Giáo trình Mô đun Điều khiển động cơ - Nghề điện tử

 cơ quay theo chiều thuận.
Nhấn MN: Công tắc tơ N có điện, đóng tiếp điểm N(3-9) duy trì. Mạch động lực tiếp điểm T đóng lại, cấp nguồn một chiều cho động cơ quay theo chiều nghịch.
Mạch đảo chiều quay qua nút dừng D.
Nhấn D: T, N mất điện, đồng thời KH, RTH có điện động cơ được hãm động năng qua điện trở hãm R. Sau khoảng thời gian cài đặt của RTH, tiếp điểm RTH (13-15) hở ra. Kết thúc quá trình hãm.
2.Lắp đặt mạch điện.
 Yêu cầu: 
Lắp đặt được mạch khởi động và hãm động năng hoàn chỉnh đảm bảo mạch hoạt động tốt, đảm bảo an toàn.
 Trình tự thực hiện:
+ Bước 1: Chuẩn bị dụng cụ và lựa chọn thiết bị, vật tư:
Dụng cụ: Kìm(cắt, tuốt dây),tuốt nơ vít(dẹt, bốn chấu), VOM.
Thiết bị: contacto, nút ấn, động cơ DC, cầu dao (CB), timer.
-Vật tư: Táp lô, dây dẫn, ốc vít, bảng panel .
Dựa vào điện áp và dòng điện làm việc của các thiết bị và khí cụ để chọn.
Dùng VOM và mắt thường quan sát tình trạng của các thiết bị và khí cụ.
+ Bước 2: Bố trí và cố định các thiết bị:
Bố trí các thiết bị lên bảng táplô (panel )sao cho thật ngay ngắn, chặt chẽ, hợp lý về khoảng cách sao cho khi đi dây gọn nhất (kể cả đi dây điều khiển lẫn động lực) sau đó dùng đinh vít định vị các thiết bị lên bảng táplô. 
+Bước 3: Đấu dây:
Dựa vào sơ đồ nguyên lý tiến hành đấu dây. 
-Mạch điều khiển : Yêu cầu:Xác định đúng vị trí cần đấu, đấu chắc chắn không bavia, đấu dây gọn gàng không chồng chéo 
Mạch động lực : Yêu cầu: Xác định đúng các tiếp điểm mạch động lực,đấu chắc chắn không bavia, đấu dây gọn gàng không chồng chéo 
+Bước 4: Kiểm tra lại mạch:
 Dùng đông hồ VOM để kiểm tra lại mạch 
Chuyển thang đo của đồng hồ về thang đo điện tra (Rx10 hoặcRx100), đặt hai đầu que đo của VOM vào hai đầu nguồn mạch điều khiển và quan sát.
Nếu đồng hồ lên mạch bị bị sự cố .
Nếu kim đồng hồ không lên thì chúng ta lần lượt điều khiển và kiểm tra mạch nếu có sự cố thì tiến hành sửa chữa.
 Kiểm tra mạch động lực:
Lần lượt đặt hai que đo vào trước các tiếp điểm mạch động lực, nhấn cưỡng bức contactor để kiểm tra sự thông mạch.
+Bước 5: Đóng điện vào mạch cho vận hành
Những sai hỏng thường gặp, nguyên nhân và cách khắc phục.
Pan 1:- Hiện tượng: Khi đóng CB ấn nút M mạch không hoạt động. 
Nguyên nhân: Thường do không có nguồn, tiếp xúc các tiếp điểm không tốt dây dẫn bị đứt hoặc do tiếp điểm của RN chưa đóng.
Pan 2: - Hiện tượng: Đóng CB động cơ làm việc ngay(khi chưa ấn nút M)
Nguyên nhân: Do đấu sai mạch cụ thể là đấu đầu dây duy trì (sau nút ấn D) vào thẳng đầu cuộn dây.
Pan 3: -Hiện tượng: động cơ đang chạy tự nhiên tăng tốc quá nhanh
 -	Nguyên nhân: Mất kích từ > kiểm tra lại nguồn DC sau chỉnh lưu
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP
6.1. Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch điện sau :
CK§
RFK
-
+
+
-
RP1
®
RP2
1g
2g
t
t
n
n
Mn
RN
1RTh
1RTh
2RTh
2RTh
t
3
n
1g
2g
MT
d
t
t
t
n
n
n
1g
1
3
5
7
9
11
13
15
17
19
2
4
4
RN
Hình 6.2: Mạch điều khiển động cơ một chiều
6.2 . Phân tích nguyên lý hoạt động của mạch điện sau :
2RTZ 13 K2
K1 12 2RTZ
N 1RTZ 11 K1
N
6 7 T 8 N
1 D 2 MN 3 4 N 5 18 H 19 RN 20
H
CC
MT
 T 9 K2 10 1RTZ
14 3RTZ 15 T 16 N 17 H
 3RTZ 
T
K2
T
CKT
K1
_
r2 r1 
 K2 H
+
N
T
Đ
T
N
H
rH
 Hình 6.3: Mạch điều khiển động cơ một chiều
6.3 Trường hợp khi mất dòng kích từ thì động cơ có hiện tượng gì ?
YÊU CẦU ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP CỦA BÀI 
Yêu cầu đánh giá vể kiến thức:
+ Giải thích được sơ đồ nguyên lý hoạt động của mạch điện điều khiển khởi động và hãm động cơ một chiều.
Yêu cầu đánh giá về kỹ năng.
+ Lắp đặt vận hành được mạch điện điều khiển khởi động và hãm động cơ một chiều.
+ Chẩn đoán và khắc phục được một số sai hỏng thường gặp trong khi thực hành lắp đặt mạch điện.
BÀI 7
ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT PHA
Giới thiệu:
Do nhu cầu phát triển trong công nghiệp, áp dụng khoa học kỹ thuật vào trong các dây chuyền sản xuất của các nhà máy ngày càng đơn giản hoá trong vận hành để nâng cao hiệu quả sản xuất, giảm chi phí thì việc ứng dụng động cơ điện xoay chiều một pha vào trong sản xuất rất phổ biến. Do đó người học cần có những kiến thức về nguyên lý hoạt động và kỹ năng thực hành lắp đặt điều khiển động cơ điện xoay chiều 1 pha phù hợp nhu cầu ứng dụng trong sản xuất.
Mục tiêu:
Phân tích được sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển đảo chiều quay động cơ 1 pha.
Lắp đặt được mạch điều khiển đảo chiều động cơ 1 pha.
Nhận biết và sửa chữa được một số sai hỏng trong quá trình lắp đặt
Nội dung chính:
Sơ đồ nguyên lý
Giới thiệu sơ đồ:
AT: aptomat /CB dùng để đóng cắt và bảo vệ mạch điện.
RN: Rơ le nhiệt dùng để bảo vệ quá tải cho động cơ.
MT, MN: Nút nhấn 
KT, KN: contactor điều khiển động cơ quay thuận và nghịch.
KĐ, LV: Cuộn dây khởi động và làm việc của động cơ 1 pha.
Hình 7.1: Sơ đồ điều khiển đảo chiều động cơ một pha
Nguyên lý hoạt động:
Nhấn MT : Công tắc tơ KT có điện, đóng tiếp điểm KT(5-7) duy trì. Mạch động lực tiếp điểm KT đóng lại, cấp nguồn 1 pha cho động cơ quay theo chiều thuận.
Nhấn MN: Công tắc tơKN có điện, đóng tiếp điểm KN(11-13) duy trì. Mạch động lực tiếp điểm KN đóng lại, cấp nguồn một cpha cho động cơ quay theo chiều nghịch.
Mạch đảo chiều quay qua nút dừng D.
2. Lắp đặt mạch điện
 Yêu cầu:
 Lắp đặt được mạch khởi động và hãm động năng hoàn chỉnh đảm bảo mạch hoạt động tốt, đảm bảo an toàn.
 Trình tự thực hiện:
+ Bước 1: Chuẩn bị dụng cụ và lựa chọn thiết bị, vật tư:
Dụng cụ: Kìm(cắt, tuốt dây),tuốt nơ vít(dẹt, bốn chấu), VOM.
Thiết bị: contacto, nút ấn, động cơ 1 pha, cầu dao (CB).
-Vật tư: Táp lô, dây dẫn, ốc vít, bảng panel .
Dựa vào điện áp và dòng điện làm việc của các thiết bị và khí cụ để chọn.
Dùng VOM và mắt thường quan sát tình trạng của các thiết bị và khí cụ.
+ Bước 2: Bố trí và cố định các thiết bị:
Bố trí các thiết bị lên bảng táplô (panel )sao cho thật ngay ngắn, chặt chẽ, hợp lý về khoảng cách sao cho khi đi dây gọn nhất (kể cả đi dây điều khiển lẫn động lực) sau đó dùng đinh vít định vị các thiết bị lên bảng táplô. 
+Bước 3: Đấu dây:
Dựa vào sơ đồ nguyên lý tiến hành đấu dây. 
-Mạch điều khiển : Yêu cầu:Xác định đúng vị trí cần đấu, đấu chắc chắn không bavia, đấu dây gọn gàng không chồng chéo 
Mạch động lực : Yêu cầu: Xác định đúng các tiếp điểm mạch động lực,đấu chắc chắn không bavia, đấu dây gọn gàng không chồng chéo 
+Bước 4: Kiểm tra lại mạch:
 Dùng đông hồ VOM để kiểm tra lại mạch 
Chuyển thang đo của đồng hồ về thang đo điện tra (Rx10 hoặcRx100), đặt hai đầu que đo của VOM vào hai đầu nguồn mạch điều khiển và quan sát.
Nếu đồng hồ lên mạch bị bị sự cố .
Nếu kim đồng hồ không lên thì chúng ta lần lượt điều khiển và kiểm tra mạch nếu có sự cố thì tiến hành sửa chữa.
+Bước 5: Đóng điện vào mạch cho vận hành
CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP:
7.1 Vẽ mạch điện điều khiển động cơ 1 pha quay 1 chiều?
7.2 Động cơ KĐB 3 pha có thể hoạt động trên lưới điện 1 pha được không? Nếu có hãy vẽ sơ đồ đấu động cơ vào lưới để động cơ làm việc bình thường?
YÊU CẦU ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ HỌC TẬP CỦA BÀI
Yêu cầu đánh giá vể kiến thức:
+ Giải thích được sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển đảo chiều động cơ xoay chiều 1 pha quay. 
Yêu cầu đánh giá về kỹ năng.
+ Lắp đặt vận hành được mạch điện điều khiển đảo chiều động cơ xoay chiều 1 pha quay .
BÀI 8
ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG BIẾN TẦN
Giới thiệu biến tần
1.1 Khái niệm
Biến Tần là thiết bị dùng để chuyển đổi điện áp hoặc dòng điện xoay chiều ở đầu vào từ một tần số này thành điện áp hoặc dòng điện có một tần số khác ở đấu ra.
Bộ Biến Tần thường được sử dụng để điều khiển vận tốc động cơ xoay chiều theo phương pháp điều khiển tần số, theo đó tần số của lưới nguồn sẽ thay đổi thành tần số biến thiên.
1.2 Nguyên lý làm việc
Nguyên lý làm việc của bộ như sau:
 Đầu tiên, điện áp xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha được đưa tới mạch chỉnh lưu biến đổi thành điện áp 1 chiều không bằng phẳng. Sau đó đưa tới mạch lọc nguồn sử dụng tụ lọc nguồn lọc thành nguồn 1 chiều bằng phẳng. Công đoạn này được thực hiện bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Nhờ vậy, hệ số công suất Cosphi   của hệ biến tần đều, có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị từ 0.96 trở lên.
  Điện áp một chiều này sau đó được đưa đến mạch 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 hiện nay, tần số chuyển mạch xung có thể lên tới dải tần số siêu âm nhằm chuyển đổi dạng sóng của điện áp ra cấp cho máy nén có dạng hình sin chuẩn, giảm tiếng ồn cho động cơ máy nén.
-Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô cấp tuỳ theo bmạch điện điều khiển cục nóng của điều hòa. Theo lý thuyết, giữa tần số và điện áp có một quy luật nhất định tuỳ theo chế độ điều khiển. Đối với tải có mô men không đổi, tỉ số điện áp - tần số là không đổi. Tuy vậy với tải bơm và quạt, quy luật này lại là hàm bậc 4. Điện áp là hàm bậc 4 của tần số. Điều này tạo ra đặc tính mô men là hàm bậc hai của tốc độ phù hợp với yêu cầu của tải
  -  Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống.
-  Ngoài ra,biến tần ngày nay đã tích hợp rất nhiều kiểu điều khiển khác nhau phù hợp hầu hết các loại phụ tải khác nhau.
Hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất được chế tạo theo công nghệ hiện đại. Nhờ vậy, năng lượng tiêu thụ xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu bởi hệ thống.
Lợi ích của việc sử dụng biến tần:
Lợi ích nhìn thấy đầu tiên là tiết kiệm điện: hiệu suất chuyển đổi nguồn của các bộ biến tần rất cao vì sử dụng các bộ linh kiện bán dẫn công suất chế tạo theo công nghệ hiện đại. Chính vì vậy, năng lượng tiêu thụ cũng xấp xỉ bằng năng lượng yêu cầu của hệ thống. Qua tính toán với các dữ liệu thực tế, với các chi phí thực tế thì với một động cơ sơ cấp khoảng 100 kW, thời gian thu hồi vốn đầu tư cho một bộ biến tần là khoảng từ 3 tháng đến 6 tháng. Hiện nay ở Việt nam đã có một số xí nghiệp sử dụng máy biến tần này và đã có kết quả rõ rệt.
Với giải pháp tiết kiệm năng lượng bên cạnh việc nâng cao tính năng điều khiển hệ thống, các bộ biến tần hiện nay đang được coi là một ứng dụng chuẩn cho các hệ truyền động cho bơm và quạt.
Nhờ tính năng kỹ thuật cao với công nghệ điều khiển hiện đại nhất (điều khiển tối ưu về năng lượng) các bộ biến tần đang và sẽ làm hài lòng nhiều nhà đầu tư trong nước, trong khu vực và trên thế giới.
Các loại tải nên sử dụng biến tần để tiết kiệm điện:
+ Phụ tải có mô mem thay đổi (điều hòa trung tâm, bơm cấp nước, bơm quạt mát,...).
+ Động cơ luôn chạy non tải mà không thể thay động cơ được thì phải lắp thêm biến tần.
- Điểm đặc biệt nhất của hệ truyền động biến tần - động cơ là có thể điều chỉnh vô cấp tốc độ động cơ. Tức là thông qua việc điều chỉnh tần số bạn có thể điều chỉnh tốc độ động cơ thay đổi theo ý muốn trong một dải rộng.  
- Sử dụng bộ biến tần bán dẫn, cũng có nghĩa là bạn mặc nhiên được hưởng rất nhiều các tính năng thông minh, linh hoạt như là tự động nhận dạng động cơ; tính năng điều khiển thông qua mạng; có thể thiết lập được 16 cấp tốc độ; khống chế dòng khởi động động cơ giúp quá trình khởi động êm ái (mềm) nâng cao độ bền kết cấu cơ khí; giảm thiểu chi phí lắp đặt, bảo trì; tiết kiệm không gian lắp đặt; các chế độ tiết kiệm năng lượng,
- Bạn sẽ không còn những nỗi lo về việc không làm chủ, khống chế được năng lượng quá trình truyền động bởi vì từ nay bạn có thể kiểm soát được nó thông qua các chế độ bảo vệ quá tải, quá nhiệt, quá dòng, quá áp, thấp áp, lỗi mất pha, lệch pha, của biến tần.
1.3 Một số điều lưu ý khi sử dụng biến tần:
- Tùy theo ứng dụng mà bạn lựa chọn bộ biến tần cho phù hợp, theo cách đó bạn sẽ chỉ phải trả một chi phí thấp mà lại đảm bảo độ tin cậy làm việc.
- Bên trong bộ biến tần là các linh kiện điện tử bán dẫn nên rất nhậy cảm với điều kiện môi trường, mà Việt Nam có khí hậu nóng ẩm nên khi lựa chọn bạn phải chắc chắn rằng bộ biến tần của mình đã được nhiệt đới hoá, phù hợp với môi trường khí hậu Việt Nam.
- Bạn phải đảm bảo điều kiện môi trường lắp đặt như nhiệt độ, độ ẩm, vị trí.
Các bộ biến tần không thể làm việc ở ngoài trời, chúng cần được lắp đặt trong tủ có không gian rộng, thông gió tốt (tủ phải có quạt thông gió), vị trí đặt tủ là nơi khô ráo trong phòng có nhiệt độ nhỏ hơn 50 độC, không có chất ăn mòn, khí gas, bụi bẩn.
- Đọc kỹ hướng dẫn sử dụng, nếu không hiểu hoặc không chắc chắn thì không tự ý mắc nối hoặc thay đổi các tham số thiết đặt.
- Nhờ các chuyên gia kỹ thuật của hãng cung cấp biến tần cho bạn hướng dẫn lắp đặt, cài đặt để có được chế độ vận hành tối ưu cho ứng dụng của bạn.
- Khi biến tần báo lỗi hãy tra cứu mã lỗi trong tài liệu và tìm hiểu nguyên nhân gây lỗi, chỉ khi nào khắc phục được lỗi mới khởi động lại.
- Mỗi bộ biến tần đều có một cuốn tài liệu tra cứu nhanh, bạn nên ghi chép chi tiết các thông số đã thay đổi và các lỗi mà bạn quan sát được vào cuốn tài liệu này, đây là các thông tin rất quan trọng cho các chuyên gia khi khắc phục sự cố cho bạn.
2. Khảo sát các phím chức năng
Biến tần hiện nay được sử dụng rất rộng rãi trong công nghiệp và sinh hoạt hằng ngày để điều khiển các loại động cơ. Do nhu cầu sử dụng ngày càng phổ biến, có rất nhiều hãng chế tạo biến tần trên thị trường như Simiens, ABB, Omrons, LD.... ở tài liệu này sẽ giới thiệu và hướng dẫn cài đặt các thông số cơ bản về loại biến tần đang được sử dụng khá phổ biến của hãng Simiens. Biến tần MM420
Một số dòng biến tần của hãng và ứng dụng:
+ MM410:
Dùng điều khiển một bộ cửa cuốn gara, một barie , một bảng quảng cáo chuyển động linh hoạt, hệ thống máy bơm, quạt gió, sử dụng nguồn điện sẵn có 220VAC.
+MM420:
Điều khiển một hệ thống băng tải, hay một hệ thống định vị đơn giản, re tiền kết hợp PLC(S7200).... Gía thành hạ trong khi có nhiều tính năng mới được tích hợp.
+ MM440:
Đây là dòng biến tần mạnh mẽ nhất trong dòng biến tần tiêu chuẩn. Khả năng điều khiển vecto cho tốc độ và mô ment, hay khả năng điều khiển PID là cho điều khiển chính xác cho các hệ truyền động quan trọng, đòi hỏi độ chính xác cao và tự động hóa.
Biến tần MM420
Sơ đồ đấu dây:
Sơ đồ mạch động lực:
Sơ đồ mạch điều khiển
Các phím chức năng:
Ví dụ:
Để cài tham số P004=7 ta làm như sau:
4. Khảo sát hoạt động của biến tần
Các tham số ứng dụng của biến tần
5. Điều khiển động cơ sử dụng biến tần Simens
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Vũ Quang Hồi, Trang bị điện - điện tử máy gia công kim loại, NXB Giáo dục 1996.
[2] Vũ Quang Hồi, Trang bị điện - điện tử công nghiệp, NXB Giáo dục 2000
[3] Bùi Quốc Khánh, Hoàng Xuân Bình, Trang bị điện – điện tử tự động hóa cầu trục và cần trục, Nxb KHKT 2006
[4] Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Thị Hiền, Nguyễn Văn Liễn, Truyền động điện, Nxb KHKT 2006
[5] Nguyễn Đức Lợi, Giáo trình chuyên ngành điện tập 1,2,3,4, NXB Thống kê 2001
[6] Tài liệu hướng dẫn sử dụng biến tần của hãng Simiens.
[7]