1

BỘ CÔNG THƯƠNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
KHOA ĐIỆN TỬ
-------------**********---------------

BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TÊN ĐỀ TÀI: ĐIỀU KHIỂN TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ SỬ DỤNG BIẾN TẦN
MITSUBISHI VÀ PLC SIEMEN


2

LỜI NÓI ĐẦU
Đây là bản báo cáo về đồ án tốt nghiệp của em. Tên đề tài là: “ĐIỀU KHIỂN
TỐC ĐỘ ĐỘNG CƠ BẰNG BIẾN TẦN MITSHUBISHI VÀ PLC SIEMEN”.
Bản báo cáo này gồm 4 phần chính:

- Phần 1: Giới thiệu về động cơ không đồng bộ 3 pha
- Phần 2: Giới thiệu về biến tần Mitshibishi FR A700
- Phần 3: Giới thiệu về PLC S7-1200
- Phần 4: Bài toán ứng dụng “ điều khiển tốc độ quạt trong lò sưởi”
Mitsubishi Electric Automation, nhà cung cấp sản phẩm tự động hóa tầm cỡ
thế giới cho nhiều ngành công nghiệp mới đây đã cho ra mắt bộ biến tần tính
năng cao A700 để điều khiển động cơ từ ½ đến 600 mã lực. A700 sẽ thay thế các
dòng biến tần A500 và A500L của công ty cho ra mắt từ năm 1997.
FR-A700 là dòng biến tần đầu tiên của Mitsubishi có tích hợp bộ điều khiển
khả trình (PLC) và mang trong mình nhiều đặc điểm của công nghệ đặc biệt mà
Mitsubishi phát triển cho các sản phẩm truyền động servo. Đặc điểm đáng chú ý
như tự động điều chỉnh. Tính năng này giúp tự động bù vào sự thay đổi quán tính

1.2 Cấu tạo phần quay (Rotor)8
1.3 Khe hở9
2. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ 3 pha9
3. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ 3 pha9
3.1 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực10
3.2 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi tần số10
3.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho stato11
3.4 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch roto của động cơ roto
dây quấn12
PHẦN 2: GIỚI THIỆU BIẾN TẦN MITSHUBISHI FR A700
1. Khái niệm biến tần13


4

2. Phân loại13
3. Giới thiệu về biến tần Mitshubishi FR A70014
3.1 Cấu trúc biến tần15
3.2 Kiểm tra sản phẩm và nhận dạng các bộ phận16
3.3 Lắp đặt và nối dây17
3.4 Sơ đồ chân18
3.4.1 Đặc điểm kỹ thuật của các đầu cuối trên mạch chính
3.4.2 Đấu mạch điều khiển
3.4.3 Tín hiệu đầu ra
3.4.4 Cổng truyền thông
PHẦN 3: TỔNG QUAN VÀ ỨNG DỤNG CỦA PLC S7-1200
1. Khái quát chung về PLC S7-120032
2. Phân loại33
3. Hình dáng bên ngoài của PLC S7-120035
4. Cấu trúc bên trong37



6


7

Danh mục hình ảnh trong báo cáo
Hình 1: Cấu trúc biến tần FR A700
Hình 2:Chi tiết biến tần FR A700
Hình 3:Sơ đồ lắp đặt và đấu nối
Hình 4: Sơ đồ chân
Hình 5: Hình ảnh PLC S7-1200 và các modul mở rộng
Hình 6: Hình dạng bên ngoài của S7 – 1200 (CPU 1212C)
Hình 7: Cấu trúc bên trong
Hình 8: Sơ đồ đấu dây S7-1200
Hình 9: PLC S7-1200 và modul mở rộng
Hình 10: Phương pháp lập trình điều khiển
Hình 11: Ví dụ về 1 LAD
Hình 12: ví dụ về ngôn ngữ FDB
Hình 13: Sơ đồ thiết kể một chương trình điều khiển
Hình 14: Giao diện chính của phần mềm
Hình 15: Giao diện lập trình
Hình 16: Cách nối dây tín hiệu ra của PLC với biến tần
Hình 17: Thay đổi nhiệt độ bằng cách đốt cảm biến nhiệt


8

PHẦN 1

bằng số cực stato. Các động cơ công suất trung trở lên thường dùng dây quấn
kiểu sóng hai lớp để giảm được những đầu nối dây và kết cấu dây quấn roto chặt
chẽ hơn. Các động cơ công suất nhỏ thường dùng dây quấn đồng tâm 1 lớp. Dây
quấn 3 pha của roto thường đấu hinh sao (Y). Ba đầu kia nối và 3 vòng trượt
bằng đồng đặt cố định ở đầu trục. Thông qua chổi than và còng trượt, đưa điện
trở phụ vào mạch roto nhằm cải thiện tính năng mở máy và điều chỉnh tốc độ.

•

Loại roto lồng sóc: Loại dây quấn này khác với dây quấn stato. Mỗi rãnh
của lõi sắt được đặt một thanh động hoặc thanh nhôm và được nối tắt lại ở hai
đầu bằng hai vòng ngắn mạch, làm thành một cái lồng người ta gọi đó là lông
sóc. Dây quấn roto kiểu lồng sóc không cách điện với lõi sắt.
1.3 Khe hở
Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ( 0.2mm - 1mm). Do đó roto là một
khối tròn nên roto rất đều.

2. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ 3 pha
Khi nối dây quấn stato vào lưới điện xoay chiều ba pha, trong động cơ sẽ sinh
ra một từ trường quay n1. Từ trường quét qua các thanh dẫn roto, làm cảm ứng
trên dây quấn roto một sức điện động E2 sẽ sinh ra dòng điện I2 chạy trong dây
quấn. Chiều của sực điện động và chiều dòng điện được xác định theo quy tắc
bàn tay phải. Dòng điện I2 tác động tương hỗ với từ trường stato tạo ra lực điện
từ trên dây dẫn dẫn roto và moomen quay làm cho roto quay với tốc độ n theo
chiều quay của từ trường. Tóc đọ quay của roto n luôn nhỏ hơn tốc độ của từ
trường stato n1. Có sự chuyển động tương đối giữa roto và từ trường quay stato
duy trì được dòng điện I2 và moomen M. Vì tốc độ của roto khác với tốc độ của
từ trường quay stato nên gọi là động cơ không đồng bộ.



Tốc độ của động cơ KĐB n = n1(1-s) = (60f/p)(1-s)
Khi hệ số trượt thay đổi ít thì tốc độ tỷ lệ thuận với tần số.
Mặt khác, từ biểu thức E1=4.44.f1.W1.Kdq.Ømax ta nhận thấy max tỷ lệ thuận
với

E1/f1

Người ta mong muốn giữ cho Ømax= const
Muốn vậy phải điều chỉnh đồng thời cả E/f , có nghĩa là phải sử dụng một nguồn
điện đặc biệt , đó là các bộ biến tần công nghiệp.
Do sự phát triển mạnh mẽ của kĩ thuật vi điện tử và điện tử công suất, các bộ
biến tần ra đời đã mở ra một triển vọng lớn trong lĩnh vực điều khiển động cơ
xoay chiều bằng phương pháp tần số. Sử dụng biến tần để điều khiển động cơ
theo các quy luật khác nhau ( quy luật U/f, điều khiển véc tơ..) đã tạo ra những
hệ điều khiển tốc độ động cơ có các tính năng vượt trội.
3.3 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho stato.
Ta đã biết, hệ số trượt giới hạn S th không phụ thuộc vào điện áp, nếu R’ 2 không
đổi thì khi giảm điện áp nguồn U, hệ số trượt tới hạn S th sẽ không còn Mmax giảm
tỉ lệ với U2.
Phương pháp này chỉ thực hiện khi máy mang tải, con khi máy không mang tải
mà giảm điện nguồn, tốc độ gần như không đổi.
3.4 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện trở mạch roto của động cơ roto
dây quấn.
Thông qua vành trượt ta nối một biến trở 3 pha có thể điều chỉnh được vào dây
quấn rôto


12

Với một mômen tải nhất định, điện trở phụ càng lớn thì hệ số trượt ở điểm làm

2. Phân loại:
Biến tần được phân chia làm hai loại:
a) Biến tần trực tiếp: Là bộ biến tần biến đổi thẳng dòng điện xoay chiều tần số
f1 thành tần số f2 không qua khâu chỉnh lưu

-

Ưu điểm: + phụ tải có thể trao đổi năng lượng với lưới một cách liên tục
+ hiệu suất bộ biến tần cao
Nhược điểm: + thay đổi tần số ra khó khăn
+ tần số ra f2 phụ thuộc vào tần số vào f1 (f2 ≤ f1)
b) Biến tần gián tiếp: Là bộ biến tần mà dòng điện xoay chiều đầu vào tần số f1
được chỉnh lưu thành dòng điện 1 chiều, lọc rồi lại được nghịch lưu thành dòng
điện xoay chiều tần số f2
- Vì f2 không phụ thuộc vào f1 nên bộ biến tần gián tiếp được sử dụng rộng rãi
hơn.


14

3. Giới thiệu về biến tần mitshubishi FR A-700
Mitsubishi Electric Automation, nhà cung cấp sản phẩm tự động hóa tầm cỡ
thế giới cho nhiều ngành công nghiệp mới đây đã cho ra mắt bộ biến tần tính
năng cao A700 để điều khiển động cơ từ ½ đến 600 mã lực. A700 sẽ thay thế các
dòng biến tần A500 và A500L của công ty cho ra mắt từ năm 1997.
FR-A700 là dòng biến tần đầu tiên của Mitsubishi có tích hợp bộ điều khiển
khả trình (PLC) và mang trong mình nhiều đặc điểm của công nghệ đặc biệt mà
Mitsubishi phát triển cho các sản phẩm truyền động servo. Đặc điểm đáng chú ý
như tự động điều chỉnh. Tính năng này giúp tự động bù vào sự thay đổi quán tính
tải trọng. Kết quả là mang lại hoạt động trơn tru, thời gian ngưng hoạt động giảm

qua một điện trở mắc song song vơi tụ thông qua công tắc bán dẫn S.
+ Mạch trung gian một chiều:
Có chứa tụ lọc với điện dung khá lớn Cf (khoảng vài ngàn µF ) mắc vào ngõ
vào của bộ nghịch lưu. Điều này giúp cho mạch trung gian hoạt động như nguồn
điện áp. Tụ điện cùng với cuộn cảm Lf của mạch trung gian tạo thành mạch nắn
điện áp chỉnh lưu. Cuộn kháng Lf có tác dụng nắn dòng điện chỉnh lưu. Trong
nhiều trường hợp, cuộn kháng Lf không xuất hiện trong cấu trúc mạch và tác


16

dụng nắn dòng của nó có thể được thay thế bằng cảm kháng tản máy biến áp cấp
nguồn cho bộ chỉnh lưu. Do tác dụng của diode nghịch đảo bộ nghịch lưu, điện
áp đặt trên tụ chỉ có thể đạt các giá trị dương. Tụ điện còn thực hiện chức năng
trao đổi năng lượng ảo giữa tải của bộ nghịch lưu và mạch trung gian bằng cách
cho phép dòng id2 thay đổi chiều nhanh không phụ thuộc vào chiều của dòng
id1.
+ Bộ nghịch lưu áp:
Bộ nghịch lưu là thiết bị biến đổi năng lượng điện một chiều thành năng
lượng điện xoay chiều.
Nghịch lưu có dạng một pha hoặc ba pha. Quá trình chuyển mạch của bộ
nghịch lưu áp thường là quá trình chuyển đổi cưỡng bức. Trong trường hợp đặc
biệt bộ nghịch lưu làm việc không có quá trình chuyển mạch hoặc với quá trình
chuyển mạch phụ thuộc bên ngoài. Từ đó ta có hai trường hợp bộ biến tần với
quá trình chuyển mạch độc lậpvà quá trình chuyển mạch phụ thuộc bên ngoài.
3.2 Kiểm tra sản phẩm và nhận dạng các bộ phận
Mở bao bì biến tần và kiểm tra các tấm công suất trên bìa đĩa phía trước và đánh
giá trên




P/+, PR

P/+,N/-

P/+,P1

Sự mô tả
Nối tới sự cung cấp điện thương mại.Giữ
điểm nối này mở khi sử dụng bộ biến đổi hệ
số công suất cao (FR-HC và MT-HC) hoặc bộ
biến đổi chung tái sinh năng lượng (FR-CV)
Đầu ra biến tần Kết nối với động cơ lồng sóc 3 pha
Nguồn cung
Nguồn cung cấp AC được kết nối tới đầu
cấp cho
R/L1 và S/L2. Giữ màn hiển thị báo động và
mạch điều
ngõ ra báo động hoặc khi sử dụng bộ biến đổi
khiển
hệ số công suất cao (FR-HC và MT –HC)
hoặc bộ biến đổi chung tái sinh năng lượng
(FR-CV), chuyển và nhảy tới đầu R/L1R1/L11 và S/L2-S1/L21 và áp đặt năng lượng
ngoài lên những điểm cuối này.
Không tắt nguồn cung cấp cho mạch điều
khiển (R1/L11,S1/L21) với nguồn mạch
chính(R/L1,S/L2,T/L3) trên.vì thế có thể gây
thiệt hại cho biến tần.Mạch cần phải được cấu
hình vì thế nguồn mạch chính
(R/L1,S/L2,T/L3) cũng được tắt khi nguồn


PR,PX

Kết nối mạch
hãm bên trong
Nối đất

hoặc ít hơn, một điện cảm DC được cung cấp
theo tiêu chuẩn
Cho 55K hoặc ít hơn,loại bỏ và nhảy qua
điểm
P/+ - P1 và nối với cuộn cảm DC.(cho 75K
hoặc ít hơn, một điện cảm DC được cung cấp
theo tiêu chuẩn
Khi nhảy và được kết nối hai điểm PX-PR
(tình trạng ban đầu) .Mạch hãm bên trong là
hoạt động ( cung cấp cho 7.5K hoặc it hơn)
Cho nối đất (nối đất) vỏ máy biến tần.Phải
được tiếp đất

3.4.2 Đấu mạch điều khiển
Chỉ dẫn chức năng điểm cuối có thể chọn lựa để sử dụng (chọn lựa chức năng
đầu cuối I/O)
(1) Tín hiệu vào
Kiểu
Tiếp
điểm
ngõ
vào



Thông số kĩ
thuật định mức
Khi tín hiệu
STF và
STR được bật
đồng
thời. Sự điều
khiển
dừng được đưa
ra.

Điện trở vào
4.6k
điện áp khi làm
việc
2127VDC
Tiếp điểm khi
ngắn mạch
46mADC


22

STOP
RH,
RM,
RL
JOG


đầu vào chuổi xung.để sử
dụng như đầu vào chuổi
xung, trang 291 cài đặt cần
được thay đổi (ngõ xung vào
cực đại 100kpulse/s)
Lựa chọn
Bật tín hiệu RT để chọn chức
chức năng năng thứ2. Khi chức năng
thứ 2
thứ 2 như là “ tang mômen
thứ 2” và “V/F thứ 2( tần số
cơ bản)” được đặt lên, bật tín
hiệu RT chọn chức năng này
Đầu ra
Bật tín hiệu MRS (20ms
dừng
hoặc hơn) để dừng ngõ ra
lại
biến tần.
Sử dụng khóa ngõ ra biến
tần khi đang dừng động cơ
bằng phanh điện từ
Khởi động Thường khởi động lại ngõ ra
lại
báo động được cung cấp khi
chức năng bảo vệ được kich
hoạt
Bật tín hiệu RES nhìu hơn so
với 0.1s. Rồi tắt nó. Cài đặt
ban đầu là luôn khởi động


biến tần xảy ra.Phục hồi
khoảng 1s sau khi khởi động
lại được hủy bỏ
Sự lựa
Điểm cuối 4 được có hiệu
chọn
lực khi tín hiệu AU được bật.
đầu 4 ngõ
(tín hiệu cài đặt tần số có thể
vào
được đặt giữa 4 và
20mADC)khi
đang bật tín hiệu AU làm
đầu 2(điện áp vào ) không có
hiệu lực
Đầu vào
Điểm AU được sử dụng như
PTC
đầu vào PTC (Bảo vệ nhiệt
của động cơ).Khi sử dụng nó
như đầu vào PTC ,đặt
AU/PTC chuyển tới PTC
Chọn lựa
Khi tín hiệu CS được cho
tự khởi
phép, biến tần tự khởi động
động lại
lại năng lượng hồi phục chú
sau sự cố


Điện áp định
mức
nguồn cung
cấp
19.2 28.8
VDc
Dòng tiêu thụ
100mA


24

10E
10
2

4

Tần số cài
đặt nguồn
cung cấp

mong muốn.
Khi nối đồng hồ điện thế cài
đặt tần số tại tình trang ban
đầu.nối nó tới đầu 10. Thay
đổi đặc tính ngõ vào của đầu
2 khi kết nối nó với đầu 10E


(hoặc 05V,010V) cung
điện)
cấp tần số ngõ vào cực đại
tại 20mA (5V,10V) làm
thành tỉ lệ ngõ vào và ngõ
ra.Tín hiệu vào này chỉ hợp
lệ khi tín hiệu AU được
bật( đầu 2 ngõ vào là không
hợp lệ).Sử dụng trang 267 để
chuyển giữa nhập vào
420mA (cài đặt ban đầu)
và 010VDC khi bộ chuyển
nhập vào điện áp/dòng điện
ở vị trí OFF (cài đặt ban đầu
để ON).Dòng điện ngõ vào
luôn luôn giống nhau khi bộ
chuyển điện áp/dòng điện
ngõ vào ở vị trí ON (trang
267 cần được đặt lên ngõ


25

1

Cài đặt tần
số phụ

5


Vành
góp
mở

Kí hiệu
đầu cuối
A1, B1,
C1

Tên đầu
cuối
Ngõ ra
rơle1
(ngõ ra
báo
động)

A2,B2, C2 Ngõ ra
rơle 2
Run
Vận
hành
biến tần

Sự mô tả

Thông số kĩ
thuật định mức
1 Sự thay đổi tiếp điểm ngõ ra Khả năng qua
chứng tỏ chứ năng bảo vệ biến tiếp điểm