Nhận xét của người hướng dẫn
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………....
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

Nhận xét của người phản biện
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
………………………………………………………………………………………....
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………………

TÓM TẮT


Tên đề tài: ỨNG DỤNG TRUYỀN THÔNG MODBUS GIỮA PLC S7-1200 VỚI
BIẾN TẦN SINAMIC V20 ĐIỀU KHIỂN MÁY BƠM KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
TRONG ỔN ĐỊNH ÁP SUẤT ĐƯỜNG ỐNG NƯỚC.
1. Mục tiêu của đề tài
- Vận dụng phần mềm TIA portal , thiết kế giao diện truyền thông, điều khiển và
giám sát hệ truyền động nhiều biến tần – động cơ trong công nghiệp, đáp ứng các hệ
thống sản xuất có quy mô vừa và nhỏ.
- Áp dụng vào các hệ thống tự động sản xuất thực tế được sử dụng rất rộng rãi
hiện nay.
- Nâng cao khả năng tự nhiên nghiên cứu của sinh viên và phát triển nghề nghiệp
trong tương lai.
2. Cách tiếp cận, phương pháp nghiên cứu, phạm vi nghiên cứu
- Tiếp cận lý thuyết, áp dụng để thiết kế giải bài toán ứng dụng trong công nghiệp
- Phương pháp nghiên cứu: Thực nghiệm
- Phạm vi nghiên cứu: Lý thuyết kết hợp thực tiễn
3. Nội dung nghiên cứu
Chương 1: Tổng quan về động cơ xoay chiều ba pha và mạng truyền thông công
nghiệp
Chương 2: Tìm hiểu mạng Modbus và cách làm việc với biến tần
Chương 3: Giới thiệu thiết bị sử dụng trong mô hình
Chương 4: Giới thiệu PLC S7-1200 và phần mềm TIA Portal
Chương 5: Lập trình truyền thông Modbus


ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

CỘNG HÒA XÃ HÔI CHỦ NGHĨA VIỆT NAM

Độc lập - Tự do - Hạnh phúc


KHOA ĐIỆN

NHIỆM VỤ ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
TT
Họ tên sinh viên
1
Phan Thanh Tạo

Số thẻ SV
105140363

2

105140330

Phan Văn Chung

Lớp
14TDH
2
14TDH
2


Ngành
Kỹ thuật điều khiển và tự
động hóa
Kỹ thuật điều khiển và tự
động hóa

1. Tên đề tài đồ án:
Ứng dụng truyền thông Modbus giữa PLC S7-1200 với biến tần SINAMIC V20 điều
khiển động cơ không đồng bộ ba pha trong việc ổn định áp suất đường ống nước.
2. Đề tài thuộc diện: ☐ Có ký kết thỏa thuận sở hữu trí tuệ đối với kết quả thực hiện
3. Các số liệu và dữ liệu ban đầu:
Mô hình gồm có: 1 PLC S7-1200, 1 biến tần SINAMIC V20, 1 máy tính, 1 cảm biến
áp suất, 1 máy bơm KĐB 3 pha.
4. Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:
a. Phần chung:
TT
Họ tên sinh viên
Nội dung
1
Phan Thanh Tạo
Thiết kế mô hình, đấu dây thiết bị, làm thuyết minh
2
Phan Văn Chung
b. Phần riêng:
TT
Họ tên sinh viên
Nội dung
1
Phan Thanh Tạo

Lập trình truyền thông Modbus
2
Phan Văn Chung
Thiết kế giao diện điều khiển HMI
5. Các bản vẽ, đồ thị ( ghi rõ các loại và kích thước bản vẽ ):
a. Phần chung:
TT
Họ tên sinh viên
Nội dung
1
Phan Thanh Tạo
Sơ đồ đấu dây thiết bị, thuật toán truyền thông Modbus
2
Phan Văn Chung

6. Họ tên người hướng dẫn:

Phần/ Nội dung:


Ts. Nguyễn Quốc Định

Lựa chọn đề tài
Cung cấp tài liệu nghiên cứu
Hướng dẫn trình bày thuyết minh
7. Ngày giao nhiệm vụ đồ án:
25/ 2/ 2019.
8. Ngày hoàn thành đồ án:
20/ 5/ 2019.
Đà Nẵng, ngày

tháng năm 201
Trưởng Bộ môn……………………….
Người hướng dẫn

LỜI NÓI ĐẦU


Hiện nay có rất nhiều chung cư, khách sạn được xây dựng ngày càng nhiều, do đó
nhu cầu dùng nước ổn định ở những tòa nhà cao tầng này càng được chú ý. Vì vậy cần
có một hệ thống bơm giúp ổn định áp suất nước tiêu dùng là điều cần thiết.
Một điều kiện thuận lợi là ngày càng có nhiều thiết bị chấp hành, thiết bị điều khiển
như PLC, biến tần,...được tích hợp các giao thức mạng như Profibus, Modbus,
Ethernet,....Từ những giao thức mạng tích hợp có sẵn trên các thiết bị, nhóm em đã
thực hiện việc tìm hiểu về mạng truyền thông công nghiệp theo giao thức Modbus
RTU từ đó ứng dụng dể xây dựng một mô hình máy bơm nước ổn áp truyền thông
giữa máy tính PLC-biến tần để điều khiển máy bơm không đồng bộ ba pha, tín hiệu áp
suất truyền về từ cảm biến áp suất sẽ được PLC đọc và từ đó phát ra tín hiệu điều
khiển máy bơm thông qua biến tần .
Do kiến thức còn hạn chế và thời gian thực tiễn vẫn chưa sâu trong việc
thực hiện đồ án này nên không thể tránh khỏi sai sót. Vì vậy em mong được sự cảm
thông và sự đóng góp ý kiến của các Thầy Cô để đề tài em được hoàn thiện hơn.
Để hoàn thành Đồ án tốt nghiệp và kết thúc khóa học, với tình cảm chân thành, em
xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã tạo điều
kiện cho em có môi trường học tập tốt trong suốt thời gian em học tập, nghiên cứu tại
trường.
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo tiến sĩ Nguyễn Quốc Định đã tận tình hướng dẫn,
giúp đỡ em trong quá trình hoàn thành Đồ án tốt nghiệp này.
Em chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong và ngoài trường, bạn bè, các thầy cô
trong Khoa Điện – Trường Đại học Bách khoa Đà Nẵng đã giúp đỡ và hỗ trợ em thực
hiện các thủ tục trong quá trình hoàn thành Đồ án tốt nghiệp.

Xin trân trọng cảm ơn!


Ứng dụng truyền thông Modbus giữa PLC S7-1200 với biến tần SINAMIC V20 điều khiển máy bơm không đồng
bộ ba pha trong việc ổn định áp suất đường ống nước

CAM ĐOAN
Em xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của nhóm em với sự hướng dẫn của
giảng viên tiến sĩ Nguyễn Quốc Định , tất cả các nguồn tài liệu đã được công bố đầy
đủ, nội dung của Đồ án là trung thực.
Sinh viên thực hiện
Phan Thanh Tạo


Ứng dụng truyền thông Modbus giữa PLC S7-1200 với biến tần SINAMIC V20 điều khiển máy bơm không đồng
bộ ba pha trong việc ổn định áp suất đường ống nước

MỤC LỤC
Tóm tắt
Nhiệm vụ đồ án
Lời nói đầu và cảm ơn
Lời cam đoan liêm chính học thuật
Mục lục
Danh sách các bảng biểu, hình vẽ và sơ đồ

i
ii
iii
v


DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Bảng 2.1: Các phương pháp điều khiển biến tần.
Bảng 2.2: Tham số cài đặt biến tần
Bảng 2.3: Bảng mã chức năng.
Bảng 2.4: Khung dữ liệu Modbus RTU
Bảng 2.5: Chức năng các bit trong control word
Bảng 2.6 Chức năng các bit trong status word
Sinh viên thực hiện: Phan Thanh Tạo

Hướng dẫn: Nguyễn Quốc Định

8


Ứng dụng truyền thông Modbus giữa PLC S7-1200 với biến tần SINAMIC V20 điều khiển máy bơm không đồng
bộ ba pha trong việc ổn định áp suất đường ống nước

Bảng 2.7: Địa chỉ Modbus và chức năng của các thanh ghi

MỞ ĐẦU
1.Tổng quan tình hình nghiên cứu
Điều khiển và giám sát hệ thống dây truyền tự động hóa sử dụng hệ biến tần –
động cơ có vị trí quan trọng trong các hệ thống sản xuất, làm giảm sức lao động, nhân
công, tăng hiệu quả cho quá trình vận hành sản xuất nhưng để áp phần mềm chuyên
dụng vào thực tiễn sẽ mất chi phí lắp đặt cao, không chủ động về công nghệ. Với hệ
thống vừa và nhỏ ta có thể tự xây dựng giao diện chương trình để điều khiển giám sát
hệ thông tự động hóa trên phần mềm TIA portal để giảm chi phí và chủ động về mặt
công nghệ.
Nghiên cứu ứng dụng phần mềm TIA portal để xây dựng giao diện chương trình

điều khiển giám sát hệ thống tự động hóa dùng hệ biến tần – động cơ.
Thiết kế giao diện chương trình trên phần mềm TIA portal và tiến hành lắp đặt là
bước tiếp cận thực tế đòi hỏi sinh viên phải nắm vững kiến thức lý thuyết cũng như kỹ
năng lắp đặt kết nối thiết bị thực theo sơ đồ để tránh xảy ra sự cố làm hư hỏng thiết bị.
Với cách tiếp cận có tính logic như vậy sẽ giúp sinh viên được trải nghiệm từ lý thuyết

Sinh viên thực hiện: Phan Thanh Tạo

Hướng dẫn: Nguyễn Quốc Định

9


Ứng dụng truyền thông Modbus giữa PLC S7-1200 với biến tần SINAMIC V20 điều khiển máy bơm không đồng
bộ ba pha trong việc ổn định áp suất đường ống nước

tới thực tiễn của lĩnh vực học tập và nghiên cứu, qua đó kiến thức được tiếp thu một
cách cơ bản và vững chắc.
Từ những thực tế nhóm sinh viên quyết định lựu chọn đề tài:
“Ứng dụng truyền thông Modbus giữa PLC S7-1200 với biến tần SINAMIC V20 điều
khiển máy bơm không đồng bộ ba pha trong việc ổn định áp suất đường ống nước”
Giúp sinh viên có phương pháp khoa học để tiếp cận và nghiên cứu ứng dụng
phần mềm vào thực tiễn, với ý nghĩ tạo điều kiện thuận lợi và hiệu quả hơn trong việc
học tập và tiếp thu kiến thức.
2. Tính cấp thiết của đề tài
Hiện nay trong các dây chuyền tự động hóa thường sử dụng các hệ biến tần –
động cơ yêu cầu thường phải có phần mềm chuyên dụng để điều khiển và giám sát
với. Tốc độ phát triền nhanh chóng của công nghệ vi điện tử, kỹ thuật truyền thông và
công nghệ phần mềm trong những năm gần đây đã tạo sự chuyển biến mạnh mẽ cho
các giải pháp tự động hóa. Những xu hướng mới đó không nằm ngoài mục đích giảm

giá thành hệ thống và nâng cao chất lượng hệ thống. Sự ứng dụng rộng rãi các hệ
thống mạng truyền thông công nghiệp, đặc biệt các hệ thống bus trường là một ví dụ
tiêu biểu. Trong công nghiệp hiện nay, việc ứng dụng mạng truyền thông để kết nối
việc điều khiển và giám sát các thiết bị, cơ cấu chấp hành ngày càng được sử dụng
nhiều trong các nhà máy, xí nghiệp, các dây chuyền sản xuất. Việc điều khiển các hệ
thống bằng máy tính giúp việc giám sát cũng như lưu trữ các giá trị được thuận tiện
hơn.
Modbus là chuẩn truyền thông trong công nghiệp, rất hiệu quả và phổ biến, vì
chúng đơn giản trong truyền và nhận. Ưu điểm của modbus là sự linh hoạt và dễ thực
hiện, không những các thiết bị thông minh như microcontroller, PLC,… có thể truyền
thông với modbus mà các cảm biến thông minh hay biến tần cũng có thể thực hiện
được. Modbus cũng được mở rộng cho truyền thông không dây, các mạng TCP/IP.

Sinh viên thực hiện: Phan Thanh Tạo

Hướng dẫn: Nguyễn Quốc Định

1
0


Ứng dụng truyền thông Modbus giữa PLC S7-1200 với biến tần SINAMIC V20 điều khiển máy bơm không đồng
bộ ba pha trong việc ổn định áp suất đường ống nước

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN XOAY CHIỀU BA PHA VÀ MẠNG
TRUYỀN THÔNG CÔNG NGHIỆP
1.1. Động cơ điện xoay chiều là gì?
1.1.1. Khái niệm động cơ điện xoay chiều
Động cơ điện xoay chiều là động cơ điện hoạt động với dòng điện xoay chiều.

Động cơ điện xoay chiều được sản xuất với nhiều kiểu và công suất khác nhau. Theo
sơ đồ nối điện có thể phân ra làm 2 loại: động cơ 3 pha và 1 pha, và nếu theo tốc độ có
động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ.

Sinh viên thực hiện: Phan Thanh Tạo

Hướng dẫn: Nguyễn Quốc Định

1
1


Ứng dụng truyền thông Modbus giữa PLC S7-1200 với biến tần SINAMIC V20 điều khiển máy bơm không đồng
bộ ba pha trong việc ổn định áp suất đường ống nước

Hình 1.1: Cấu tạo động cơ điện xoay chiều
1.1.2. Nguyên lý hoạt động của động cơ điện xoay chiều
Phụ thuộc vào cấu tạo của mỗi loại động cơ điện mà chúng có nguyên lý hoạt
động khác nhau. Đối với động cơ điện xoay chiều cũng có cấu tạo và nguyên lý hoạt
động rõ rang. Về phần cấu tạo, động cơ điện xoay chiều gồm có hai phần chính: stator
và rotor. Stato gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một
vành tròn để tạo ra từ trường quay. Rôto hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn
trên lõi thép. Khi mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay do stato gây
ra làm cho rôto quay trên trục. Chuyển động quay của rôto được trục máy truyền ra
ngoài và được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động
khác.
1.1.3. Phân loại động cơ điện xoay chiều
Động cơ điện xoay chiều được sản xuất với nhiều kiểu và công suất khác nhau.
Theo sơ đồ nối điện có thể phân ra làm 2 loại: Động cơ điện xoay chiều 1 pha và ba
pha, và nếu theo tốc độ có động cơ đồng bộ và động cơ không đồng bộ.

Động cơ điện xoay chiều 3 pha: Từ trường quay được tạo ra bằng cách cho dòng
điện ba pha chạy vào ba nam châm điện đặt lệch nhau trên một vòng tròn. Cách bố trí
các cuộn dây tương tự như trong máy phát điện ba pha, nhưng trong động cơ điện
người ta đưa dòng điện từ ngoài vào các cuộn dây 1, 2, 3.

Sinh viên thực hiện: Phan Thanh Tạo

Hướng dẫn: Nguyễn Quốc Định

1
2


Ứng dụng truyền thông Modbus giữa PLC S7-1200 với biến tần SINAMIC V20 điều khiển máy bơm không đồng
bộ ba pha trong việc ổn định áp suất đường ống nước

Khi mắc động cơ vào mạng điện ba pha, từ trường quay do stato gây ra làm cho
rôto quay trên trục. Chuyển động quay của rôto được trục máy truyền ra ngoài và được
sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác.
Động cơ điện xoay chiều 1 pha: Gồm có hai phần chính là stator và rotor. Stato
gồm các cuộn dây của ba pha điện quấn trên các lõi sắt bố trí trên một vành tròn để tạo
ra từ trường quay. Rôto hình trụ có tác dụng như một cuộn dây quấn trên lõi thép.
Khi mắc động cơ vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay do stato gây ra làm
cho rôto quay trên trục. Chuyển động quay của rôto được trục máy truyền ra ngoài và
được sử dụng để vận hành các máy công cụ hoặc các cơ cấu chuyển động khác.
Động cơ điện xoay chiều 1 pha: Dựa theo nguyên tắc của động cơ không đồng bộ
ba pha, người ta chế tạo được những động cơ không đồng bộ một pha. Stato của loại
động cơ này gồm hai cuộn dây đặt lệch nhau một góc, một dây nối thẳng với mạng
điện, dây kia nối với mạng điện qua một tụ điện. Cách mắc như vậy làm cho hai dòng
điện trong hai cuộn dây lệch pha nhau và tạo ra từ trường quay. Động cơ không đồng

bộ một pha chỉ đạt được công suất nhỏ, nó chủ yếu được dùng trong các dụng cụ gia
đình như quạt điện, máy hút bụi, máy bơm nước…
Động cơ đồng bộ: Động cơ đồng bộ là cấu trúc động cơ đặc biệt mà rotor quay
cùng tốc độ với tốc độ từ trường stator (nên được gọi là đồng bộ). Một ví dụ của động
cơ đồng bộ chính là động cơ bước, được sử dụng nhiều trong các ứng dụng liên quan
đến điều khiển vị trí (tay vận hành robot trong các nhà máy). Tuy nhiên, với sự phát
triển gần đây của các mạch điện tử công suất, người ta đã có thể tối ưu thiết kế của
động cơ đồng bộ để sử dụng cho các ứng dụng với công suất cao hơn như quạt, máy
sấy, và thậm chí là trong động cơ xe địa hình.
Động cơ không đồng bộ: Động cơ xoay chiều không đồng bộ được sử dụng rộng
rãi trong thực tế do có hàng loạt các ưu điểm: Cấu tạo đơn giản, tính năng kỹ thuật khá
tốt, hoạt động tin cậy, giá thành rẻ, kích thước nhỏ hơn động cơ một chiều công suất
tương đương, sử dụng trực tiếp với lưới điện.
Hiện nay, với việc sử dụng hiệu quả các bộ biến tần điều khiển động cơ xoay
chiều, nhược điểm khó điều chỉnh tốc độ của nó so với động cơ 1 chiều đã được khắc
phục.
Động cơ điện không đồng bộ gồm có dây quấn xoay chiều ở phần tĩnh (stator) và
dây quấn xoay chiều khác ở phần động (rotor). Khi stator có dòng điện xoay chiều đi
qua, nó tạo ra từ trường quay với tốc độ nm = 60.f/p, với f là tần số dòng điện qua dây
quấn và p là số đôi cực của dây quấn. Từ trường này quét qua dây quấn rotor làm sinh
Sinh viên thực hiện: Phan Thanh Tạo

Hướng dẫn: Nguyễn Quốc Định

1
3


Ứng dụng truyền thông Modbus giữa PLC S7-1200 với biến tần SINAMIC V20 điều khiển máy bơm không đồng
bộ ba pha trong việc ổn định áp suất đường ống nước


ra sức điện động và dòng điện trong rotor. Dòng điện cảm ứng sẽ tác dụng với từ
trường quay, tạo ra moment quay.
Đối với động cơ không đồng bộ, tốc độ rotor khác với tốc độ từ trường (n nm).
Trong đề tài này chúng ta chỉ đi sâu và nghiên cứu về động cơ không động bộ 3
pha.
1.2. Giới thiệu về động cơ KĐB 3 pha
Động cơ không đồng bộ 3 pha được dung nhiều trong sản xuất và sinh hoạt, vì
cấu tạo đơn giản, tính năng kỹ thuật khá tốt, hoạt động tin cậy, giá thành rẻ, kích thước
nhỏ hơn động cơ một chiều công suất tương đương, sử dụng trực tiếp với lưới điện.
Hiện nay, với việc sử dụng hiệu quả các bộ biến tần điều khiển động cơ xoay chiều,
nhược điểm khó điều chỉnh tốc độ của nó so với động cơ 1 chiều đã được khắc phục.
Dãi công suất rất rộng từ vài Watt đến 10.000hp. Các động cơ từ 5hp trở lên hầu hết 3
pha còn động cơ nhỏ hơn 1hp thường là 1 pha.
1.2.1. Cấu tạo
Giống như các loại máy điện khác, động cơ không đồng bộ 3 pha gồm cá bộ
phận chính sau:
Phần tĩnh hay còn gọi là stato.
Phần động hay còn gọi là roto.

Hình 1.2: Cấu tạo động cơ điện xoay chiều

1.1. Phần tĩnh (hay Stator).
Trên Stator có vỏ, lõi thép và dây cuốn.
- Vỏ máy:
Sinh viên thực hiện: Phan Thanh Tạo

Hướng dẫn: Nguyễn Quốc Định

1

4


Ứng dụng truyền thông Modbus giữa PLC S7-1200 với biến tần SINAMIC V20 điều khiển máy bơm không đồng
bộ ba pha trong việc ổn định áp suất đường ống nước

Vỏ máy có tác dụng cố định lõi thép và dây quấn làm bằng Gang. Đối với vỏ
máy có công suất tương đối lớn (1000kW) thường dùng thép tấm hàn lại làm vỏ máy,
tùy theo cách làm nguội máy và dạng vỏ máy cũng khác nhau.
- Lõi thép:
Lõi thép là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi thép là từ trường quay nên giảm
bớt tổn hao, lõi thép được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện dày 0.5mm ép lại. Khi
đường kính ngoài của lõi thép nhỏ hơn 9900mm thì dung các tấm thép tròn ép lại. Khi
đường kính ngoài lớn hơn trị số trên thì phải dung những tấm thép hình rẻ quạt (hình
1.2) ghép lại thành khối tròn.
Mỗi lõi thép ký thuật điện đều có phủ sơn cách điện trên bề mặt để giảm hao tổn
do dòng điện xoay chiều gây ra. Nếu lõi thép ngắn thì có thể ghép thành một khối, nếu
lõi thép quá dài thì ghép thành những tấm ngắn mỗi tấm thép dài từ 6 đến 8cm đặt
cách nhau 1cm để thong gió cho tốt. Mặt trong của lá thép có sẽ rãnh để đắt dây quấn.

Hình 1.3: Tấm thép hình rẻ quạt.
Dây quấn Stator.
Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi thép và được cách điện tốt với lõi
thép. Dây quấn phấn ứng là phần dây bằng đồng được đặt trong các rãnh phần ứng và
làm thành một hoặc nhiều vòng kín. Dây quấn là bộ phận quan trọng nhất của động cơ
vì nó trực tiếp tham gia vào quá trình biến dổi năng lượng từ điện năng thành cơ năng.
Đồng thời về mặt kinh tế thì giá thành của dây quấn cũng chiếm tỷ lệ khá cao trong
toàn bộ giá thành của máy.
Các yêu cầu đối với dây quấn bao gồm:
Sinh ra được một sức điện động cần thiết có thể cho một dòng điện nhất định

chạy qua mà không bị nóng quá một nhiệt độ nhất định để sinh ra một moment cần
thiết đồng thời đảm bảo đổi chiều tốt.
Triệt để tiết kiệm vật liệu, kết cấu đơn giản làm việc chắc chắn an toàn.
Dây quấn phấn ứng có thể phân ra làm các loại chủ yếu sau :

Sinh viên thực hiện: Phan Thanh Tạo

Hướng dẫn: Nguyễn Quốc Định

1
5


Ứng dụng truyền thông Modbus giữa PLC S7-1200 với biến tần SINAMIC V20 điều khiển máy bơm không đồng
bộ ba pha trong việc ổn định áp suất đường ống nước

Dây quấn xếp đơn và dây quấn xếp phức tạp.
Dây quấn song đơn và dây quấn song phức tạp.
Trong một số máy cở lớn còn dùng dây quấn hỗn hợp đó là sự kết hợp giữa hai
dây quấn xếp và song.
2) Phần động (hay Rotor).
Phần này gồm 2 bộ phận chính là lõi thép và dây quấn rotor.
Lõi thép.
Nói chung người ta dùng các lá thép kỹ thuật điện nhƣ ở stator lõi thép được ép
trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rotor của máy. Phía ngoài của lá thép có sẽ rãnh
để đặt dây quấn.
Dây quấn Rotor.
Loại rotor kiểu dây quấn : rotor kiểu dây quấn cũng giống như dây quấn ba pha
stator và có cùng số cực từ dây quấn stator. Dây quấn kiểu này luôn đấu hình sao (Y)
và có ba đấu ra đấu vào ba vành trượt gắn vào trục quay rotor và cách điện với trục. Ba

chổi than cố định và luôn tỳ trên vành trượt này để dẫn điện và một biến trở cũng nối
sao nằm ngoài động cơ để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ.
Rotor kiểu lồng sóc (hình 1.5): Gồm các thanh đồng hoặc thanh nhôm đặt trong
rãnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đấu. Với động cơ nhỏ, dây quấn
rotor được đúc nguyên khối gồm thanh dẫn, vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt và cánh
quạt làm mát. Các động cơ công suất trên 100kW thanh dẫn làm bằng đồng được đặt
vào các rãnh rotor và gắn chặt vành ngắn mạch.

Hình 1.4: Cấu tạo rotor động cơ không đồng bộ 3 pha
1.2.2. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ 3 pha
Khi có dòng điện ba pha chạy trong dây quấn stator thì trong khe hở không khí
suất hiện từ trường quay với tốc độ n1 = 60f1/p (f1 là tần số lưới điện; p là số cặp cực;
tốc độ từ trường quay). Từ trường này quét qua dây quấn nhiều pha tự ngắn mạch nên
trong dây quấn rotor có dòng diện I 2 chạy qua. Từ thông do dòng điện này sinh ra hợp
với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở khe hở. Dòng điện trong dây quấn
Sinh viên thực hiện: Phan Thanh Tạo

Hướng dẫn: Nguyễn Quốc Định

1
6


Ứng dụng truyền thông Modbus giữa PLC S7-1200 với biến tần SINAMIC V20 điều khiển máy bơm không đồng
bộ ba pha trong việc ổn định áp suất đường ống nước

rotor tác dụng với từ thông khe hở sinh ra moment. Tác dụng đó có quan hệ mật thiết
với tốc độ quay n của rotor. Trong những phạm vi tồc độ khác nhau thì chế độ làm việc
của máy cũng khác nhau. Sau đây ta sẽ nghiên cứu tác dụng của chúng trong ba phạm
vi tốc độ.

Hệ số trượt s của máy:
Như vậy khi n = n1 thì s = 0, còn khi n = 0 thì s = 1 ; khi n > n 1 ,s < 0 và rotor
quay ngược chiều từ trường quay n < 0 thì s > 1.
1.2.3. Các phương pháp mở máy của động cơ không đồng bộ 3 pha
Trong quá trình vận hành động cơ điện khi khởi động chúng ta cần quan tâm đến
hai vấn đề Giảm thấp dòng điện khởi động (qua hệ thống dây dẫn chính vào dây quấn
stato động cơ) ngay thời điểm khởi động. Phương pháp giảm thấp dòng điện khởi động
thực chất là giảm thấp điện áp cung cấp vào động cơ tại thời diểm khởi động . Theo lý
thuyết chúng ta có được quan hệ: moment (hay ngẫu lực) khởi động tỷ lệ thuận với
bình phương giá trị điện áp hiệu dụng cấp vào động cơ, như vậy giảm giá trị dòng điện
khởi động dẫn tới hậu quả giảm thấp giá trị của moment khởi động.
Trong thực tế các biện pháp giảm dòng khởi động, tùy theo tính chất của tải và
tình hình của lưới điện yêu cầu về mở máy đối với động cơ điện cũng khác nhau. Nói
chung khi mở máy động cơ cần xét đến yêu cầu cơ bản sau:
Phải có momen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải.
Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt.
Phương pháp mở máy và thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn.
Tổn hao công suất quá trình mở máy càng thấp càng tốt.
1) Mở máy động cơ KĐB roto lồng sóc
Mở máy trực tiếp
Đóng trực tiếp động cơ vào lưới điện nhờ cầu dao. Đây là phương pháp mở máy
đơn giản nhất nhưng lúc mở máy trực tiếp, dòng điện mở máy lớn, thời gian mở máy
quá tải thì có thể làm cho máy nóng và ảnh hưởng đến điện áp lưới.
Nếu nguồn điện tương đối lớn thì nên dùng phương pháp mở máy này vì mở máy
nhanh, đơn giản. Phương pháp này chỉ dùng trong những động cơ có công suất nhỏ
hoặc công suất động cơ vô cùng nhỏ so với công suất lưới điện.

Sinh viên thực hiện: Phan Thanh Tạo

Hướng dẫn: Nguyễn Quốc Định


1
7


Ứng dụng truyền thông Modbus giữa PLC S7-1200 với biến tần SINAMIC V20 điều khiển máy bơm không đồng
bộ ba pha trong việc ổn định áp suất đường ống nước

Hình 1.5: Sơ đồ đấu dây mở máy trực tiếp.
Mở máy bằng phương pháp hạ điện áp.
Nối điện kháng nối tiếp vào mạch điện stato.

Hình 1.6: Hạ áp mở máy bằng điện kháng.
Khi mở máy trong mạch điện stato đặt nối tiếp một điện kháng ta hoàn tất việc
mở máy bằng cách đóng cầu dao D2 thì điện kháng L sẽ bị ngắn mạch. Có thể điều
chỉnh trị số điện kháng để có dòng điện mở máy cần thiết. Do có sụt áp trên điện
kháng nên điện áp đặt vào động cơ Ut sẽ giảm đi và nhỏ hơn điện áp lưới Ul.
Giả sử :
Gọi dòng điện mở máy và moment mở máy trực tiếp là I m , Mmsau khi thêm điện
kháng vào, dòng điện mở máy còn lại Iđm.
Sinh viên thực hiện: Phan Thanh Tạo

Hướng dẫn: Nguyễn Quốc Định

1
8


Ứng dụng truyền thông Modbus giữa PLC S7-1200 với biến tần SINAMIC V20 điều khiển máy bơm không đồng
bộ ba pha trong việc ổn định áp suất đường ống nước


Vì moment mở máy tỷ lệ với bình phương của điện áp nên:
Dùng biến áp tự ngẫu hạ điện áp mở máy.

Hình 1.7: Hạ áp mở máy bằng biến áp tự ngẫu.
Trong sơ đồ trên T là biến áp tự ngẫu, bên cao áp nối với lưới, bên hạ áp nối với
động cơ. Sau khi mở máy xong thì ta cắt T bằng cách đóng cầu dao D2 và mở cầu dao
D3.
Máy biến áp tự ngẫu nối Y – Y có trung bình nối đất.
Trong máy biến áp thì
Mặt khác dựa vào sơ đồ ta thấy: U1 = Ue; U2 = Uđc; Iml = I1; Imđc = I2.
(Giống ở phương pháp cuộn kháng)

Phương pháp này thấy dòng điện mở máy lấy từ lưới vào nhỏ hơn rất nhiều so với
phương pháp mở máy trên. Mặt khác khi lấy từ lưới vào 1 dòng điện mở máy bằng
dòng điện mở máy của phương pháp trên thì phương pháp này có mômen mở máy lớn
hơn. Đây chính là ưu điểm của phương pháp dùng biến áp tự ngẫu hạ biến áp mở máy.
Mở máy bằng phương pháp đấu nối YSinh viên thực hiện: Phan Thanh Tạo

Hướng dẫn: Nguyễn Quốc Định

1
9


Ứng dụng truyền thông Modbus giữa PLC S7-1200 với biến tần SINAMIC V20 điều khiển máy bơm không đồng
bộ ba pha trong việc ổn định áp suất đường ống nước

Hình 1.8: Sơ đồ mở máy bằng phương pháp đấu nối Y-.
Phương pháp này thích ứng với những máy khi làm việc bình thường đấu tam

giác. Lúc mở máy chuyển sang đấu Y. Như vậy điện áp đi vào 2 đầu mỗi pha chỉ còn .
Khi mở máy đóng cầu dao D1để cấp nguồn cho động cơ đồng thời đóng cầu dao
D3 để mở máy chạy chế độ sao (Y), khi máy đã chạy rồi thì mở cầu dao D 3 và đóng
cầu dao D2 để máy chạy chế độ động cơ đầu tam giác.
Theo phương pháp này ta có:
Khi đấu :
Khi đấu Y:

(Vì điện áp đặt lên dây quấn giảm lần)
2)Mở máy động cơ KĐB roto dây cuốn
Mở máy bằng cách đưa điện trở phụ vào roto.

Sinh viên thực hiện: Phan Thanh Tạo

Hướng dẫn: Nguyễn Quốc Định

2
0


Ứng dụng truyền thông Modbus giữa PLC S7-1200 với biến tần SINAMIC V20 điều khiển máy bơm không đồng
bộ ba pha trong việc ổn định áp suất đường ống nước

Hình 1.9: Sơ đồ mở máy qua 3 cấp điện trở và đồ thị đặc tính cơ.
Phương pháp này chỉ dùng với những động cơ roto dây quấn vì đặc điểm của loại
động cơ này là có thể thêm điện trở vào cuộn dây roto. Khi điện trở roto thay đổi thì
cũng thay đổi. Ta điều chỉnh điện trở mạch điện roto thích hợp thì sẽ được trạng thái
mở máy lý tưởng.
Khi có điện trở phụ Rf thì ta có:


Như vậy khi có điện trở phụ thì Imrf giảm và Mmrf lớn.
Sau khi máy đã quay để giữ một moment điện từ nhất định trong quá trình mở
máy ta cắt dần điện trở phụ.
Khi cắt dần điện trở phụ thì sẽ làm thay đổi tốc độ động cơ từ đường này sang
khác. Sau khi cắt hết điện trở phụ thì tốc độ đạt điểm làm việc sau 3 cấp điện trở khởi
động.
Như vậy dùng động cơ không đồng bộ roto dây quấn có thể đạt được momen mở
máy lớn, dòng điện mở máy nhỏ nên ta thường dùng ở những nơi nào mở máy khó
khăn, yêu cầu mở máy cao. Cấu tạo phức tạp, bảo quản khó khăn, giá thành cao… là
nhược điểm của động cơ không đồng bộ roto dây quấn.
1.2.4. Các đặc tính điều chỉnh động cơ không đồng bộ 3 pha
Động cơ không đồng bộ (ĐK) như hình 1.1.2, được sử dụng rộng rãi trong thực
tế. Ưu điểm nổi bật của nó là: cấu tạo đơn giản, làm việc tin cậy, vốn đầu tư ít, giá

Sinh viên thực hiện: Phan Thanh Tạo

Hướng dẫn: Nguyễn Quốc Định

2
1


Ứng dụng truyền thông Modbus giữa PLC S7-1200 với biến tần SINAMIC V20 điều khiển máy bơm không đồng
bộ ba pha trong việc ổn định áp suất đường ống nước

thành hạ, trọng lượng, kích thước nhỏ hơn khi cùng công suất định mức so với động
cơ một chiều.
Sử dụng trực tiếp lưới điện xoay chiều 3 pha

Hình 1.10: Động cơ không đồng bộ roto lồng sóc (ĐKls) và dây quấn (ĐKdq).

Tuy nhiên, việc điều chỉnh tốc độ và khống chế các quá trình quá độ khó khăn
hơn, các động cơ ĐK lồng sóc có các chỉ tiêu khởi động xấu (dòng khởi động lớn,
mômen khởiđộng nhỏ).
Để thành lập phương trình đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ta dựa vào đồ
thay thế với các giả thiết sau:
3 pha của động cơ là đối xứng.
Các thông số của động cơ không đồng bộ không đổi.
Tổng dẫn mạch từ hoá không thay đổi, dòng điện từ hoá không phụ thuộc tải mà
chỉ phụ thuộc vào điện áp đặt vào stato động cơ.
Bỏ qua các tổn thất do ma sát, tổn thất trong lõi thép.
Điện áp hoàn toàn sin, đối xứng 3 pha.
Ta có sơ đồ thay thế:

Hình 1.11: Sơ đồ thay thế ĐK.
Trong đó:
U1f : Trị số hiệu dụng của điện áp pha stato (V).
I1, I2, I’1 : Các dòng stato, mạch từ hóa, rôto đã quy đổi về stato (A).
Sinh viên thực hiện: Phan Thanh Tạo

Hướng dẫn: Nguyễn Quốc Định

2
2


Ứng dụng truyền thông Modbus giữa PLC S7-1200 với biến tần SINAMIC V20 điều khiển máy bơm không đồng
bộ ba pha trong việc ổn định áp suất đường ống nước

X1, Xµ, X’2 : Điện kháng stato, mạch từ, rôto đã quy đổi về stato (Ω).
R1, Rµ, R’2 : Điện trở stato, mạch từ, rôto đã quy đổi về stato (Ω).

R’2f: Điện trở phụ (nếu có) ở mỗi pha rôto đã quy đổi về stato (Ω).
S: Hệ số trượt của động cơ:

Với:
f1 là tần số của điện áp nguồn đặt vào stato (Hz).
p là số đôi cực của động cơ.
là tốc độ góc của động cơ.
là tốc độ của từ trường quay ở stato động cơ, còn gọi là tốc độ đồng bộ (rad/s):
Biểu đồ năng lượng của ĐK:
Với các giả thiết ở trên, ta có biểu đồ năng lượng của động cơ ĐK 3 pha (hình
1.12):
Trong biểu đồ năng lựơng:
P1 là công suất điện từ đưa vào 3 pha stato động cơ ĐK.
là tổn thất công suất trong các cuộn dây đồng stato.
P12 là công suất điện từ truyền giữa stato và roto động cơ ĐK.
là tổn thất công suất trong các cuộn dây đồng roto.
P2 là công suất trên trục động cơ, hay là công suất cơ của ĐK truyền động cho
máy sản xuất.

Hình 1.12: Biểu đồ năng lượng của ĐKdq.
Dựa vào sơ đồ thay thế ta tính được dòng điện stator:
Khi thí s=0:
Dòng không tải:

Sinh viên thực hiện: Phan Thanh Tạo

Hướng dẫn: Nguyễn Quốc Định

2
3



Ứng dụng truyền thông Modbus giữa PLC S7-1200 với biến tần SINAMIC V20 điều khiển máy bơm không đồng
bộ ba pha trong việc ổn định áp suất đường ống nước

Khi thí s=1:
Trị số hiệu dụng của dòng rôto đã quy đổi về stato:

Hình 1.13: Đặc tính điện-cơ của ĐK.
Công suất điện từ chuyển từ stator sang rotor: P12 = Mđt.ω 0 (Mđt: Momen điện từ
của động cơ).
Nếu bỏ qua các tổn thất phụ thì Mđt = Mω = M
Công suất được chia thành 2 phần:
Pcơ: Công suất đưa ra trên trục động cơ.
∇P2: Công suất tổn hao động trong rotor.

Mặt khác: ∇P2 = 3.I'2.R'2
Nên
Thay I'2 đã tính được ở trên vào ta được:
Biểu thức trên là phương trình đặc tính cơ của động cơ KĐB Khảo sát : bằng
cách giải ta xác định được các điểm cực trị. Trị số của M và S tại điểm cực trị ký hiệu
là Mth và Sth :

Sinh viên thực hiện: Phan Thanh Tạo

Hướng dẫn: Nguyễn Quốc Định

2
4



Ứng dụng truyền thông Modbus giữa PLC S7-1200 với biến tần SINAMIC V20 điều khiển máy bơm không đồng
bộ ba pha trong việc ổn định áp suất đường ống nước

Thay vào phương trình đặc tính ta được:
Dấu (+) ứng với chế độ động cơ.
Dấu (-) ứng với chế độ máy phát.

Hình 1.14: Đồ thị đặc tính cơ của động cơ KĐB.
1.2.5. Ảnh hưởng của các thông số đến đặc tính cơ của động cơ
Qua chương trình đặc tính cơ bản của hoạt động cơ ĐK, ta thấy các thông số có
ảnh hưởng đến đặc tính cơ ĐK như: R s, Rr, Xs, Xr, UL, fL,… Sau đây, ta xét ảnh hưởng
của một số thông số:
1) Ảnh hưởng của thông số điện áp
Khi điện áp thay đổiđộ trượt tới hạn của động cơ không thay đổi, còn moment tới
hạn của động cơ thay đổi tỷ lệ với bình phương của điện áp lưới.

Nếu điện áp đặt vào động cơ giảm quá thấp có thể làm cho moment khởi động
của động cơ giảm thấp và động cơ sẽ không khởi động được.
Khi giảm áp ta sẽ thu được một họ đường đặc tính cơ như sau:

Sinh viên thực hiện: Phan Thanh Tạo

Hướng dẫn: Nguyễn Quốc Định

2
5