Nghiên cứu và thiết kế bộ khởi động mềm cho động cơ không đồng bộ 3 pha

SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 1 PHỤ LỤC NHẬN XÉT CỦA GVHD: ..........................................................................................................................3 NHẬN XÉT CỦA GVPB: ..........................................................................................................................4 LỜI NÓI ĐẦU .............................................................................................................................................6 LỜI CẢM ƠN ..............................................................................................................................................7 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN ......................................................................................................................8 I. ĐẶT VẤN ĐỀ .......................................................................................................................................8 II.TẦM QUAN TRỌNG CỦA VẤN ĐỀ…………………………………………………………………………..………….…….7 III.GIỚI HẠN VẤN ĐỀ…………………………………………………………………………………8 IV. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU...............................................................................................................9 V:HÌNH ẢNH VỀ KHỞI ĐỘNG MỀM ................................................................................................ 10 CHƯƠNG II :CƠ SỞ LÍ THUYẾT ....................................................................................................... 13 I.KHỞI ĐỘNG MỀM VÀ DỪNG MỀM .............................................................................................. 13 2.1 giới thiệu chung .................................................................................................12 2.2 kỹ thuật khởi động và dừng khởi động..................................................................................13 2.2.1 những nét chính ………………………………………………………………………...…..13 2.2.2 dừng tự do theo quán tính ………………………………………………………………….14 2.2.3 dừng mềm ………………………………………………………………………………….14 2.2.4 tiết kiệm năng lƣợng khi non tải …………………………………………………………...15 II.CÁC GIẢI PHÁP KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ VÀ ƢU ĐIỂM CỦA BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM ABB 16 2.3 bộ khởi động mềm không thay đổi tần số nguồn cấp giống nhƣ biến tần. ................................... 16 2.3.1Quạtlytâm: .............................................................................................................................. 17 2.3.2 Bơm ly tâm: .......................................................................................................................... 19 2.3.3 Máy nén : .............................................................................................................................. 20 2.4: ứng dụng ..................................................................................................................................... 22 SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 2 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN (KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA) .......................................................................................................................................................... 29 I: SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC,MẠCH ĐIỀU KHIỂN ........................................................................ 29 II: SỰ KHÁC BIỆT CỦA KHỞI ĐỘNG MỀM SO VỚI KHỞI ĐỘNG CỨNG .................................. 30 3.1 : Khởi động cứng: ....................................................................................................................... 30 3.2: Khởi động mềm: ......................................................................................................................... 30 CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ .......................................................................................... 30 I :PHẦN KẾT LUẬN .................................................................................................................................. 30 II:TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................................. 31 SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 3 NHẬN XÉT CỦA GVHD: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………….………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………….…………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……….……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………….………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………….…………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………….………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………….…………………………………………… ……………………………………………………………………………………… SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 4 NHẬN XÉT CỦA GVPB: ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………….………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………….…………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……….……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………….………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………….…………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………….……………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………………………………………………………. ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 5 ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………….………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………….…………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……….……………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………….……………….. ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………….………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………….…………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… …………………………………………………………………….………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ………………………………………….…………………………………………… ……………………………………………………………………………………… ……………………………………………………………………………………… SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 6 LỜI NÓI ĐẦU Đồ án này là mốc quan trọng để kiểm tra nhận thức của sinh viên trong thời gian học tập và những kiến thức đã đƣợc giảng dạy ở trong trƣờng. Đồng thời nó còn đánh giá khả năng vận dụng lý thuyết để phân tích tổng hợp và giải quyết các bài toán trong thực tế khi làm đồ án sinh viên trao đổi, học hỏi trao dồi kiến thức. Nhận thức tầm quan trọng đó chúng em đã làm việc nghiêm túc vận dụng những kiến thức sẵn có của bản thân, những đóng góp ý kiến của bạn bè và đặc biệt là sự hƣớng dẫn của ThS. NGUYỄN VĂN PHƢỚC và một số thầy cô giảng dạy trong khoa điện của Trƣờng Cao Đẳng Công Thƣơng TPHCM để hoàn thành đồ án này. Trong quá trình thực hiện đề tài này cũng có nhiều sai sót hy vọng quý thầy thông cảm và bỏ qua,chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy. SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 7 LỜI CẢM ƠN Chúng em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô trong khoa điện Trường Cao Đẳng Công Thương Thành Phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn đã truyền thụ cho nhóm chúng em những kiến thức quý báu trong thời gian qua. Chúng em xin chân thành cảm ơn ThS. NGUYỄN VĂN PHƯỚC , giảng viên Trường Cao Đẳng Công Thương Thành Phố Hồ Chí Minh đã tận tâm hướng dẫn,cung cấp tài liệu và tạo mọi điều kiện thuận lợi để nhóm có thể hoàn thành đồ án này. Trường Cao Đẳng Công Thương Thành Phố Hồ Chí Minh. SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 8 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN I. ĐẶT VẤN ĐỀ Những thành tựu của khoa học và kỹ thuật đã có nhiều ứng dụng rất lớn trong cuộc sống cũng nhƣ trong công nghiệp hiện nay. Đã đem đến cho chúng ta vô số những thành quả to lớn nhƣ ứng dụng điều khiển các thiết bị điện, động cơ điện nhƣ quạt và động cơ bơm Nội dung chính của đề tài mà chúng em thực hiện là “ NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA”. Động cơ không đồng bộ ba pha đƣợc dùng rộng rãi trong công nghiệp, vì chúng có cấu trúc đơn giản, làm việc với độ tin cậy, nhƣng có nhƣợc điểm là dòng điện khởi động lớn, gây ra sụt áp trong lƣới điện.Vì vậy đề tài của chúng em là phải nghiên cứu và thiết kế bộ khởi động mềm để điều khiển sao cho có thể làm hạn chế dòng điện khởi động , đồng thời điều chỉnh tăng mô men mở máy một cách hợp lý, cho nên các chi tiết của động cơ chịu độ dồn nén về cơ khí ít hơn, tăng tuổi thọ làm việc an toàn cho động cơ. Ngoài việc tránh dòng đỉnh trong khi khởi động động cơ, còn làm cho điện áp nguồn ổn định hơn không gây ảnh hƣởng xấu đến các thiết bị khác trong lƣới điện. II. TẦM QUAN TRỌNG CỦA VẤN ĐỀ Ứng dụng của bộ khởi động mềm có ý nghĩa rất lớn và rất quan trọng trong công nghiệp vì nó tiết kiệm điện năng rất lớn, tăng tuổi thọ làm việc của động cơ hoạt động và không ảnh hƣởng đến các thiết bị khác trong lƣới điện khi động cơ vận hành.Ứng dụng này rất có giá trị để điều khiển điện áp đặt vào động cơ sẽ giảm dòng khởi động xuống còn 1.5 đến 3 lần dòng định mức, phụ thuộc vào chế độ tải vì khi động cơ đƣợc đóng trực tiếp vào lƣới điện dòng khởi động của động cơ không đồng bộ sẽ rất lớn từ 5 đến 7 lần đồng định mức.Điều này gây ảnh hƣởng rất lớn đến các thiết bị dùng điện khác nhất là khi công suất lƣới bị giới hạn hay ở cuối đƣờng dây có sụt áp lớn.Có thể tăng dần điện áp theo một chƣơng trình thích hợp để điện áp tăng tuyến tính từ một giá trị xác định đến điện áp định mức. SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 9 III. GIỚI HẠN VẤN ĐỀ Đề tài “ NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG 3 PHA” có thể giải quyết đƣợc vấn đề giảm dòng khởi cho động cơ khi khởi động và điều khiển điện áp ở đầu cực động cơ nhƣng vẫn hạn chế là chƣa thể nghiên cứu sâu hơn nữa những tính năng thực của bộ khởi động mềm đƣợc bán trên thị trƣờng hiện nay nhƣ: bảo vệ quá nhiệt cho động cơ, tích hợp hình thức giao tiếp mạng kiểu Modbus, điều khiển kết hợp với contactor nối tắt khi điều khiển xong tránh tổn hao nhiệt, có các ngõ vào ra đa chức năng. IV. MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU Đề tài chúng em tìm hiểu về động cơ không đồng bộ 3 pha và nghiên cứu và thiết kế bộ khởi động mềm. Mục đích thực hiện của đề tài là nghiên cứu nguyên lý và thiết kế mạch điện tử cũng nhƣ tìm hiểu về tập lệnh của vi điều khiển để lập trình điều khiển động cơ. Trong quá trình thực hiện đề tài này cũng có nhiều sai sót hy vọng quý thầy thông cảm và bỏ qua,chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy. SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 10 V:HÌNH ẢNH VỀ KHỞI ĐỘNG MỀM (1 SFC 132198F0001) SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 11 SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 12 SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 13 CHƯƠNG II :CƠ SỞ LÍ THUYẾT I.KHỞI ĐỘNG MỀM VÀ DỪNG MỀM Động cơ không đồng bộ 3 pha dùng rộng rãi trong công nghiệp, vì chúng có cấu trúc đơn giản, làm việc tin cậy, nhƣng có nhƣợc điểm dòng điện khởi động lớn là vấn đề khởi động mềm và dừng mềm động cơ 2.1 GIỚI THIỆU CHUNG Động cơ không đồng bộ 3 pha dùng rộng rãi trong công nghiệp, vì chúng có cấu trúc đơn giản, làm việc tin cậy, nhƣng có nhƣợc điểm dòng điện khởi động lớn, gây ra sụt áp trong lƣới điện. Phƣơng pháp tối ƣu hiện nay là dùng bộ điều khiển điện tử để hạn chế dòng điện khởi động, đồng thời điều chỉnh tăng mô men mở máy một cách hợp lý, vì vậy các chi tiết của động cơ chịu độ dồn nén về cơ khí ít hơn, tăng tuổi thọ làm việc an toàn cho động cơ. Ngoài việc tránh dòng đỉnh trong khi khởi động động cơ, còn làm cho điện áp nguồn ổn định hơn không gây ảnh hƣởng xấu đến các thiết bị khác trong lƣới. Phƣơng pháp khởi động đƣợc áp dụng ở đây là cần hạn chế điện áp ở đầu cực động cơ, tăng dần điện áp theo một chƣơng trình thích hợp để điện áp tăng tuyến tính từ một giá trị xác định đến điện áp định mức. Đó là quá trình khởi động mềm (ramp) toàn bộ quá trình khởi động đƣợc điều khiển đóng mở thyristor bằng bộ vi sử lý 16 bit với các cổng vào ra tƣơng ứng, tần số giữ không đổi theo tần số điện áp lƣới. Ngoài ra còn cung cấp cho chúng ta những giải pháp tối ƣu nhờ nhiều chức năng nhƣ khởi động mềm và dừng mêm, dừng đột ngột, phanh dòng trực tiếp, tiết kiệm năng lƣợng khi non tải. Có chức năng bảo vệ động cơ nhƣ bảo vệ quá tải, mất pha .. * Những ứng dụng điển hình của bộ khởi động mềm - Động cơ điện cho chuyên chở vật liệu. - Động cơ bơm. - Động cơ vân hành non tải lâu dài. - Động cơ có bộ chuyển đổi (ví dụ hộp số, băng tải ..) - Động cơ có quán tính lớn (quạt, máy nén, bơm, băng truyền, thang máy, máy SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 14 nghiền, máy ep, máy khuấy, máy dệt … * Những đặc điểm khác: - Bền vững tiết kiệm không gian lắp đặt. - Có chức năng điều khiển và bảo vệ. - Khoảng điện áp sử dụng 200 – 500 V, tần số 45 – 65 Hz. - Có phần mềm chuyên dụng đi kèm. - Lắp và đặt chức năng dễ dàng. 2.2 KỸ THUẬT KHỞI ĐỘNG VÀ DỪNG 2.2.1 Những nét chính Mạch lực của hệ thống khởi động mềm gồm 3 cặp thyristor đấu song song ngƣợc cho 3 pha. Vì mô men động cơ tỉ lệ với bình phƣơng điện áp, dòng điện tỉ lệ với điện áp, mô men gia tốc và dòng điện khởi động đƣợc hạn chế thông qua điều chỉnh trị số hiệu dụng của điện áp. Quy luật điều chỉnh này trong khi khởi động và dừng nhờ điều khiển pha (kích, mở 3 cặp thyristor song song ngƣợc) trong mạch lực. Nhƣ vậy, hoạt động của bộ khởi động mềm hoàn toàn dựa trên việc điều khiển điện áp khi khởi động và dừng, tức là trị số hiệu dụng của điện áp là thay đổi. Nếu dừng động cơ, mọi tín hiệu kích mở thyristor bị cắt và dòng điện dừng tại điểm qua không kế tiếp của điện áp nguồn. Giải thích: IA – Dòng điện ban đầu khi khởi động trực tiếp. SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 15 IS – Dòng điện bắt đầu có ramp điện áp. In – Dòng điện định mức của động cơ. Us – Điện áp bắt đầu ramp. Un – Điện áp định mức của động cơ. tr - Thời gian ramp. n - Tốc độ động cơ. Nếu phát hiện động cơ đạt tốc độ yêu cầu trƣớc khi hết thời gian đặt của bộ khởi động mềm, điện áp vào lập tức đƣợc tăng lên 100% điện áp lƣới, đó chính là chức năng phát hiện tăng tốc. 2.2.2 dừng tự do theo quán tính Nếu điện áp cấp bị cắt trực tiếp, động cơ chạy theo quán tính cho tới khi dừng trong khoảng thời gian xác định. Thời gian dừng với mômen quán tính nhỏ có thể rất ngắn, cần tránh trƣờng hợp này đề phòng sự phá huỷ về cơ và sự dừng tải đột ngột không mong muốn. 2.2.3 dừng mềm Không nên cắt trực tiếp các động cơ có mômen quán tính nhỏ nhƣ băng truyền, thang máy, máy nâng để đảm bảo không nguy hiểm cho ngƣời, thiết bị và sản phẩm. Nhờ chức năng dừng mềm mà điện áp động cơ đƣợc giảm từ từ trong khoảng từ 1 đến 20 giây tuỳ thuộc vào yêu cầu. Điện áp ban đầu cho dừng mềm Ustop = 0,9Un và điện áp cuối quá trình vào khoảng 0,85 điện áp ban đầu. Thời gian ramp điện áp tới 1000 giây cùng điện áp đầu và cuối quá trình dừng mềm đặt theo chƣơng trình. SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 16 Nhƣ vậy, thực chất dừng mềm là cố ý kéo dài quá trình dừng bằng cách giảm từ từ điện áp nguồn cung cấp vào động cơ. Nếu trong quá trình dừng mà có lệnh khởi động, thì quá trình dừng này lập tức bị huỷ bỏ và động cơ đƣợc khởi động trở lại. 2.2.4 tiết kiệm năng lượng khi non tải Nếu động cơ điện vận hành không tải hay non tải, trong trƣờng hợp này khởi động mềm giúp tiết kiệm điện năng nhờ giảm điện áp động cơ tới gia trị U0, việc giảm điện áp do đó làm giảm dòng điện, dẫn đến giảm bớt cả tổn hao đồng và tổn hao sắt %. II.CÁC GIẢI PHÁP KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ VÀ ƯU ĐIỂM CỦA BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM ABB 2.3 bộ khởi động mềm không thay đổi tần số nguồn cấp giống như biến tần. Thay vào đó nó tăng dần điện áp cấp vào động cơ từ 1 mức điện áp định trƣớc lúc vừa khởi động lên đến điện áp định mức. Với phƣơng pháp khởi động này, ta có thể điều chỉnh đƣợc chính xác lực khởi động mong muốn, bất kể đó là khởi động không tải hay có tải. Khởi động mềm giúp giảm dòng khởi động từ đó tránh gây sụt áp trong hệ thống nguồn điện. Bên cạnh đó nó cũng giúp giảm các xung lực cơ khí lên thiết bị khi khởi động do vậy giàm đƣợc chi phí bảo trì, bảo dƣỡng. Khởi động mềm cũng có chức năng dừng mềm nhƣ biến tần, nó loại trừ đƣợc các hiện tƣợng xấu nhƣ xung áp lực nƣớc, tăng vọt áp suất trong hệ thống bơm và tránh các hƣ hỏng cho các vật liệu dễ vỡ khi đƣợc tải trên băng chuyền. SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 17 Tất cả động cơ đều đều đƣợc dùng để khởi động hay lai các ứng dụng khác nhau. Chúng ta sẽ tìm hiểu vài ứng dụng động cơ thông dụng nhất: bơm ly tâm, quạt và máynén.... 2.3.1Quạt ly tâm: Quạt thƣờng cần momen quán tính lớn khi khởi động do nó có các cánh gió lớn. Đôi khi để giảm tải khi khởi động, ngƣời ta đóng kín van cấp gió, quạt khởi động ở chế độ không tải nên việc khởi động dễ dàng hơn . Tuy nhiên momen quán tính khởi động vẫn cao nên thời gian khởi động vẫn còn khá dài. Khởi động trực tiếp: monen quán tính cao của cánh quạt sẽ dẫn tới thời gian khởi động dài. Dòng khi khởi động trực tiếp rất cao có thể làm sụt nghiêm trọng điện áp nguồn gây ảnh hƣởng tới các thiết khác. Quạt ly tâm thƣờng đƣợc kéo bởi 1 hay nhiều dây đai truyền lực. Trong khi khởi động, các đai này có xu hƣớng bị trƣợt do lực khởi động quá lớn và các đai này không thể truyền tất cả lực do động cơ tạo ra. Điều này làm tăng chi phí bảo dƣỡng cho đai truyền, các ổ đỡ và gây tổn thất do dừng sản xuất để thay thế. SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 18 Khởi động sao-tam giác : phƣơng pháp này tạo lực khởi động thấp. Do lực tỷ lệ với bình phƣơng dòng điện, lực do động cơ tạo ra ở chế độ sao có thể không đủ mạnh để gia tốc cánh quạt đạt tới tốc độ định mức. Khi chuyển sang chế độ tam giác, xung lực và dòng điện tăng vọt với cƣờng độ bằng hoặc thậm chí lớn hơn so với khởi động trực tiếp. Điều này làm đai truyền động bị trƣợt. Ta có thể khắc phục bằng cách kéo căng đai truyền, nhƣng làm vậy sẽ tăng áp lực cơ lên các ổ đỡ tại cả động cơ và quạt từ đó làm tăng chi phí bảo dƣỡng. Khởi động mềm: để khắc phục vấn đề đai truyền bị trƣợt, ta cần giàm momen lực tại thời điểm khởi động. Các bộ khởi động mềm của ABB sẽ giàm điện áp cấp vào động cơ tại thời điểm khởi động. Sau đó điện áp sẽ đƣợc tăng lên để kéo cánh quạt. Bộ khởi động mềm cho phép ta điều chỉnh lực khởi động phù hợp với bất kỳ điều kiện khởi động nào, cả không tải lẫn toàn tải. Dòng khởi động sẽ giảm và tránh đƣợcsụtápnguồnlƣới. Một số bộ khởi động mềm đƣợc tích hợp sẵn bộ bảo vệ non tải, nó sẽ dừng động cơkhi nhận thấy dòng điện bị sụt do đứt dây đai. Lựa chọn bộ khởi động: Cánh quạt thƣờng lớn, tạo ra lực quán tính lớn nên khởi động thƣờng khó khăn. Ta nên chọn bộ khởi động mềm có công suất lớn hơn công suất thực của động cơ. Quán tính lớn của quạt làm tăng thời gian dừng, ta nên tránh sử dụng chức năng dừng theo hàm dốc. Thông số cài đặt khuyến nghị: Start ramp: 10 sec Stop ramp: 0 sec Initial voltage: 30 % Current limit: 4 * Ie SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 19 2.3.2 Bơm ly tâm: Có nhiều loại bơm nhƣ bơm pít-tông, bơm ly tâm, bơm trục vít… Trong đó bơm ly tâm là loại phổ biến nhất, ta sẽ thảo luận về loại bơm này. Khởi động trực tiếp: khởi động bơm không gây vấn đề gì về điện nhƣng nó sẽ làm hệ thống ống dẫn bị mòn và trầy xƣớt do các xung áp lực chất lỏng, đặt biệt là khi dừng đột ngột. Do quán tính cánh bơm nhỏ và momen hãm lớn, dừng trực tiếp bơm đột ngột sẽ tạo ra các xung búa và áp lực rất lớn. Nếu hê thống ít khi dừng thì không có vấn đề, nhƣng nếu cần khởi động-dừng liên tục nó sẽ bào mòn toàn bộ hệ thống bơm. Điều này gây ra chi phí bảo trì lớn, thậm chí phải dừng sản xuất bất thƣờng để sửa chữa. Khởi động sao-tam giác: dùng phƣơng pháp này sẽ giảm đƣợc dòng khởi động. Tuy nhiên động cơ có thể không đủ lực để khởi động và không đạt tới đƣợc tốc độ định mức ở chế độ sao. Momen xoắn tải bậc hai trở nên quá lớn đối với động cơ khi nó đạt tới 80-85% tốc độ đinh mức. Để tiếp tục gia tốc lên tốc độ định mức, chế độ tam giác đƣợc đƣa vào, khi đó côngtắctơ sao mở, côngtắctơ tam giác đóng. Để tránh ngắn mạch, cần có thời gian trễ khoảng 50ms khi chuyển giữa 2 chế độ. Tuy nhiên, do momen hãm của bơm lớn, động cơ sẽ giảm tốc trong khoảng thời gian này. Trong động cơ vẫn có từ trƣờng và khi côngtắctơ tam giác đóng vào, điện áp chênh lệch giữa lƣới và động cơ có thể tăng lên gấp đôi, tới 800V đối với lƣới 400V. Điện áp 800V này sẽ tạo ra xung dòng điện rất cao, có thể cao hơn cả xung từ hóa cực đại khi khởi động trực tiếp. Nó cũng có thể tạo ra xung lực lớn và sau vài lần khởi động ,trục nối giữa động cơ và tải có thể bị hỏng. Bên cạnh đó, ta chỉ có thể dừng trực tiếp và điều này cũng gây ra các xung búa và áp suất cao khi dừng. Khởi động mềm: Bộ khởi động mềm của ABB sẽ giúp làm giảm momen khởi động ban đầu của động cơ bằng việc giảm điện áp cấp vào. Trong quá trình khởi động, nó sẽ tăng điện áp lên cho động cơ đủ mạnh để gia tốc bơm lên tốc độ định mức mà không gây ra các xung lực hay xung dòng nào. Bộ khởi động mềm cũng hỗ trợ khi dừng bơm nhờ chức năng giảm tốc theo hàm dốc của điện áp đầu vào, SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 20 nhờ vậy tránh đƣợc các xung búa và áp suất cao khi dừng. Tuy nhiên, trong nhiều trƣờng hợp, chức năng trên vẫn chƣa đủ. Khi đó ta phải dùng bộ khởi động mềm điều khiển đƣợc momen nhằm giảm lực và dừng động cơ theo cách tối ƣu nhất để tránh hoàn toàn hiện tƣợng búa nƣớc. Một số bộ khởi động mềm còn có chức năng: bảo vệ non tải giúp bảo vệ động cơ khi bơm không có nƣớc, kích khởi động các bộ bơm và khóa rôto để tránh hƣ hỏng do bị kẹt khi vận hành. Lựa chọn bộ khởi động: bơm thƣờng có cánh bơm nhỏ với quán tính ít. Điều này giúp ta chọn bộ khởi động mềm có công suất bằng với công suất thực của bơm. Nếu bơm phải thƣờng xuyên khởi động, 10 lần/giờ thì nên chọn công suất bộ khởi động cao hơn 1 cấp. Thông số cài đặt khuyến nghị: Start ramp: 10 sec Stop ramp: 10 - 20 sec Initial voltage: 30 % Stop mode: Torque control Current limit: 3.5 * Ie 2.3.3 Máy nén : Máy nén loại nhỏ thƣờng là loại pít-tông và momen tải tăng tuyến tính theo tốc độ. Máy nén trục vít đƣợc dùng khi có yêu cầu lƣu lƣợng khí lớn hơn và momen tải tăng theo bình phƣơng tốc độ. Truyền động giữa động cơ và đầu nén là loại dây đai hoặc trực tiếp qua các bánh răng cơ khí. Hầu hết máy nén đƣợc khởi động khi không tải. SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 21 Khởi động trực tiếp: máy nén khởi động trực tiếp tạo ra xung cơ học rất lớn không những lên ngay chính bản thân nó mà còn lên các dây đai, khớp nối. Điều đó làm giảm độ bền của các thiết bị.Trong trƣờng hợp dùng đai truyền động, đai sẽ bị trƣợt rất nhiều khi khởi động do momen khởi động lớn. Khởi động sao-tam giác: giúp giảm xung lực và dòng khởi động nhƣng động cơ sẽ tạo lực rất yếu khó gia tốc để tăng lên tốc độ định mức. Khi chuyển sang chế độ tam giác, cả dòng và momen tải tăng vọt sẽ gây ra các xung lực cơ khí lớn. Khởi động mềm: Khởi động mềm ABB có khả năng giới hạn momen khởi động tới 1 mức phù hợp với các ứng dụng khác nhau. Nhờ vậy, các khớp nối, ổ đỡ ít chịu các xung áp lực, đai truyền động cũng không bị trƣợt khi khởi động. Chí phí bảo trì sẽ giảm xuống mức tối thiểu. Dòng khởi động trong giải pháp này chỉ từ 3- 4 lần dòng định mức. Lựa chọn khởi động mềm:Chọn bộ khởi động mềm theo công suất thực động cơ. Nếu máy nén làm việc ở môi trƣờng công nghiệp nặng, cần nâng công suất của bộ khởi động mềm lên 1 cấp. Tƣơng tự, nếu khởi động máy nén 10 lần/ giờ thì cũng phải nâng công suất bộ khởi động mềm. Thông số cài đặt khuyến nghị: Start ramp: 5 sec Stop ramp: 0 sec Initial voltage: 30 % (piston compressor) 40 % (screw compressor) SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 22 2.4: ứng dụng Ứng dụng khởi động mềm trung áp trong nhà máy xi măng Đồng Bành Share on facebookShare on twitterShare on emailShare on printMore Sharing Services0 Tên dự án: Cung cấp, lắp đặt khởi động mềm trung áp cho Nhà máy xi măng Đồng Bành - tỉnh Lạng Sơn Thời gian thực hiện: 06/2010 Nội dung: - Cung cấp, lắp đặt, hiệu chỉnh 3 khởi động mềm trung áp 6kV cho cụm lò quay, máy nghiền của nhà máy xi măng - Các khởi động mềm trung áp đƣợc điều khiển và giám sát với mạng Profibus DP, tích hợp vào hệ thống DCS của nhà máy. SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 23 Ứng dụng khởi động mềm trong khai thác và tuyển than – cty CP Than Núi Béo Share on facebookShare on twitterShare on emailShare on printMore Sharing Services0 - Tên dự án: Đầu tƣ thiết bị duy trì và phát triển sản xuất năm 2008 – Công ty CP Than Núi Béo – TKV - Thời gian thực hiện: Tháng 08 năm 2008 - Nội dung: Cung cấp, vận chuyển, lắp đặt, hiệu chỉnh các tủ biến tần Hitachi (công suất 45 kW, 55 kW, 75 kW), khởi động mềm trung áp HRVS - DN 6kV, 140A và khởi động mềm hạ áp RVS - DN 210 - 400 110kW, 380V của hãng Solcon (Israel): SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 24 HRVS-DN 70A-6000V Tủ khởi động mềm 6kV – 610 kW SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 25 Ứng dụng khởi động mềm trong khai thác và tuyển than – cty CP Than Cọc Sáu Share on facebookShare on twitterShare on emailShare on printMore Sharing Services0 Tên dự án: Cung cấp, lắp đặt tủ khởi động mềm công suất 1000kW – 6kV trọn bộ, đồng bộ khởi động lần lƣợt cho 3 động cơ bơm có công suất 630 – 1000 kW của công ty CP Than Cọc Sáu – TKV. (7.1) Thời gian thực hiện: tháng 9 năm 2008 Nội dung: Cung cấp, lắp đặt tủ khởi động mềm HRVS - DN công suất 1210 kW, 6kV, 140A trọn bộ, đồng bộ khởi động lần lƣợt cho 03 động cơ 630 – 1000 kW. SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 26 HRVS-DN 140A-6000V Tủ khởi động mềm 6kV – 1210kW SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 27 Sơ đồ tủ khởi động mềm 6kV – 1210 kW lắp ở công ty CP than Cọc Sáu - TKV Theo mình biết thì khởi động động cơ có 2 phƣơng pháp là khởi động cứng và khởi động mềm. - Khởi động cứng là phƣơng pháp thƣờng thấy ở những động cơ có công suất nhỏ (đổi nối sao/tam giác, khởi động bằng điện trở ....). Ƣu điểm là rẻ tiền, dễ kiểm tra, đấ nối, bảo trì bảo dƣỡng, lắp đặt, hoạt động ổn định, dòng điện còn dạng sin. Nhƣợc điểm là chỉ dùng cho đ/c công suất nhỏ, phạm vi hạn dòng khởi động không rông, dòng điện khởi động đƣợc điều chỉnh có cấp, không trơn. - Khởi động mềm là phƣơng pháp thƣờng dùng cho đ/c có công suất trung và lớn. Có nhiều cách nhƣng chủ yếu nhất là điều áp xoay chiều và biến tần. Ƣu điểm là điều chỉnh trơn, phạm vi điều chỉnh rộng, có thể sử dụng dừng mềm, hiện nay với phát triển của điện tử công suất thì giá cũng không cao lắm và hoạt động cũng khá ổn định, có thể dùng kết hợp để điều chỉnh tốc độ động cơ. Nhƣợc điểm là khó thi công, khó bảo trì bảo dƣỡng, điện áp và dòng điện sau điều chỉnh không sin hoàn toàn, càng điều chỉnh càng bị méo và biên độ sóng hài củng cao hơn. - Với khởi động mềm, nguyên lý điều khiển là điều chỉnh góc mở của van để điều SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 28 chỉnh dòng điện cung cấp cho đ/c và góc điều chỉnh này giảm dần đến khi góc mở của van = 0 tƣơng ứng với dòng điện cấp cho đ/c là lớn nhất (dừng mềm thì ngƣợc lại). Mình nói sơ về điều áp xoay chiều nhé. sơ đồ điều khiển có 2 nguyên tắc là điều khiển hàng ngang và điều khiển dọc. Điều khiển dọc và cũng là thông dụng nhất theo sơ đồ sau: - Với nguyên tắc này, tín hiệu đồng bộ đƣợc lấy qua biến áp đồng pha (hoặc opto) để tạo tín hiệu đồng bộ sau đó đƣợc điều chế tạo điện áp tựa. Điện áp tựa này đƣợc so sánh với mạch tạo điện áp điều khiển (thƣờng đƣợc xây dựng trên mạch PI) cho ra điện áp so sánh để làm tín hiệu cho mạch tạo xung đơn (có trƣờng hợp là xung chùm). Xung đơn đƣợc tạo ra này là xung quyết định thời điểm mở của van. Nếu dùng điều áp xoay chiều là 6 SCR đấu // ngƣợc thì cần có xung kép do đó có thêm mạch tạo xung kép. Khi có xung kép thì toàn bộ đƣợc khuếch đại, qua biến áp xung và điều khiển góc mở của van. - Sơ lƣợc là vậy, còn về công suất thì với đ/c từ khoảng vài chục k trở lên. Nhƣng trong cuộc sống hàng ngày, chính cái dimmer điều chỉnh quạt trần hay đèn củng là 1 bộ điều áp xoay chiều rồi đó. SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 29 CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN (KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA) I: SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC,MẠCH ĐIỀU KHIỂN SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 30 II: SỰ KHÁC BIỆT CỦA KHỞI ĐỘNG MỀM SO VỚI KHỞI ĐỘNG CỨNG 3.1 : Khởi động cứng: là phƣơng pháp thƣờng thấy ở những động cơ có công suất nhỏ (đổi nối sao/tam giác, khởi động bằng điện trở ....). Ƣu điểm là rẻ tiền, dễ kiểm tra, đấ nối, bảo trì bảo dƣỡng, lắp đặt, hoạt động ổn định, dòng điện còn dạng sin. Nhƣợc điểm là chỉ dùng cho đ/c công suất nhỏ, phạm vi hạn dòng khởi động không rông, dòng điện khởi động đƣợc điều chỉnh có cấp, không trơn. 3.2: Khởi động mềm: là phƣơng pháp thƣờng dùng cho đ/c có công suất trung và lớn. Có nhiều cách nhƣng chủ yếu nhất là điều áp xoay chiều và biến tần. Ƣu điểm là điều chỉnh trơn, phạm vi điều chỉnh rộng, có thể sử dụng dừng mềm, hiện nay với phát triển của điện tử công suất thì giá cũng không cao lắm và hoạt động cũng khá ổn định, có thể dùng kết hợp để điều chỉnh tốc độ động cơ. Nhƣợc điểm là khó thi công, khó bảo trì bảo dƣỡng, điện áp và dòng điện sau điều chỉnh không sin hoàn toàn, càng điều chỉnh càng bị méo và biên độ sóng hài củng cao hơn. CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ I :PHẦN KẾT LUẬN Qua thời gian thực hiện đề tài luận văn “NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA”.Cuối cùng thì chúng em cũng hoàn thành đề tài này. Chúng em đã giải quyết tốt mục đích chính của đề tài là thiết kế bộ điều khiển để điều khiển hạn chế dòng dòng khởi động của động cơ và không gây ra hiện tƣợng sụt áp cho lƣới điện gây ảnh hƣởng tới các thiết bị SVTH: VŨ LẠNH TRUNG LỚP TỰ ĐỘNG HÓA 10 trang 31 khác đang vận hành trong lƣới điện.Nhƣng vẫn còn những vấn hạn chế mà chúng em vẫn chƣa giải quyết đƣợc nhƣ:  Thiết kế mạch bảo vệ quá nhiệt cho động cơ nhƣ bảo vệ quá tải,mất pha  Điều khiển kết hợp với contactor nối tắt khi điều khiển xong tránh tổn hao nhiệt. Hƣớng giải quyết: Chúng em sẽ cố gắng nghiên cứu tìm hiểu qua nhiều tài liệu để khắc phục những hạn chế vẫn chƣa giải quyết đƣợc và sẽ hoàn chỉnh bộ khởi động mềm và hy vọng nó sẽ đƣợc ứng dụng trong công nghiệp nhƣ bộ khởi động mềm trên thị trƣờng hiện nay đang sử dụng. Trong quá trình thực hiện đề tài này chúng em đã gặp rất nhiều khó khăn do bị hạn chế về kiến thức cũng nhƣ thời gian thực hiện đề tài nhƣng nhờ sự tận tình hƣớng dẫn của ThS. Nguyễn Văn Phƣớc nên cuối cùng chúng em đã hoàn thành nó đúng thời hạn.Chúng em rất chân thành cám ơn thầy. II:TÀI LIỆU THAM KHẢO Cuốn sách sổ tay khởi động mềm (softstarterhandbook ); Soft Starter Scheme- folleto_soft_starters Catalogue ATS 22 - EN Các trang web nhƣ www.abb.com …………………………….