Ứng dụng thiết bị điện tử công suất thay thế máy phát điện một chiều trong hệ truyền động của các máy gia công cơ khí - KS. Phạm Thanh Liêm

ỨNG DỤNG THIẾT BỊ ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT <br /> THAY THẾ MÁY PHÁT ĐIỆN MỘT CHIỀU <br /> TRONG HỆ TRUYỀN ĐỘNG CỦA CÁC MÁY <br /> GIA CÔNG CƠ KHÍ.<br />  KS. Phạm Thanh Liêm<br /> Viện Khoa học Công nghệ Mỏ<br /> <br /> <br /> “Chương trình mục tiêu Quốc gia về  sử dụng năng lượng tiết kiệm và <br /> hiệu quả” đang được triển khai trên diện rộng trong các ngành công nghiệp, <br /> trong đó có ngành Than. Thời gian qua, khi tiến hành khảo sát các thiết bị <br /> đặc trưng trong các Công ty chế  tạo cơ khí của Ngành, nhóm kiểm toán đã <br /> nhận thấy một số  máy móc, thiết bị  gia công chế  tạo cơ  khí còn đang sử <br /> dụng các hệ  truyền động lạc hậu, gây tổn thất nhiều năng lượng. Vì vậy, <br /> trong bài báo này chúng tôi muốn trình bày giải pháp ứng dụng thiết bị điện  <br /> tử  công suất thay thế  máy phát điện một chiều trong hệ  truyền động của  <br /> các máy gia công cơ khí, một giải pháp hữu hiệu nâng cao hiệu quả sử dụng <br /> điện năng cho xí nghiệp.<br /> 1) Hệ thống truyền động điện hiện đang sử dụng cho một số máy gia <br /> công cơ khí. <br /> Như   chúng   ta   đều   biết   ưu   điểm   của   động   cơ   một   chiều   là   sinh   ra  <br /> mômen lớn. Do vậy, các động cơ  trong các máy gia công cơ  khí thường sử <br /> dụng động cơ điện một chiều. Nhưng việc điều khiển tốc độ  động cơ một <br /> chiều không phải là vấn đề đơn giản.<br /> Trong hệ truyền động này động cơ điện một chiều được lấy điện từ tủ <br /> điều khiển cho động cơ điện một chiều. Đầu vào tủ điều khiển được cung <br /> cấp bởi một máy phát điện một chiều. Đây là một tổ máy, trong đó gồm có <br /> một động cơ  không đồng bộ  ba pha và một động cơ  đồng bộ  một chiều  <br /> hoạt động  ở  chế  độ  máy phát. Động cơ  không đồng bộ  ba pha làm nhiệm  <br /> vụ  biến đổi điện năng thành cơ  năng. Cơ  năng được chuyển qua máy phát <br /> DC và biến thành điện năng cung cấp cho tủ  điều khiển. Qua thời gian sử <br /> dụng và bảo dưỡng các máy phát điện một chiều ngày càng không đảm <br /> <br /> <br /> 1<br /> nhiệm   được   nhiệm   vụ   cung   cấp   điện   có   chất   lượng   cho   động   cơ   một <br /> chiều. <br /> Quá trình khảo sát các máy gia công cơ  khí của một số  Công ty cơ  khí <br /> trong ngành Than chúng tôi thấy một vấn đề là máy móc đã được đầu tư khá <br /> lâu và hệ truyền động và điều khiển cho chúng đều đang tồn tại như mô tả <br /> ở trên. Với hệ truyền động này có khá nhiều nhược điểm như:<br /> Tổn thất năng lượng trong động cơ ba pha;<br /> Tổn thất năng lượng trong máy phát điện một chiều;<br /> Tổn thất năng lượng trong động cơ điện một chiều;<br /> Đặc tính cơ  của động cơ  không giữ  được cứng như  yêu cầu (do công  <br /> suất máy phát giảm theo thời gian sử dụng);<br /> Bảo dưỡng sữa chữa hệ thống phức tạp;<br /> Điều chỉnh tốc độ  bằng phương pháp điện trở  gây tổn thất điện năng,  <br /> với phương pháp này mômen khi chạy tốc độ thấp cũng yếu;<br /> Điều chỉnh tốc độ với số cấp hạn chế.<br /> <br /> 2) Hệ thống truyền động điện kiểu mới:<br /> <br /> Với sự  phát triển của khoa học công nghệ, ngày nay trên thị  trường đã <br /> xuất hiện các bộ biến đổi với các tính năng và chất lượng cao, hoàn toàn có  <br /> thể thay thế cho hệ truyền động cồng kềnh, có các chỉ tiêu năng lượng thấp,  <br /> để cung cấp cho các động cơ điện một chiều của các máy công cụ trong các  <br /> xí nghiệp gia công và chế tạo cơ khí.       <br /> <br /> a)  Cấu tạo hệ thống và nguyên lý hoạt động của thiết bị điện tử công <br /> suất:<br /> Mentor II (Hình 2) là bộ điều khiển động cơ một chiều kỹ thuật số vạn <br /> năng, được sử dụng rộng rãi cho hầu hết các ứng dụng điều khiển động cơ <br /> một chiều, công suất thiết kế từ 7,5 kW đến 750 kW, điện áp từ 208­660V.  <br /> Mô hình hệ  thống điều khiển động cơ  điện một chiều kiểu mới này được <br /> mô tả trong Hình 1.<br /> Chúng có ưu điểm nổi bật là: <br /> *     Điều khiển tốc độ chính xác đến 0,1%, đáp ứng nhanh, mô men ổn định;<br /> <br /> <br /> 2<br /> *     Cài đặt tham số dễ  dàng nhờ  cấu trúc Menu tham số  và phần mềm cài <br /> đặt Mentor Soft;<br /> *     Các đầu vào ra tương tự và số đều có khả năng lập trình linh hoạt;<br /> *     Có sẵn cổng truyền thông RS485;<br /> *     Mở  rộng tính năng dễ  dàng bằng cách cắm thêm bộ   đồng vi xử  lý <br /> MD29;<br /> *  Tổn hao công suất do thiết bị điện tử công suất sinh ra nhỏ (1÷3%)<br /> * Tạo được đặc tính cơ cứng do duy trì được mômen ổn định ngay cả khi <br /> điều chỉnh tốc độ.<br /> <br /> <br /> <br /> <br />      <br /> Hình 1: Mô hình hệ thống điều khiển động cơ điện một chiều kiểu mới<br /> <br /> b) Một số thông số của thiết bị điện tử công suất điều khiển động cơ <br /> điện một chiều<br /> S­RAM (Hình 3) là đồ thị thể hiện sự liên quan giữa gia tốc và vận tốc  <br /> theo thời gian, trong đó gia tốc do điều khiển của thiết bị biến đổi đột ngột <br /> còn vận tốc quay của động cơ  biến đổi theo đường cong trơn , do vận tốc <br /> biến đổi đều nên quá trình hoạt động được êm ái.<br />  Các ứng dụng chính :<br /> * Máy đùn nhựa, cao su;<br /> * Máy bọc dây cáp điện;<br /> * Máy tạo cuộn;<br /> * Máy xeo giấy;<br /> * Máy ly tâm đường;<br /> * Dây chuyền cán thép;<br /> * Điều khiển máy cắt, máy CNC. <br /> <br /> <br /> 3<br />     <br /> Hình 2: Thiết bị điện tử công suất (Mentor II và Mentor MP)<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> Hình 3. Đồ  thị  thể  hiện sự  liên quan giữa gia tốc và vận tốc theo thời  <br /> gian.<br /> Mentor II bộ  điều khiển động cơ  DC với dải công suất rộng, lập trình <br /> hoàn toàn, có chung phần giao diện điều khiển. Lập trình nhanh chóng với  <br /> các thông số cài đặt ít nhất cho ứng dụng đơn giản. Việc ghép thêm module <br /> ứng dụng (MD29) cho phép tổ hợp các hệ thống truyền động nhiều động cơ <br /> DC cấp cao với nhiều tính năng thông minh. Các bộ  xử  lý thông minh này <br /> giúp giảm việc sử dụng các PLC chủ bằng cách thiết kế hệ thống theo kiểu  <br /> điều khiển phân tán với mạng CTNet với phần mềm lập trình hệ  thống <br /> (SYPT). Khi hệ thống yêu cầu sử  dụng PLC, thì có sẵn nhiều kiểu module <br /> truyền thông hỗ  trợ  cho yêu cầu này. Trong Bảng 1 cho thấy các thông số <br /> kỹ thuật của một số bộ điều khiển đang có mặt trên thị trường.<br /> <br /> <br /> <br /> 4<br /> Bảng 1. Thông số kỹ thuật của một số bộ điều khiển<br /> Bộ điều khiển động cơ<br /> Kiểu bộ điều khiển và  Áp dụng với kiểu động  Dòng điện lớn nhất<br /> model cơ 400VDC (A)<br /> Đơn Bốn kW Hp Đầu vào AC Đầu ra DC<br /> M25 M25R 7.5 10 21 25<br /> M45 M45R 15 20 38 45<br /> M75 M75R 30 40 60 75<br /> M105 M105R 37.5 50 88 105<br /> M155 M155R 56 75 130 155<br /> M210 M210R 75 100 175 210<br /> M350 M350R 125 168 292 350<br /> M420 M420R 150 200 350 420<br /> M550 M550R 200 268 460 550<br /> M700 M700R 250 335 585 700<br /> M825 M825R 300 402 690 825<br /> M900 M900R 340 456 750 900<br /> M1200 M1200R 450 603 1000 1200<br /> M1850 M1850R 750 1105 1540 1850<br /> <br /> 3) Thực tế ứng dụng thiết bị điện tử công suất và đánh giá.<br /> Việc ứng dụng thiết bị điện tử công suất vào điều khiển động cơ  điện <br /> một chiều còn chưa được quan tâm đúng mức. Một phần vì nó không được <br /> sử  dụng rộng rãi một phần vì máy điện một chiều không phổ  biến bằng <br /> máy điện xoay chiều. Mặt khác lợi ích của nó sau khi lắp đặt chưa có đơn  <br /> vị nào đưa ra báo cáo và đánh giá nên việc áp dụng nó còn khó khăn.<br /> Trong toàn bộ  dây truyền sản xuất của Công ty chế  tạo máy TKV <br /> (VMC) với số  lượng thiết bị  sử  dụng động cơ  điện một chiều rất nhiều  <br /> nhưng chúng tôi mới chỉ tìm thấy máy phay răng 5B370 đã ứng dụng thiết bị <br /> điều khiển công suất kiểu mới này (Hình 4). <br /> Qua thời gian quản lý vận hành cho thấy những  ưu điểm nổi bật của hệ <br /> thống này là:<br /> <br /> 5<br />  Thiết bị vận hành được gần 5 năm nhưng chưa xảy ra sự cố nào;<br /> Máy khởi động và chạy êm, khu vực vận hành ít tiếng ồn;<br /> Giảm được tổn thất điện năng đáng kể  trong quá trình điều khiển tốc  <br /> độ;<br /> Cơ cấu điều khiển được đơn giản hoá.<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> (a)<br /> <br /> <br /> <br /> <br />              <br /> (b) (c)<br /> Hình 4: Vị trí đã ứng dụng tại máy phay răng 5B370 công ty VMC<br /> a) Máy phay răng đang công tác; b) Tủ điều khiển tốc độ ăn răng;<br /> c) Thiết bị điện tử công suất của hàng Control Techniques<br /> <br /> 4) Kết luận<br /> Ứng dụng thiết bị điện tử công suất là một xu thế tất yếu, cần được <br /> mở  rộng áp dụng trong tương lại, nó đem lại hiệu quả  về  kinh tế  rõ rệt.  <br /> Việc ứng dụng thiết bị này không có gì phức tạp. Chi phí đầu tư ứng dụng <br /> <br /> <br /> 6<br /> thiết bị điện tử công suất không quá tốn kém và hoàn toàn có thể bù đắp các <br /> chi phí này trong thời gian ngắn do tiết kiệm chi phí điện năng hàng tháng <br /> của xí nghiệp.<br /> <br /> TÀI LIỆU THAM KHẢO:<br /> 1. Đặng Văn Đào ­ Kỹ Thuật Điện; Nhà xuất bản Giáo dục, Hà Nội 1994;<br /> 2. http://www.emersonmotioncontrol.com;<br /> 3. http://namhuy.com.vn/emerson_control_techniques/2/1/default.aspx;<br /> <br /> <br /> <br /> <br /> 7<br />