Đồ án Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-200 và biến tần Simens vào quá trình nâng hạ địên cực lò hồ quang

Lời nói đầu Trong sự nghiệp công nghiệp hoá, hiện đại hoá đất nước, ngành công nghiệp luyện kim đóng một vai trò đặc biệt quan trọng. Hiện tại ở Việt Nam, trong công nghiệp luyện kim phương pháp luyện thép bằng lò hồ quang được dùng tương đối phổ biến, với ưu điểm cơ bản là đơn giản, tiện lợi, dễ điều chỉnh để tạo ra mác thép mong muốn. Là một kỹ sư tương lai, em luôn xác định rõ trách nhiệm học tập của mình về kiến thức và kinh nghiệm để sau này có thể góp phần thúc đẩy sự phát triển nền công nghiệp nước nhà tiến gần đến các nền công nghiệp tiên tiến của các nước trên thế giới. Sau 5 năm học tập và nghiên cứu tại trường, em được nhận đề tài tốt nghiệp là: "Nghiên cứu ứng dụng PLC S7-200 và biến tần Simens vào quá trình nâng hạ địên cực lò hồ quang". Qua thời gian tìm tòi nghiên cứu, cùng với sự hướng dẫn tận tình của thầy NGUYỄN VĨNH THỤY cùng các thầy, cô giáo trong bộ môn tự động hoá, em đó hoàn thành đề tài được giao. Do thời gian và kiến thức còn hạn chế nên trong đồ án này không tránh khỏi những thiếu sót, em mong được các thầy, cô và các bạn đóng góp ý kiến để đề tài được hoàn thiện hơn. Em xin chân thành cảm ơn thầy NGUYỄN VĨNH THỤY các thầy cô trong bộ môn đã nhiệt tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án được giao. Thái nguyên 09/11 /2010 Sinh viên thực hiện NGUYỄN VĂN KHƯƠNG PHẦN I: GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU TRANG BỊ ĐIỆN CHO LÒ HỒ QUANG A. GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ LÒ HỒ QUANG. I. KHÁI NIỆM CHUNG VÀ PHÂN LOẠI LÒ HỒ QUANG. 1. Khái niệm: Lò hồ quang là lò lợi dụng nhiệt của ngọn lửa hồ quang giữa các điện cực hoặc giữa điện cực và kim loại để nấu chảy kim loại. Lò điện hồ quang dùng để nấu thép chất lượng cao. 2. Phân loại: + Theo dòng điện sử dụng: Lò hồ quang một chiều, lò hồ quang xoay chiều. + Theo cách cháy của ngọn lửa hồ quang: - Lò nung nóng trực tiếp: Nhiệt của ngọn lửa xảy ra giữa điện cực và kim loại dùng để nấu chảy kim loại (hình a). - Lò nung nóng gián tiếp: Nhiệt của ngọn lửa xảy ra giữa hai điện cực được dùng để nấu chảy kim loại (hình b). Hình a hình b +Theo đặc điểm chất liệu vào lò: - Lò chất liệu trên đỉnh lò xuống nhờ gầu chất liệu, loại lò này có cơ cấu nâng ván nóc. - Lò chất liệu bên sườn bằng phương pháp thủ công hay máy móc qua cửa lò. + Theo số tấn thép được luyện (theo dung lượng định mức của lò): 0,5; 1, 5; 3; 5; 12 ... tấn. + Theo dung dịch nấu luyện: Lò axit, lò bazơ. + Theo tính chất nấu luyện: Lò hồ quang chân không, lò hồ quang plasma. II- CẤU TẠO CỦA LÒ HỒ QUANG: * Thiết bị cơ khí lò điện hồ quang: 1. Vỏ lò: Vỏ lò cần có độ bền cơ học cao, có khả năng chịu tải trọng của kim loại và áp lực giãn nở khi nung nóng, vỏ lò thường làm bằng thép tấm dày 10 á 30mm bằng cách ghép hay hàn. Trong vỏ lò có vật liệu chịu lửa, vỏ thân lò thường có dạng hình trụ hình côn hoặc phối hợp trụ côn, đáy vỏ lò có thể là hình cầu, hình thang. 2. Cửa lò: Lò gồm hai cửa, cửa ra xỉ và cửa ra thép. Cửa lò được đóng mở bằng khí nén thuỷ lực hoặc bằng động cơ điện. 3. Cặp điện cực: Trong lò điện cặp điện cực để giữ điện cực và dẫn dòng điện đến điện cực. Nó gồm có các bộ phận: Mặt đầu, cặp lò xo, khí nén và bàn trượt. 4. Nắp lò: Được làm từ thép tấm có đầm vật liệu chịu lửa. 5. Máng rót thép: dùng để đưa thép ra ngoài. 6. Vành làm chặt: Để làm giảm khe hở giữa điện cực và lắp lò. 7. Thiết bị nghiêng lò: Tuỳ theo dung lượng lò mà chọn kiểu nghiêng lò cho thích hợp, đảm bảo nghiêng lò 40 á 450 về phía rót thép và 10 á 150 về phía cào xỉ và chất liệu, có hai kiểu nghiêng lò: + Nghiêng lò bên hông: Loại này có ưu điểm là thiết bị đơn giản gọn gàng, khi mất điện có thể quay bằng tay, tránh được sự bám dính của xỉ và kim loại. + Nghiêng lò đặt dưới đắy: Loại này có ưu điểm là quay lò rất vững chắc, quay êm và đều, có thể tự động điều khiển hoàn toàn. Loại này có nhược điểm là dễ rơi xỉ và kim loại vào động cơ điện. Công việc bảo quản thiết bị khó khăn, phức tạp. Tất cả các lò có dung tích trung bình và lớn đều có cơ cấu nghiêng lò loại 2. 8. Thiết bị cơ khí nâng hạ điện cực: Bình thường lò điện có 3 điện cực, tương ứng có 3 cơ cấu nâng hạ điện cực của 3 pha. Khi động cơ quay sẽ làm cho tang quay kéo giây cáp, dây cáp sẽ nâng hoặc hạ điện cực lên hoặc xuống. Trong cơ cấu nâng hạ còn có đối trọng, nhờ có đối trọng mà tốc độ lên của điện cực luôn lớn hơn tốc độ xuống. Tuỳ theo loại lò mà tốc độ lên và xuống của điện cực cũng khác nhau: Đối với lò lớn: Vlên=1á1,5 m/p’ Vxuống=0,5 á 0,8 m/p’ Đối với lò nhỏ: Vlên=1,5á2 m/p’ Vxuống=1,2 á 1,5 m/p’ * Có hai loại thiết bị nâng hạ điện cực: +Loại bàn trượt: Loại này thường dùng thích hợp cho lò có dung tích nhỏ vì thiết bị đơn giản, dễ chế tạo nhưng có nhược điểm là do trụ đứng cần có chiều cao nhất định nên ảnh hưởng đến sự làm việc chung của cần trục trong phân xưởng. +Loại trụ xếp: Loại này dùng thích hợp cho những lò có dung tích lớn, có thể hạ thấp chiều cao khi cần thiết, kết cấu chắc chắn nhưng phức tạp. Trong đồ án này em thiết kế lò hồ quang dùng thiết bị nâng hạ điện cực kiểu bàn trượt với sự dẫn động bằng động cơ điện. 9. Cơ cấu làm mát cho lò: Vì trong quá trình nấu luyện kim loại thì nhiệt độ trong và xung quanh lò đạt rất cao do đó cần phải có thiết bị làm mát để giảm nhiệt độ và tăng tuổi thọ cho lò. Làm nguội bằng nước yêu cầu cần có các bộ phận sau: + Mặt đầu của cặp điện cực + ống dẫn điện + Vành làm chặt giữa điện cực và nắp lò + Tấm chắn cửa chính và cửa phụ + Vòm cửa lò và cột của cửa làm việc + Vành nắp lò + Thân vỏ lò và trên lỗ rót thép. Ngoài ra còn cần làm nguội ở các ống mềm, phần dây cáp. Hệ thống bơm nước làm mát tuần hoàn được thực hiện bằng một động cơ điện, nước được đi vào trong ống rồi tới lò. 10. Ngoài ra đối với lò hồ quang nạp liệu từ trên cao con có cơ cấu nâng quay vòm lò, cơ cấu nạp liệu... Trong các lò hồ quang có nồi lò sâu, kim loại lỏng ở trạng thái tĩnh có chênh nhiệt độ theo độ cao (khoảng 1000C/m) trong điều kiện đó để tăng cường phản ứng của kim loại và để đảm bảo khả năng nung nóng kim loại trước khi rót. Cần phải khuấy trộn kim loại lỏng. ở các lò dung lượng nhỏ (dưới 6T) thì việc khuấy trộn thực hiện bằng tay qua cơ cấu cơ khí. Với lò dung lượng trung bình(12 á 50)T và đặc biệt lớn(100T và hơn) thì thực hiện bằng thiết bị khuấy để không những giảm lao động vất vả của thợ nấu mà còn nâng cao được chất lượng của kim loại nấu. Thiết bị khuấy trộn kim loại lỏng thường là thiết bị điện từ có nguyên lý làm việc tương tự như động cơ không đồng bộ Rôto lồng sóc. III. CHẾ ĐỘ NĂNG LƯỢNG ĐIỆN LÀM VIỆC CỦA LÒ HỒ QUANG. Năng suất lò hồ quang và chi phí năng lượng điện cho một tấn thép ở một mức độ lớn phụ thuộc vào việc định ra chế độ điện trong quá trình nấu luyện, chế độ điện hợp lý thì quá trình nấu luyện sẽ kinh tế. Chế độ điện hợp lý có liên quan đến chế độ nhiệt hợp lý. Trong quá trình nấu luyện chế độ nhiệt ở các thời kỳ khác nhau do đó chế độ điện cũng khác nhau. *. Yêu cầu công suất điện trong quá trình nấu luyện. 1.Thời kỳ nấu chảy. Trong thời kỳ này yêu cầu công suất điện đưa vào lò cực đại Pmax = (1,25á 1,3) Ptb với Ptb : là công suất trung bình, Ptb = (0,7á 0,75)Pđm . Khi mới cho điện vào lò hồ quang cháy trên mặt liệu rắn gần nắp lò. Cho nên ở đầu thời kỳ nấu chảy ( 5 á 10 )phút nên dùng công suất nhỏ hơn công suất cực đại, sau khi liệu đã bắt đầu chảy thành 3 hố, mới cho phép tăng dần đến giá trị cực đại. Cuối thời kỳ nấu chảy, công suất giảm dần xuống bằng giá trị trung bình. Đồ thị P(t): P(MW) Nấu chảy Ô xi hóa Tu sửa vệ sinh t(h) Hoàn nguyên Đồ thị công suất hữu công tiêu thụ ở lò HQ 2. Thời kỳ oxy hóa: Tuỳ theo phương pháp luyện mà chọn công suất cho lò cao hay thấp. Nấu luyện có giai đoạn sôi ở đầu thời kỳ oxy hóa cần tạo xỉ nhiều nên yêu cầu công suất điện phải lớn hoặc bằng công suất trung bình. Cuối thời kỳ oxy hóa khi đã tạo xỉ xong yêu cầu công suất điện nhỏ hơn công suất trung bình. 3. Thời kỳ hoàn nguyên. Trong thời kỳ này nhiệt độ của kim loại, tường và nắp lò đã cao và tương đối ổn định, vì vậy công suất điện không lớn lắm nhưng yêu cầu ổn định nghĩa là công suất nhỏ hơn công suất trung bình Tuỳ theo phương pháp luyện thép và mác thép mà cần chọn chế độ điện cho lò trong thời kỳ hoàn nguyên. IV. LUYỆN THÉP TRONG LÒ HỒ QUANG. Vật liệu và chuẩn bị nguyên vật liệu cho mẻ luyện: Nguyên vật liệu: Nguyên vật liệu chính để sản xuất thép lò điện là sắt thép vụn, phế liệu hợp kim, sắt công nghiệp (sắt mềm), gang luyện, chất tạo sỉ, chất khử oxy và hợp kim hoá( phụ gia kim loại) và chất tăng cacbon. 1.Sắt thép vụn. - Phế phẩm thép ở các xưởng cơ khí, như phoi bào, phoi tiện. - Phế phẩm từ các xưởng đúc như vật liệu đúc hỏng, thép thừa khi đúc. - Đầu thừa ở các xưởng cán - Các loại thép vụn hư hỏng khác như công cụ lao động, máy móc bị thải, vũ khí, đường day hư hỏng ... 2. Phế liệu hợp kim. Dùng để luyện các loại thép hợp kim cùng nguyên tố hợp kim. Sử dụng phế liệu hợp kim có một ý nghĩa rất lớn ngoài tác dụng nâng cao chất lượng của thép mà còn hạ giá thành của thép. 3. Sắt công nghiệp ( sắt mềm): Dùng để luyện một số loại thép yêu cầu cacbon thấp lượng nguyên tố hợp kim cao. Do giá thành của sắt công nghiệp cao hơn sắt thép vụn bình thường nên người ta dùng để luyện những loại thép phổ thông. 4. Gang: Gang trong luyện thép lò điện làm nhiệm vụ tăng hàm lượng sắt và hàm lượng cacbon. Ngoài ra do gang có nhiệt độ chảy thấp ( 1250 á 13000c). Nên gang trong lò điện còn làm nhiệm vụ giúp cho các chất khó chảy khác ( thép vụn) trở nên dễ chảy hơn. 5. Chất tạo xỉ. Để tạo xỉ trong lò điện hay dùng các chất tạo xỉ sau: - Đá vôi (CaCO3): Đá vôi cho vào để tạo xỉ có độ kiềm thích hợp nhằm khử P và S. Đá vôi có thể cho vào ở thời kỳ nấu chảy, thời kỳ oxy hóa, và cả thời kỳ hoàn nguyên, lượng cho vào tuỳ thuộc qúa trình công nghệ. Dùng đá vôi có ưu điểm là độ bền cao, độ ẩm thấp, ít lưu huỳnh. - Vôi: Cũng như đá vôi, vôi cho vào lò để tạo xỉ có độ kiềm thích hợp nhằm khử P và S. - Huỳnh thạch: Trong lò điện có tác dụng giảm nhiệt độ chảy của xỉ có độ kiềm cao. - Cát: ở một số nhà máy người ta ít dùng cát với số lượng không lớn lắm để tạo xỉ hoàn nguyên. - Bột samot: Bột samốt chứa gần 60% SiO2 và 35% Al2O3. Bột samot làm vật liệu tạo xỉ khi luyện thép không gỉ, để làm loãng xỉ manhezit mà nó được mang vào khi vá lò. 6. Chất oxy hóa: Mục đích cho các chất oxy hóa vào lò để: -Tăng lượng oxy trong kim loại, chủ yếu ở thời kỳ nấu chảy và thời kỳ oxy hóa, nhằm mục đích tăng tốc độ khử phôt pho, cacbon, silic và Mangan do đó rút ngắn được thời gian oxy hóa các nguyên tố trên. -Tăng sự sôi trong nồi lò kim loại, do đó tạo điều kiện tốt cho việc khử khí (N2, H2 ) và tạp chất được triệt để, ngoài ra sự sôi còn làm cho thành phần và nhiệt độ kim loại được đồng đều. Trong lò điện hay dùng các chất oxy hóa sau: -Quặng sắt: Là chất oxy hóa rất quan trọng, vì vậy hầu hết các phương pháp luyện thép đều dùng quặng sắt làm chất oxy hóa, lượng quặng sắt dùng khoảng 40á 50 kg/ 1tấn thép. Yêu cầu đối với quặng sắt phải có hàm lượng oxy cao, hàm lượng SiO2 và P2O5 thấp, khi dùng quặng sắt làm chất oxy hóa có ưu điểm là sắt lắng xâu vào lòng kim và oxy ngay trong lòng kim loại giúp cho kim loại sôi mạnh, dùng quặng sắt rất kinh tế vì nó rất rẻ mà tăng được lượng sắt. Dùng quặng sắt có nhược điểm là lượng xỉ nhiều vì trong quặng sắt ngoài oxit sắt ra còn có SiO2, Al2O3 và MnO .. . Do đó tốn vôi để tạo xỉ, năng lượng điện lớn, công nhân làm việc vất vả nhất là khi cào xỉ. Đồng thời khi cho quặng vào làm cho nhiệt độ dễ bị giảm. - Vẩy sắt: Vẩy sắt lấy từ xưởng rèn, xưởng cán, vẩy sắt có ít tạp chất, nhưng có nhược điểm là nhẹ cho vào lò sắt dễ dàng nổi trên mặt xỉ. - Oxy: Oxy được thổi vào lò ở thời kỳ nấu chảy hoặc có khi cả thời kỳ oxy hóa với lưu lượng 20 m3/ h, áp suất 9á 12 at, độ nguyên chất 99,8%. 7.Chất khử oxy: Trong lò điện để khử oxy còn lại trong kim loại lỏng khử các tạp chất có hại như S và P đồng thời hợp kim hoá thép người ta dùng các chất Ferô - mangan, Ferô - Silic, nhôm. 8. Chất tăng cacbon: Để tăng cacbon người ta dùng vụn điện cực và cốc để khử oxy của xỉ dùng bột cốc, bồ hóng, than gỗ. Vật tăng cacbon rất tốt là bột điện cực vì nó chứa ít S, có trọng lượng riêng tương đối lớn vì vậy dễ hoà tan với kim loại. B. HỆ THỐNG ĐIỆN CHO LÒ HỒ QUANG I. ĐIỆN CỰC: 1. Khái niệm: Dòng điện đi vào khoảng không nóng chảy của lò hồ quang theo các điện cực. Nhờ điện cực mà điện năng biến thành nhiệt năng nấu chảy kim loại, do đó chất lượng của điện cực và phương pháp dẫn dòng điện đến nó có ý nghĩa lớn. Giá thành điện cực chiếm 10% chi phí nấu luyện một tấn thép. 2. Phân loại: Trong lò hồ quang hay dùng 2 loại điện cực: Điện cực than và điện cực grafit. Điện cực than dùng cho lò lớn. Trong quá trình làm việc điện cực thường bị mòn do bị oxy hóa bởi khí lò và bay hơi do sự cháy của hồ quang do đó điện cực ngắn dần nên cần phải nối điện cực bằng ren. 3. Yêu cầu đối với điện cực: Độ dẫn điện và độ bền cơ học phải cao, để giảm tổn thất năng lượng điện và hạn chế sự hư hỏng của điện cực khi làm việc. Nhiệt độ bắt đầu bị oxy hóa ở không khí phải cao để giảm chi phí điện cực do bị oxy hóa và tăng chất lượng của thép. Tạp chất có trong điện cực phải ít, nhất là tro và lưu huỳnh. Giá thành thấp và dễ sản xuất. 4. Kích thước của điện cực: Đối với lò nhỏ đường kính điện cực: d=200 á 300mm Đối với lò trung bình đường kính điện cực: d=400 á 500mm Đối với lò lớn đường kính điện cực: d=500 á 600mm Chiều dài của điện cực phụ thuộc vào chiều cao của lò. Đường kính của điện cực được xác định theo công thức sau: d = cm II. HỒ QUANG ĐIỆN. -Sự gián đọan của hồ quang: Hồ quang có thể sinh ra từ dòng điện một chiều và xoay chiều, nhưng trong lò điện luyện thép hầu hết đều dùng dòng điện xoay chiều. Đối vời nguồn xoay chiều do điện áp biến thiên hình sin nên làm cho hồ quang bị gián đoạn. - Sự thay đổi của hồ quang: Trong quá trình nấu luyện khoảng cách giữa điện cực và bề mặt kim loại luôn thay đổi do đó làm cho hồ quang thay đổi theo. III. GIỚI THIỆU MẠCH LỰC LÒ HỒ QUANG Trong phân xưởng luyện thép lò điện thường có một biến thế riêng có điện áp vào là 6, 10, 35KV tuỳ theo công suất của lò mà điện thế của lò 100 á 600V và cường độ dòng điện có thể lên tới 10KA. 1. Máy biến thế lò: Để chuyển năng lượng từ điện thế cao sang điện thế làm việc người ta dùng biến thế lò. Máy biến thế của lò làm việc trong điều kiện rất nặng nề nên nó có đặc điểm sau: - Công suất thường rất lớn (có thể tới hàng chục MW) và dòng điện thứ cấp rất lớn (tới hàng trăm KA). - Điện áp ngắn mạch lớn để hạn chế dòng ngắn mạch dưới (2,5 á 4)Iđm . - Có độ bền cơ học cao để chịu được các lực điện từ phát sinh trong các cuộn dây, thanh dẫn khi có ngắn mạch. Sơ đồ thiết bị của mạch lực lò hồ quang: v A ww TU KWh A A ĐKBV A 2MC CL 1MC 1TI 3MC 4MC 2TI BAL /D V v 3-6-10 KV - Có khả năng điều chỉnh điện áp sơ cấp dưới tải trong một giới hạn rộng. - Có khả năng quá tải. - Phải làm mát tốt vì dòng rất lớn, hay xẩy ra ngắn mạch, biến thế đặt ở nơi kín lại ở gần lò. Công suất biến thế lò có thể xác định gần đúng từ điều kiện nhiệt trong giai đoạn nấu chảy vì ở các giai đoạn khác, lò đòi hỏi công suất tiêu thụ ít hơn. Nếu coi rằng trong giai đoạn nấu chảy tổn thất năng lượng nấu chảy trong lò hồ quang, trong biến thế lò và cuộn kháng L được bù trừ bởi năng lượng của phản ứng toả nhiệt thì công suất biến thế lò có thể xác định bởi biểu thức sau: SBTL = (KVA). Trong đó: Tnc là thời gian nấu chảy (từ lúc dừng lò, giờ). Ksd là hệ số sử dụng công suất biến thế lò trong giai đoạn nấu chảy. cosj là hệ số công suất của thiết bị lò hồ quang. W là năng lượng hữu ích và tổn hao nhiệt trong thời kỳ nấu chảy và dừng lò giữa 2 mẻ nấu (KWh). W = w.G. G là khối lượng kim loại nấu (T). w là suất chi phí điện năng để nấu chảy (KWh/T), suất chi phí điện năng giảm đối với lò có dung lượng lớn, thường w = (400 á 600KWh/T). Thời gian nấu chảy được tính từ lúc cho lò làm việc sau khi chất liệu cho đến khi kết thúc việc nấu chảy. Thường thì thời gian này từ 1 á 3h tuỳ theo dung lượng của lò. Hệ số sử dụng công suất biến thế lò thường là 0,8 á 0,9 gây ra do sử dụng không đầy đủ công suất biến thế lò, do biến động các thông số của lò, do hệ số tự động điều chỉnh không hoàn hảo, do không đối xứng giữa 3 pha....Hiện nay công suất biến thế lò ngày càng tăng vì nó cho phép giảm thời gian nấu chảy, giảm suất chi phí do hạ tổn hao nhiệt. Năng suất của lò phụ thuộc vào dung lượng biến thế lò, giá trị công suất danh nghĩa (dung lượng biến thế) của lò điện hồ quang theo GOCT 7206-54 như sau: Dung lượng định mức của lò (T): 0,5; 1,5; 3; 5; 10; 20; 40. Công suất danh nghĩa biến thế (KVA): 400; 100; 1800; 2800; 5000; 9000; 15000. Quận thứ cấp biến thế lò thường được nối tam giác vì dòng ngắn mạch được phân ra 2 pha và như vậy điều kiện làm việc của các cuộn dây sẽ nhẹ hơn. Biến thế lò thường phải làm việc trong tình trạng ngắn mạch và phải có khả năng quá tải nên thường chế tạo to, nặng hơn các máy biến thế động lực cùng công suất. 2. Thiết bị đóng cắt đo lường và bảo vệ: a. Thiết bị đóng cắt: Cầu dao cách li CL dùng phân cách mạch động lực của lò với lưới khi cần thiết, chẳng hạn lúc sửa chữa. Máy cắt 1MC dùng để bảo vệ lò hồ quang khỏi ngắn mạch sự cố. Nó được chỉnh định để không tác động khi ngắn mạch làm việc. Máy cắt 1 MC cũng dùng để đóng và cắt mạch lực dưới tải, máy cắt 2MC để đóng và cắt cuộn kháng, 3MC và 4MC dùng để thay đổi nối cuộn sơ cấp MBA để điều chỉnh điện áp. b. Thiết bị đo lường và bảo vệ: Để lấy tín hiệu từ lưới người ta dùng biến dòng 1TI,, biến áp Tu. Phía sơ cấp BAL có đặt Rơle dòng điện cực đại để tác động lên cuận cắt máy cắt 1MC . Rơle này có duy trì thời gian, thời gian duy trì này giảm khi bội số quá tải dòng tăng. Nhờ vậy 1MC cắt mạch lực của lò hồ quang, chỉ khi có ngắn mạch sự cố và khi ngắn mạch làm việc kéo dài mà không xử lí được. Với ngắn mạch làm việc trong 1 thời gian tương đối ngắn, 1MC không cắt mạch mà chỉ có tín hiệu đèn và chuông. Phía sơ cấp BAL còn có các dụng cụ đo lường, kiểm tra như: vôn kế, ampe kế, công tơ điện ... Phía thứ cấp cũng có các máy biến dòng 2TI nối với các ampe kế do dòng hồ quang, cuộn dòng điện của bộ điều chỉnh tự động và Rơle dòng điện cực đại. Dòng tác động và thời gian duy trì của Rơle dòng được chọn sao cho khi có ngắn mạch thời gian ngắn bộ điều chỉnh làm giảm dòng điện của lò chỉ sau thời gian duy trì của Rơle. Nhiều khí cụ điều khiển, kiểm tra và bảo vệ khác (trong khối điều khiển bảo vệ) cũng được nối với máy biến điện áp Tu và các máy biến dòng 1TI và 2TI. 3. Cuộn điện kháng (K): Cuộn điện kháng được mắc phía cao thế trước biến thế lò, với mục đích làm cho hồ quang cháy bền hạn chế sự thay đổi đột ngột khi chập mạch. Cuộn điện kháng dùng để hạn chế dòng ngắn mạch khi làm việc không ảnh hưởng đến lưới. Cuộn điện kháng khác với biến thế lò là chỉ có cuộn dây sơ cấp không có cuộn thứ cấp. Điện kháng của cuộn điện kháng rất lớn so với điện trở của nó, do đó khi dòng điện qua cuộn điện kháng tổn thất một năng lượng đáng kể do đó người ta nối cuộn điện kháng song song với máy cắt 2MC. Khi không cần thiết 2MC sẽ cắt mạch dòng điện qua cuộn điện kháng. Khi bắt đầu nấu luyện hay xẩy ra ngắn mạch làm việc, Lúc ngắn mạch làm việc máy cắt 2MC mở ra để cuộn kháng tham gia vào mạch, hạn chế dòng ngắn mạch. Khi liệu chảy hết, lò cần công suất nhiệt lớn để nấu luyện, 2MC đóng lại để ngắn mạch cuộn kháng K. ở thời kỳ hoàn nguyên công suất lò yêu cầu ít hơn thì 2MC lại mở ra để đưa cuộn kháng K vào mạch, làm giảm công suất cấp cho lò. Với những lò hồ quang công suất lớn hơn nhiều thì không có cuộn kháng K. Việc ổn định hồ quang và hạn chế dòng ngắn mạch là việc do các phần tử cảm kháng của sơ đồ lò đảm nhiệm. Thực tế cuộn điện kháng làm việc rất ít, khoảng 10á 15 phút đầu của thời kỳ nấu chảy liệu. 4. Bộ phận chuyển đổi điện thế (3 MC, 4MC): Bộ phận chuyển đổi điện thế để điều chỉnh công suất biến thế lò cho phù hợp với các thời kỳ nấu luyện. Nhìn chung có thể chia quá trình nấu luyện ra làm 2 thời kỳ dựa trên mức độ yêu cầu năng lượng điện khác nhau: Thời kỳ nấu chảy liệu rắn cần lượng nhiệt lớn để nấu chảy liệu và dữ nhiệt độ đó để tiếp tục các quá trình sau. Thời kỳ hoàn nguyên cần lượng nhiệt nhỏ với mục đích chủ yếu là giữ nhiệt độ kim loại không bị giảm và nấu chảy các vật liệu phụ. Xuất phát từ yêu cầu đó cần thay đổi lượng nhiệt bằng cách thay đổi công suất biến thế lò. Công suất của mạch 3 pha được tính như sau: P = .U.I.Cosj Giảm công suất có thể là giảm dòng điện khi điện áp không đổi hoặc giảm điện áp khi dòng điện không đổi. Điện thế được thay đổi trong từng thời kỳ như sau. -Thời kỳ nấu chảy U = 240 á 420V -Thời kỳ oxy hóa U = 160 á 300V -Thời kỳ hoàn nguyên U = 110 á 140V(Giá trị lớn được dùng cho lò lớn hơn), mức cao của điện thế trong thời gian nấu chảy có lợi: Giảm thời gian nấu luyện, nâng cao hiệu suất điện,Cosj . Khi đó sẽ cho phép giảm đường kính của điện cực. Điện thế thứ cấp được thay đổi bằng cách thay đổi cuộn dây sơ cấp, sự chuyển đổi cuộn dây sơ cấp từ tam giác sang sao cho phép giảm điện thế thứ cấp xuống lần và như vậy công suất cũng giảm lần. 5. Mạch ngắn. Mạch ngắn là dây dẫn dòng điện từ cuộn dây thứ cấp của máy biến thế lò đến điện cực, nó có dòng điện làm việc rất lớn tới hàng trăm nghìn A. Tổn hao công suất mạch ngắn DPmn = I2mn .rmn đạt tới 70% toàn bộ tổn hao trong toàn bộ thiết bị lò hồ quang, do vậy yêu cầu cơ bản của mạch ngắn là phải ngắn nhất trong điều kiện có thể (biến thế lò phải đặt rất gần lò) để giảm bớt tổn hao, đồng thời mạch ngắn được ghép từ các tấm đồng lá thành các thanh mềm để có thể uốn dẻo lên xuống các điện cực. Có thể chia mạch ngắn ra làm 3 phần như sau: -Thanh dẫn từ máy biến thế lò đến dây dẫn ở sau tường của phòng đặt máy biến thế lò. -Dây cáp mềm từ tường đến ống mềm của bộ phận điện cực. -Thanh dẫn điện từ cuối đoạn cáp mềm đến vành ôm điện cực. -Phần dây cáp mềm rất cần thiết khi nghiêng lò và nâng hạ điện cực, chiều dài của đoạn này làm sao có thể đảm bảo ngiêng lò 450 để rót thép. Ngoài ra mạch ngắn còn phải đảm bảo sự cân bằng rmn và xmn giữa các pha để có các thông số điện (công suất, điện áp,dòng điện) như nhau của các hồ quang. Khi 3 pha mạch ngắn phân bố đối xứng thì hỗ cảm giữa 2 pha bất kỳ sẽ bằng nhau và sức điện động hỗ cảm sẽ bằng không. Trường hợp nếu khoảng cách giữa các pha không như nhau, hỗ cảm giữa các pha sẽ khác nhau, trong một pha nào đó sẽ suất hiện một sức điện động phụ ngược chiều dòng điện trong pha đó và tạo ra một sụt áp phụ trên điện trở thuần pha đó. Kết quả là pha này như thể tăng điện trở tác dụng, gây ra một tổn hao công suất phụ và công suất hồ quang của pha này sẽ giảm so với pha khác. Đồng thời ở một pha khác sức điện động phụ lại cùng chiều với dòng điện của pha, điện trở tác dụng như bị giảm và công suất hồ quang của pha này tăng nên. Hiện tượng trên gây ra sự mất đối xứng về điện áp giữa các hồ quang, sự phân bố công suất không đồng đều giữa các pha, giảm hiệu suất lò và với lò công suất càng lớn thì sự mất đối xứng điện từ ở mạch ngắn sẽ càng lớn. Chống hiện tượng trên bằng cách phân bố đối xứng về mặt hình học và về mặt điện từ của mạch ngắn và các điện cực đặt ở 3 đỉnh của một tam giác đều. Với lò dung lượng 10 tấn thì mạch ngắn được nối theo sơ đồ tam giác (hình a).Thiếu sót của cách này là sự không đối xứng của các dây dẫn chuyển dòng tới các điện cực không được bù trừ. Sơ đồ mạch ngắn Với các lò dung lượng lớn mạch ngắn thường được nối tam giác ở các điện cực (hình b). Hai bên mỗi cần giữ điện cực có đặt hai dây dẫn dòng pha cách điện nhau, ở sơ đồ này thì 2 pha có các dây dẫn dòng từ đầu đầu và đầu cuối tới 2 điện cực kề sát nhau tạo ra hệ 2 dây, còn pha thứ 3 dẫn dòng tới hai cần giữ ngoài cùng sẽ không có tính chất của hệ hai dây. Tính không đối xứng của mạch ngắn đã giảm nhiều nhưng chưa hoàn toàn. Sơ đồ (hình c) thực hiện dẫn dòng hệ 2 dây cho cả 3 pha nhờ thêm cần phụ mang dây đầu cuối pha 3 tới điện cực 1 vòng qua điện cực 3. Cần đỡ phụ và cần đỡ điện cực 1 được dịch chuyển đồng bộ với nhau qua liên kết cơ học. Sơ đồ này giảm tính không đối xứng của mạch ngắn xuống đến mức tối thiểu. 6. Hệ thống nâng hạ điện cực: Cơ cấu chấp hành (cơ cấu dịch cực) có thể truyền động bằng điện, cơ hay thuỷ lực. Trong cơ cấu điện cơ động cơ được dùng phổ biến là động cơ một chiều kích từ độc lập vì nó có mô men khởi động lớn dải điều chỉnh rộng bằng phẳng, dễ điều chỉnh và có thể dễ mở máy, đảo chiều, hãm. Đôi khi cũng dùng động cơ không đồng bộ có mô men quán tính của Roto nhỏ.Trong các loại lò một pha với điện cực bố trí nằm ngang người ta thường điều chỉnh điện cực bằng tay vì chế độ điện không thay đổi nhiều, công suất máy biến thế bé, điện cực nhỏ. Đối với những lò điện luyện thép 3 pha điện cực bố trí thẳng đứng, chế độ điện luôn thay đổi, hồ quang cháy mãnh liệt,công suất máy biến thế lò lớn, trong trường hợp này không điều chỉnh bằng tay được mà phải được tự động điều chỉnh bằng máy riêng với độ chính xác cao. 7. Một số thiết bị điện phụ khác - Ngoài thiết bị chủ yếu như đã nêu và được vẽ ở hình thì trong lò điện còn có các hệ thống điện cho các truyền động phụ phục vụ lò như: Truyền động nghiêng lò, nâng nắp lò, bơm nước làm mát lò, các tủ điện động lực và điều khiển, bàn điều khiển, hệ thống đèn báo nút bấm… C. CÁC YÊU CẦU ĐỐI VỚI SƠ ĐỒ ĐIỀU CHỈNH I. NHIÊM VỤ CỦA HỆ THỐNG NÂNG HẠ ĐIỆN CỰC LÒ HỒ QUANG Các lò hồ quang nấu luyện kim loại đều có các bộ diều chỉnh luyện luyện nâng cao năng xuất lò giảm suất chi phí năng lượng giảm thấp cacbon cho kim loại, nâng cao chất lượng thép, giảm dao động công suất khi nấu chảy, cải thiện điều kiện lao động. Chất lượng thép nấu luyện phụ thuôc vào công suất cấp và sự phân bố nhiệt hay nhiệt độ trong nồi lò. Điều kiện công suất lò hồ quang có thể thực hiện bằng cách thay đổi điện áp ra của BAL hoặc bằng sự dịch chuyển điện cực đã thay đổi chiều dài hồ quang và như thế sẽ thay đổi được điện áp hồ quang, dòng hồ quang và công suất tác dụng của lò hồ quang. II . CHẾ ĐỘ BẢO VỆ CỦA LÒ HỒ QUANG Trong quá trình nấu luyện lò hồ quang thường xẩy ra các sự cố: - Ngắn mạch làm việc. - Ngắn mạch sự cố. - Mất hồ quang của 1, 2 hay 3 pha. - Khi xẩy ra sự cố yêu cầu công nghệ của lò phải được trang bị các thiết bị bảo vệ để tự loại trừ nhanh sự cố hoặc phải cắt điện cung cấp cho lò. 1. Ngắn mạch làm việc: Ngắn mạch làm việc thường xẩy ra trong giai đoạn nấu chẩy kim loại bởi vì trong giai đoạn này có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến sự làm việc của hồ quang. Chẳng hạn như khi nạp liệu vào lò thường có các khe hở nên khi kim loại chẩy xuống dưới đáy lò gây mất hồ quang do đó điện cực phải hạ xuống để mồi lại hồ quang, khi mồi hồ quang sẽ gây ra hiện tượng ngắn mạch làm việc trong giai đoạn này. Khi xẩy ra ngắn mạch thì hệ thống phải tự loại trừ sự cố mà không làm cho các thiết bị bảo vệ tác động, đồng thời phải duy trì được hồ quang sau khi loại trừ được sự cố ngắn mạch làm việc, thời gian cho phép của một lần ngắn mạch làm việc là từ 23(s). 2. Ngắn mạch sự cố: Ngắn mạch sự cố thường xẩy ra trong giai đoạn nung nóng liệu và nấu chảy kim loại. Nguyên nhân chủ yếu là do sụt liệu, lúc này điện cực bị các thỏi kim loại chèn vào gây ngắn mạch sự cố. Khi xẩy ra hiện tượng ngắn mạch sự cố các khâu phản hồi trong mạch phải tác động nâng nhanh điện cực lên để loại trừ ngắn mạch sự cố. Để đề phòng cho trường hợp điện cực bị kim loại chèn quá chặt, các khâu phản hồi đã tác động nhưng không nâng được điện cực lên, trong hệ thống phải được đặt các dòng điện cực đại để tác động lên cuộn cắt của máy cắt, cắt mạch lực của hồ quang ra khỏi lưới, rơ le này có duy trì thời gian. Thời gian này giảm khi bội số quá tải dòng tăng, vì vậy hệ thống sẽ ngừng làm việc khi có ngắn mạch sự cố và khi có ngắn mạch làm việc kéo dài mà không xử lý được. 3. Mất điện trong khi làm việc: - Trong lò hồ quang dùng hai loại điện cực là điện cực bằng than và bằng grafit trong quá trình làm việc điện cực thường hay bị mòn do bị oxy hoá bởi khí lò và bay hơi do sự cháy của hố quang. Do đó điện cực ngắn dần việc này dẫn đến trường hợp điện cực của một pha nào đấy bị cụt gây mất một pha. Khi một pha bị mất thì dòng điện trong pha đó cũng thay đổi dẫn theo sự phá huỷ hồ quang của các pha còn lại. Điện cực của các pha còn lại đang ở vị trí chuẩn cũng có thể bị dịch chuyển. Để đảm bảo chế độ làm việc của các pha khác thì mỗi pha cần một hệ thống dịch chuyển điện cực riêng. - Khi điện cực bị cụt gây ra hiện tượng mất pha, hệ thống được trang bị các thiết bị để đo và kiểm tra đồng thời đưa tín hiệu này về cắt toàn bộ mạch lực của lò hồ quang, để tiến hành nối và tiến hành thay điện cực. III. PHƯƠNG PHÁP THỰC HIỆN NHIỆM VỤ CỦA HỆ THỐNG NÂNG HẠ ĐIỆN CỰC LÒ HỒ QUANG Về nguyên tắc duy trì công suất lò hồ quang có thể thông qua việc duy trì một trong các thông số sau: Dòng điện hồ quang Ihq, điện áp hồ quang Uhq, tỉ số giữa điện áp và dòng hồ quang Zhq= Bộ điều chỉnh duy trì dòng hồ quang không đổi Ihq = Const sẽ không mồi hồ quang tự động được. Ngoài ra dòng trong một pha nào đó thay đổi sẽ kéo theo dòng của hai pha còn lại. Ví dụ khi hồ quang một pha bị đứt thì lò hồ quang làm việc như phụ tải một pha và hai pha còn lại nối tiếp vào điện áp dây. Lúc đó các bộ điều chỉnh hai pha còn lại tiến hành hạ điện cực mặc dù không cần điều đó. Các bộ điều chỉnh loại này chỉ dùng cho lò hồ quang chân không. Bộ điều chỉnh duy trì điện áp hồ quang không đổi (Uhq=const) có khó khăn trong việc đo thông số này, cuộn dây do được nối giữa thân kim loại và thanh cái BAL. Do vậy điện áp đo được phụ thuộc vào dòng tải và sự thay đổi dòng của một pha sẻ ảnh hưởng tới hai pha còn lại. Phương pháp tốt nhất là dùng bộ điều chỉnh duy trì: Zhồ quang==const Thông qua hiệu số hiệu chỉnh dòng và áp: a.Ihồ quang-b.Uhồ quang=b.Ihồ quang(Z0hồ quang-Zhồ quang) (*) Trong đó: a và b là các hệ số các máy biến áp đo lường và điện trở điều chỉnh trên mạch (thay đổi bằng tay khi chỉnh định). Z0hồ quang và Zhồ quang giá trị đặt và giá trị tổng trở của hồ quang Từ (*) suy ra =Z0hồ quang-Zhồ quang=DZhồ quang Vậy điều chỉnh thực hiện theo chế độ lệch của tổng trở hồ quang so với giá trị đặt. Phương pháp này để mồi hồ quang, duy trì được công suất, ít chịu ảnh hưởng của của dao động điện áp nguồn cũng như ảnh hưởng lẫn nhau giữa các pha trong mỗi giai đoạn làm việc của lò hồ quang đòi hỏi công suất nhất định, mà công suất này lại phụ thuộc chiều dài ngọn lửa hồ quang. Như vậy điều chỉnh dịch điện cực là điều chỉnh chiều dài ngọn lửa hồ quang, do đó điều chỉnh được công suất lò hồ quang. Đó là nhiệm vụ chính của các bộ điều chỉnh tự động dịch cực lò hồ quang. IV. CÁC YÊU CẦU ĐỀ RA CHO MỘT BỘ ĐIỀU CHỈNH CÔNG SUẤT LÒ HÒ QUANG - Đủ nhạy để đảm bảo chế độ làm việc đã cho của lò. Duy trì dòng điện hồ quang không tụt quá (4á5)% trị số dòng điện làm việc. Vùng không nhạy của bộ điều chỉnh không vượt quá ±(3á 6)% trong giai đoạn nấu chảy và ±(2á 4)% trong các giai đoạn khác. - Tác động nhanh đảm bảo khử ngắn mạch hay đứt hồ quang trong thời gian (1,5á3)s. Điều đó sẻ làm giảm số lần ngắt máy cắt chính, giảm sự thẩm thấu cacbon của kim loại. Các lò hồ quang hiện đại không cho phép ngắt máy cắt chính quá hai lần trong giai đoạn nấu chảy. Đảm bảo yêu cầu này nhờ tốc độ dịch chuyển nhanh 2,5á3 m/phút trong giai đoạn nấu chảy. Dòng điện hồ quang lệch càng xa giá trị đặt thì tốc độ dịch cực càng phải nhanh. - Thời gian điều chỉnh ngắn. - Hạn chế tối thiểu sự dịch cực không cần thiết như khi chế độ làm việc bị phá vỡ trong thời gian rất ngắn, hay trong chế độ thay đổi tính đối xứng. Yêu cầu này càng cần thiết đối với lò hồ quang 3 pha không dây trung tính. Chế độ hồ quang của một pha nào đó bị phá huỷ sẽ dẫn theo phá huỷ chế độ hồ quang các pha khác. Do vậy mỗi pha cần có thể điều chỉnh độc lập để sự làm việc của các pha khác. - Thay đổi công suất lò bằng phẳng theo giới hạn (20á125)% trị số định mức và sai số không quá 5%. - Có thể chuyển đổi nhanh từ chế độ điều khiển tự đông sang chế độ điều khiển bằng tay và ngược lại do phải thực hiện thao tác phụ bất kì nào đó. - Tự động mồi hồ quang khi bắt đầu làm việc và khi bị đứt hồ quang. Khi ngắn mạch thì việc nâng điện cực lên không làm đứt hồ quang. - Dừng mọi điện cực khi mất điện lưới. Phần II: PHÂN TÍCH LỰA CHỌN PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG I-GIỚI THIỆU CHUNG: Hiện nay đang còn song song sử dụng hai loaị hệ truyền động nâng hạ điện cực cho lò hồ quang đó là: -Hệ thống sử dụng động cơ điện một chiều. -Hệ thống sử dụng động cơ xoay chiều. Mỗi loại đều có những ưu và nhược điểm riêng. Sau đây ta sẽ đi phân tích để lựa chọn phương án hợp lý cho hệ thống. II- PHÂN TÍCH CÁC PHƯƠNG ÁN TRUYỀN ĐỘNG NÂNG HẠ ĐIỆN CỰC LÒ HỒ QUANG Phương án nâng hạ điện cực dùng động cơ một chiều (hệ T-D) Sơ đồ này sử dụng bộ chỉnh lưu điều khiển dùng Tiristor mắc theo sơ đồ tia 3 pha mắc song song ngược. Sơ đồ nguyên lý một pha như hình vẽ (trang bên): Sơ đồ nguyên lý một pha hệ T-D Đ 4R 3VD 4VD 1R CL1 2R CL2 3R NKT Xp2 NĐK Xp1 ng KDA Giới thiệu sơ đồ: BA1, BA2: các máy biến áp tín hiệu dòng áp hồ quang CL1, Cl2: các chỉnh lưu đi ốt KN: khối không nhạy KĐ: khối khuếch đại :khuếch đại tín hiệu điều khiển NĐK: nguồn điều khiển, đưa các tín hiệu điều khiển tới các khâu phát xung XP1, XP2 để điều chỉnh góc mở tiristor Ng: Khối nguồn, nguồn nuôi cho khối khuếch đại. Ta thấy rằng tốc độ động cơ được quyết định bởi hiệu số của tín hiệu ra khối KN và tín hiệu phản hồi âm điện áp. Điốt ổn áp 4VD được đưa vào nhằm mục đích tạo chế độ rơ le trên đặc tính (trên đoạn đặc tính động cơ quay theo chiều nâng điện cực). Khi tín hiệu điện áp lấy trên BA1,BA2 tức là tín hiệu tỉ lệ với dòng điện và điện áp hồ quang được đưa vào các bộ khuếch đại chỉnh lưu CL1,CL2 mà thay đổi ta có Khi dòng hồ quang Ihq mà thay đổi (dòng điện hồ quang phía sơ cấp may biến áp lò). Dẫn đến các tín hiệu trên thay đổi theo(tăng) do dòng hồ quang tăng. Các tín hiệu này được đưa vào khối không nhạy và đưa sang khối khuếch đại KĐ. Khối khuếch đại sẽ khuếch đại lên và đưa sang khối nguồn điều khiển NĐK. Nguồn điều khiển sẽ tạo ra điện áp điều khiển đưa sang khối phát xung XP1và làm cho góc mở thay đổi dẫn đến làm điện áp chỉnh lưu tăng và dẫn đến động cơ quay thuận với tốc độ tăng dần và điện cực sẽ được nâng lên và dẫn đến dòng điện hồ quang lại được điều chỉnh giảm dần về giá trị định mức thì động cơ sẽ ngừng quay. Tương tự như trên khi dòng hồ quang giảm nhỏ hơn giá trị định mức lúc đó tín hiệu điều khiển ở khối nguồn điều khiển sẽ làm cho khối phát xung XP2 làm việc và động cơ sẽ được điều khiển quay theo chiều ngược lại dẫn đến điện cực hạ dần xuống và dẫn đến dòng hồ quang tăng dần đến giá trị định mức thì động cơ dừng. Khi xảy ra ngắn mạch làm việc thì khối nguồn điều khiển sẽ đưa ra một tín hiệu điều khiển sang khối phát xung XP1 và dẫn đến điện áp ra của bộ chỉnh lưu là lớn nhất và tốc độ động cơ là lớn nhất, do đó ngắn mạch làm việc sẽ bị loại trừ nhanh. Đặc tính tĩnh của hệ thống được mô tả dưới đây: Vcực Vmax -Vmax Nâng a1 b1 o a2 b2 I Ở vùng thay đổi nhỏ của dòng điện hồ quang thì tốc độ nâng tỷ lệ với số gia DIhq%( đoạn a1b1 ). ở vùng thay đổi lớn thì tốc độ nâng nhảy vọt, chế độ rơ le đạt được nhờ ổn áp 4VD trong mạch phản hồi âm điện áp. Nhận xét : *Ưu điểm: - Hệ thống này đáp ứng đầy đủ các công nghệ lò hồ quang. - Có thể loại trừ nhanh sự cố ngắn mạch làm việc và đứt hồ quang. Khi đứt hồ quang lò có thể tự mồi lại. - Không tác động khi có sai lệch nhỏ do đó loại trừ được hiện tượng quá điều chỉnh. - Sau khi sai lệch bị trừ khử, tín hiệu sai lệch nhỏ hơn vùng không nhậy sẽ không còn và dưới tác động của phản hồi sẽ xảy ra quá trình hãm điện (HTS). *Nhược điểm: Giá thành cao, hơn nữa động cơ một chiều lại không được sử dụng phổ biến. Hệ thống này chỉ thích hợp với những lò nấu luyện thép chất lượng cao. Khi áp dụng cho các lò luyện mangan ,đất đèn, gang thì việc sử dụng hệ thống trên là không cần thiết. 2. Phương án dùng động cơ xoay chiều: Ta xét Hệ thống nâng hạ điện cực lò hồ quang dùng động cơ xoay chiều điều khiển bằng PLC ghép nối biến tần: Sơ đồ khối của hệ thống như hình vẽ (trang bên): SƠ ĐỒ KHỐI CỦA MẠCH BIẾN TẦN PLC Đ A B C CD MC1 KWh A A A TI1 TI2 TU Ra Rc v v v Rb MC2 MC3 MC4 MN TI Nguyên lý làm việc của hệ thống: Nguyên lý hoạt động của hệ thống nhờ sự điều khiển của PLC ghép nối biến tần và nhờ hộp giảm tốc, dây cáp, con lăn, đối trọng… Ta có quá trình nâng hạ điện cực như sau: Khi than điện cực tiếp xúc vơi kim loại sẽ sinh ra hồ quang nhờ ngắn mạch giữa điện cực và kim loại. Tín hiệu dòng áp của hồ quang sẽ được qua bộ chuyển đổi khuyếch đại rồi chuyển vào PLC xử lý, kết hợp với phần mềm và các luật điều khiển sẽ đưa tín hiệu sang biến tần và biền tần sẽ biến đổi tín hiệu và điều khiển động cơ sao cho thoả mãn công nghệ lò hồ quang. - Ưu điểm của hệ thống: + Thoả mãn mọi yêu cầu công nghệ lò hồ quang. + Dễ dàng tự động hoá hoàn toàn. + Làm việc chắc chắn an toàn. + Khi thay đổi công nghệ chỉ cần thay đổi phần mềm. + Lắp đặt chiếm ít không gian. - Nhược điểm: + Giá thành đầu tư ban đầu lớn nên chỉ phù hợp với quy mô sản xuất lớn và cho công nghệ cao. 3. Kêt luận: Qua phân tích các phương án trên ta chọn hệ thống nâng hạ điện cực dùng động cơ điện xoay chiều ro to lòng sóc điều khiển bằng PLC ghép nối biến tần vì hệ thống này có nhiều ưu điểm phù hợp và đáp ứng đươc yêu cầu công nghệ lò hồ quang. Phần III: PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ ĐỘ RỘNG XUNG VÀ PHƯƠNG PHÁP ĐIỀU CHẾ VECTOR KHÔNG GIAN TRONG BIẾN TẦN NGUỒN ÁP Nội dung của phương pháp điều chế độ rộng xung là tạo ra một tín hiệu sin chuẩn có tần số bằng tần số ra và biên độ tỷ lệ với biên độ điện ra nghịch lưu. Tín hiệu này sẽ được so sánh với một tín hiệu răng cưa có tần số lớn hơn rất nhiều tần số của tín hiệu sin chuẩn. Giao điểm của hai tín hiệu này xác định thời điểm đóng mở van công suất. Điện áp ra có dạng xung với độ rộng thay đổi theo từng chu kỳ. Dạng sóng đầu ra theo phương pháp điều chế độ rộng xung (vo1 là thành phần sin cơ bản, vi là điện một chiều vào bộ nghịch lưu, vo là điện áp ra) Trong quỏ trỡnh điều chế, người ta có thể tạo xung hai cực hoặc một cực, điều biến theo độ rộng xung đơn cực và điều biến theo độ rộng xung lưỡng cực. Có hai phương pháp điều chế cơ bản là: Điều chế theo phương phỏp sin PWM (SPWM) Điều chế vectơ không gian I. Điều chế theo phương pháp SPWM Để tạo ra điện áp xoay chiều bằng phương pháp SPWM, ta sử dụng một tín hiệu xung tam giác vtri (gọi là sóng mang) đem so sánh với một tín hiệu sin chuẩn vc (gọi là tín hiệu điều khiển). Nếu đem xung điều khiển này cấp cho bộ nghich lưu một pha, thỡ ở ngừ ra sẽ thu được dạng xung điện áp mà thành phần điều hũa cơ bản có tần số bằng tần số tín hiệu điều khiển vc và biên độ phụ thuộc vào nguồn điện một chiều cấp cho bộ nghịch lưu và tỷ số giữa biên độ sóng sin mẫu và biên độ sóng mang. Tần số sóng mang lớn hơn rất nhiều tần số tín hiệu điều khiển. Hỡnh 3-1.1 miờu tả nguyờn lý của của phương pháp điều chế SPWM một pha: Hỡnh 3-1.1 : Nguyờn lý điều chế SPWM một pha Khi: vc > vtri , VA0 = Vdc/2 vc < ttri , VA0 = -Vdc/2 Đối với nghịch lưu áp ba pha có sơ đồ như hỡnh 3-1.2 để tạo ra điện áp sin ba pha dạng điều chế độ rộng xung ta cần ba tớn hiệu sin mẫu. Hỡnh 3-1.2 : Nghịch lưu áp ba pha Nguyờn lý điều chế và dạng sóng như sau: Hình 3-1.3 : Nguyên lý điều chế SPWM ba pha Hệ số điều chế biên độ ma được định nghĩa là tỷ số giữa biên độ của tín hiệu điều khiển với biên độ của sóng mang: (3-1) ma : Hệ số điều biến Vc : Biên độ sóng điều khiển Vtri : Biên độ sóng mang Trong vựng tuyến tớnh (0< ma< 1) biên độ của thành phần sin cơ bản VA01 (điện áp pha) trong dạng sóng đầu ra tỷ lệ với hệ số điều biến theo công thức: (3-2) Đối với điện áp dây là: (3-3) Như vậy trong phương pháp này biên độ điện áp dây đầu ra bộ nghịch lưu chỉ có thể đạt 86,67% điện áp một chiều đầu vào trong vùng tuyến tính (0 < ma < 1). Hệ số điều chế tỷ số mf là tỷ số giữa tần số súng mang và tần số tín hiệu điều khiển: (3-4) mf - hệ số điều chế tỷ số ftri - tần số súng mang, bằng tần số PWM fc - tấn số tín hiệu điều khiển Giá trị của mf được chọn sao cho nên có giá trị dương và lẻ. Nếu mf là một giá trị không nguyên thể trong dạng súng đầu ra sẽ có các thành phần điều hũa phụ (subharmonic). Nếu mf không phải là một số lẻ, trong dạng sóng đầu ra sẽ tồn tại thành phần một chiều và các hài bậc chẵn. Giá trị của mf nên là bội số của 3 đối nghịch lưu áp ba pha vỡ trong điện áp dây đầu ra sẽ triệt tiêu các hài bậc chẵn và hài là bội số của ba. Như vậy, nếu điện áp một chiều đầu vào không đổi, để điều chỉnh biên độ và tần số của điện áp đầu ra ta chỉ việc điều chỉnh biên độ và tần số của tín hiệu sin chuẩn vc. Đặc trưng cơ bản của phương pháp này là thành phần sóng điều hũa của điện áp ra. Muốn giảm các sóng điều hũa bậc cao cần phải tăng tần số sóng mang hay tần số PWM. Tuy nhiên càng tăng tần số PWM thỡ tổn hao chuyển mạch lại tăng lên. II. Phương pháp điều chế vectơ không gian (SVPWM) Phương pháp điều chế vectơ không gian khác với các phương pháp điều chế độ rộng xung khác. Với phương pháp điều chế PWM khác, bộ nghịch lưu được xem như ba bộ biến đổi đẩy kéo riêng biệt với ba điện áp pha độc lập nhau. Đối với phương pháp điều chế vectơ không gian, bộ nghịch lưu được xem như một khối duy nhất với 8 trạng thái đóng ngắt từ 0 đến 7. 1. Véc tơ không gian của các đại lượng 3 pha a. Xây dựng véc tơ không gian. Động cơ đồng bộ hay không đồng bộ đều có ba cuộn dây với dòng điện ba pha bố trí như sau. H3-2.1 Trong đó 3 dòng điện isu, i sv, i sw là 3 dòng chảy từ lưới qua đấu nối vào động cơ. Khi chạy động cơ bằng biến tần thì đó là 3 dòng ở đầu ra của biến tần, 3 dòng đó thoả mãn phương trình: isu(t) + isv(t) + isw(t) = 0 (2.1) Và từng dòng điện đó thoả mãn công thức sau: isu =| is| . cos(t) isv =| is| . cos(t +1200) (2.2) isw =| is| . cos(t +2400) Trên mặt phẳng cơ học động cơ xoay chiều 3 pha có 3 cuộn dây đặt lệch nhau một góc 1200. Nếu trên mặt phẳng cắt đó ta thiết lập một hệ toạ độ phức với trục thực đi qua cuộn dây a của động cơ ta có thể xây dựng véc tơ không gian sau đây: is(t) = .[isu(t) + isv(t).ej120 + isw(t).ej240] = | is|.ej  (2.3) Theo công thức trên thì véc tơ is(t) là một véc tơ có modul không đổi quay trên mặt phẳng phức với tốc độ góc .fs và tạo ra một trục thực một góc pha s(t). Trong đó s là tần số mạch stator. Việc xây dựng véc tơ is(t) được mô tả trong hình sau. H 3-2.2: Thiết lập véc tơ không gian từ các đại lượng pha. Qua hình vẽ ta thấy dòng điện của từng pha chính là hình chiếu của véc tơ mới thu được lên trục của cuộn dây pha tương ứng. Ta đặt tên cho trục thực có mặt phẳng phức là và trục ảo là , hình chiếu của véc tơ dòng xuống hai trục đó là is, và is. H3-2.3 Biểu diễn dòng stator dưới dạng véc tơ không gian với các phần tử is, is, và thuộc hệ toạ độ stator cố định. Dễ dàng nhận thấy rằng và là hai dòng hình sin do đó ta có thể hình dung ra một động cơ điện tương ứng với hai cuộn dây cố định thay thế cho 3 cuộn dây u, v, w. Hệ toạ độ này là hệ toạ độ stator cố định ta có: (2.4) Trên cơ sở công thức (2.1) kèm theo điều kiện điểm trung tính của 3 cuộn dây không nối đất ta chỉ cần đo 2 trong 3 dòng điện stator là đã có đầy đủ thông tin về is(t) với các thành phần trong công thức (2.4) Tương tự với các véc tơ dòng stator, các véc tơ điện áp stator Us, dòng rotor ir, từ thông stator , từ thông rotor đều có thể biểu diễn bằng các phần tử thuộc hệ toạ độ stator cố định. (2.5) b. Chuyển hệ toạ độ cho véc tơ không gian. Mục đích của ta ở đây là đưa cách quan sát các đại lượng véc tơ trên hệ toạ độ stator cố định sang hệ toạ độ xy nào đó quay đồng bộ với từ thông stator. Ta xét hệ toạ độ tổng quát xy và hệ toạ độ x*y* có chung điểm gốc và nằm lệch đi 1 góc so với hệ xy. Quan sát véc tơ bất kỳ ta thu được. - Trên hệ xy : - Trên hệ x*y* : H3-2.4 Chuyển hệ toạ độ cho véc tơ không gian bất kỳ. Từ hình vẽ và qua vài biến đổi ta có công thức chuyển đổi hệ toạ độ như sau: (2.6) Từ đó ta thấy hai hệ toạ độ x*y* và xy được coi là hai hệ toạ độ cố định hay nói cách khác góc được coi là không đổi. Nhưng trong thực tế có thể là một góc biến thiên với tốc độ góc. Trong trường hợp ấy hệ toạ độ x*y* là hệ toạ độ quay tròn với tốc độ góc là xung quanh gốc của hệ toạ độ xy . Giả sử ta quan sát một động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc đang quay với vận tốc góc trong đó là góc tạo bởi trục rotor và trục quay cuộn dây pha u. Hình vẽ biểu diễn hai véc tơ dòng stator is và từ thông rotor với môdul và một góc pha bất kỳ. H3-2.5 : Biểu diễn véc tơ không gian trên hệ toạ độ từ thông. Véc tơ từ thông quay với tốc độ góc Trong đó fs là tần số mạch điện stator. Từ hình vẽ (H3-2.5) ta thấy sự chênh lệch đó tạo nên dòng điện rotor với tần số fr. dòng điện đó cũng có thể biểu diễn dưới dạng véc tơ ir với tốc độ góc và gốc trùng với gốc của hệ toạ độ và đặt tên cho trục mới là dq ta dễ dàng nhận thấy rằng hệ toạ độ mới định nghĩa là một hệ toạ độ quay xung quanh điểm gốc chung với tốc độ góc với véc tơ is có các phần tử mới là isd và isq. Để dễ nhận biết được véc tơ đang quan sát ở hệ toạ độ nào ta quy ước thêm hai chỉ số mới được viết bên phải trên cao: f thay cho hệ toạ độ dq và s thay cho hệ toạ độ ta sẽ có: (2.7) Nếu biết được ta có thể dễ dàng tính được theo công thức. (2.8). hay. (2.9) Toàn bộ quá trình trên được tổng hợp đầy đủ trong hình vẽ sau. H3-2.6 Ưu điểm của hệ toạ độ mới là do các véc tơ is và cũng như bản thân hệ toạ độ dq quay đồng bộ với nhau với tốc độ góc quanh điểm gốc, các phần tử của véc tơ (isd, isq) là các đại lượng một chiều. Trong chế độ vận hành xác lập các phần tử thậm chí có thể là không đổi. Quá trình quá độ chúng có thể biến thiên theo một thuật toán đã định trước. Khó khăn thực tiễn của việc tính isdvà isq là việc xác định góc , trong trường hợp động cơ đồng bộ góc đó được xác định dễ dàng bằng thiết bị đo tốc độ vòng quay (máy phát xung kèm vạch o, resolver). Trường hợp động cơ không đồng bộ góc được tạo nên bởi tốc độ góc , trong đó chỉ có là có thể đo được ngược lại với fr là tần số mạch rotor ta chưa biết. Vậy phương pháp mô tả trên hệ toạ độ dq đòi hỏi phải tính được một cách chính xác đó là cơ sở của hệ thống điều khiển / điều chỉnh kiểu tựa theo từ thông rotor (T4R). Một cách tương tự như đối với véc tơ dòng stator ta có thể biểu diễn tất cả các véc tơ còn lại trên hệ toạ độ dq. (2.10). Ta thấy trong phương trình có do trục q bản thân đứng vuông góc với tuy nhiên trên thực tế ta rất khó tính chính xác góc do đó ta vẫn giữ để đảm bảo tính khách quan khi quan sát. 2. Nguyên tắc điều chế véc tơ không gian: Phương pháp điều chế véc tơ không gian là phương pháp mạnh phổ cập đã hoá số toàn phần dùng để điều khiển biến tần. Khâu điều khiển biến tần là khâu ghép nối quan trọng giữa thiết bị điều khiển / điều chỉnh bằng số với khâu chấp hành: biến tần / động cơ. Trong hệ thống này sơ đồ nguyên lý của động cơ không đồng bộ 3 pha rotor lồng sóc được nuôi bởi biến tần dùng van bán dẫn. Thông thường các đôi van được vi xử lý vi tính điều khiển sao cho điện áp xoay chiều 3 pha với biên độ cho trước, với tần số cũng như góc pha cho trước được đặt lên 3 cực của động cơ theo đúng yêu cầu biến tần được nuôi bởi điện áp một chiều UMC : H 3-2.7: Sơ đồ nguyên lý của động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc nuôi bởi biến tần nguồn áp. Ta thấy mỗi pha của động cơ có thể nhận một trong 2 trạng thái 1(nối với cực dương của UMC) hoặc 0 (nối với cực âm của UMC) do đó các van bán dẫn sẽ có 23 = 8 trạng thái, khả năng nối pha của động cơ với UMC. Như trong bảng sau: STT Cuộn dây pha 0 1 2 3 4 5 6 7 Pha u 0 1 1 0 0 0 1 1 Pha v 0 0 1 1 1 0 0 1 Pha w 0 0 0 0 1 1 1 1 Bảng 1. Để tìm được vec tơ điện áp chuẩn cho các cặp van bán dẫn của biến tần tạo nên, ta xét kỹ một khả năng trong tám khả năng trên, ví dụ như khả năng thứ tư trong bảng 1 với sơ đồ nối dây như hình vẽ sau: H3-2.8 Từ hình vẽ trên ta có thể tính được điện áp rơi trên từng quận dây pha u, v, w Xét bố trí hình học của ba quận dây trên mặt phẳng tương tự như đối với khả năng thứ tư, ta dễ dàng xây dựng được véc tơ điện áp tương ứng cho tất cả các trường hợp còn lại (H3-2.9) các véc tơ đó được đánh số từ 07 như số thứ tự của bảng 1. Ở đây còn lưu ý đến hai trường hợp đặc biệt. U0: Cả ba pha đề nối với cực (-) của UMC U7: Cả ba pha đề nối với cực (+) của UMC Cả hai véc tơ này có mođul = 0 và có ý nghĩa rất quan trọng. H3-2.9 Hình (H3-2.9) cho thấy rõ ràng vị trí của từng véc tơ chuẩn trong hệ toạ độ ta ghi nhớ rằng modul của tổng véc tơ đó luôn có giá trị = . Ngoài quy ước thông thường về các góc phần tư Q1 đến Q4 phân chia bởi 2 trục hệ toạ độ . Các véc tơ chuẩn chia toàn bộ không gian thành các góc phần 6 S1 đến S6 chỉ bằng 8 véc tơ chuẩn (H3-2.9) ta phải tạo nên điện áp stator với biên độ góc pha bất kỳ. a. Nguyên lý của phương pháp điều chế véc tơ không gian. Giả sử ta phải thực hiện véc tơ Us bất kỳ như trong hình H3-2.10 véc tơ đó có thể nằm ở góc phần 6 bất kỳ nào đó. Trong ví dụ này US nằm ở S1. US có thể thành tổng của hai véc tơ UP, Ut tựa theo hai hướng của véc tơ chuẩn U1, U2 các chữ viết bên phải (thấp) có nghĩa như sau. t: véc tơ biên trái. p: véc tơ biên phải. H3-2.10 Thực hiện véc tơ Us bất kỳ bằng 2 véc tơ chuẩn. Ta đã biết rằng điện áp sẽ được quy đổi bằng thời gian đóng ngắt xung trong một chu kỳ nào đó, giả thiết toàn bộ chu kỳ đó là chu kỳ có ích được phép dùng để thực hiện véc tơ khi này modul tối đa cũng không thể vượt quá 2/3 UMC do vậy ta có công thức. . Thời gian tối đa là t ta có các nhận xét đầu tiên như sau: + Us là tổng véc tơ của 2 véc tơ biên Up, Ut : Us = Up + Ut + Hai véc tơ biên có thể thực hiện bằng cách thực hiện U1 (cho Up) và U2 (cho Ut) trong khoảng thời gian sau: Vấn đề ở đây là ta phải tính được các khoảng thời gian Tp, Tt để tính được Tp, Tt ta phải biết được modul của véc tơ biên phải Up và modul của véc tơ biên trái Ut. Xuất phát điểm để tính modul của véc tơ Us là do khâu điều chỉnh dòng yêu cầu. Ta đã xét đến thời gian để thực hiện các véc tơ Tp, Tt trong khoảng thời gian còn lại T – (Tp + Tt) biến tần sẽ thực hiện 1 trong 2 véc tơ có modul = 0, U0 và U7 bằng cách đó trên thực tế ta thực hiện phép cộng véc tơ sau: Đến đây ta phải xem xét trình tự thực hiện 3 véc tơ U1, U2, U7 (U0). Ta có bảng xung mẫu của 4 véc tơ trên như bảng 1. Thông qua bảng xung mẫu ta thấy trình tự sẽ là có lợi nhất nếu trong một chu kỳ các cặp van phải chuyển mạch ít nhất. Cụ thể ở đây các cặp van sẽ phải chuyển mạch một lần. Nếu như trạng thái cuối cùng là U0 trình tự thực hiện sẽ là: Nếu như trạng thái cuối cùng là U7 trình tự thực hiện sẽ là: Bằng cách thực hiện như vậy ta sẽ gây tổn hao đóng cắt các van của biến tần ở mức thấp nhất. Nếu ta vẽ ghép tượng trưng 2 chu kỳ nối tiếp nhau thuộc góc phần 6 thứ nhất S1 ta sẽ thu được biểu đồ xung như sau. H3-2.11 Bằng cách thực hiện hoàn toàn tương tự như góc phần 6 thứ nhất S1 cho các góc phần 6 còn lại ta có biểu đồ xung các véc tơ điện áp đó b. Cách tính và thực hiện thời gian đóng cắt van bán dẫn của biến tần. Bảng các số liệu về góc pha cũng như về vị trí (góc 1/4, góc 1/6) của véc tơ điện áp ta sẽ biết được quá trình đóng cắt của các van, còn việc tính toán thời gian đóng cắt của các van hoàn toàn phụ thuộc vào thông tin về modul của các véc tơ Up, Ut.. Véc tơ điện áp Us thường được cho biết trước dưới 1 trong 2 dạng sau: + Hai thành phần một chiều Usd, Usq trên hệ toạ độ từ thông rotor góc pha gồm có góc của hệ toạ độ dq cộng với góc riêng của Us (so với trục dq theo công thức sau): + Hai thành phần hình sin. Ở dạng này thông tin về góc pha được ẩn trong . Do đó ta cũng có hai phương pháp tính modul của Up, Ut giả sử ta xét véc tơ us bất kỳ thuộc góc phần 6 thứ nhất. * Phương pháp 1: Công thức (4.1) ta tính được và do đó ta tính được modul của véc tơ biên phải, biên trái được tính như sau: (2) (3) (4) H3-2.12 Các khả năng cho biết trước về véc tơ điện áp stator Us * Phương pháp 2. Các véc tơ Up,Ut được tính trực tiếp từ theo công thức sau: (5) (6) Ở phương pháp 1 chỉ cần ba công thức (2, 3, 4) cho toàn bộ không gian véctơ song ở phương pháp 1 có 2 phép chia () cũng nhưphần dư và ba phép tính lượng giác (sin, cos, tg) trong điều khiển/ điều chỉnh thực của chu kỳ tính toán ở vài phần trăm cần cân nhắc khi xuất hiện thêm các phép chia. Ngược lại ở phương pháp 2 các công thức (5, 6) chỉ có giá trị với góc s1 trong phương pháp này ta phải tuỳ theo góc phần tư và góc phần 6 cụ thể mà áp dụng công thức ở bảng sau: S1 Q1 S2 Q1 Q2 S3 Q2 S4 Q3 S5 Q3 Q4 S6 Q4 Bảng 2 Việc áp dụng phương pháp 2 tưởng chừng phức tạp hơn do phải dùng nhiều công thức khác nhau như trong bảng 2 tuy vậy quan sát kỹ ta sẽ thấy tất cả quy tụ về chỉ có 3 công thức sau. a = b = c = Trong cả 3 công thức đều không có phép chia cũng như phép tính lượng giác vì vậy áp dụng chúng sẽ có lợi nhiều về thời gian tính toán. Vấn đề còn lại là phải biết được Us nằm ở góc phần tư, phần sáu nào của không gian véc tơ để lựa chọn cho đúng công thức. Ta có thể sử dụng các suy nghĩ sau: + Xét dấu Us, Us ta nhận biết được Us nằm ở góc phần tư thứ mấy. + Biểu thức sẽ đổi dấu mỗi khi Us đi qua danh giới của góc phần sáu bất kỳ. Sau khi biết được góc phần tư bằng việc xét dấu b ta sẽ biết được góc phần sáu cụ thể thuộc góc phần tư đó. PHẦN IV TỔNG QUAN VỀ BIẾN TẦN SIMENS VÀ PLC S7-200 A. GIỚI THIỆU VỀ BIẾN TẦN CỦA SIMEMS I. Tổng quan về biến tần Siemens. Micromaster vecter (MMV) và Midimaster vecter (MDV) là một họ các biến tần tiêu chuẩn với công nghệ điều khiển véc tơ không sensor dùng cho điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ ba pha. Có sẵn các kiểu từ loại nhỏ gọn (MMV) 120w đến loại (MDV) 75kw. Cả hai loại biến tần đều được điều khiển bằng vi xử lí (Micro Processor) phương pháp điều biến độ rộng xung với dải tần số tuỳ chọn cho phép động cơ hoạt động cực kỳ êm. Bộ biến tần và động cơ được cung cấp đầy đủ các chức năng bảo vệ khác nhau. *. Đặc điểm: - Dễ lắp đặt và lập trình. - Khả năng quá tải 200% trong 3(s) hay 150% trong 60(s). - Mô men khởi động cao và đảm bảo độ chính xác trong điều tốc nhờ điều khiển véc tơ. - Tuỳ chọn bộ lọc tích phân RFI trong các biến tần đầu vào một pha MMV 12 – MMV 300 và các biến tần đầu vào 3 pha MMV 220 / 3 đến MDV 750/ 3. - Chức năng điều khiển giới hạn dòng điện nhanh (FCL) đảm bảo vận hành chính xác. - Dải nhiệt độ làm việc (với MDV). - Điều khiển chu trình kín sử dụng các hàm mạch vòng PID. - Khả năng điều khiển từ xa thông qua các RS485 dùng giao thức nối tiếp đa năng (USS). - Khả năng điều khiển tới 31 bộ biến tần thông qua giao thức USS. - Bao gồm một loạt các thông số đủ để đáp ứng hầu hết các ứng dụng. - Bộ nhớ trong ổn định để lưu giữ các thông số được cài đặt. Thông báo lỗi được chương trình hoá theo tiêu chuẩn của châu âu và bắc mỹ. - Tần số ra (tương ứng với tốc độ động cơ) có thể được điều khiển bằng một trong các phương án sau: a. Điểm đặt tần số sử dụng bàn phím. b. Điểm đặt tần số tương tự (analog) với độ phân giải cao (đầu vào dòng hoặc áp). c. Triết áp bên ngoài để điều chỉnh tốc độ động cơ d. Có 8 tần số định thông qua các đầu vào nhị phân. e. Chức năng triết áp động cơ. f. Thông qua truyền số liệu từ xa (giao diện nối tiếp). - Định sẵn hãm động năng bằng dòng một chiều với cơ cấu hãm kết hợp. - Định sẵn hãm bằng phương pháp dùng điện trở ngoài (MMV). - Thời gian gia tốc, giảm tốc có thể lập trình linh hoạt. - Bù trừ tự động bằng cách điều khiển dòng liên tục thay đổi. - Panel điều khiển trước bằng phần mềm. - Hai đầu ra rơle có thể lập trình được (13 chức năng). - Đầu ra tương tự có thể lập trình được (1 với MMV; 2 với MDV). - Đầu nối ngoài cho panel điều khiển nâng cao tuỳ chọn hoặc sử dụng giao diện RS485 ngoài. - Tự động phát hiện động cơ 2, 4, 6, hoặc 8 cực bằng phần mềm. - Tích hợp sẵn phần mềm điều khiển quạt gió làm mát. - Khả năng lắp đặt liền nhau. - Tuỳ chọn cấp bảo vệ IP 56 (NEMA 4/12) đối với các bộ biến tần MDV. II. Lắp đặt Micromaster Vecter 1. Các đầu nối nguồn của động cơ: - Đảm bảo rằng nguồn cấp cho đúng điện áp và được thiết kế đảm bảo cho dòng cần thiết. Đảm bảo rằng các áp tô mát và cầu chì thích hợp với giá trị dòng định mức được nối giữa nguồn cấp và biến tần. Nối đúng nguồn cáp tới các đầu nối L1, L2, L3 (3 pha) và các cực tiếp địa PE sử dụng cáp 4 lõi cho biến tần. - Dùng cáp 4 lõi để nối tới động cơ, cáp được nối tới động cơ qua các đầu nối a, b, c và đầu tiếp địa PE. - Nếu cần thiết có thể nối thêm khối hãm vào các cực đấu DC + và DC – trên biến tần. - Xiết chặt tất cả các đầu nối nguồn và động cơ. - Các động cơ không đồng bộ và đồng bộ có thể nối tới biến tần MMV hoặc là độc lập hoặc song song. Chú ý: Nếu sử dụng một động cơ đồng bộ hoặc không đồng bộ nối tới biến tần thì dòng điện động cơ có thể bằng 2.5 3 lần dòng điện mong muốn do đó phải chọn loại biến tần cho thích hợp. Các đầu nối điện của MMV được thể hiện trên hình 4.1 hình 4.1 2. Các đầu nối điều khiển. Chú ý: - Không sử dụng các đầu nối RS 485 bên trong (chân 24 và 25) nếu đã dùng cổng RS485 bên ngoài trên panel đặt trước của biến tần. - Các chuyển mạch DIP dùng để nựa chọn các đầu vào tương tự giữa điện áp U và dòng điện I và cũng để lựa chọn tín hiệu phản hồi áp hay dòng. Chỉ có thể điều chỉnh được các chuyển mạch này khi nâng nắp che của biến tần. - Sơ đồ các đầu nối điều khiển như hình 4.2 Hình 4.2 3. Bảo vệ quá tải nhiệt động cơ bên ngoài: 14 Khi làm việc ở tốc độ nhỏ hơn tốc độ định mức hiệu quả làm mát của quạt gió ở gần đầu trục động cơ giảm. Do đó hầu hết các động cơ phải chọn lại định mức khi làm việc liên tục ở tần số thấp. Để đảm bảo cho động cơ được bảo vệ chống quá nhiệt trong những điều kiện như vậy cần thiết phải có một cảm biến nhiệt độ PTC gắn ở động cơ và được nối với các đầu nối điều khiển của biến tần như hình vẽ: MOTOR PTC Inverter Control 15 Terminals 4. Sơ đồ khối của MICROMASTER Vector: Hình 4.3 III. Điều khiển và vận hành cơ bản. 1. Điều khiển: a. Panel điều khiển đặt trước: Có thể nhập thông số yêu cầu bằng 3 nút đặt thông số (P, ) trên bảng mặt trước của bộ biến tần. Các số của thông số và các giá trị được hiển thị trên màn hình hiển thị LED4 JOG Nút JOG: Bấm nút này khi bộ biến tần ngừng chạy làm cho máy khởi động và chạy ở tần số đã đặt trước. Bộ biến tần dừng ngay khi buông nút ấn này ra. Bấm nút này khi máy đang chạy sẽ không có hiệu lực. Nút này bị cấm nếu P123 = 0 Nút: RUN: Bấm nút này để khởi động bộ biến tần, nút này bị cấm nếu P121 = 0 Nút STOP: Bấm nút này để bộ biến tần ngưng hoạt động LED Display Màn hình hiển thị LED 4 số. Hiển thị tần số (mặc định) số, thông số hoặc giá trị thông số (khi ấn P) hoặc hiển thị mã lỗi Nút tiến/ lùi Bấm nút này để đổi chiều quay động cơ, nút này bị cấm nếu P122 = 0 Nút lên: Bấm nút này để đặt các thông số và giá trị thông số tới giá trị cao hơn. Nút này không có hiệu lực khi đặt thông số P124= 0 Nút xuống: Bấm nút này để đặt các thông số và giá trị các thông số tới giá trị thấp hơn. Nút này không có hiệu lực khi P124= 0 P Nút đặt thông số: Bấm nút này để chuyển đổi các thông số và giá trị thông số. Nút này bị cấm nếu P051P055 hoặc P356= 14 khi sử dụng các đầu vào số. b. Chuyển mạch lựa chọn DIP: hình 4.4 Có 5 chuyển mạch lựa chọn DIP có thể đặt phù hợp với thông số P023 hoặc P323 tuỳ theo chế độ làm việc của biến tần hình 4.4 thể hiện các vị trí chuyển mạch theo chế độ chuyển mạch khác nhau. 2. Vận hành cơ bản. a. Khái quát: + Bộ biến tần không có khoá nguồn chính vì vậy nó luôn luôn hoạt động khi khoá nguồn đóng. Nó chuyển sang trạng thái chờ với các đầu ra không hoạt động cho đến khi bấm nút RUN hoặc có tín hiệu ON qua đầu nối 5 (quay sang phải) hoặc đầu nối 6 (quay sang trái) xem phần các thông số. P051-P005 và P356. + Nếu tần số đầu ra (P001= 0) được chọn hiển thị trên màn hình, điểm đặt tương ứng được đặt hiển thị khoảng chừng 1.5 s mỗi lần khi bộ biến tần ngừng chạy. + Bộ biến tần được đặt chương trình tại nhà máy cho các ứng dụng tiêu chuẩn trên các động cơ chuẩn 4 cực. Khi sử dụng các động cơ khác cần phải nhập các thông số kĩ thuật từ bảng ghi công suất vào các thông số P080 tới P085 (xem hình 4.5) lưu ý không thể nhập các thông số này trừ khi P009= P002 hoặc P003. Nếu bộ biến tần sử dụng cho một động cơ 8 cực đặt P082 với tốc độ gấp 2 lần tốc độ danh định của động cơ. Nếu biết rằng điều này sẽ làm cho màn hình hiển thị gấp đôi số vòng trên phút thực tế khi P001= P005 Hình 4.5: Ví dụ nhãn ghi công suất động cơ tiêu chuẩn. Chú ý: Đảm bảo tằng động cơ được ghi cấu hình chính xác, ví dụ trong các ví dụ trên các thông số được ghi theo cấu hình liên kết với đầu nối tam giác điện áp 220V b. Kiểm tra ban đầu. + Kiểm tra tất cả các dây dẫn được nối chính xác và thiết bị phải được đặt ở vị trí an toàn. + Đóng nguồn cấp điện cho biến tần. + Đảm bảo an toàn trước khi khởi động động cơ, ấn nút RUN trên biến tần màn hình sẽ hiển thị 5.0 và động cơ bắt đầu quay biến tần sẽ gia tốc lên 5 Hz trong 1s. + Đảm bảo rằng động cơ quay đúng chiều yêu cầu cần ấn nút. FORWARD/ REVERSE nếu cần. + ấn nút STOP trên biến tần màn hình sẽ hiển thị 0.0 động cơ giảm tốc độ dần và kết thúc quá trình dừng sau 1s. c. Hướng dẫn 10 thao tác cơ bản. Phương pháp cơ bản để cài đặt biến tần được miêu tả dưới đây, phương pháp này sử dụng 1 điểm đặt tần số (digital) và chỉ yêu cầu thay đổi thông số tối thiểu từ giá trị mặc định giả sử một động cơ 4 cực tiêu chuẩn của động cơ siemens được nối với biến tần (nếu sử dụng động cơ kiểu khác xem lại phần vận hành cơ bản 2.a) Step/Action Buttion Display 1. cấp nguồn cho biến tần 0.0 5.0 2. ấn nút nhập thông số P P000 3. ấn nút đến khi P005 được hiển thị P005 4. ấn nút P để hiển thị điểm đặt tần số hiện thời (Giá trị mặc định của nhà máy là 5 Hz) P P005.o 5. ấn nút để đạt giá trị điểm đặt tần số theo yêu cầu ví dụ 35 Hz 035.0 6. ấn nút P để lưu giá trị vừa đặt của bộ nhớ vào biến tần P 7. ấn nút để quay về P000 P000 8. ấn nút P để thoát khỏi thủ tục đặt thông số màn hình sẽ hiển thị chuyển đổi giữa giá trị tần số ra hiện thời và giá trị tần số đặt P 0.0 35.0 9. Khởi động biến tần bằng nút RUN, trục động cơ sẽ quay và màn hình hiển thị tần số đang gia tốc lên giá trị tần số đạt 35 Hz. Chú ý: Điểm đặt tần số sẽ đạt được sau 7s (mặc định thời gian tốc độ đặt bởi P002 là 10s để đạt tới tần số 50 Hz là giá trị tần số động cơ lớn nhất được đặt mặc định trong P013). Nếu cần có thể thay đổi tốc độ động cơ bằng các nút (Đặt P011 = 001 để lưu giá trị đặt tần số mới của biến tần khi biến tần ngừng chạy) 0.0 10. Dừng biến tần bằng nút STOP. Động cơ sẽ giảm tốc độ và dừng lại. 35.0 3. Các chế độ vận hành 3.1 Điều khiển số Digital: + Đối với cấu hình khởi động cơ bản sử dụng điều khiển số quá trình diễn ra như sau: - Nối đầu nối khởi động chính tới đầu nối 5 qua một công tắc tắt/ mở bình thường, nó sẽ làm cho bộ biến tần quay theo chiều kim đồng hồ (mặc định). - Lắp vỏ vào và đóng nguồn chính cấp cho biến tần đặt thông số P009 tới P002 hoặc P003 để cho tất cả các thông số đều điều chỉnh được. - Kiểm tra thông số P006 được đặt tới P000 để định rõ điểm đặt số digital. - Đặt thông số P007 tới P000 để định rõ đầu vào số (VD: DIN1, đầu nối 5 trong trường hợp này) và làm bảng điều khiển đặt trước mất hiệu lực. - Đặt thông số P005 tới điểm đặt tần số mong muốn. - Đặt thông số P080 tới P085 theo đúng như bảng công suất trên động cơ. - Đặt công tắc tắt/ mở bên ngoài vị trí đóng (ON) bộ biến tần bây giờ sẽ điều khiển động cơ ở tần số do P005 đặt. 3.2 Điều khiển tương tự. + Đối với cấu hình khởi động cơ bản sử dụng điều khiển tương tự quá trình diễn ra như sau: - Nối đầu nối điều khiển 9 tới đầu nối 5 qua một công tắc tắt/ mở bình thường, nó sẽ làm cho biến tần quay theo chiều kim đồng hồ (mặc định). - Nối một triết áp 4.7 K tới các đầu nối điều khiển như trong hình 5.1 và 5.3 hoặc nối chân 2 (0V) tới chân 4 và đưa một tín hiệu từ 0 10V vào giữa chân 2 (0V) và chân 3 (AIN+). - Đặt SW1 của chuyển mạch lựa chọn DIP vào vị trí đầu vào điện áp (V). - lắp vỏ vào và đóng nguồn chính cho bộ biến tần, đặt thông số P009 tới 002 hoặc 003 để cho tất cả các thông số đều điều chỉnh được. - Kiểm tra thông số P006 được đặt tới 001 để định rõ điểm đặt tương tự. - Đặt thông số P007 tới 000 để định rõ đầu vào số (ví dụ: DIN1, đầu nối 5 trong trường hợp này) và làm bảng điều khiển mặt trước mất hiệu lực. - Đặt thông số P021 và P022 để định rõ các mức đặt thông số đầu ra cực đại và cực tiểu. - Đặt thông số P080 tới P085 theo đúng như bảng công suất trên động cơ. - Đặt công tắc tắt/mở bên ngoài vị trí đóng. Quay triết áp (hoặc điều chỉnh điện áp tương tự) cho đến khi tần số mong muốn hiển thị trên bộ biến tần. 3.3 Các chế độ điều khiển động cơ. Các biến tần MMV và MDV có 4 chế độ điều khiển khác nhau theo quan hệ điều khiển giữa điện áp do biến tần cấp ra với tốc độ động cơ, chế độ điều khiển của động cơ được lựa chọn trong thông số P007 . - Điều khiển theo quan hệ tuyến tính điện áp/ tần số . - Điều khiển dòng từ thông (FCC) được sử dụng để duy trì từ thông của động cơ. - Điều khiển véc tơ không sensor, bộ biến tần sẽ tính toán sự thay đổi của điện áp đầu ra để duy trì tốc độ của động cơ theo yêu cầu. Các chế độ này được miêu tả rõ hơn sau đây. a. Chế độ điều khiển tuyến tính điện áp/ tần số (V/F)(P007= 0 hoặc 2). - Chế độ này được sử dụng cho động cơ đồng bộ hoặc nhiều động cơ nối song song với nhau, mỗi động cơ nên lắp riêng một rơle quá tải, nhiệt. Nếu 2 hay nhiều động cơ được điều khiển đồng thời bởi 1 biến tần. Trong nhiều trường hợp khi sử dụng các thông số mặc định của nhà máy thì giá trị điện trở stator được mặc định trong P089 sẽ thích hợp với công suất định mức mặc định trong P085, mục đích của biến tần và động cơ thường khác nhau do đó nếu đặt P008= 1 để thực hiện thủ tục tự động điều chỉnh điện tử stator bằng dòng liên tục P078 và tăng dòng khởi động P079 tuỳ thuộc vào giá trị điện trở stator, giá trị này quá cao sẽ làm ngắt do quá dòng và quá nhiệt động cơ. b. Chế độ điều khiển dòng từ thông (SCC)(P007= 1). - Chế độ điều khiển dòng từ thông được điều khiển bằng cách giám sát và duy trì từ thông động cơ liên tục. Điều này đảm bảo cho hệ thống đạt được đặc tính và hiệu suất tốt nhất. SCC không phức tạp như FVC do đó dễ thực hiện c. Chế độ điều khiển véc tơ không sensor (SVC)(P007= 3). - Khi chế độ điều khiển véc tơ không sensor SVC được lựa chọn (P007= 3) bộ biến tần sử dụng phương pháp nội suy động cơ kết hợp với việc đo dòng chính xác để tính toán vị trí và tốc độ của rotor, điều đó cho phép tối ưu hoá điện áp và tần số đưa vào động cơ để cải thiện đặc tính truyền động. - Mặc dù kông có phản hồi vị trí hay tốc độ điều khiển vẫn là hệ thống mạch vòng kín vì nó so sánh đặc tính nội suy của động cơ với đặc tính yêu cầu. Do đó hệ thống phải được cài đặt rất cẩn thận và ổn định tạo ra đặc tính truyền động tốt nhất. *. Cài đặt chế độ kiểu SVC. + Đặt các thông số P080-P085 đúng theo bảng công suất động cơ. + Lựa chọn chế độ điều khiển véc tơ không sensor (P007 = 3). + Đảm bảo động cơ làm mát và cho lệnh RUN. Màn hình sẽ hiển thị CAL cho biết nó đang xác định điện trở stator của động cơ. Sau vài giây động cơ sẽ chạy, việc xác định tự động chỉ xẩy ra trong lần đầu khởi động khi P007 được đặt tới 3. Nó có thể cưỡng bức thực hiện bằng cách thay đổi P007 hoặc đặt P008 = 1 việc ngắt quá trình tự động kiểm tra bằng cách tắt nguồn hoặc huỷ lệnh RUN có thể gây ra lỗi và việc tự động điều chỉnh có thể được lặp lại nếu các thông số của động cơ bị thay đổi thì việc kiểm tra tự động sẽ được thực hiện lại. + Giống như mọi hệ thống điều khiển, SVC cũng cần phải ổn định bằng việc cài đặt các thông số giới hạn khuếch đại tỷ lệ (P386 ) và khuếch đại tích phân (P387) các giá trị thực và giá trị đặt được xác định bằng cách kiểm tra tuy nhiên lên thực hiện các thủ tục sau: - Khi biến tần làm việc trong những điều kiện tiêu chuẩn tăng giá trị của P386 (tỷ lệ) lên cho đến khi tín hiệu không ổn định đầu tiên xuất hiện giảm giá trị này xuống một tí (khoảng 10%) đến khi tín hiệu ổn định xuất hiện trở lại như một nguyên tắc giá trị đặt tối ưu mong muốn tỷ lệ với quán tính tải. Ví dụ: P386 = (Quán tính tải + Quán tính trục động cơ )/ (Quán tính trục động cơ) - Bây giờ có thể điều chỉnh giá trị P387 (tích phân) khi biến tần làm việc trong điều kiện tiêu chuẩn, tăng giá trị của P387 lên đến khi tín hiệu tốc độ không ổn định đầu tiên xuấy hiện. Giảm giá trị này xuống một tý (khoảng 30%) đến khi tín hiệu ổn định xuất hiện trở lại. - Nếu lỗi F016 xuất hiện có nghĩa là SVC không ổn định cần tiếp tục điền chỉnh hoặc tiến hành lại thủ tục tự động kiểm tra. Điện áp liên kết một chiều cũng có thể là nguyên nhân gây mất ổn định trong chế độ điều khiển SVC (mã lỗi F011). Chú ý: Chế độ này có tác dụng điều khiển từ thông tốt nhất và tạo ra mô men cao hơn. 3.4 Dừng động cơ. Việc dừng động cơ có thể được thực hiện bằng nhiều cách: + Huỷ bỏ lệnh ON hoặc ấn OFF (O) trên tấm bảng mặt trước làm cho biến tần giảm tốc độ theo gía trị đặt trước (P003). + OFF2 Làm cho động cơ từ từ dừng lại (dừng tự do)(P051-P055 hoặc P356 được đặt tới 4 ). + OFF3 Làm cho động cơ dừng nhanh (P051-P055 hoặc P356 được đặt tới 5). + Phanh hãm dùng điện một chiều 250% làm cho động cơ dừng ngay lập tức sau khi huỷ bỏ lệnh ON (xem P037). + Hãm bằng điện trở cho MMV (xem P075). + Hãm kết hợp (xem P066). 4. Hệ thống các thông số. - Các thông số có thể được thay đổi và đặt bằng cách ấn các nút loại phủ màng mềm để điều chỉnh các tính năng của bộ biến tần như thời gian gia tốc, tần số cực đại và cực tiểu…Số của thông số được lựa chọn và giá trị đặt của thông số được hiển thị trên màn hình LED. - Việc truy cập tới các thông số được xác định bởi gía trị đặt trong P009. Kiểm tra các thông số chính cần thiết cho ứng dụng được đặt theo chương trình. - Các lựa chọn của P009 như sau: 0= Chỉ có các thông số từ P001 tới P009 có thể được đọc và đặt. 1= Các thông số P001 tới P009 có thể được đặt và tất cả các thông số khác chỉ có thể được đọc. 2= Tất cả các thông số có thể được đặt, nhưng P009 sẽ tự động được đặt tới 0 trong lần bật nguồn tiếp theo. 3= Tất cả các thông số luôn có thể được đặt. Lưu ý: Trong bảng thông số như sau: “*” Cho biết các thông số này có thể thay đổi được trong khi hoạt động. “***” Cho biết rằng giá trị của thông số đặt của nhà máy phụ thuộc vào hiệu suất biến tần. Thông Số Chức năng Phạm vi (Mặc định) Mô tả/ghi chú P000 Hoạt động màn hình Hiển thị đầu ra được lựa chọn trong P001. Trong trường hợp hỏng hóc, thông báo lỗi liên quan (Fnnn) được hiển thị. Trong trường hợp có sự cố, màn hình nhấp nháy P001* Lựa chọn hiển thị 0-9 [ 0 ] Hiển thị lựa chọn: 0= Tần số đầu ra (Hz). 1= Điểm đặt tần số (Hz) 2= Dòng cho động cơ (A) 3= Điện áp liên kết một chiều (V) 4= Mô men động cơ (%) 5= Tốc độ động cơ (rpm) 6= Trạng thái giao thức (USS) 7= Tín hiệu phản hồi PID (%) 8= Điện áp đầu ra (V) 9= Tần số tức thời của rotor / Trục động cơ (Hz) P002* Thời gian Gia tốc (s) 0-650.0 [ 10.0 ] Đây là thời gian mà động cơ tăng tốc từ chế độ dừng tới tần số cực đại như được đặt trong P013. Đặt thời gian gia tốc quá ngắn làm cho bộ biến tần ngưng hoạt động P003* Thời gian giảm tốc (s) 0-650.0 [ 10.0 ] Đây là thời gian mà động cơ giảm tốc độ từ tần số cực đại (P013) Đến khi ngưng chạy. Đặt thời gian giảm tốc quá ngắn làm cho bộ biến tần ngưng hoạt động. P004 Thời gian chạy êm (s) [ 0.0 ] Tăng tốc/giảm tốc (rất có ích trong các ứng dụng quan trọng để tránh “sốc”, VD hệ thống băng tải, dệt). Chức năng chạy êm chỉ có tác dụng nếu thời gian tăng/giảm vượt trên mức 0,3(s) P005* Điểm đặt tần số Digital (Hz) 0-650.0 [ 5.00 ] Thông số này đặt tần số mà bộ biến tần sẽ hoạt động khi chạy trong phương thức số (digital). Nó chỉ có hiệu lực nếu P006 = 0 hoặc 3 P006 Chọn kiểu đặt tần số 0-3 [ 0 ] Lựa chọn phương thức điều khiển tần số đặt cho biến tần. 0= Chiết áp động cơ kiểu số. Bộ biến tần chạy ở tần số đặt trong P005 là có thể điều chỉnh bằng cách sử dụng các nút và (chiết áp động cơ). Hoặc nếu P007 được đặt tới 0, tần số có thể được điều khiển bằng cách đặt 2 trong các đầu vào số ( P051-P055 hoặc P036) Tới các giá trị 11 và 12. 1= Tương tự (analogue). Điều khiển thông qua tín hiệu vào tương tự. 2= Tần số cố định. 3= Thêm điểm đặt tần số. Tần số yêu cầu = Tần số (P005) + Tần số cố định (P041-P044, P046-P049) P007 Điều khiển bằng bàn phím 0-1 [ 1 ] 0= RUN, JOG, REVERSE Mất tác dụng. Việc điều khiển được thông qua các đầu vào số. 1= Các nút điều khiển mặt trước có thể được chọn lựa có tác dụng hoặc vô tác dụng tuỳ theo vào cách đặt các thông số P121 - P124 P009* Đặt cấp bảo vệ thông số 0-3 [0] Xác định thông số nào có thể điều chỉnh: 0= Chỉ có các thông số từ P001 đến P009 có thể đọc/ đặt. 1= Các thông số P001 đến P009 có thể được đặt và các thông số khác chỉ có thể đọc. 2= Tất cả các thông số có thể được đọc/ đặt, nhưng P009 tự động trở về 0 khi nguồn bị cắt. 3= Tất cả các thông số có thể được đọc/đặt. P010* Tỷ lệ hiển thị 0-500.00 [1.00] Hệ số tỷ lệ cho hiển thị khi P001= 0, 1, 4, 5, 7 hoặc 9. Độ phân giải 4 số. P011 Nhớ điểm đặt tần số 0-1 [o] 0= Vô tác dụng. 1= có tác dụng khi máy tắt P012* Tần số động cơ cực tiểu (Hz) 0-650.00 [0] Đặt tần số cực tiểu cho động cơ (phảI nhỏ hơn giá trị P013) P013* Tần số động cơ cực đại (Hz) 0-650.00 [50.00] Đặt tần số cực đại cho động cơ P014 Tần số nhẩy 1 (Hz) 0-650.00 [0.00] Một tần số nhẩy có thể được đặt với thông số này để tránh các tác động cộng hưởng của bộ biến tần. Đặt P014= 0 để huỷ bỏ chức năng này P015* Tái khởi động tự động 0-1 [0] Đặt thông số này tới ‘1’ làm cho bộ biến tần tái khởi động một cách tự động sau khi nguồn cấp điện bị cắt, với điều kiện là nút RUN/ STOP vẫn đóng 0= Vô tác dụng. 1= Tái khởi động tự động P017* Kiểu chạy êm 1-2 [1] 1= Tiếp tục kiểu chạy êm (như P004 đã định) 2= Ngưng kiểu chạy êm, làm cho lệnh STOP được đáp ứng nhanh và yêu cầu giảm tần số. P018 Tái khởi động tự động sau lỗi 0-1 [0] Tự động tái khởi động sau khi có lỗi 0= Vô tác dụng 1= Bộ biến tần sẽ liên tục tái khởi động 5 lần sau khi có lỗi. Nếu lỗi không được khắc phục sau lần khởi động thứ 5, bộ biến tần sẽ để nguyên trạng thái lỗi. P021* Tần số tương tự cực tiểu (Hz) 0-650.00 [0] Tần số tương ứng với giá trị đầu vào tương tự thấp nhất. VD: 0V/ 0mA hoặc 2V/ 4mA, được xác định bởi P023 và cách đặt các chuyển mạch lựa chọn DIP. P022* Tần số tương tự cực đại (Hz) 0-650.00 [50.00] Tần số tương ứng với giá trị đầu vào tương tự cao nhất. VD: 10V hoặc 20mA được xác định bởi P023 và cách đặt các chuyển mạch lựa chọn DIP P023* Kiểu đầu vào tương tự 1 0-3 [ 0] Đặt kiểu đầu vào tương tự cho đầu vào tương tự 1, liên quan đến vị trí DIP. 0= 0-10V/ 0-20mA 1= 2-10V/ 4-20mA 2= 2-10V/ 4-20mA 3= -10V +10V, -10V tương ứng với quay trái ở tốc độ đặt trong P021, +10V tương ứng với tốc độ quay phải đặt trong P022 P075* Điện trở hãm (chỉ có trong MMV) 0-1 [0] 0= Điện trở hãm ngoài không được nối 1= Điện trở hãm ngoài có được nối Một điện trở hãm ngoài có thể được sử dụng để triệt tiêu công suất do động cơ phát sinh, làm tăng khả năng hãm và giảm tốc. Nó phải lớn hơn 40 (80) cho bộ biến tần VAC 400V nếu không bộ biến tần sẽ bị hư hại. Các điện trở đều có thể dùng được cho các bộ biến tần khác nhau. P077 Chế độ điều khiển 0-3 [1] Điều khiển sự liên hệ giữa tốc độ động cơ và điện áp do bộ biến tần cung cấp, có thể lựa chọn 1 trong 4 cách sau đây: 0= Đường cong V/f 1= điều khiển dòng thông lượng (FCC) 2= Đường cong bậc 2 V/f 3= Điều khiển véc tơ P080 Hệ số công suất định mức cos 0.00-1.00 [***] Các thông số này phải được đặt cho động cơ sử dụng. Đọc kỹ nhãn thông số của động cơ trên nhãn động cơ. Lưu ý: Các thông số đặt mặc định của bộ biến tần có thể biến đổi tuỳ theo công suất nguồn P081 Tần số định mức cho động cơ (Hz) 0-650 [50.00] P082 Tốc độ định mức cho động cơ (vòng/phút) 0-9999 [***] P083 Dòng điện định mức cho động cơ ( A) 0.1-300.0 [***] P084 Điện áp định mức cho động cơ (V) 0-1000 [***] P085 Công suất định mức cho động cơ Kw 0.12 250.0 [***] P087 Bảo vệ nhiệt cho động cơ dùng PTC 0-1 [0] 0= Vô tác dụng 1= Bảo vệ nhiệt cho động cơ bên ngoài PTC có tác dụng 5. Mã lỗi và mã cảnh báo. a. Mã lỗi. Trong trường hợp có lỗi, bộ biến tần sẽ ngắt và lỗi xuất hiện trên màn hình. Lỗi xảy ra cuối cùng được lưu dữ thông số P003 hoặc dùng điện trở hãm (tuỳ chọn) Mã lỗi Nguyên nhân Sửa chữa F001 Quá áp Kiểm tra điện áp có đúng phạm vi ghi trong bảng công suất. Tăng thời gian giảm tốc tức thời (P003) hoặc dùng điện trở hãm (tuỳ chọn) Kiểm tra xem nguồn hãm yêu cầu có đúng như các giới hạn đã định. F002 Quá dòng Kiểm tra xem nguồn cấp cho động cơ có tương ứng với nguồn biến tần không. Kiểm tra xem chiều dài dây dẫn có vượt quá yêu cầu hay không. Kiểm tra xem đầu nối vào động cơ có bị ngắn mạch hay không hoặc lỗi do tiếp đất. Kiểm tra các thông số cho động cơ (P080-P086) có tương ứng với loại động cơ đang sử dụng không. Kiểm tra điện trở tĩnh (P089). Tăng thời gian tăng tốc tức thời (P002). Kiểm tra xem động cơ có bị kẹt hay quá tải không F003 Quá tải Kiểm tra xem động cơ có bị quá tải không. Tăng tần số cực đại cho động cơ nếu sử dụng động cơ có hệ số trượt cao. F004 Quá nhiệt động cơ (đ/k PTC) Kiểm tra các đầu nối tới PTC. Kiểm tra xem nếu như P087= 1 và không kết nối với PTC. F5 Quá nhiệt động cơ Kiểm tra xem nhịêt độ bên ngoài phải không được cao quá. Kiểm tra cửa thoát khí có bị tắc không. Kiểm tra dòng của động cơ không được vượt quá giá trị đặt trong P083 F006 Mất pha chính (Chỉ dùng cho máy 3 pha) Kiểm tra nguồn cấp chính F008 Thời gian tạm ngừng của giao thức nối tiếp đa năng Kiểm tra giao diện nối tiếp. F009 Điện áp thấp Kiểm tra điện áp cung cấp. F010 Lỗi cài đặt ban đầu Kiểm tra lại toàn bộ các thông số đặt. Đặt P009= 0 trước khi cắt nguồn F011 Lỗi giao diện trong Cắt nguồn và đóng trở lại F012 Ngắt bên ngoài Ngắt do đầu nối vào số chuyển trạng thái thấp. Kiểm tra lại F013 Lỗi chương trình Tắt nguồn và đóng trả F015 Lỗi khởi động nhanh Thử đặt P016 tới một giá trị khác . F016 Điều khiển SVC không ổn định Xác định lại điện trở stator (đặt P088= 1) và cho chậm lại F074 Quá nhiệt động cơ theo tính toán I2.t Lỗi chỉ xẩy ra khi P074= 4, 5, 6, hoặc 7. Kiểm tra lại dòng của động cơ không vượt quá giá trị đặt trong P083 và P086 F075 Quá dòng trong khi giảm tốc Tăng thời gian giảm tốc (P003) F105 Quá nhiệt biến tần Kiểm tra nhiệt độ môi trường. Kiểm tra đường dẫn không khí vào và ra không bị tắc. Kiểm tra quạt gió bên trong biến tần vẫn hoạt động F112 Lỗi thông số P012/P013 Cài đặt lại thông số P012 < P013 F188 Lỗi phân tích tự động Động cơ không được nối tới biến tần-nối lại. Nếu nối vẫn còn, đặt P088= 0 và sau đó nhập lại điện trở tĩnh của động cơ vào P089 bằng tay F255 Ngắt cảnh báo Tháo nguồn cấp sau đó cấp lại Khi lỗi được hiện chính có thể khợi động lại biến tần, để thực hiện ấn nút P 2 lần (lần 1 để hiện thị P000 và lần 2 để đặt lại thông số). b. Mã cảnh báo. Trong mỗi lần cảnh báo biến tần sẽ nhấp nháy, mã cảnh báo cuối cùng được lưu trong P931. Mã cảnh Báo Nguyên nhân Sửa chữa 002 Giới hạn dòng Kiểm tra công suất động cơ có phù hợp với công suất biến tần không. Kiểm tra chiều dài cáp có vượt quá giới hạn cho phép. Kiểm tra cáp động cơ và động cơ có bị ngắn mạch, chạm đất không. Kiểm tra các thông số động cơ đã đặt đúng chưa. Kiểm tra điện trở stator (P089). Tăng thời gian gia tốc (P002). Kiểm tra động cơ bị quá tải. 003 Giới hạn áp Tăng thời gian gia tốc, giảm tốc hoặc đưa điện trở hãm vào. 004 Vượt quá giới hạn trượt Kiểm tra động cơ không quá tải, kiểm tra thông số động cơ 005 Quá nhiệt biến tần Kiểm tra lại nhiệt độ môi trường, đường thông khí, quạt gió 006 Quá nhiệt động cơ Kiểm tra đông cơ không quá tải. Kiểm tra P087 không được đặt về 1 trong khi không có PTC được nối. 010 Giới hạn dòng nguồn cấp 15V Kiểm tra đầu nối 018 Tái khởi động sau lỗi (P018) Lưu ý: Biến tần có thể tái khởi động bất kỳ lúc nào. 075 Điện trở hãm bị nóng Nhận xét chung: Như vậy trong hệ thốngnâng hạ dịch cực lò hồ quang ta đã chọn được động cơ truyền động là động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc và thiết bị điều chỉnh nó là biến tần. Để điều khiển biến tần ta cần có một thiết bị nữa. Trong các hệ truyền động một chiều để có tín hiệu điều khiển đến các bộ biến đổi người ta sử dụng các mạch điện tử. Ngày nay với sự phát triển của kỹ thuật vi xử lý để có tín hiệu điều khiển đến biến tần người ta sử dụng bộ điều khiển khả trình PLC. Sau đây ta tìm hiểu kỹ hơn về bộ điều khiển khả trình PLC. B. GIỚI THIỆU VỀ PLC S7-200 PLC là thiết bị điều khiển logic lập trình được cho phép thực hiện linh hoạt các thuật toán điều khiển logic thông qua một ngôn ngữ lập trình. PLC S7-200 là thiết bị điều khiển logic khả trình loại nhỏ của hãng Siemens (CHLB Đức) có cấu trúc theo kiểu modul và có các modul mở rộng. Các modul này được sử dụng cho nhiều những ứng dụng lập trình khác nhau. Thành phần cơ bản của S7-200 là khối vi xử lý CPU212, CPU214, hoặc CPU224 …về hình thức bên ngoài, sự khác nhau của các loại CPU này nhận biết được là nhờ số đầu vào, ra và nguồn cung cấp. - CPU212 có 8 cổng vào và 6 cổng ra và có khả năng được mở rộng thêm bằng 2 modul mở rộng. - CPU214 có 14 cổng vào và 10 cổng ra, có khả năng mở rộng thêm bằng 7 modul mở rộng. - CPU224 có 14 cổng vào và 10 cổng ra logic có khả năng được mở rộng ra bằng 7 modul mở rộng. S7-200 có nhiều modul mở rộng khác nhau, với hệ thống nâng hạ dịch cực lò hồ quang em chọn loại CPU 224 để thực hiện điều khiển hệ thống. Giới thiệu về CPU 224 Kích thước: 120.5 mm x 80mm x 62mm. - Trọng lượng: 410g. - Công suất tiêu thụ: 10 w. a. Những nét đặc trưng (phần cứng) + Có 14 đầu vào và 10 đầu ra logic. + Có 6 bộ đếm tốc độ cao giá trị 32 bit. + Có 2 bộ ngắt thời gian với độ phân giải 8 bit. + Các sườn ngắt gồm 4 sườn lên và 4 sườn xuống. + Có 14 xung hãm vào. + Kích thước chương trình (Lưu giữ cố định) có 4096 từ. + Kích thước khối dữ liệu gồm 2560 từ. + Có 7 modul để mở rộng cổng vào/ra bao gồm cả modul analog. + Có 256 bit nhớ trong + Tốc độ thực hiện đại số Boolean 0.37s cho mỗi chỉ thị. + Tốc độ thực hiện sự dịch chuyển từ 34 s cho mỗi chỉ thị. + Tốc độ thực hiện phép toán số thực 100 đến 400 s cho mỗi chỉ thị. + Tốc độ thực hiện chính xác thuật toán riêng lẻ 46s cho mỗi chỉ thị.Toàn bộ vùng nhớ không bị mất dữ liệu trong khoảng thời gian 190h khi PLC bị mất nguồn nuôi. + Có 256 bộ thời gian trong đó 4 Timer 1ms; 16 Timer 10ms; 236 Timer 100ms. + Tổng số có 256 bộ đếm. + Kiểu chữ PPI. + Các kết nối MPI: Tổng số 4; dự trữ 2: 1 cho PG và 1 cho OP b. Nguồn cung cấp: + Dải điện áp: 85 264 VAC 47 63 Hz + Dòng điện đầu vào CPU tải duy nhất (cực đại): 30/100mA với điện áp 240 VAC 60/200mA với điện áp 120 VAC + Sự cách ly từ nguồn vào tới mạch logic 1500 VAC + Thời gian duy trì kể từ khi mất nguồn vào: 80ms tại 240 VAC 20ms tại 120 VAC + Cầu trì bên trong 2A, 250 V + Dải điện áp 20,4 28.8 VDC c. Đặc điểm đầu vào: + 14 đầu vào + Điện áp liên tục cực đại chấp nhận được 30 VDC. +Dòng điện dò chấp nhận được : lớn nhất 1mA. d. Đặc điểm đầu ra. +10 đầu ra. + Loại đầu ra : rơle, công tắc. + Phạm vi làm việc : 5 30 VDC hoặc 5 250 VDC e. Sự cách ly: + Điện trở cách ly nhỏ nhất 100 M . + Cuộn dây cách ly của công tắc 1500 VAC 1 phút. + Cách ly giữa các tiếp điểm mở 750 VAC 1 phút. + Tuổi thọ máy móc không tải là 10.000.000 chu kỳ đóng mở. + Tuổi thọ công tắc ở tải phù hợp là 100.000 chu kỳ đóng mở. + Thời gian tạo trế tối đa 10 ms. 2. Cổng truyền thông: S7-200 sử dụng cổng truyền thông nối tiếp RS 485 với phích nối 9 chân để phục vụ cho việc ghép nối với thiết bị lập trình hoặc với các PLC khác. Tốc độ lập trình cho máy kiểu PPT là 9600 baud. Tốc độ truyền cung cấp của PLC theo kiểu tự do là từ 500 đến 38.400 Hình 4.6 Sơ đồ chân của cổng truyền thông Chân Giải thích 1 Nối đất 2 24 VDC 3 Truyền và nhận dữ liệu 4 Không sử dụng 5 Nối đất 6 5 VDC (Điện trở trong 100) 7 24 VDC (120 mA tối đa) 8 Truyền và nhận dữ liệu 9 không sử dụng Để ghép nối S7-200 với máy lập trình PG 702 hoặc các máy lập trình thuộc họ PG 7XX có thể sự dụng cáp nối thẳng qua MPI cáp đó đi kèm theo máy lập trình. Ghép nối S7-200 với máy tính PC qua cổng RS 232 cần có cáp nối PC/PPI với bộ chuyển đổi RS 232/RS 485 Hình 4.7 Công tắc chọn chế độ làm việc cho PLC. Công tắc chọn chế độ làm việc nằm ở phía trên bên cạnh các cổng ra của S7-200 có 3 vị trí chọn các chế độ làm việc khác nhau cho PLC. - RUN: Cho phép PLC thực hiện chương trình trong bộ nhớ, PLC S7-200 sẽ rời khỏi chế độ RUN và chuyển sang chế độ STOP nếu trong máy có sự cố hoặc trong chương trình gặp lệnh STOP, thậm chí ngay cả khi công tắc đang ở chế độ RUN nên quan sát trạng thái thực tại của PLC theo đèn báo. - STOP cưỡng bức PLC dừng công việc thực hiện chương trình đang chạy và chuyển sang chế độ STOP. Ở chế độ STOP, PLC cho phép hiệu chỉnh lại chương trình hoặc nạp một chương trình mới. - TERM: Cho phép máy lập trình tự quyết định một trong chế độ làm việc cho PLC hoặc ở RUN hoặc ở STOP. 3. Chỉnh định tương tự. Điều chỉnh tương tự (Có 2 bộ trong CPU 224) Cho phép điều khiển của biến tần phải thay đổi trong chương trình. Núm điều chỉnh analog được lắp đặt dưới nắp dây bên cạnh các cổng ra, thiết bị chỉnh định có thể quay 2700. 4. Pin và nguồn nuôi bộ nhớ. Nguồn nuôi dùng để ghi chương trình hoặc nạp một chương trình mới. Nguồn pin có thể được sử dụng để mở rộng thời gian lưu giữ cho các dữ liệu có trong bộ nhớ. Nguồn pin tự động được chuyển sang trạng thái tích cực nếu như dung lượng tụ nhớ bị cạn kiệt và nó phải thay thế vào vị trí đó để dữ liệu trong bộ nhớ không bị mất đi. 5. Cấu trúc bộ nhớ. a. Phân chia bộ nhớ. Bộ nhớ của S7- 200 được chia thành 4 vùng với một tụ có nhiệm vụ duy trì dữ liệu trong một khoảng thời gian nhất định khi mất nguồn. Bộ nhớ của S7-200 có tính năng động cao đọc và ghi được toàn vùng loại trừ phần các nút nhớ đặc biệt được ký hiệu SM (special memory) chỉ có thể truy nhập để đọc. + Vùng chương trình: Là miền bộ nhớ được sự dụng để lưu giữ các lệnh chương trình vùng này thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được. + Vùng tham số: Là miền lưu giữ các tham số như: từ khoá, địa chỉ trạm … vùng này cũng thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được. + Vùng giữ liệu: Được sử dụng để cắt các giữ liệu của chương trình bao gồm các kết quả của phép tính, hằng số được định nghĩa trong chương trình, bộ đệm truyền thông… một phần của vùng nhớ này thuộc kiểu non-volatile đọc/ghi được. + Vùng đối tượng: Time, bộ đếm, bộ đếm tốc độ cao và các cổng vào/ra tương tự được đặt trong vùng nhớ cuối. Vùng này thuộc kiểu non-volatile nhưng đọc/ghi được. Hai vùng nhớ cuối có ý nghĩa quan trọng trong việc thực hiện một chương trình do vậy ta sẽ nghiên cứu chi tiết về hai vùng này. b. Vùng dữ liệu: Vùng dữ liệu là một miền nhớ động. Nó có thể được truy cập theo từng bít, từng byte, từng từ đơn (word) hoặc từng từ kép và được sử dụng làm miền lưu trữ dữ liệu cho các thuật toán, các hàm truyền thông, lập bảng, các hàm dịch chuyển, xoay vòng thanh ghi, con trỏ địa chỉ…Ghi các dữ liệu kiểu bảng bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu kiểu bảng thường chỉ sự dụng theo từng mục đích nhất định. Vùng dữ liệu lại được chia thành các vùng nhớ nhỏ với các công dụng khác nhau chúng được ký hiệu bằng các chữ các đầu của tên tiếng anh đặc trưng cho công dụng tiếng của chúng như sau: V: Variable memory. I: Input image vegister. O:Output image vegister M: Interal memory bits. SM: Special memory bits Tất cả các miền này đều có thể truy cập được theo từng bits từng từ đơn (Word 2 byte) hoặc từ kép (2 Word). c. Vùng đối tượng. Vùng đối tượng được sử dụng để lưu giữ dữ liệu cho các đối tượng lập trình với các giá trị tức thời, giá trị đặt trước của bộ đếm hay timer, dữ liệu kiểu đối tượng bao gồm thanh ghi của timer, bộ đếm, các bộ đếm tốc độ cao, bộ đệm vào/ra tương tự và các thanh ghi Acumulator (AC). Kiểu dữ liệu bị hạn chế rất nhiều vì các dữ liệu kiểu đối tượng chỉ được ghi theo mục đích cần sử dụng đối tượng đó. 6. Mở rộng cổng vào ra và cách tính địa chỉ. CPU 224 có 7 modul mở rộng cả tương tự và số. Có thể mở rộng cổng vào, ra của PLC bằng cách nối thêm vào nó các modul mở rộng về phía bên phải của CPU làm thành một móc xích địa chỉ của các vị trí, các modul được xác định bằng kiểu vào/ra và vị trí của modul trong móc xích bao gồm các modul có cùng kiểu VD như modul cổng ra không thể gán cho modul cổng vào cũng như modul tương tự không thể gán cho modul số và ngược lại. Các modul mở rộng số hay rời rạc đều chiếm chỗ trong bộ đếm tương ứng với số đầu vào ra của modul. Sau đây là một VD về cách đặt địa chỉ cho các modul mở rộng trên CPU 224: CPU 224 Modul 0 4vào/ 4 ra Modul1 8 vào Modul2 3vào analog/ 1ra analog Modul1 8 vào Modul4 3vào analog/ 1ra analog I0.0 Q0.0 I0.1 Q0.1 I0.2 Q0.2 I0.3 Q0.3 I0.4 Q0.4 I0.5 Q0.5 I0.6 Q0.6 I0.7 Q0.7 I1.0 Q1.0 I1.1 Q1.1 I1.2 I1.3 I1.4 I1.5 I2.0 I2.1 I2.2 I2.3 Q2.0 Q2.1 Q2.2 Q2.3 I3.0 I3.1 I3.2 I3.3 I3.4 I3.5 I3.6 I3.7 AIW0 AIW2 AIW4 AQW0 Q0.0 Q0.1 Q0.2 Q0.3 Q0.4 Q0.5 Q0.6 Q0.7 AIW8 AIW10 AIW12 AQW4 7. Ngôn ngữ lập trình của PLC S 7 – 200. a. Phương pháp lập trình. PLC S7-200 biểu diễn một nạch logic cứng bằng một dẫy các lệnh lập trình chương trình bao gồm một tập dẫy các lệnh. PLC S7-200 thực hiện chương trình bắt đầu từ lệnh lập trình đầu tiên và kết thúc ở lệnh lập trình cuối cùng trong một vòng, một vòng như vậy được gọi là một vòng quét (scan). Một vòng quét được bắt đầu bằng việc đọc trạng thái của đầu vào và sau đó thực hiện chương trình. Kết thúc bằng việc thay đổi đầu ra. Trước khi bắt đầu một vòng quét tiếp theo PLC S7-200 thực hiện các nhiệm vụ bên trong và nhiệm vụ truyền thông. Chu trình thực hiện chương trình là chu trình lặp. Hình 4.8: Thực hiện chương trình theo vòng quét trong PLC S7 – 200. Lập trình cho PLC S7-200 có 3 phương pháp cơ bản: - Phương pháp hình thang (ladder logic-LAD). - Phương pháp liệt kê lệnh (statement lits-STL). - Phương pháp hình khối (Function block diagram-FBD). 8. Giới thiệu về TD-200. - Trong PLC còn có một bộ phận nữa đó là TD-200, là loại dụng cụ nhỏ gọn, có thể cung cấp tất cả các bộ phận cần thiết cho trao đổi với CPU S7-200. - TD-200 cho phép lựa chọn chế độ bằng tay hay tự động của cả 3 pha hay một trong 3 pha và hiện thị giá trị dòng áp mỗi pha, màn hình này có hai trang, trang đầu hiện thị tốc độ lên xuống của các điện cực (giá trị dương cho chiều lên, âm cho chiều xuống), trang sau hiện thị giá tri dòng và áp từng pha. - Các thông số lắp đặt trên TD-200 và chỉnh định: Lưu ý: Các thông số đặt trong TD-200 được đặt chính xác đến 1/1000 chẳng hạn với dòng tải lớn nhất là 18000(A) tương ứng trên màn hình hiển thị chỉ 1000, như vậy khi cần dòng tải là 18(A) trên màn hình hiển thị sẽ đặt là 1 đơn vị. PHẦN V THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HỆ THỐNG I. ĐẶT VẤN ĐỀ: Thiết kế sơ đồ nguyên lí là một bước rất quan trọng trong quá trình thiết kế hệ thống truyền động điện. Sơ đồ nguyên lí đúng về mặt ngyên lí hoạt động đảm bảo cho hệ thống hoạt động đúng theo yêu cầu công nghệ mà còn tạo cơ sở cho việc tính chọn và hiệu chỉnh các thông số của các thiết bị trong hệ thống. Nếu mà sơ đồ nguyên lí mà sai thì không có nghĩa lí cho công đoạn tính chọn về sau. Như vậy sơ đồ nguyên lí của hệ thống phải đảm bảo những yêu cầu sau : Phải tác động đúng theo nguyên lí của bài toán đặt ra. Sơ đồ phải là tối ưu hoặc cận tối ưu nhất về cả mặt tiêu thụ năng lượng và giá thành của hệ thống. Có sơ đồ đấu nối đơn giản, thiêt bị làm việc tin cậy và quan trọng là dễ dàng thay thế sửa chữa. Làm việc tin cậy và dễ dàng thao tác điều khiển cho người vận hành. Kết luận: Từ những yêu cầu trên ta đi thiết kế sơ đồ nguyên lí hệ thống truyền động nâng hạ điện cực lò hồ quang như sau. II. THIẾT KẾ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÍ 1. Xây dựng mạch động lực: Như đã phân tích mạch lực của ta đã chọn được động cơ không đồng bộ Rotor lồng sóc và biến tần. Để đáp ứng việc điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách điều chỉnh tần số ta dùng biến tần của siemens. Việc chọn biến tần được dựa vào công suất động cơ. Trước khi khởi động động cơ ta cài đặt các thông số của động cơ vào biến tần. Trong quá trình đóng mạch bằng tay và cắt mạch tự động khi có sự cố như quá tải, ngắn mạch, sụt áp…ta trang bị thêm áp tô mát cho mạch lực. Muốn điều khiển động cơ quay theo một chiều và bảo vệ quá tải động cơ ta trang bị thêm cho mạch một thiết bị nữa là khởi động từ. Do điện áp đầu ra của biến tần của biến tần có nhiều thành phần sóng hài bậc cao nên phải trang bị thêm 3 cuộn kháng ở đầu ra của biến tần để lọc các thành phần sang hài bậc cao đó cung cấp cho động cơ. Khi làm việc ở tốc độ dưới định mức hiệu quả làm mát của quạt gió gắn ở đầu trục động cơ giảm xuống do đó hầu hết các động cơ cần phải chọn lại định mức khi làm việc liên tục ở các tần số thấp. Để đảm bảo cho động cơ được bảo vệ chống quá nhiệt trong những điều kiện như vậy, cần phải có cảm biến nhiệt độ PTC gắn ở động cơ và được nối tới các đầu nối điều khiển của biến tần. Đến đây ta có thể đưa ra sơ đồ của mạch động lực: (trang bên) Trong sơ đồ gồm những phần tử sau: ATM dùng để đóng cắt, bảo vệ quá tải hay ngắn mạch phía tải. CTT là khởi động từ đơn để khởi động động cơ. RT là rơ le nhiệt. MMV là biến tần. L là cuộn kháng san phẳng. Đ là động cơ truyền động cho cơ cấu nâng hạ điện cực lò hồ quang. RK là rơ le khởi động biến tần. Tín hiệu điều khiển biến tần được đưa từ PLC đến đầu vào điều khiển tương tự của biến tần Uđk. Sơ đồ mạch động lực 2. Mạch trung gian: Như phần mạch lực đã xây dựng cần có một khởi động từ để khởi động một động cơ quay nâng hạ một điện cực. Vậy để các khởi động từ có thể đóng được các tiếp điểm của nó thì ta phải cấp điện cho các cuộn dây của các khởi động từ đó. ở đây ta dùng 3 động cơ để dịch cực lò hồ quang chính vì vậy ta phải trang bị 3 khởi động từ. Do trong khởi động từ có các phần tử rơ le nhiệt vì vậy ta phải trang bị nút ấn phục hồi vào mạch này. Ta cần trang bị mạch để cấp điện cho các rơ le khởi động. Muốn khởi động biến tần cần trang bị các rơ le thời gian để khởi động, để báo điện cực đã nâng lên đến đỉnh trên hay hạ xuống đỉnh dưới ta cần có các công tắc hành trình để đóng các tiếp điểm liên động sang PLC báo điện cực các pha đã nâng cực đại hay hạ cực tiểu ta cần trang bị thêm các rơ le cực hạn. Từ việc phân tích trên ta có thể xây dựng mạch trung gian như sau: (Trang bên) Trong đó: + K1¸ K6 là cuộn dây của các rơle cực hạn, các cuộn dây này được cấp điện khi các công tác hành trình tác động. + Top_A, Top_B, Top_C, Bot_A, Bot_B, Bot_C là các tiếp điểm của các công tắc hành trình. + RK1, RK2, RK3: là các cuộn dây của rơle khởi động biến tần. + CTT1, CTT2, CTT3: là các cuộn dây của các công tắc tơ. + RT là rơle thời gian. + RT1, RT2, RT3, RT4, RT5, RT6: là các tiếp điểm của rơle nhiệt có nút ấn phục hồi. + RT: là rơle thời gian khởi động biến tần. + Đ1-Đ6: là các đèn báo công tắc hành trình tác động. + Đ7: là đèn báo mất hồ quang. Sơ đồ mạch trung gian 3. Thiết kế sơ đồ cho khối lấy tín hiệu dòng và áp hồ quang. Tín hiệu thực dòng và áp hồ quang có trị số rất lớn, mặt khác ở các thiết bị điều khiển chỉ sử dụng điện áp thấp và dòng nhỏ theo tiêu chuẩn đảm bảo tính đồng bộ về tín hiệu (Nguồn áp 0 đến 10 V, nguồn dòng 0 đến 20 mA) hơn nữa để đảm bảo cho người vận hành cần phải có thiết bị chuyển đổi chuẩn hoá từ tín hiệu dòng điện, điện áp cao về tín hiệu có biên độ nhỏ. Sơ đồ khối lấy tín hiệu dòng và áp hồ quang Để biến đổi tín hiệu dòng áp có biên độ lớn về tín hiệu một chiều có biên độ nhỏ ta sử dụng các biến dòng điện và biến điện áp kết hợp với các mạch chỉnh lưu và mạch lọc. Do hệ điều khiển và tạo thuât toán của ta sử dụng thiết bị số (PLC) nên tín hiệu tương tự của dòng và áp hồ quang phải được số hoá trước khi đưa vào vi xử lí nên ta dùng bộ chuyển đổi A/D. Các bộ chuyển đổi này chính là các modul của PLC. 4. Thiết kế mạch phát hiện mất điện lò hồ quang Sơ đồ nguyên lí như sau: Tín hiệu được lấy từ biến áp lò qua máy biến áp biến đổi thành điện áp phù hợp với mạch điều khiển sau đó chỉnh lưu qua bộ cầu, nhờ cách li quang điện 4N35 qua mạch tổ hợp logic 74LS7400 đưa đến điều khiển C815 cung cấp dòng cho rơle K9. Trạng thái của tiếp điểm K9 gửi vào PLC quyết định trạng thái của hệ thống. Khi làm việc bình thường thì đầu ra của các bộ chỉnh lưu có điện dẫn đến đầu ra của 4N35 có mức lôgic 0, Tranztor C815 ở tầng thứ hai khoá nên đầu vào của mạch logic có mức 1=> đầu ra của khối logic có mức 0. Khi một pha nào đó của LHQ mất điện làm cho C815 mở thông, đầu vào của khối logic có mức 0=> đầu ra có mức 1 gửi đến PLC ra lệnh cho dừng việc nâng hạ điện cực. 5. Thiết kế mạch điều khiển: Do trong quá trình mồi hồ quang ta cần thao tác bằng tay để nâng hạ điện cực, ở đây để nâng hạ 3 điện cực ta cần trang bị 6 nút ấn. Khi việc nấu liệu xong ta cần nâng điện cực lên, để nâng điện cực lên 1 cách nhanh chóng ta cần trang bị thêm 1 nút ấn nữa để điều khiển nâng cả 3 pha Để có thể nhận biết được khi nào điện cực nâng cực đại và hạ cực tiểu ở đây ta dùng thêm 6 rơ le K1-K6 như đã thiết kế ở mạch trung gian. Do công nghệ của lò hồ quang vừa có thể làm việc bằng tay vừa có thể làm việc tự động nên ta phải thiết kế thêm một công tắc để lựa chọn chế độ (Auto-Man). Như vậy tổng đầu vào số cần thiết của PLC là 14 đầu vào. Ở mạch phản hồi ta đã phân tích phải lấy tín hiệu dòng, áp của cả 3 pha về để điều khiển. Do tín hiệu phản hồi dòng, áp là tín hiệu tương tự nên ta phải chọn các modul vào tương tự, ở đây ta có 6 tín hiệu vào tương tự là 3 tín hiệu dòng của 3pha và 3tín hiệu áp của 3 pha và 3 tín hiệu ra tương tự để điều khiển biến tần. Vì vậy ta chọn các modul tương tự sau: EM 231 có 4 đầu vào tương tự EM 232 có 2 đầu ra tương tự EM 235 có 4 đầu vào tương tự và một đầu ra tương tự *. Sơ đồ mạch điều khiển gồm: - Các nút ấn để điều khiển nâng điện cực các pha là: Up_A, Up_B, Up_C. - Các nút ấn để điều khiển nâng điện cực các pha là: Dn_A, Dn_B, Dn_C. - K1¸K6 là các tiếp điểm của các rơ le cực hạn dùng để đưa tín hiệu vào PLC nhận biết vị trí của điện cực khi điện cực nâng cực đại và hạ xuống cực tiểu. - EM231, EM232, EM235 là các môdul mở rộng. - Udk1, Udk2, Udk3: là các tín hiệu ra của PLC để đi tới điều khiển biến tần. - FUA+ ,FUA-, FUB+, FUB-, FUC+, FUC- là các tín hiệu phản hồi áp hồ quang đã được chuẩn hoá và đưa vào PLC. - FIA+, FIA-, FIB+, FIB-, FIC+, FIC- là các tín hiệu phản hồi dòng hồ quang đã được chuẩn hoá và đưa vào PLC. Nhận xét: Như vậy là đến đây ta đã xây dựng được các mạch như mạch lực, mạch trung gian, mạch phản hồi, mạch điều khiển. Từ những mạch trên ta có sơ đồ nguyên lý của mạch dùng PLC và biến tần để nâng hạ điện cực lò hồ quang như sau: (Bản in A3) Giới thiệu sơ đồ: + Cầu dao cách ly: Làm nhiệm vụ phân cách mạch lực của lò với lưới khi cần thiết, chẳng hạn khi bảo dưỡng, sửa chữa, mang lại cảm giác an toàn cho người sửa chữa. + MC1: Dùng để bảo vệ lò khỏi ngắn mạch sự cố. + Cuộn kháng K: Dùng để hạn chế dòng điện khi ngắn mạch làm việc và ổn định sự cháy của hồ quang. + MC2: Làm nhiệm vụ đưa hoặc cắt cuộn kháng K ra khỏi mạch lực trong thời gian làm việc của lò. + MC3, MC4: Dùng để đổi nối cuộn sơ cấp của máy biến áp lò thành hay Y, để điều chỉnh điện áp ra của biến áp lò. + Máy biến áp lò: Dùng để hạ điện áp từ lưới và điều chỉnh thành điện áp phù hợp cung cấp cho lò trong quá trình nấu luyện. + Động cơ xoay chiều 3 pha Đ: Là cơ cấu chấp hành chính, nhận điện áp trực tiếp từ biến tần, biến đổi thành cơ năng quay cơ cấu nâng hạ điện cực theo chiều thuận hay ngược nhờ điện áp cấp từ biến tần. + Các đồn