mạch khởi động sao - tám giác

mạch khởi động sao - tám giác

Tiểu luận Mạch khởi động sao - tám giác Tiểu Luận Tốt Nghiệp GVHD : Thầy Đoàn Phú Cường Contents Tiểu luận 1 Mạch khởi động sao - tám giác 1 Contents 2 SVTH : Trần Văn Dẫn Trang Tiểu Luận Tốt Nghiệp GVHD : Thầy Đoàn Phú Cường Chương I ĐẶT VẤN ĐỀ 1.1 Giới thiệu chung Nước ta là một nước đi lên từ nền nông nghiệp, công nghiệp kém phát triển và lạc hậu.Tuy nhiên, những năm gần đây ngành công nghiệp nước ta đã thay đổi tích cực, nhanh chóng và hiện đại hóa mạnh mẽ. Nhưng so với các nước công nghiệp phát triển khác và các nước công nghiệp trong khu vực thì nền công nghiệp nước ta còn một khoảng cách khá xa. Để đảm bảo chất lượng phát triển công nghiệp như thời buổi hiện nay thì việc nâng cao tính năng hoạt động và năng suất của các thiết bị máy móc là yêu cầu chủ yếu, thiết thực nhất. Đó là đưa thiết bị máy móc vào dây truyền tự động và bán tự động bằng các mạch điều khiển điện công nghiệp hiện nay. Trong đó, mạch khởi động động cơ đổi nối sao – tam giác (Y/∆) là rất quan trọng và cần thiết.Vì vậy, việc tìm hiểu và vận hành kiểm tra thử nghiệm thực tế các thiết bị công nghiệp là vốn kiến thức không thể thiếu cho sinh viên ngành điện. Do đây là một vấn đề chủ yếu và cần thiết cho việc vận hành bão dưỡng kinh tế các thiết bị công nghiệp nhằm nâng cao năng suất sản xuất của các xí nghiệp vừa và nhỏ hiện tại. Về cấu tạo thì các mạch điều khiển điện công nghiệp nói chung và mạch khởi động động cơ đổi nối sao – tam giác (Y/∆) nói riêng thực chất là tổ hợp của các thiết bị điện cơ bản đơn giản. Nhưng việc tìm hiểu và nắm bắt phương pháp vận hành các thiết bị công nghiệp có hiệu quả là một sự trãi nghiệm không thể xem nhẹ, coi thường. 1.2 Mục đích của đề tài Nhằm tìm hiểu sâu cơ sở lý thuyết và nắm bắt phương pháp vận hành thực tế mạch điều khiển động cơ bằng mạch khởi động động cơ đổi nối sao – tam giác (Y/∆). Từ kết quả đạt được có thể tìm ra hướng khắc phục hoặc hạn chế sự sai lệch giữa cơ sở lý thuyết và thực tập thực tế nhằm để vận hành bảo dưỡng các thiết bị công nghiệp làm việc ổn định, lâu dài và kinh tế. 1.3 Phương pháp thực hiện đề tài Tham khảo tài liệu, nghiên cứu thực tế và kết hợp với vốn kiến thức đã học để vận hành kiểm tra thử nghiệm đem đến kết quả xác thực trên các thiết bị điện công nghiệp về mạch khởi động động cơ đổi nối sao – tam giác (Y/∆). 1.4 Thời gian và địa điểm thực hiện đề tài Thời gian : Từ ngày 04/09/2010 đến ngày 19/11/2010. Địa điểm thực hiện : Tại phòng thí nghiệm điện công nghiệp – Bộ môn Kỹ thuật điện - Khoa Công Nghệ - Trường Đại học Cần Thơ. SVTH : Trần Văn Dẫn Trang Tiểu Luận Tốt Nghiệp GVHD : Thầy Đoàn Phú Cường Chương II LÝ THUYẾT VỀ MẠCH KHỞI ĐỘNG SAO – TAM GIÁC (Y/∆) 2.1 Giới thiệu về phương pháp khởi động động cơ đổi nối sao – tam giác 2.1.1 Khởi động động cơ đổi nối sao – tam giác (Y/∆). Khởi động - sao tam giác là một trong các biện pháp khởi động của động cơ có công suất trung bình. Chỉ áp dụng được với động cơ hoạt động với sơ đồ tam giác. Khi khởi động, động cơ được nối sao, lúc này điện áp trên mỗi cuộn dây chỉ là U pha (220V với lưới điện hạ áp của Việt nam). Sau một khoảng thời gian thì chuyển sang đấu tam giác, lúc này điện áp trên các cuộn dây là U dây. Bằng cách này giúp cho dòng khởi động nhỏ xuống, nhưng có nhược điểm là moment khởi động cũng giảm theo. Về sơ đồ đấu dây thì chúng ta có thể dễ dàng tìm kiếm, thiết bị sử dụng cũng đơn giản. Tuy nhiên đòi hỏi người vận hành phải được hướng dẫn cẩn thận. Đối với động cơ nhỏ tới 7.5KW thì khởi động trực tiếp. Đối với động cơ từ 11KW tới 45KW thì khởi động sao - tam giác (Y/∆) và thường là các loại động cơ không đồng bộ ba pha như động cơ rotor dây quấn, động cơ lồng sóc v.v… Ta có mạch khởi động động cơ đổi nối sao – tam giác như sau : 2.1.2 Dòng điện khởi động động cơ đổi nối sao – tam giác (Y/∆) 2.1.2.1 Dòng điện khởi động của động cơ khi đấu sao (Y) Gọi U dY là điện áp dây của lưới điện. Z N là trở kháng của một cuộn dây pha. SVTH : Trần Văn Dẫn Trang Tiểu Luận Tốt Nghiệp GVHD : Thầy Đoàn Phú Cường Lúc này điện áp đặt lên mỗi cuộn dây pha của động cơ là : Ta có dòng diện dây khi động cơ đấu sao là : 2.1.2.2 Dòng điện khởi động của động cơ khi đấu tam giác (∆) Kết thúc quá trình khởi động sao, động cơ được chuyển sang đấu tam giác. Khi đó, điện áp đặt lên mỗi cuộn dây pha của động cơ là : Và dòng điện dây khi động cơ đấu tam giác là : 2.1.2.2 Dòng điện khởi động cần tìm của động cơ Lấy tỷ lệ giữa dòng điện khởi động của động cơ khi đấu sao (Y) và dòng điện khởi động của động cơ khi đấu tam giác (∆), ta có kết quả như sau : Vậy dòng điện khởi động động cơ đổi nối sao – tam gác là : SVTH : Trần Văn Dẫn Trang 3 dY pY U U = pYdY II = ∆∆ = dp UU ∆∆ ×= pd II 3 =×= × = × = ∆ ∆ ∆ ∆ p pY n p n pY p pY d dY U U Z U Z U I I I I 3 1 3 3 3 1 33 1 = × ×= ∆ p dY U U Với : ∆ = pdY UU 3 ∆ =⇒ d dY I I 3 ∆ == d dYkđ I II Tiểu Luận Tốt Nghiệp GVHD : Thầy Đoàn Phú Cường 2.1.3 Moment khởi động động cơ đổi nối sao – tam giác (Y/∆) 2.1.3.1 Moment quay của động cơ Sơ đồ mạch tương đương gần đúng của động cơ không đồng bộ như sau: Ở chế độ động cơ điện, moment điện từ đóng vai trò moment quay, được tính theo công thức sau : Trong đó, là công suất điện từ. là dòng điện pha lúc mở máy. là tần số góc của từ trường quay. là tần số góc của dòng điện stator. P là số đôi cực từ. SVTH : Trần Văn Dẫn Trang ( )         ++         + === 2 ' 21 2 ' 2 1 ' 2 2 1 1 3 XX s R Rs RpU P MM dt dt ω ω s R IP dt ' 2 2 2 ' 3= p ω ω = 1 ω ( ) 2 ' 21 2 ' 2 1 ' 2 2 1 ' 2 3 XX s R R RpU I ++         + = ' 2 • E ' 2 jX ' 2 • I ' 2 R j 1 • I 1 • E o I • ' 2 • I Tiểu Luận Tốt Nghiệp GVHD : Thầy Đoàn Phú Cường R 1 là điện trở dây quấn stator R 2 ’ là điện trở dây quấn rotor quy đổi về stator. X 1 là điện kháng tản dây quấn stator. X 2 ’ là điện kháng tản dây quấn rotor quy đổi về stator. n 1 là tốc độ từ trường quay. n là tốc độ động cơ. là hệ số trượt. Với s = 1, ta có moment mở máy động cơ là : 2.1.3.2 Moment khởi động của động cơ khi đấu sao (Y) Động cơ không đồng bộ ba pha có moment khởi động. Để khởi động được, moment khởi động động cơ phải lớn hơn moment cản của tải lúc khởi động, đồng thời moment động cơ phải đủ lớn để thời gian khởi động trong phạm vi cho phép. Với hệ số trượt s = 1, ta có moment khởi động của động cơ khi đấu sao là: Do dòng khởi động I kdY nhỏ nên điện áp U 2 pY cũng nhỏ và moment khởi động M kdY giảm xuống. Vì moment khởi động tỷ lệ với bình phương điện áp đặt vào động cơ. 2.1.3.3 Moment khởi động của động cơ khi chuyển sang đấu tam giác (∆) Kết thúc quá trình khởi động thì động cơ chuyển sang đấu tam giác ngay tức thì. Lúc này, dòng điện đi vào cuộn dây động cơ tăng lên tương đương với dòng điện định mức và điện áp cũng tăng theo. Từ đó, moment động cơ tăng lên rất nhanh và được tính theo công thức sau : SVTH : Trần Văn Dẫn Trang 1 1 n nn s − = ( ) ( ) [ ] 2 ' 21 2 ' 21 ' 2 2 1 3 XXRR RpU M mm +++× = ω ( ) ( ) [ ] 2 ' 21 2 ' 21 ' 2 2 3 XXRR RpU M pY kdY +++× = ω ( ) ( ) [ ] 2 ' 21 2 ' 21 ' 2 2 3 XXRR RpU M p kd +++× = ∆ ∆ ω Tiểu Luận Tốt Nghiệp GVHD : Thầy Đoàn Phú Cường 2.1.3.4 Moment khởi động của động cơ cần tìm là : Lấy moment khởi động của động cơ khi đấu sao (Y) và moment khởi động của động cơ khi chuyển sang đấu tam giác (∆). Ta được kết quả như sau : Mà, Suy ra, Vậy moment khởi động động cơ đổi nối sao – tam giác là : 2.1.4 Đặc tính cơ khởi động động cơ đổi nối sao – tam giác (Y/∆) 2.1.4.1 Đặc tính cơ khởi động động cơ không đồng bộ ba pha Ta có hàmquan hệ moment theo hệ số trượt là : M = f(s) SVTH : Trần Văn Dẫn Trang 2 2 ∆∆ = p pY kd kdY U U M M ∆∆ = = dp dY pY UU U U 3 3 1 3 2 2 2 2 = × ==⇔ ∆∆∆ d dY p pY kd kdY U U U U M M 3 ∆ =⇒ kd kdY M M 3 ∆ == kd kdYkd M MM 1 1 n nn s − = Tiểu Luận Tốt Nghiệp GVHD : Thầy Đoàn Phú Cường Thay ta sẽ có quan hệ n = f(M) và đây là đường đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ như giản đồ sau : Từ hình vẽ a) ta thấy động cơ sẽ làm việc khi moment mở máy (M mở ) lớn hơn hoặc bằng moment cản (M C ). Vì khi động cơ được cấp điện thì xuất hiện moment mở máy và moment động cơ (M) xuất hiện sau đó, nhưng đến khi hệ số trượt s = 1 thì động cơ bắt đầu khởi động. Khi động cơ khởi động thì moment mở máy và moment động cơ giám vì xuất hiện moment cản, do đó chúng ta cần xác định thời gian phù hợp để moment cản không lớn hơn moment động cơ. 2.1.4.2 Đặc tính cơ khởi động động cơ đổi nối sao – tam giác (Y/∆) Do đây là phương pháp dùng cho những động cơ không đồng bộ ba pha khi làm việc bình thường dây quấn stator nối hình tam giác nên cũng có đặc tính cơ tương tự. Nhưng chúng ta cần xem xét quá trình khởi động động cơ cũng như mối liên hệ mật thiết giữa các moment xuất hiện trong động cơ cùng với việc điều chỉnh thời gian. Để hiểu rõ hơn, chúng ta có thể xem xét giản đồ biểu thị đường đặc tính cơ khởi động sao – tam giác như sau : SVTH : Trần Văn Dẫn Trang Động cơ làm việc Động cơ bắt đầu khởi động Tiểu Luận Tốt Nghiệp GVHD : Thầy Đoàn Phú Cường Hình a Hình b Khi mở máy ta nối cuộn dây hình sao để điện áp đặt vào giảm xuống. Khi đó, moment mở máy (M mở ), moment động cơ (M đc ) và moment cản (M cản ) lần lượt xuất hiện. Ở hình a ta thấy rằng, nếu để thời gian chạy lúc các cuộn dây nối sao (Y) quá lâu thì moment cản (M cản ) sẽ lớn hơn moment mở máy (M mở ). Vì khi đó, động cơ bắt đầu khởi động thì hệ số trượt giảm xuống từ s = 1 đến còn khoảng s = ( 0.02 : 0.06). Trong trường hợp này, dòng điện khởi động sẽ giảm nhưng không có lợi về moment động cơ do moment cản sẽ tăng lên. Còn ở hình b ta thấy rằng nếu chuyển các cuộn dây của động cơ từ đấu sao (Y) sang đấu tam giác (∆) sớm thì dòng khởi động tăng lên rất cao sẽ gây ra hiện tượng sụt áp của mạng điện. Từ đó, ta có thể kết luận rằng không nên để thời gian chạy sao lâu quá và cũng không nên chuyển sang tam giác sớm. Chính vì vậy, ta cần xác định và tính toán thời gian phù hợp của quá trình khởi động động cơ đổi nối sao – tam giác (Y/∆). 2.1.5 Thời gian khởi động động cơ đổi nối sao – tam giác (Y/∆) Nếu ta khởi động cơ bằng phương pháp trực tiếp thì dòng điện khởi động rất cao sẽ gây ra hiện tượng sụt áp trên mạng điện. Do đó, ta phải khởi động động cơ bằng cách đổi nối sao – tam giác. Như vậy, dòng điện khởi động sẽ giảm xuống nhưng không thể thiếu đến việc điều chỉnh thời gian khởi động hợp lí và khả thi. Khi ta bắt đầu khởi động động cơ, dòng điện đi vào các cuộn dây stator được đấu sao (Y). Lúc này, moment quay trong lòng stator xuất hiện và có moment cản cũng xuất hiện chống lại nó, do động cơ trong quá trình làm việc thì kéo tải theo. Nhưng ta tính toán khả năng mà động cơ kéo tải phải đảm bảo yêu cầu sau: SVTH : Trần Văn Dẫn Trang M cản M kd∆ M kdY maxcđc MM ≥ I kd∆ I kdY [...]... pháp khởi động động cơ đổi nối sao – tam giác dùng 2 contactor và 2 timer cũng có một nhược điểm là chưa triệt tiêu toàn bộ hiện tượng hồ quang điện xảy ra trong quá trình chuyển mạch từ sao sang tam giác Do đó, khi khởi động cũng sẽ có khả năng xảy ra sự cố động cơ không hoạt động được nhưng rất hiếm Khó khăn trong phương pháp này là không dễ xác định thời điểm bắt đầu khởi động đến khi chuyển mạch. .. OLR1, OLR2 2 cái 6 Động cơ KDDB ba pha M 1 cái 7 Bộ nút ấn 2 phím PB (ON, OFF) 1 bộ 8 Dây nối, phích cắm - 1 bộ 9 Đồng hồ vạn năng - 1 cái 10 Panel đa năng MEP - 1 - 1 chiếc 2.4.2 Mạch khởi động động cơ và nguyên lý hoạt động 2.4.2.1 Mạch động lực SVTH : Trần Văn Dẫn Trang Tiểu Luận Tốt Nghiệp GVHD : Thầy Đoàn Phú Cường OLR1 K∆2 OLR2 2.4.2.2 Mạch điều khiển 2.4.2.3 Nguyên lý hoạt động SVTH : Trần Văn... khác 2.3.3.2 Khuyết điểm Phương pháp khởi động động cơ đổi nối sao – tam giác dùng 2 contactor và 1 timer có một nhược điểm rất lớn là xảy ra hồ quang điện trong quá trình chuyển mạch từ sao sang tam giác và có thể xảy ra ngắn mạch tại thời điểm này Do đó, khi khởi động thường xảy ra sự cố động cơ không hoạt động được và không an toàn cho các thiết bị điện của mạch SVTH : Trần Văn Dẫn Trang Tiểu Luận... đầu khởi động đến khi chuyển mạch từ sao sang tam giác với thời gian cho hợp lí Nếu thời gian chuyển mạch từ sao sang tam giác sớm hoặc muộn vài giây thì sẽ ảnh hưởng không tốt đến động cơ và mạng điện Ngoài ra, phương pháp này vận hành phức tạp và tốn sức lao động Vì người vận hành phải hiểu rõ nguyên lý hoạt động của mạch và xem xét cẩn thận từng chi tiết các thiết bị điện 2.3.4 Ứng dụng Dùng để khởi. .. Tốt Nghiệp GVHD : Thầy Đoàn Phú Cường 8 Dây nối, phích cắm - 1 bộ 9 Đồng hồ vạn năng - 1 cái 10 Panel đa năng MEP - 1 - 1 chiếc 2.4.2 Mạch khởi động động cơ và nguyên lý hoạt động 2.4.2.1 Mạch động lực KM2 OLR1 K∆2 OLR2 SVTH : Trần Văn Dẫn Trang Tiểu Luận Tốt Nghiệp GVHD : Thầy Đoàn Phú Cường 2.4.2.2 Mạch điều khiển 2.4.2.3 Nguyên lý hoạt động o Giai đoạn mở máy Đóng áp to mát nguồn, ấn nút ON, cuộn... K M nên quá trình chuyển mạch từ sao sang tam giác gần như triệt tiêu hết hiện tượng hồ quang điện xảy ra và khả năng an toàn thiết bị trên mạch điện cao hơn Động cơ có thể không còn bị giật mạnh khi chuyển mạch do xung lực gây ra Đối với phương pháp này thì cũng không cần nhiều khí cụ điện nên giá thành không đắc hơn những mạch khởi động khác Nhưng đối với mạch khởi động động cơ có công suất nhỏ thì... moment khởi động lớn 2.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một số khí cụ điện thường sử dụng trong mạch khởi động động cơ đổi nối sao – tam giác 2.2.1 Áp to mát (CB – Circuit breaker) Áp to mát là loại khí cụ điện dùng để đóng, ngắt điện bằng tay nhưng có thể tự ngắt mạch điện khi có sự cố quá tải hoặc ngắn mạch SVTH : Trần Văn Dẫn Trang Tiểu Luận Tốt Nghiệp GVHD : Thầy Đoàn Phú Cường Theo cơ cấu tắc động. .. 2.1.6 Nhận xét 2.1.6.1 Ưu điểm Giảm dòng khởi động giảm đi một phần ba lần so với phương pháp khởi động trực tiếp Chi phí không đắt hơn khi so sánh với các phương pháp khởi động làm giảm dòng điện khác Đơn giản và tiết kiệm điện năng 2.1.6.2 Nhược điểm Làm giảm mô men khởi động một phần ba lần so với mô men đủ tải, điều này cho phép sử dụng phương pháp này khởi động động cơ với chế độ tải trọng nhỏ Xuất... Dây nối, phích cắm - 1 bộ 9 Đồng hồ vạn năng - 1 cái 10 Panel đa năng MEP - 1 - 1 chiếc 2.3.2 Mạch khởi động động cơ và nguyên lý hoạt động SVTH : Trần Văn Dẫn Trang Tiểu Luận Tốt Nghiệp GVHD : Thầy Đoàn Phú Cường 2.3.2.1 Mạch động lực OLR1 K∆2 OLR2 2.3.2.2 Mạch điều khiển T11 K KY Y K∆1 T13 K∆ KY1 T12 2.3.2.3 Nguyên lý hoạt động SVTH : Trần Văn Dẫn Trang Tiểu Luận Tốt Nghiệp GVHD : Thầy Đoàn Phú Cường... Phương pháp khởi động động cơ đổi nối sao – tam giác dùng 3 contactor và 1 timer có nhược điểm là không sử dụng phổ biến cho điều khiển động cơ với công suất lớn Vì khi đó, công tắc tơ trong mạch điều khiển phải lớn nên giá thành đắc hơn và có thêm nhiều công tắc đóng mở cồng kềnh Ngoài ra, phương pháp này vận hành phức tạp và tốn sức lao động hơn phương pháp trên Thời điểm bắt đầu khởi động động cơ đến . Tiểu luận Mạch khởi động sao - tám giác Tiểu Luận Tốt Nghiệp GVHD : Thầy Đoàn Phú Cường Contents Tiểu luận 1 Mạch khởi động sao - tám giác 1 Contents. MẠCH KHỞI ĐỘNG SAO – TAM GIÁC (Y/∆) 2.1 Giới thiệu về phương pháp khởi động động cơ đổi nối sao – tam giác 2.1.1 Khởi động động cơ đổi nối sao – tam giác (Y/∆). Khởi