intTypePromotion=1
zunia.vn Tuyển sinh 2024 dành cho Gen-Z zunia.vn zunia.vn
ADSENSE

Nghiên cứu xây dựng các bài thực hành điện tử công suất máy điện trên cơ sở bộ đào tạo điện tử điều khiển thông minh IoT tại Phòng thực hành Máy điện trường Đại học Công nghiệp Việt Trì

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:6

11
lượt xem
5
download
 
  Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài viết này trình bày kết quả nghiên cứu xây dựng, triển khai các bài thực hành Điện tử công suất-Máy điện tại Phòng thực hành Máy điện của trường Đại học Công nghiệp Việt Trì, gồm có bài thực hành Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha, Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha, Bộ biến tần 3 pha và mạch điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha.

Chủ đề:
Lưu

Nội dung Text: Nghiên cứu xây dựng các bài thực hành điện tử công suất máy điện trên cơ sở bộ đào tạo điện tử điều khiển thông minh IoT tại Phòng thực hành Máy điện trường Đại học Công nghiệp Việt Trì

  1. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG CÁC BÀI THỰC HÀNH ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT- MÁY ĐIỆN TRÊN CƠ SỞ BỘ ĐÀO TẠO ĐIỆN TỬ ĐIỀU KHIỂN THÔNG MINH IOT TẠI PHÒNG THỰC HÀNH MÁY ĐIỆN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ Nguyễn Đắc Nam*, Lê Tất Thắng, Nguyễn Ngọc Phương, Vi Thị Ngọc Mĩ Khoa Điện, Trường Đại học Công nghiệp Việt Trì * Email: dacnam75@gmail.com Tóm tắt: Bài báo này trình bày kết quả nghiên cứu xây dựng, triển khai các bài thực hành Điện tử công suất-Máy điện tại Phòng thực hành Máy điện của trường Đại học Công nghiệp Việt Trì, gồm có bài thực hành Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha, Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha, Bộ biến tần 3 pha và mạch điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha. Trên cơ sở các module của bộ đào tạo điện tử điều khiển thông minh IOT như: Module điều khiển công suất động cơ 1 pha, Module điều khiển công suất 3 pha, Module các van bán dẫn Thysistor, Module các thiết bị đóng cắt, bảo vệ (Aptomat, Contactor, Khởi động từ, Cầu dao, cầu chì, Rơle…), Module tải (Động cơ DC, AC, R, L, C) nhóm nghiên cứu đã xây dựng thành các bài thực hành hoàn chỉnh vận hành đảm bảo hoạt động chính xác và an toàn. Từ khóa: Bộ chỉnh lưu cầu, bộ biến tần, mạch điều khiển động cơ DESIGN FUZZY CONTROLLER PI ENGINE SPEED CONTROL DC WITH VARIOUS LOAD TORQUE Abstract: This paper presents the results of research, construction, and implementation of Power Electronics practical exercises at the electrical machine practice room of Viet Tri University of Industry, including the practice of Bridge rectifier 1-phase, 3-phase bridge rectifier, 3-phase inverter and 3-phase asynchronous motor driver circuit. On the basis of the modules of the IOT intelligent control electronics training kit such as: 1-phase motor power control module, 3-phase power control module, Thysistor semiconductor valve module, Switchgear module, protection (Aptomat, Contactor, Magnetic starter, Circuit breakers, fuses, Relays...), Load Modules (DC motor, AC motor, R, L, C) the research team has built into complete practical exercises. ensure correct and safe operation.. Keywords: Bridge rectifiers, inverters, motor control circuits 1. GIỚI THIỆU Để đáp ứng yêu cầu chuẩn đầu ra của thức lý thuyết vào giải quyết các bài toán sinh viên ngành điện, hiện nay, Phòng thực thực tế của sinh viên trong lĩnh vực Điện tử hành Máy điện thuộc khoa Điện quản lý đã công suất-Máy điện. được Nhà trường đầu tư mua nhiều Moldule Đề tài tập trung nghiên cứu phân tích thực hành, thí nghiệm mới thuộc bộ đào tạo điện tử điều khiển thông minh IoT. Tuy nguyên lý làm việc của bộ chỉnh lưu cầu nhiên các Moldule thực hành này chỉ có tài một pha, cầu 3 pha có điều khiển, nguyên lý liệu hướng dẫn sử dụng theo từng khối làm việc của bộ biến tần 3 pha, nguyên lý riêng, chưa có sự kết hợp giữa các thành mạch khởi động có đảo chiều quay động cơ phần trong một bài thực hành hoàn chỉnh. không đồng bộ 3 pha. Từ đó, thiết kế và đấu Do đó, việc xây dựng nội dung các bài thực nối các Module có sẵn thành các bài thực hành tổng thể dựa trên các Moldule đơn lẻ là việc làm cần thiết nhằm nâng cao chất lượng hành đáp ứng nội dung của các học phần giảng dạy, nâng cao kỹ năng vận dụng kiến ĐẶC SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ / SỐ 1 NĂM 2022 39
  2. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ thực hành Điện tử công suất, máy điện trong - Bước 2: Nối VR với Uđk chương trình đào tạo của ngành Điện. - Bước 3: Đầu ra mạch chỉnh lưu nối với 2. NỘI DUNG động cơ: Đầu A nối S1, B nối S2; T1 nối S1, T2 nối S2 trên động cơ DC 2.1. Bộ chỉnh lưu cầu một pha Mô hình mạch sau khi đấu nối như Hình 2. Theo [1], bộ chỉnh lưu cầu 1 pha có điều khiển có ưu điểm cấu trúc mạch đơn giản và được ứng dụng nhiều trong việc tạo nguồn một chiều với yêu cầu đòi hỏi chất lượng điện áp ở mức trung bình. Có các mạch chỉnh lưu cầu một pha điều khiển hoàn toàn (sử dụng 4 thysistor) và chỉnh lưu cầu một Hình 2: Mô hình thí nghiệm bộ chỉnh lưu cầu pha bán điều khiển (sử dụng 2 thysistor kết 1 pha điều khiển tốc độ động cơ DC hợp 2 diot). Tùy từng trường hợp cụ thể mà người ta sử dụng loại mạch nào. Phụ tải của 2.1.2. Kết quả thực nghiệm bộ chỉnh lưu loại này thường là tải thuần trở - Thông số mô phỏng: hoặc tải có tính cảm kháng. 220 U2  V ; f  50 Hz; R  10, L  0.1H ; 2.1.1. Xây dựng bài thực hành 2 Các module đã được trang bị cho bài - Góc điều khiển:   600 , 450 ,300 thực hành gồm có: Module điều khiển - Mạch hoạt động ổn định, an toàn 1pha, module thysistor, module điều khiển - Tín hiệu điều khiển (Uđk) điều chỉnh từ (0- động cơ DC, module tải R, động cơ DC có 10)V tương ứng điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu điện áp định mức 190V, module máy hiện từ (0-202)V và do đó tốc độ động cơ được sóng, cụ thể như Hình 1. điều chỉnh từ giá trị 0 vòng/phút đến tốc độ định mức. Bảng 1: So sánh kết quả điện áp chỉnh lưu giữa lý thuyết và mô phỏng.  1  cos    U d  0,92.U 2   Udtt U  2  (Độ) (V) % (V) 0 143,11 140,05 2,11 15 140,68 137,67 2,13 30 133,53 130,69 2,18 Hình 1: Các module bài thực hành bộ chỉnh lưu 45 122,15 119,46 2,23 cầu 1 pha 60 107,33 105,01 2,25 Bài thực hành ứng dụng bộ chỉnh lưu cầu 2.2. Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha 1 pha bán điều khiển để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều được triển khai trên Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha có ưu điểm là tạo module “Điều khiển động cơ DC”, theo đó ra điện áp chỉnh lưu có chất lượng tốt hơn so module đã tích hợp sẵn mạch điều khiển với bộ chỉnh lưu cầu một pha, tuy nhiên về mạch động lực. kết cấu mạch điều khiển và mạch động lực phức tạp hơn và vấn đề điều khiển cũng đòi Để tiến hành thí nghiệm ta thực hiện theo hỏi độ chính xác cao bơn. Bộ chỉnh lưu cầu các bước sau: 3 pha có mạch động lực sử dụng 6 thysistor - Bước 1: Đầu L, N nối với nguồn điện xoay được mắc thành hai nhóm: nhóm Cathode chiều 1 pha. chung (K) và nhóm Anode chung (A). Các ĐẶC SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ / SỐ 1 NĂM 2022 40
  3. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ điểm nối chung là hai cực của điện áp một 2.2.2. Kết quả thực nghiệm chiều. Mạch điều khiển gồm 6 kênh điều - Thông số mô phỏng: khiển cấp đến 6 thysistor, các tín hiệu điều U 2  220V ; f  50 Hz; R  10, L  0.1H ; khiển phải đảm bảo đối xứng giữa các van trong một pha và đảm bảo sự đồng bộ giữa - Góc điều khiển:   600 , 450 ,300 các pha với nhau. - Mạch hoạt động ổn định, an toàn 2.2.1. Xây dựng bài thực hành - Tín hiệu điều khiển (Uđk) điều chỉnh từ (0- Các module đã được trang bị cho bài thực 10)V tương ứng điện áp đầu ra bộ chỉnh lưu hành bộ chỉnh lưu cầu 3 pha về cơ bản từ (0-500)V và do đó tốc độ động cơ được giống với các module của bộ chỉnh lưu cầu điều chỉnh từ giá trị 0 vòng/phút đến tốc độ 1 pha chỉ khác mạch điều khiển của bộ định mức chỉnh lưu cầu 3 pha mạch điều khiển 6 kênh, Bảng 2. So sánh kết quả điện áp chỉnh lưu giữa mạch động lực sử dụng 6 thysistor lý thuyết và mô phỏng. Để tiến hành thí nghiệm ta thực hiện theo  U d  2, 34U 2 cos  Udtt U các bước sau: (Độ) (V) (V) % Bước 1: Đấu mạch động lực theo đúng sơ đồ 0 514,8 512,99 0,35 nguyên lý: 15 497,25 487,49 1,9 - Pha A: Nối K2 với A1 nối đến R 30 445,829 429,8 3,6 - Pha B: Nối K4 với A3 nối đến S 45 364,01 345,02 5,2 - Pha C: Nối K6 với A5 nối đến T 60 257,4 240,1 6,7 - K1, K3, K5 nối với nhau và nối đến một cực của ĐC (S1) - A2, A4, A6 nối với nhau và nối đến cực 2.3. Bộ biến tần 3 pha còn lại của DC (S2) Nguyên lý làm việc cơ bản của bộ biến Bước 2: Đấu nối mạch điều khiển theo tần như sau: Đầu tiên, nguồn điện xoay nguyên tắc kênh điều khiển của pha nào nối chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu và lọc đến các thysistor của pha đó theo đúng tên, thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công đoạn đúng cực này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu Bước 3: Nối VR với Uđk diode và tụ điện. Nhờ vậy, hệ số công suất Sơ đồ mạch sau khi đấu nối như Hình 3 cosphi của hệ biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất 0.96. Điện áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng. Công đoạn này hiện nay được thực hiện thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM). Nhờ tiến bộ của công nghệ vi xử lý và công nghệ bán dẫn lực hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động cơ và giảm tổn thất Hình 3: Mô hình thí nghiệm bộ chỉnh lưu cầu trên lõi sắt động cơ. 3 pha điều khiển tốc độ động cơ DC Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô ĐẶC SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ / SỐ 1 NĂM 2022 41
  4. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ cấp tuỳ theo bộ điều khiển. Theo lý thuyết, - Nối nguồn ba pha vào R, S, T trên modul giữa tần số và điện áp có một quy luật nhất biến tần định tuỳ theo chế độ điều khiển. Đối với tải - Nối động cơ với đầu ra của U, V, W trên có mô men không đổi, tỉ số điện áp – tần số biến tần đến U1, V1, W1 trên động cơ, U2, là không đổi. Tuy vậy với tải bơm và quạt, V2, W2 nối chung quy luật này lại là hàm bậc 4. Điện áp là hàm bậc 4 của tần số. Điều này tạo ra đặc Bước 2: Cài đặt biến tần [2] tính mô men là hàm bậc hai của tốc độ phù + Cài đặt điều khiển hợp với yêu cầu của tải bơm/quạt do bản thân mô men cũng lại là hàm bậc hai của P0.00=0: Chọn chế độ điều khiển V/F; điện áp [1]. P0.01=0: Chọn RUN/STOP trên phím Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ P0.02=2: Cấm chỉnh tốc độ bằng biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện UP/DOWN bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ P0.03=50.00Hz: tần số max xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ P0.04=50.00Hz: tần số giới hạn trên thống. P0.05=00.00Hz: Tần số giới hạn dưới Ngoài ra, biến tần ngày nay đã tích hợp P0.06=1: Chọn nguồn đặt tốc độ bằng biến rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp trở hầu hết các loại phụ tải khác nhau. Ngày nay biến tần có tích hợp cả bộ PID và thích hợp P0.11= 10: Thời gian tăng tốc với nhiều chuẩn truyền thông khác nhau, rất P0.12=10: thời gian giảm tốc phù hợp cho việc điều khiển và giám sát trong hệ thống SCADA. + Cài đặt thông số động cơ 2.3.1. Xây dựng bài thực hành P2.00=0: Chọn chế độ tải nặng - Bảng nguồn PE-500PS, chứa Aptomat 3 P2.01=1.1KW: Công suất định mức của pha cho các ổ điện 380 VAC, aptomat chính động cơ 3 pha cấp nguồn cho thí nghiệm, cầu chì P2.02=50Hz: Tần số định mức của động cơ (10A), đèn báo nguồn, các ngõ ra cho các P2.03=1380 RPM: Tốc độ định mức của nguồn ~24VAC/10A 3 pha, nguồn 1 chiều động cơ +15V/1.5A và –15V/1.5A. P2.04=220V: Điện áp định mức của động cơ - Modul nút bấm, Module biến tần và động P2.05=4.6 A: Cường độ dòng điện định mức cơ không đồng bộ 3 pha của động cơ - Đồng hồ đo, dây có chốt cắm hai đầu Bước 3. Cấp nuồn cho biến tần Bước 4. Điều chỉnh tốc độ Hình 4: Các module thực hành bộ biến tần 3 pha Hình 5: Mô hình thực hành biến tần điều khiển + Cài đặt biến tần điều khiển tốc độ động cơ động cơ không đồng bộ 3 pha bằng biến tần bằng núm xoay trên biến tần 2.3.2. Kết quả thực nghiệm Bước 1: Đấu nối mạch - Mạch hoạt động ổn định, an toàn ĐẶC SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ / SỐ 1 NĂM 2022 42
  5. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ - Vặn đúm điều chỉnh tần số từ 0Hz đến dòng định mức, điện áp định mức, công suất 50Hz, tốc độ động cơ thay đổi từ 0v/p đến động cơ và các tiêu chuẩn về cơ khí. giá trị định mức. - Bước 2: Lắp các khí cụ điện lên panel theo 2.4. Mạch đảo chiều quay động cơ ba pha sơ đồ bố trí thiết bị. Vì đây là mạch điện rất xoay chiều bằng khởi động từ kép cơ bản nên việc đấu dây phải được thực hiện Trong thực tế sử dụng khởi động từ kép để nhuần nhuyễn làm nền tảng cho các mạch về đảo chiều quay động cơ được sử dụng rộng sau. rãi, tính ưu việt của phương pháp này là: dễ thao tác, làm việc dứt khoát, độ an toàn cao Đấu dây mạch điều khiển: phải được thực cho người và thiết bị. Có nhiều cách đấu lắp hiện theo trình tự, xuất phát từ nút ấn phát khi sử dụng khởi động từ kép để đảo chiều triển dần vào trong và phải tách riêng từng quay động cơ vì còn phụ thuộc vào yêu cầu phần mạch nguyên lý theo nguyên tắc từ công nghệ. Trong bài này ta thực hành theo ngoài vào trong- từ trên xuống dưới: mạch có thể đảo chiều quay động cơ, trước - Đi dây cho K1: Nguồn điện đưa vào đầu khi đảo chiều phải nhấn nút OFF tiếp điểm thường đóng nút ấn OFF cuối 2.4.1. Xây dựng bài thực hành OFF (1) đấu vào đầu cặp tiếp điểm thường mở (TĐTM) ON1 cuối ON1 (2) đấu vào đầu + Nguyên tắc vận hành của động cơ không cặp tiếp điểm thường đóng (TĐTĐ) K23 đồng bộ dựa trên cơ sở tác động của từ trư- cuối K23 (4) đấu vào đầu cuộn hút K1. ờng quay, chiều quay của rô to phụ thuộc Mạch duy trì cho K1 được lấy từ đầu cặp vào chiều của từ trường. Vì vậy muốn đảo TĐTM ON1 (1) đấu vào đầu cặp TĐTM chiều quay của động cơ thì phải đổi chiều K12 cuối K12 đấu vào đầu cặp (TĐTĐ) K23 quay của từ trường bằng cách đảo vị trí 2 (2). trong 3 pha của nguồn cấp cho động cơ. Yêu - Đi dây cho K2: Từ cuối cặp TĐTĐ OFF cầu của mạch điện là chỉ cho phép K1 hoặc (1) đấu vào đầu cặp TĐTM ON2, cuối ON2 K2 làm việc, không được hoạt động đồng (3) đấu vào đầu cặp TĐTĐ K13 cuối K13 thời trong bất kì trường hợp nào để tránh bị (5) đấu vào đầu cuộn hút K2. Mạch duy trì ngắn mạch động lực khi vận hành [3] cho K2 được lấy từ đầu cặp TĐTM ON2 (1) Để đáp ứng yêu cầu trên trong mạch đã đấu vào đầu cặp TĐTM K22 cuối K22 (4) sử dụng khoá chéo thông qua các tiếp điểm đấu vào đầu cặp TĐTĐ K13 (3). phụ của 2 công tắc tơ (khoá điện). - Hai đầu còn lại của K1 và K2 được đấu + Trang bị điện của mạch: chụm vào nhau (6) và đưa về nguồn thông - Cầu dao: CD; Aptômát: AB qua tiếp điểm thường đóng của Rơle nhiệt OL (7). - Bộ nút ấn 3 phím: OFF, ON1, ON2 - Công tắc tơ: K1, K2 + Đấu mạch động lực: Nguồn động lực được lấy thông qua cầu dao CD đưa vào đầu của - Rơle nhiệt: OL công tắc tơ K1và K2 theo thứ tự từ phải qua - Động cơ 3 pha 1.2KW, 220V, 50Hz trái A-B-C. + Các bước thực hiện - Bước 3: Dùng đồng hồ vạn năng kiểm tra - Bước 1: Kiểm tra toàn bộ thông số kỹ nguội. thuật của các khí cụ điện có trong sơ đồ như - Bước 4: Sau khi kiểm tra nguội xác định mạch an toàn. Đóng điện riêng mạch điều ĐẶC SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ / SỐ 1 NĂM 2022 43
  6. TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP VIỆT TRÌ KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ khiển tác động nút ấn kiểm tra sự hoạt động trang bị trong phòng thực hành máy điện của K1 và K2. như: Module mạch điều khiểnmộtkênh, Module mạch điều khiển 6 kênh, các - Bước 5: Đóng điện cho động cơ hoạt động. Module thysistor, Module biến tần 3 pha, Mô hình mạch sau khi đấu nối đi dây như Module khởi động từ, rơle, contactor, v.v… để xây dựng nội dung các bài thực hành điện Hình 6. tử công suất-máy điện đáp ứng yêu cầu chuẩn đầu ra chương trình đào tạo của ngành Điện. Các bài thực hành bao gồm Bộ chỉnh lưu có điều khiển điện áp 1 pha có tải là động cơ điện một chiều kích từ độc lập, Bộ chỉnh lưu có điều khiển điện áp 3 pha có tải là động cơ điện một chiều kích từ song song, Bộ biến tần ba pha, Bộ khởi động có đảo chiều quay động cơ xoay chiều ba pha. Kết quả thực nghiệm cho thấy các sơ đồ hoạt động chính xác, ổn định, an toàn làm cơ sở để phát triển, xây dựng mở rộng các bài thực hành nâng cao khả năng tư duy, sáng tạo cho sinh viên góp phần nâng cao Hình 6: Mô hình thực hành đảo chiều quay chất lượng trong giảng dạy và học tập. động cơ không đồng bộ 3 pha Tài liệu tham khảo 2.4.2. Kết quả thực nghiệm 1. Phạm Quốc Hải (2009), “Hướng dẫn thiết - Mạch hoạt động ổn định, an toàn. kế điện tử công suất”, Nhà xuất bản khoa - Động cơ đang quay thuận, nhấn nút quay học kỹ thuật Hà Nội . ngược trạng thái hoạt động không thay đổi 2. Kiến thức tự động hóa (2020), “Tài liệu biến và ngược lại. tần INVT”, https://dattech.com.vn/bien-tan- - Trước khi nhấn nút đảo chiều quay phải invt/#tai-sao-nen-lua-chon-bien-tan-invt. nhấn nút dừng. 3. Bùi Tấn Lợi (2005), “Máy điện 1”, 3. KẾT LUẬN Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng, Nhà xuất bản KHKT. Nhóm nghiên cứu đã thành công việc sử dụng các module thực hành riêng lẻ được ĐẶC SAN KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ / SỐ 1 NĂM 2022 44
ADSENSE

CÓ THỂ BẠN MUỐN DOWNLOAD

 

Đồng bộ tài khoản
2=>2