, từ đó cải thiện chất lượng sản phẩm và giảm thiểu lãng phí nguyên liệu.

4.2. Ứng dụng trong sản xuất nhựa

Biến tần IG5A được sử dụng để điều khiển các máy ép nhựa, giúp tối ưu hóa quy trình sản xuất và giảm thiểu tiêu thụ năng lượng.

V. Kết luận và tương lai của biến tần IG5A trong công nghiệp

Biến tần IG5A đang ngày càng khẳng định vai trò quan trọng trong ngành công nghiệp tự động hóa. Với những lợi ích vượt trội về hiệu suất và tiết kiệm năng lượng, biến tần IG5A sẽ tiếp tục được phát triển và ứng dụng rộng rãi trong tương lai. Các nghiên cứu và cải tiến công nghệ sẽ giúp biến tần IG5A trở thành giải pháp tối ưu cho nhiều lĩnh vực công nghiệp.

5.1. Triển vọng phát triển công nghệ biến tần

Công nghệ biến tần sẽ tiếp tục phát triển với nhiều tính năng mới, giúp nâng cao hiệu suất và giảm thiểu chi phí sản xuất. Các nghiên cứu hiện tại đang tập trung vào việc cải thiện khả năng điều khiển và tích hợp với các hệ thống tự động hóa.

5.2. Tác động đến ngành công nghiệp

Việc áp dụng biến tần IG5A sẽ có tác động tích cực đến ngành công nghiệp, từ việc nâng cao năng suất đến giảm thiểu tác động môi trường. Điều này sẽ góp phần thúc đẩy sự phát triển bền vững trong ngành công nghiệp.

Nội dung chính

Bối cảnh và vấn đề nghiên cứu

Trong xu thế hiện đại hóa các dây chuyền sản xuất công nghiệp, kỹ thuật tự động hóa đóng vai trò trọng tâm nhằm giảm nhẹ sức lao động của con người, đồng thời nâng cao năng suất và duy trì chất lượng sản phẩm đồng đều. Động cơ không đồng bộ ba pha là thiết bị truyền động chiếm tỷ trọng lớn trong hầu hết các nhà máy, xí nghiệp nhờ cấu tạo đơn giản, độ bền cơ học cao và chi phí vận hành hợp lý. Tuy nhiên, các phương pháp khởi động và điều khiển truyền động truyền thống bằng phương pháp cơ khí hoặc thay đổi điện áp nguồn bộc lộ nhiều nhược điểm như dòng khởi động lớn gây sụt áp lưới điện, mômen khởi động thấp, tiêu hao nhiều năng lượng vô công và gây ứng suất cơ học phá hủy thiết bị.

Sự phát triển của kỹ thuật bán dẫn công suất và công nghệ vi xử lý đã đưa thiết bị biến tần trở thành giải pháp tối ưu cho việc điều khiển tốc độ và mômen động cơ xoay chiều. Đồ án tốt nghiệp đại học chuyên ngành Điện Tự Động Công Nghiệp tại Trường Đại học Dân lập Hải Phòng với đề tài "Tìm hiểu các ứng dụng của biến tần ig5A trong công nghiệp" do sinh viên Bùi Thanh Lịch thực hiện dưới sự hướng dẫn của Th.S Đinh Thế Nam nhằm làm rõ cơ sở lý thuyết truyền động và tiềm năng ứng dụng thực tiễn của dòng biến tần chuyên dụng này.

Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu của đồ án được xác định theo quyết định giao đề tài:

1. Nghiên cứu cơ sở lý luận về máy điện không đồng bộ ba pha, nguyên lý hình thành từ trường quay, quan hệ chuyển đổi năng lượng và phân tích các phương án khởi động, điều chỉnh tốc độ động cơ.
2. Tìm hiểu thông số kỹ thuật, cấu tạo, phương thức điều khiển và sơ đồ đấu nối của dòng biến tần LS iG5A.
3. Khảo sát, phân tích các giải pháp công nghệ ứng dụng biến tần LS iG5A trong các cơ cấu công nghiệp điển hình gồm băng tải, cầu trục, máy nén khí, máy ép phun nhựa, thang máy, máy đùn ép và máy công cụ.

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là hệ truyền động động cơ không đồng bộ ba pha kết hợp biến tần LS iG5A. Phạm vi nghiên cứu về mặt không gian tập trung vào các ứng dụng điều khiển truyền động công nghiệp; phạm vi thời gian thực hiện đề tài từ ngày 11 tháng 10 năm 2018 đến ngày 07 tháng 01 năm 2019.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Cơ sở lý thuyết của đề tài dựa trên lý thuyết máy điện xoay chiều, cơ sở truyền động điện tự động và kỹ thuật điện tử công suất:

• Lý thuyết lực điện từ $F = I \times B \times l$ và định luật cảm ứng điện từ xác định nguyên lý biến đổi điện năng thành cơ năng.
• Quan hệ tốc độ đồng bộ $n_1 = \frac{60f_1}{p}$ và hệ số trượt $s = \frac{n_1 - n}{n_1}$, từ đó xác định bản chất điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng việc biến đổi tần số nguồn cấp $f_1$.
• Cân bằng năng lượng máy điện không đồng bộ: công suất nhận từ lưới $P_1 = m_1 U_1 I_1 \cos\varphi$, tổn hao đồng stato $\Delta P_{Cu1}$, tổn hao sắt stato $\Delta P_{Fe1}$, công suất điện từ chuyển sang rotor $P_{đt} = P_1 - \Delta P_{Cu1} - \Delta P_{Fe1}$, và công suất cơ hữu ích $P_2 = P_{cơ} - \Delta P_{cơ} - \Delta P_p$ (với tổn hao phụ $\Delta P_p \approx 0,005P_1$).
• Luật điều khiển điện áp trên tần số $U/f = \text{const}$ nhằm duy trì từ thông khe hở không đổi, kết hợp quy luật bù áp $U_1 = U_0 + K f_1$ tại dải tần số thấp để triệt tiêu ảnh hưởng của sụt áp trên điện trở dây quấn stato $R_1$.

Về phương pháp nghiên cứu, tác giả sử dụng phương pháp phân tích lý thuyết kết hợp tổng hợp tài liệu kỹ thuật:

• Thu thập và phân tích các thông số từ tài liệu kỹ thuật chính hãng của dòng biến tần LS Industrial Systems iG5A.
• Phân tích toán học - vật lý so sánh các đặc tính khởi động (khởi động trực tiếp, cuộn kháng, máy biến áp tự ngẫu, đổi nối sao - tam giác và khởi động bằng biến tần).
• Khảo sát các yêu cầu công nghệ thực tế của từng loại phụ tải công nghiệp để đưa ra cấu hình điều khiển phù hợp.
• Nguồn dữ liệu sử dụng là tài liệu kỹ thuật thiết bị, giáo trình truyền động điện và các quy chuẩn kỹ thuật thiết kế lắp đặt hệ thống tự động hóa.

Nội dung chính theo từng chương

Chương 1: Khái quát về động cơ không đồng bộ 3 pha và các phương án điều chỉnh tốc độ động cơ

Chương này trình bày chi tiết về máy điện không đồng bộ ba pha có dải công suất từ vài watt đến vài megawatt, điện áp làm việc từ 100V đến 6000V. Cấu tạo stato gồm mạch từ được ghép bằng các lá thép kỹ thuật điện dày 0,3 - 0,5 mm có phủ lớp cách điện hai mặt để chống dòng Fuco, dạng vành khăn đục rãnh, số rãnh stato khác số rãnh rotor để triệt tiêu dao động từ thông. Vỏ máy làm bằng gang đúc có các gân tản nhiệt. Rotor gồm hai dạng kết cấu: rotor dây quấn (nối với ba vành trượt) và rotor lồng sóc (các thanh dẫn nhôm đúc liền hai vòng ngắn mạch hoặc thanh đồng đặt vào rãnh).

Tác giả tiến hành so sánh toàn diện các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ:

Phương pháp khởi động	Dòng điện khởi động	Mômen khởi động	Ưu điểm	Nhược điểm
Khởi động trực tiếp	$I_k = (4 - 8) I_{đm}$	Thấp ($\cos\varphi = 0,1 - 0,2$)	Thiết bị đơn giản, đóng thẳng vào lưới	Gây sụt áp lưới, phát nhiệt lớn, chỉ dùng cho tải nhẹ và công suất nhỏ
Thêm điện trở phụ mạch rotor	Giảm theo $R_p$	Tăng, có thể đạt tới mômen cực đại $M_{max}$	Nâng cao mômen mở máy	Chỉ áp dụng cho động cơ rotor dây quấn, tiêu hao nhiệt trên điện trở
Dùng cuộn kháng stato	$I'_k = k \cdot I_k$	$M'_k = k^2 \cdot M_k$	Thiết bị đơn giản	Mômen khởi động giảm mạnh theo bình phương hệ số $k$
Dùng biến áp tự ngẫu ($K_T < 1$)	$I_1 = K_T^2 \cdot I_k$	$M'_k = K_T^2 \cdot M_k$	Dòng lấy từ lưới nhỏ hơn so với dùng cuộn kháng cùng cấp áp	Có bước nhảy mômen khi chuyển cấp, giá thành thiết bị cao
Đổi nối Sao - Tam giác ($Y - \Delta$)	$I_Y = \frac{1}{3} I_\Delta$ ($1,4 - 2,6 I_{đm}$)	$M_Y = \frac{1}{3} M_\Delta$	Rất phổ biến, chi phí lắp đặt thấp	Bước nhảy dòng lớn gấp 2 lần và mômen gấp 4 lần khi chuyển đổi từ sao sang tam giác
Khởi động bằng biến tần	$I_{k} \le I_{đm}$	Điều khiển tối ưu theo yêu cầu tải	Khởi động êm dịu, không gây sụt áp, bảo vệ hệ thống cơ khí	Cần trang bị bộ biến đổi bán dẫn tĩnh

Về các phương án điều chỉnh tốc độ (thay đổi điện áp stato, thay đổi số đôi cực, dùng cuộn kháng bão hòa, nối tầng, thay đổi điện trở phụ rotor và thay đổi tần số), tác giả phân tích sâu quy luật điều khiển tần số. Khi vận hành dưới tốc độ định mức ($f < f_{đm}$), áp dụng luật $U/f = \text{const}$ có bù áp $U_0$ giúp dải làm việc ổn định mở rộng từ 5% đến 100% tốc độ đồng bộ. Khi chạy trên tốc độ cơ bản ($f > f_{đm}$), giữ nguyên điện áp định mức và tăng tần số, dẫn tới chế độ suy giảm từ thông và mômen giảm tỷ lệ nghịch với tần số. Phương pháp thay đổi tần số được chứng minh là giải pháp tối ưu nhất cho truyền động xoay chiều.

Chương 2: Tìm hiểu chung về biến tần iG5A

Chương 2 tập trung khảo sát các đặc tính kỹ thuật của dòng biến tần LS iG5A (sản xuất theo tiêu chuẩn CE và UL). Thiết bị tích hợp giao diện điều khiển 4 phím điều hướng, kết cấu quạt làm mát dễ tháo lắp thay thế và thuật toán điều khiển quạt giúp vận hành không gây tiếng ồn.

Các tính năng phần cứng và điều khiển tích hợp trên biến tần LS iG5A gồm:

• Phương pháp điều khiển: Điều khiển vector từ thông không cảm biến (sensorless vector control) tạo mômen lớn ở dải tốc độ thấp; điều khiển tỷ lệ $U/f$.
• Điều khiển quá trình: Bộ điều khiển PID tích hợp sẵn bên trong cho phép điều khiển tự động vòng kín các đại lượng lưu lượng, áp suất, nhiệt độ mà không cần bộ điều khiển phụ trợ bên ngoài.
• Bảo vệ sự cố: Tính năng bảo vệ lỗi chạm đất ở chân đầu ra ngay trong quá trình động cơ đang quay; bảo vệ quá tải, quá nhiệt, quá áp, thấp áp, mất pha và lệch pha; tự chuẩn đoán trạng thái module công suất đầu ra.
• Giao tiếp và kết nối: Tích hợp sẵn cổng truyền thông nối tiếp RS-485 hỗ trợ kết nối mạng giám sát; hỗ trợ tín hiệu điều khiển analog từ $-10\text{V}$ đến $+10\text{V}$, $0 - 10\text{V}$ và $4 - 20\text{ mA}$.
• Mạch hãm động năng: Tích hợp sẵn transistor hãm động năng bên trong (built-in braking circuit) giúp rút ngắn thời gian giảm tốc qua điện trở xả.

Dải sản phẩm của biến tần LS iG5A theo công suất và cấp điện áp được trình bày trong tài liệu:

• Dòng điện áp 200V (3 pha 200 - 230V): Các model từ SV004iG5A-2 (0,4 kW / 0,5 HP), SV008iG5A-2 (0,75 kW / 1 HP), SV015iG5A-2 (1,5 kW / 2 HP), SV022iG5A-2 (2,2 kW / 3 HP), SV037iG5A-2 (3,7 kW / 5 HP), SV040iG5A-2 (4,0 kW), SV055iG5A-2 (5,5 kW / 7,5 HP) đến SV075iG5A-2 (7,5 kW / 10 HP).
• Dòng điện áp 400V (3 pha 380 - 480V): Các model tương ứng từ SV004iG5A-4 đến SV075iG5A-4.
• Dải công suất tổng thể của dòng iG5A mở rộng từ 0,37 kW đến 22 kW.
• Tần số ngõ ra điều chỉnh: $0 - 400\text{ Hz}$. Khả năng chịu quá tải: 150% dòng định mức trong thời gian 60 giây. Tần số sóng mang PWM lên tới 15 kHz.
• Bảng khối lượng biến tần theo khung công suất: Khung 0,4 - 0,75 kW nặng 0,76 kg; khung 1,5 kW nặng 1,12 kg; khung 2,2 - 4,0 kW nặng 2,89 kg; khung 5,5 - 7,5 kW nặng 5,6 kg.

Chương 3: Những ứng dụng của biến tần LS iG5A trong công nghiệp

Chương 3 trình bày chi tiết phương án áp dụng biến tần LS iG5A vào 7 hệ thống công nghệ sản xuất:

1. Băng tải: Băng tải dài đòi hỏi mômen mở máy lớn. Biến tần cung cấp mômen khởi động cao trong khi dòng điện vẫn nằm trong giới hạn an toàn, loại bỏ hiện tượng trượt liệu và giật đứt băng keo cơ khí. Cho phép kết nối điều khiển đồng bộ nhiều động cơ chia sẻ tải, tích hợp tính năng tự động bù trượt tốc độ và trả năng lượng về lưới qua bộ hãm tái sinh khi băng tải chạy quán tính dốc xuống.
2. Cầu trục, cổng trục: Hệ thống di chuyển dầm cẩu sử dụng hai động cơ độc lập lắp ở chân dầm. Trước đây việc đóng ngắt đồng thời qua contactor dễ gây vặn xoắn dầm, sụt áp lưới và mài mòn bánh răng, ray trượt. Trang bị biến tần giúp khởi động mềm đồng tốc hai motor, loại bỏ hoàn toàn hiện tượng vặn xoắn và rung dầm, triệt tiêu sụt áp lưới điện, đồng thời ngắt bảo vệ khi một trong hai motor gặp sự cố. Ở cơ cấu nâng hạ, biến tần cho phép điều khiển đa cấp tốc độ đáp ứng công nghệ xi mạ và an toàn cơ khí.
3. Máy nén khí: Phương thức truyền thống duy trì động cơ chạy liên tục ở tốc độ định mức và đóng/mở van hút gió (xả không tải), gây lãng phí năng lượng lớn. Biến tần điều chỉnh trực tiếp tốc độ quay của motor bám sát lưu lượng tiêu thụ khí nén thực tế, đưa hệ thống đạt hiệu suất cao, giảm ồn và tiết kiệm điện năng tiêu thụ.
4. Máy ép phun nhựa: Hệ thống ép phun truyền thống dùng bơm thủy lực lưu lượng cố định tính theo tải cực đại, dùng van xả tràn để điều tiết áp suất khiến năng lượng tiêu hao vô công qua van rất lớn. Ứng dụng biến tần điều khiển động cơ bơm dầu tự động thay đổi tốc độ quay theo từng chu kỳ công nghệ (kẹp khuôn, phun keo, giữ áp, làm nguội, mở khuôn), cắt giảm tối đa phần điện năng dư thừa cho cả dòng máy ép nhựa nhiệt dẻo và nhựa nhiệt rắn.
5. Thang máy: Tích hợp biến tần điều khiển động cơ đồng bộ hoặc không đồng bộ nhằm tạo đường cong tăng giảm tốc êm ái, dừng tầng trực tiếp (Direct to floor), tự động chạy về tầng gần nhất khi mất điện (Evacuation function), bù mômen quán tính không cần cảm biến hoặc có cảm biến tải trọng, kết nối bộ hãm tái sinh RBU và giao tiếp đa dạng encoder (Incremental, Sin/Cos, UVW), thiết lập 16 cấp tốc độ.
6. Máy đùn ép (nhựa, cáp điện, gạch tuynel, giấy, thức ăn gia súc): Thay thế hoàn toàn thao tác cơ học phải thay đổi tỷ số truyền của puly khi đổi mã sản phẩm. Biến tần cung cấp khả năng điều chỉnh tốc độ vô cấp cho trục vít, nâng cao độ đồng đều của sản phẩm, giảm nhân công căn chỉnh và làm giảm công suất điện tiêu thụ của động cơ từ 15% đến 45%.
7. Máy công cụ: Ứng dụng trên trục chính quay phôi hoặc dao cắt. Biến tần vector kết hợp bộ mã hóa xung encoder cho phép giữ tốc độ trục chính không đổi khi tải biến thiên và dừng định hướng trục chính chính xác tại một điểm định trước, loại bỏ kết cấu puly cơ khí phức tạp.

Kết quả và đóng góp

Về kết quả kỹ thuật, đồ án đã giải quyết các nhiệm vụ chuyên môn cụ thể:

• Phân tích và hệ thống hóa bản chất của quá trình biến đổi năng lượng điện từ trong máy điện không đồng bộ ba pha, chứng minh tính ưu việt của phương pháp điều khiển tần số dựa trên quy luật $U_1 = U_0 + K f_1$ so với các phương pháp giảm áp truyền thống.
• Cung cấp bảng dữ liệu tra cứu kỹ thuật chi tiết về dải sản phẩm LS iG5A (công suất từ 0,37 kW đến 22 kW, điện áp 200V và 400V, tần số ra $0 - 400\text{ Hz}$, quá tải 150% trong 60s, tần số băm xung 15 kHz, khối lượng và kích thước khung vỏ).
• Lượng hóa hiệu quả kinh tế - kỹ thuật trong một số ứng dụng: lắp đặt biến tần cho máy đùn ép giúp tiết kiệm từ 15% đến 45% điện năng tiêu thụ; khởi động bằng biến tần khống chế dòng khởi động bằng hoặc thấp hơn dòng định mức $I_{đm}$, thay vì mức $(4 - 8) I_{đm}$ của khởi động trực tiếp hoặc $(1,4 - 2,6) I_{đm}$ của phương pháp sao - tam giác.

Đóng góp của đồ án thể hiện ở việc liên kết trực tiếp giữa lý thuyết truyền động điện với thực tiễn sản xuất công nghiệp, chỉ rõ giải pháp khắc phục các sự cố công nghệ đặc thù như hiện tượng vặn xoắn dầm cầu trục do lệch pha hai động cơ, hiện tượng sốc áp và sốc dòng khi chuyển mạch sao - tam giác, cũng như tình trạng tổn hao xả tràn dầu trên van máy ép nhựa.

Hạn chế và hướng nghiên cứu tiếp

• Hạn chế: Đồ án dừng lại ở mức độ nghiên cứu tài liệu lý thuyết, khảo sát thông số từ nhà sản xuất và phân tích giải pháp công nghệ tổng quan; chưa xây dựng được mô hình thực nghiệm phần cứng thực tế để đo đạc dạng sóng điện áp, dòng điện đầu ra PWM hoặc đánh giá định lượng các chỉ số méo sóng hài bậc cao trên lưới điện.
• Hướng nghiên cứu tiếp: Mở rộng nghiên cứu thiết kế tủ điều khiển thực tế sử dụng biến tần LS iG5A kết nối với bộ điều khiển lập trình PLC qua giao thức truyền thông công nghiệp RS-485 Modbus-RTU; xây dựng giao diện giám sát SCADA/HMI thu thập dữ liệu thời gian thực và khảo sát chuyên sâu giải pháp lọc sóng hài chủ động cho hệ thống truyền động.

Giá trị tham khảo

Đồ án là tài liệu kỹ thuật có giá trị tham khảo hữu ích cho:

• Sinh viên chuyên ngành Điện tự động công nghiệp, Hệ thống điện và Kỹ thuật điều khiển & Tự động hóa trong quá trình thực hiện đồ án môn học Truyền động điện, Đồ án trang bị điện hoặc đồ án tốt nghiệp chuyên ngành.
• Kỹ sư và kỹ thuật viên bảo trì hệ thống cơ điện tại các nhà máy có nhu cầu tìm hiểu nguyên lý vận hành, thông số kỹ thuật và phương pháp lựa chọn công suất biến tần LS iG5A cho các loại tải công nghiệp thông dụng.
• Nội dung Chương 1 và Chương 3 là phần đáng tham khảo nhất, cung cấp các công thức toán học về đặc tính cơ và giải pháp kỹ thuật cụ thể để cải tạo các hệ thống truyền động cũ sang truyền động biến tần.

Câu hỏi thường gặp

1. Biến tần LS iG5A có những tính năng điều khiển và bảo vệ nổi bật nào được tích hợp sẵn? Biến tần LS iG5A được trang bị thuật toán điều khiển vector từ thông không cảm biến (sensorless vector control), bộ điều khiển PID tích hợp sẵn bên trong, tính năng bảo vệ chạm đất ngõ ra ngay trong quá trình hoạt động, transistor hãm động năng bên trong và cổng truyền thông nối tiếp RS-485.

2. Tại sao phương pháp khởi động bằng biến tần lại khắc phục được nhược điểm của phương pháp đổi nối sao - tam giác? Phương pháp đổi nối sao - tam giác có bước nhảy lớn về dòng điện (lên tới 1,4 đến 2,6 lần dòng định mức, thậm chí xuất hiện xung pha làm dòng tăng vọt gấp 2 lần dòng khởi động) và mômen tăng gấp 4 lần gây ứng suất phá hủy cơ khí. Ngược lại, biến tần tăng dần tần số và điện áp từ giá trị nhỏ, giữ dòng khởi động luôn nằm trong giới hạn định mức ($I_k \le I_{đm}$) và mômen biến thiên liên tục, không gây xung đột lực.

3. Trong luật điều khiển $U/f = \text{const}$, tại sao phải thực hiện bù thêm điện áp $U_0$ ở dải tần số thấp? Ở tần số thấp, thành phần cảm kháng của động cơ $X_1 = 2\pi f L$ giảm xuống, làm cho điện trở dây quấn stato $R_1$ chiếm tỷ trọng lớn trong tổng trở. Điều này dẫn tới sụt áp trên điện trở stato tăng cao, làm sức điện động $E_1$ và từ thông khe hở bị suy giảm nghiêm trọng, kéo theo mômen cực đại của động cơ sụt giảm. Do đó, cần bù thêm điện áp $U_0$ theo công thức $U_1 = U_0 + K f_1$ để duy trì từ thông định mức khi tần số tiến về 0.

4. Biến tần giải quyết vấn đề cơ học nào trong cơ cấu di chuyển dầm cẩu trục? Hệ thống di chuyển dầm cẩu sử dụng hai motor riêng biệt đặt ở hai chân dầm. Khi đóng cắt trực tiếp bằng nguồn điện chung, sự sai lệch tức thời về tốc độ và mômen giữa hai motor gây ra xu hướng vặn xoắn kết cấu dầm thép và làm rung lắc thiết bị. Ứng dụng biến tần giúp hai motor khởi động mềm đồng bộ, triệt tiêu hiện tượng vặn dầm, giảm rung động cơ khí và tự động ngắt nguồn dừng hệ thống khi một trong hai motor gặp sự cố.

5. Mức độ tiết kiệm điện năng tiêu thụ của biến tần khi ứng dụng trên máy đùn ép được ghi nhận là bao nhiêu? Theo số liệu kỹ thuật được tác giả trình bày trong đồ án, việc trang bị biến tần điều khiển tốc độ vô cấp cho động cơ trục vít máy đùn thay cho cơ cấu buly cơ khí cố định giúp giảm công suất điện năng tiêu thụ của động cơ từ 15% đến 45%.

Kết luận

Đồ án tốt nghiệp "Tìm hiểu các ứng dụng của biến tần ig5A trong công nghiệp" của tác giả Bùi Thanh Lịch đã hoàn thành việc hệ thống hóa toàn diện lý thuyết máy điện không đồng bộ ba pha và nguyên lý điều khiển tần số $U/f$. Tác giả đã phân tích chi tiết cấu hình phần cứng, tính năng kỹ thuật của dòng biến tần LS iG5A và chứng minh hiệu quả ứng dụng thực tế trên 7 hệ thống truyền động công nghiệp then chốt. Công trình cung cấp tài liệu kỹ thuật có tính hệ thống cao, phục vụ đắc lực cho công tác học tập, nghiên cứu và định hướng giải pháp cải tạo truyền động điện trong các dây chuyền sản xuất công nghiệp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề -Theo yêu cầu của sản phẩm, động cơ điện lúc làm việc thường phải khởi động và dừng máy nhiều lần. Tùy theo tính chất của tải và tình hình của lưới mà yêu cầu về khởi động đối với động cơ điện khác nhau. Có khi yêu cầu mômen khởi động dòng lớn, có khi cần hạn chế dòng điện khởi động và có khi cần cả 2. Những yêu cầu trên đòi hỏi phải có tính năng khởi động thích 5 ứng.

-Trong nhiều trường hợp do phương pháp khởi động hay do chọn động cơ có tính năng khởi động không thích đáng nên thường gây nên những sự cố không mong muốn. -Nói chung khi khởi động động cơ cần xét đến để thích ứng với đặc tính cơ của tải: Phải có mômen khởi động đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải Dòng điện khởi động càng nhỏ càng tốt Phương pháp khởi động và thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn Tổn hao công suất trong quá trình khởi động càng thấp càng tốt. -Những yêu cầu trên thường mâu thuẫn với nhau, khi yêu cầu dòng điện khởi động nhỏ thường làm cho momen khởi động giảm theo hoặc cần các thiết bị phụ tải đắt tiền. Vì vậy căn cứ vào điều kiện làm việc cụ thể mà chọn phương pháp khởi động thích hợp.

-Với động cơ không đồng bộ hiện nay có các phương pháp khởi động trực tiếp -Khởi động bằng phương pháp hạ điện áp đặt vào stator động cơ: Phương pháp khởi động sử dụng cuộn kháng Phương pháp khởi động sử dụng biến áp tự ngẫu Phương pháp khởi động đổi nối sao- tam giác Phương pháp khởi động động cơ roto dây quấn Khởi động bằng phương pháp tần số 1.2 Khởi động động cơ KĐB 1.1 Khởi động trực tiếp -Khởi động là quá trình đưa động cơ đang ở trạng thái nghỉ (đứng im) vào trạng thái làm việc quay với tốc độ định mức. -Khởi động trực tiếp là đóng động cơ vào lưới không qua một thiết bị phụ nào. Việc cấp một điện áp định mức cho stato động cơ KĐB rotor lồng sóc 6 hoặc động cơ KĐB rô to dây quấn nhưng cuộn dây rotor nối tắt, khi rotor chưa kịp quay, thực chất động cơ làm việc ở chế độ ngắn mạch. Dòng động cơ rất lớn, có thể gấp dòng định mức từ 4 đến 8 lần.

Tuy dòng khởi động lớn như vậy nhưng mô men khởi động lại nhỏ do hệ số công suất cos 0 rất nhỏ (cos 0 = 0,1- 0,2), mặt khác khi khởi động, từ thông cũng bị giảm do điện áp giảm làm cho mô men khởi động càng nhỏ. Dòng khởi động lớn gây ra 2 hậu quả sau: Nhiệt độ máy tăng vì tổn hao lớn, nhiệt lượng toả ra ở máy nhiều (đặc biệt ở các máy có công suất lớn hoặc máy thường xuyên phải khởi động).Vì thế trong sổ tay kỹ thuật sử dụng máy bao giờ cũng cho số lần khởi động tối đa, và điều kiện khởi động. Dòng khởi động lớn làm cho sụt áp lưới điện lớn, gây trở ngại cho các phụ tải cùng làm việc với lưới điện. -Vì những lý do đó khởi động trực tiếp chỉ áp dụng cho các động cơ có công suất nhỏ so với các công suất của nguồn, và khởi động nhẹ (moment cản trên trục động cơ nhỏ).

Khi khởi động nặng người ta không dùng phương pháp này.2 Khởi động dùng phương pháp giảm dòng khởi động -Dòng khởi động của động cơ xác định bằng biểu thức: Ingm= -Từ biểu thức này chúng ta thấy để giảm dòng khởi động ta có các phương pháp sau: Giảm điện áp nguồn cung cấp Đưa thêm điện trở vào mạch rotor Khởi động bằng thay đổi tần số.