TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP.HCM
KHOA ĐIỆN_ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BÁO CÁO ĐỒ ÁN
KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
ĐỀ TÀI: BƠM ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT
GVHD:
SVTH:
TP.HCM 201..
I.

TÌM HIỂU ĐỀ TÀI BƠM ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT
1. Bài toán
Điều khiển bơm áp suất cho một chung cư khi các hộ sử dụng không có quy
luật. Lưu lượng tối đa 30 m3/h, cột áp 30 m.
 Chọn bơm, động cơ, biến tần, cảm biến áp suất.
 Điều khiển ổn định áp suất nước cấp cho chung cư.
 Bơm tự động chạy lại sau khi có sự cố điện.
 Ngắt bơm khi trong bồn dưới không còn nước để tránh chạy khô.




2.

Ngắt bơm khi áp suất nước quá thấp do bể đường ống hoặc bơm
không hút được (dưới cột áp 10 m, trong 20 s).
Bơm dừng từ từ trong 50 s để tránh sốc đường ống.
Tìm hiểu vấn đề
Hệ thống bơm cho chung cư.
Vấn đề khi cấp nước cho chung cư.

 Giờ cao điểm: buổi sáng, tối. Mọi người sử
dụng nước nhiều cho nhu cầu sinh hoạt.
 Giờ thấp điểm: buổi trưa, đêm khuya. Mọi
người đi làm, đi học, nghỉ ngơi,...
 Nhu cầu sử dụng nước của khu chung cư là
không có quy luật, khác nhau ở từng thời
điểm, nước sử dụng nhiều ở giờ cao điểm →
gây sụp áp → nước chảy yếu. Giờ thấp điểm
nước ít được sử dụng → áp suất đường ống
tăng cao → gây hư hại thiết bị như vỡ đường
ống,...
 Ngoài ra bơm luôn chạy đầy tải dù giờ cao
điểm hay thấp điểm vậy là không cần thiết,
gây tốn điện năng, giảm tuổi thọ cơ khí.
Đặc tính bơm: là mối quan hệ giữa cột áp và lưu lượng


II.



GIẢI PHÁP
Chúng ta dùng biến tần điều khiển động cơ làm cho hệ thống đáp ứng
được những yêu cầu khi ta cần sử dụng nước nhiều, cần áp lực trên
đường ống lớn thì biến tần tự động điều khiển động cơ quay với tốc độ
cao nhất để duy trì áp lực, như vậy nước mới cung cấp đủ cho chung cư.
Ngược lại khi nhu cầu sử dụng nước ít, cần áp lực nước nhỏ thì biến tần
điều khiển động cơ giảm tốc độ hoặc dừng hẳn. Khi đó năng lượng điện
được tiết kiệm.
- Khi dùng biến tần thì dòng khởi động được hạn chế sẽ không gây

sụt áp khi khởi động để tránh ảnh hưởng tới thiết bị khác.
- Tiết kiệm năng lượng khi nhu cầu sử dụng thay đổi nhiều.
- Có các chức năng bảo vệ như: quá áp, thấp áp, bảo vệ quá tải, mất
pha,...
- Với việc cài đặt thời gian tăng tốc, giảm tốc thì biến tần khởi động
bơm êm hơn, tránh gây rung đường ống và sự thay đổi áp suất đột
ngột gây ảnh hưởng xấu cho hệ thống và tăng tuổi thọ cho đường
ống.
 Muốn đạt được những yêu cầu trên thì cần phải có cảm biến áp
suất phản hồi về biến tần điều khiển tốc độ động cơ sao cho phù
hợp nhất.
Sơ đồ khối hệ thống:


III.

CHỌN BƠM_ĐỘNG CƠ
• Mục đích: cấp nước cho khu chung cư, động cơ kéo bơm cấp nước.
•
Yêu cầu: bơm phù hợp với yêu cầu lưu
3
lượng 30 m /h và cột áp 30m. Động cơ làm việc ở chế độ dài hạn, công suất phù
hợp với bơm.
Tra đồ thị nhóm thấy chọn bơm đi liền với động cơ có mã MD-40-200
có thể đáp ứng yêu cầu.

Số hiệu MD 40-200/5.5
•

Điện áp: 380 VAC.

•

Tần số 50Hz.
•

Dòng điện 11,5A.
•

Tốc độ quay 2900 rpm.
•

Công suất 5.5 kw.


Sốc cực 2 cực.

•

Đặc điểm cấu trúc máy bơm EBARA MD 40-200
Bơm ly tâm liền trục được chế tạo
theo đúng tiêu chuẩn EN 733 hoặc DIN 24255 và được chế tạo bằng gang đúc.
Ứng dụng cho bơm tăng áp, hệ thống giải nhiệt, hệ thống điều hòa trung tâm, và
nhiều ứng dụng khác.
Thông số kỹ thuật: áp lực hoạt động
0
tối đa 10 bar, nhiệt độ lưu chất tối đa 90 C. Cấp cách điện F, cấp bảo vệ IP 55
Bảo vệ quá tải cấp sẵn trong động cơ
cung cấp do người dùng cho loại động cơ 3 pha.
-


Catalog Bơm EBARA trang 8.
IV.

-

CHỌN BIẾN TẦN
Mục đích: điều khiển động cơ bơm có công suất 5,5kw.
Yêu cầu:
Điều khiển U/f.
Thích hợp cho tải dài hạn.
Sử dụng cho bơm có công suất 5,5 kw.
Biến tần hãng Rockwell.
Giải pháp: chọn biến tần PowerFlex 40 “22B-D012N104” của hãng Rockwell.


Thông số kỹ thuật biến tần:
-

Công suất: 5,5kw 7,5Hp.
Dòng vào định mức: 14,2A.
Dòng ra định mức: 12A.
Điện áp vào: 3 pha 380-480 VAC.
Tần số 50/60 Hz.
Dạng điều khiển V/f.
Điều khiển PID.


Catalog powerflex 40 trang 20.
V.


CÁC PHỤ KIỆN ĐI THEO BIẾN

TẦN
1.

Chọn EMC filter
Sóng điện từ do bộ nghịch lưu trong biến tần gây ra nhiễu tới các mạch
điện tử logic và tín hiệu analog, gây hoạt động sai. Do đó để hạn chế
nhiễu điện từ ta chọn bộ lọc EMC cho biến tần. Theo khuyến cáo của nhà
sản xuất biến tần, chọn EMC có mã 22-RF018-CS.


2.

Line

Reactor
Lọc sóng hài do đường dây gây ra. Chọn theo
khuyến cáo nhà sản xuất loại có model 13213R12-B.


CHỌN CÁC THIẾT BỊ MẠCH

VI.

ĐỘNG LỰC
1.

Chọn MCCB
Bảo vệ quá tải, ngắn mạch cho mạch động lực, bảo vệ biến tần.

Dòng định mức lớn hơn 1,3-1,5 dòng vào biến tần.
Điện áp 380 VAC.
Giải pháp: Nhóm chọn MCCB hãng
MITSUBISHI có mã NF63 – SW có
thông số
Dòng định mức : 16A
Điện áp định mức : 380V
Khả năng chịu dòng : 7,5KA
Số cực : 3 cực
Tần số hoạt động : 50/60hz
Catalog Mitsubishi English trang
16/192

2.

Chọn contactor
Đóng cắt mạch động lực với mạch điều khiển
Tải là động cơ khởi động mềm nên chọn theo AC1. Phù hợp với động cơ
và biến tần. Điện áp cuộn hút là 220VAC.
Giải pháp : Nhóm chọn Contactor của hãng Mitsubishi có mã : S-N18
Thông số:


Dòng định mức: 20A
Điện áp 380-440V.

Catalog Mitsubishi _MS_N trang 22
3.

Chọn dây cáp cho mạch động lực

Kết nối các thiết bị trong mạch động lực.
Chịu được dòng quá tải cho động cơ. Cách điện tốt, phù hợp với biến tần
và động cơ.
Chọn cáp 3 lõi cho mạch động lực có tiết diện 2.5 mm2 của hãng LS-VINA.


Có catalog kèm theo (trang 7)
Thông số của cáp:
2
• Tiết diện danh định: 2.5 mm .
• Đường kính lõi: 2.01 mm.
• Chiều dày cách điện: 0.7 mm.
• Số lõi: 3.
VII.
CHỌN THIẾT BỊ CHO MẠCH ĐIỀU KHIỂN
1. Chọn MCB cho mạch điều khiển
Bảo vệ ngắn mạch, quá tải và cách ly cho mạch điều khiển.
Dòng định mức phù hợp 220VAC.
Giải pháp : Nhóm chọn MCB của hãng
MITSUBISHI có mã BH-D6
Thông số:
Dòng định mức: 1A
Điện áp định mức: 230V
Khả năng chịu dòng: 6kA
Số cực : 2 cực
Catalogue MCB trang 5


2.


3.

4.

Relay trung gian
Đóng ngắt mạch điều khiển
Điện áp tiếp điểm 220 VAC.
Điện áp cuôn hút: 220 VAC.
Giải pháp : Nhóm chọn Relay MY4N-CR của hãng Omron
Thông số:
Điện áp cuộn hút: 220VAC/50Hz
Điện áp tiếp điểm: 220VAC/5A
Số tiếp điểm : 4NO, 4NC

Catalog role trung gian trang 7&8
Relay thời gian
Khi áp suất đường ống cao hơn
30m (cột áp) hoặc áp suất nhỏ
hơn 10m (cột áp) trong vòng 20s
thì động cơ dừng.
Yêu cầu: Thời gian cài đặt chứa
20s
Điện áp tiếp điểm 220VAC.
Điện áp cuộn hút 220VAC.
Giải pháp: Nhóm chọn relay thời
gian H3JA-8C của Omron
Thông số:
Số chân : 8
Nguồn cấp :200to 240 VAC
Số tiếp điểm: 2NO, 2NC

Ngõ ra tiếp điểm: 5A tại 250 VAC
Dãi điều chỉnh : 1s đến 3h
Catalog role thời giant rang 1&8
Cáp điều khiển


Kết nối các thiết bị mạch điều khiển. Phù hợp với dòng điện trong
mạch điều khiển. Cách điện và chống nhiễu tốt.
Thông số kĩ thuật:
• Tiết diện danh định: 1.5mm2.
• Đường kính lõi 1.56 mm.
• Chiều dày cách điện 0.7 mm.

Catalog day cap LV-MV cable trang 10.
5.

Công tắc
Cách điện tốt, hoạt động tin cậy, sử dụng với điện áp 220 VAC
Chọn công tắc vặn 2 vị trí có mã C2SS1-10 của hãng ABB.
• Tiếp điểm: 1NC.
• Điện áp cách điện 300V.
• Điện áp, dòng điện tiếp điểm: 240VAC/ 1A.


Catalog Nut nhan ABB trang 48,58.
6.

Đèn báo
Báo nguồn, tình trạng làm việc của hệ thống. Sử dụng với lưới 220V.


Điện áp định mức: 230VAC.
Dòng tiêu thụ: 15mA.
Màu: xanh, đỏ, vàng.
Catalog nut nhan ABB trang 53.
VIII. CÁC THIẾT BỊ KHÁC
1. Công tắc áp suất
Dừng động cơ khi áp suát cao hơn hoặc thấp hơn mức cho phép. Giải
điều chỉnh có chứa mức cho phép. Chịu được áp suất cao nhất của
đường ống. Điện áp tiếp điểm 220V.
Chọn công tắc áp suất của hãng DANFOSS
Mã :RT 200-017-523866 dùng cho áp suất trên (3bar)
•
•
•


Mã :RT 200-017-523966 dùng cho áp suất dưới (1 bar)
Thông số:
Dải điều chỉnh điểm đặt áp suất 0, 2-6 bar
Áp suất lớn nhất mà công tắc chịu được 22bar

Catalog cong tac ap suat trang 2
2.

3.

Công tắc phao
Thông số kĩ thuật công tắc phao
KWS-5M
• Điện áp 250VAC/ 50Hz.

• Dòng chịu tải max của công
tắc phao: 15A đối với tải điện
trở, 8A đối với tải điện cảm.
• Nhiệt độ vận hành tối đa 800
• Cấp độ bảo vệ (kín nước và
bụi): IP 68
• Dây cáp 5m.
Cảm biến áp suất
Dùng nhận biết áp suất đường ống sau đó phản hồi về biến tần.
Dải áp suất đo phải chứa 3bar (300kPa).


Nhóm chọn cảm biến áp suất hãng Omron E8AA-M05
• Điện áp vào 12 đến 24 VDC.
• Dòng điện tiêu thụ: 40mA max.
• Dải áp suất 0 đến 500kPa.
• Áp suất chịu được 980kPa.
• Ngõ ra dòng điện 4 đến 20mA.
• Thời gian đáp ứng 100ms.

Catalog e8aa_csm1335


IX.

THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN VÀ ĐỘNG LỰC
1. Thiết kế mạch điều khiển
THIẾT BỊ
Biến tần


CHỨC NĂNG
Điều khiển, bảo vệ động cơ

Động cơ – Bơm

Bơm nước
Đo áp suất trên đường ống và phản hồi tín hiệu
về biến tần
Lọc sóng điện từ cao tần, chống nhiễu

Sensor
EMC Fiter

Đóng ngắt mạch động lực thông qua mạch điều
khiển.
Bảo vệ ngắn mạch, quá tải mạch động lực.

Contactor
MCCB
Line Reactor

2.

Dùng để lọc sóng hài do quá trình làm việc
của biến tần sinh ra đồng thời cũng cải thiện
hệ số công suất nguồn vào biến tần

Thiết kế mạch điều khiển

THIẾT BỊ

MCB
Công tắc
Công tắc phao( CP)
RL1
RL2
CL, CH
T1, T2

CHỨC NĂNG
Cấp nguồn và bảo vệ ngắnmạch cho mạch điều khiển
Thao tác để điều khiển
Báo bể còn nước hay hết nước.
Rơ le trung gian điều khiển chạy, dừng động cơ
Rơ le trung gian điều khiển dừng bơm khi bồn hết nước.
Công tắc áp suất bảo vệ áp thấp và áp cao.
Rơ le thời gian (đếm thời gian).

D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7

đèn báo nguồn cấp cho biến tần và mạch điều khiển.
đèn báo khi xảy ra quá tải
đèn báo động cơ chạy
đèn báo động cơ dừng
đèn báo áp suất thấp.

đèn báo áp suất cao.
Báo bồn hết nước

THUYẾT MINH MẠCH ĐIỀU KHIỂN
Hoạt động :
-Bật MCCB cấp nguồn cho mạch động lực.
X.
•

-Bật MCB cấp nguồn cho mạch điều khiển.
-Vặn SWITCH 1 về ON cấp điện cho cuộn hút K1, khi đó :


+Tiếp điểm K1 bên mạch động lực (NO) sẽ đóng lại cấp điện cho biến tần.
+Tiếp điểm K1 bên mạch điều khiển (NO) sẽ đóng lại để sẵn sàng khởi
động bơm
+Đèn D1 sáng báo đã cấp nguồn cho biến tần và động hệ thống sẵn sàng
hoạt động .
+Đèn D4 sáng báo động cơ chưa chạy
-Vặn SWITCH 2 về ON cấp điện cho cuộn hút RL1:
+Tiếp điểm RL1 bên mạch động lực (NO) sẽ đóng lại động cơ chạy.
+Đèn D3 sáng báo động cơ đang chạy
+Tiếp điểm RL1 bên mạch điều khiển thường đóng mở ra ,đèn D4 tắt .

-Vặn SWITCH 2 về OFF ngắt điện cuộn hút RL1 .
+Tiếp điểm RL1 bên mạch động lực mở, động cơ dừng.
+Đèn D3 tắt.
+Tiếp điểm RL1 bên mạch điều khiển thường đóng đóng lại,đèn D4sáng.
-Vặn SWITCH 1 về OFF cuộn hút K1 mất điện.
+Đèn D1 tắt báo chưa có điện cho mạch động lực và điều khiển

+Các đèn khác tắt hết.

•


Bảo vệ:
Nếu biến tần xảy ra sự cố, thì tiếp điểm R2-R3 mở ra, khi đó:
+ Ngắt điện cuộn hút RL1Động cơ dừng.
+Tiếp điểm R1-R2 đóng lại
+ Đèn D2 sáng báo lỗi.


+ Đèn D4 sáng.
+ Đèn D3 tắt.

Nếu nước trong bồn hút hết nước , khi đó :
+ Công tắc mực nước hoạt động, đóng tiếp điểm CP ở mạch điều khiển,cấp
điện cho cuộn hút RL2


+Tiếp điểm RL2 ở mạch điều khiển thường đóng mở ra, ngắt điện cuộn hút
RL1 động cơ dừng
+ Đèn D4 sáng
+ Đèn D3 tắt.
+ Đèn D7sáng báo hết nước



Nếu áp suất quá cao do kẹt đường ống (trên 3 bar), khi đó :
+ Công tắc áp suất CH tác động,đóng tiếp điểm CH cấp điện cho role thời

gian T2:

+Nếu áp suất cao trong vòng 50 giây liên tiếp thì tiếp điểm T2 thường đóng
mở ra, thường mở đóng lại Ngắt điện cuộn hút RL1động cơ dừng.
+ Đèn báo D6 sáng báo áp suất cao.
+Tiếp điểm T2 duy trì nguồn cấp cho cuộn hút T2, khi khắc phục sự cố
xong, ta phải vặn SWITCH 2 về OFF để ngắt điện cho cuộn hút T2 để các tiếp
điểm T2 thường mở mở ra, thường đóng đóng lại và vặn lại SWITCH 2 về ON để
động cơ chạy lại.



Nếu áp suất quá thấp do bể đường ống hoặc không hút được nước (dưới
1bar) thì công tắc áp suất CL tác động,đóng tiếp điểm CL cấp điện cho cuộn
hút T1


+Nếu áp suất thấp trong vòng 20 giây liên tiếp thì tiếp điểm T1 thường
đóng mở ra, thường mở đóng lại Ngắt điện cuộn hút RL1 động cơ dừng.
+ Đèn D5 sáng báo áp suất thấp.
+Tiếp điểm T1 duy trì nguồn cấp cho cuộn hút T1, khi khắc phục sự cố
xong,ta phải vặn SWITCH 2 về OFF để ngắt điện cho cuộn hút T1 để các tiếp
điểm T1 thường mở mở ra, thường đóng đóng lại và vặn lại SWITCH 2 về ON để
động cơ chạy lại.
XI.

CÀI ĐẶT BIẾN TẦN
Cài đặt thông số động cơ

Menu

Mode

Code
P033
P036
P032
P035
P034
P039
P040
A051
A055
P031

Mô tả
Dòng định mức
Chọn lệnh RUN
Tần số cơ bản động cơ
Tần số lớn nhất
Tần số nhỏ nhất
Thời gian tăng tốc
Thời gian giảm tốc
Chức năng ngõ ra relay
Chọn ngõ ra relay
Điện áp động cơ

Giá trị
11,5
01
50

60
0
50
50
4
20
380

Ghi chú/ đơn vị
A
Đấu dây
Hz
Hz
Hz
s
s
Báo lỗi hệ thống
1NC, 1NO
V

Cài đặt thông số PID
Menu
Mode

Code
A132
A134
A135
A136
A133

A132
A111
A110
A112
A113
A137

Mô tả
Lựa chọn PID
Hệ số P
Hệ số I
Hệ số D
Chọn tín hiệu hồi tiếp
Tín hiệu tham chiếu
Đơn vị tham chiếu max
Đơn vị tham chiếu min
Đơn vị hồi tiếp max
Đơn vị hồi tiếp min
Sai số cho phép

Giá trị
01
1
1
0
2
2
100%
0%
100%

0%
10%

Ghi chú / đơn vị
Có tác dụng
S
S
4-20mA
0-10V
0-100%
0-100%
0-100%
0-100%
0-100%

Cài đặt thông số bảo vệ
Menu

Code

Mô tả

Giá trị

Ghi chú / đơn vị


P043

Bảo vệ quá tải


1

Cho phép