Đồ án tốt nghiệp Các phương pháp khởi động động cơ xoay chiều ba pha. Nghiên cứu bộ khởi động mềm MCD 3315 hãng Danfoss

Trong lĩnh vực Công Nghệ Thông Tin nói riêng, yêu cầu quan trọng nhất của người học đó chính là thực hành. Có thực hành thì người học mới có thể tự mình lĩnh hội và hiểu biết sâu sắc với lý thuyết. Với ngành mạng máy tính, nhu cầu thực hành được đặt lên hàng đầu. Tuy nhiên, trong điều kiện còn thiếu thốn về trang bị như hiện nay, người học đặc biệt là sinh viên ít có điều kiện thực hành. Đặc biệt là với các thiết bị đắt tiền như Router, Switch chuyên dụng

MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU CHƢƠNG CÁC PHƢƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 1.2 KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA 1.2.1 Khởi động động không đồng 1.2.1.1 Khởi động trực tiếp 1.2.1.2 Khởi động dùng phƣơng pháp giảm dòng khởi động 1.2.1.3 Đặc tính động khơng đồng 22 1.2.2 Khởi động động đồng 31 1.2.2.1 Khởi động máy 31 1.2.2.2 Phƣơng pháp khởi động dị 32 1.2.2.3 Khởi động phƣơng pháp tần số 35 CHƢƠNG PHƢƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG MỀM 36 2.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 36 2.2 NGUYÊN LÝ KHỞI ĐỘNG MỀM 36 2.2.1 Khái niêm khởi động mềm 36 2.2.2 Nguyên lý hoạt động khởi động mềm 41 2.2.2.1 Kỹ thuật khởi động dừng 41 2.2.2.2 Các đặc tính 41 2.3 ĐÁNH GIÁ VỀ KHỞI ĐỘNG MỀM 46 2.4 MỘT SỐ LOẠI KHỞI ĐỘNG MỀM 47 2.5 CÁC KHÁI NIỆM VỀ CÔNG SUẤT KHỞI ĐỘNG MỀM 53 CHƢƠNG NGHIÊN CỨU BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM PST 710 HÃNG ABB 55 3.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 55 3.2 THIẾT KẾ MẠCH KHỞI ĐỘNG HAI ĐỘNG CƠ CĨ CƠNG SUẤT 800KWSỬ DỤNG BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM PST 710 HÃNG ABB 57 3.2.1 Đề suất sơ đồ hệ thống 57 3.2.2 Thiết kế mạch động lực 60 3.2.3 Tính chọn mạch động lực 63 3.2.4 Thiết kế mạch điều khiển 63 3.2.5 Kiểm nghiệm đánh giá thiết kế 76 KẾT LUẬN 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 LỜI NĨI ĐẦU Trong ngành cơng nghiệp, động điện khơng đồng đƣợc sử dụng phổ biến tính chất đơn giản tin cậy thiết kế chế tạo sử dụng Tuy nhiên sử dụng động không đồng sản xuất đặc biệt với động có cơng suất lớn ta cần ý tới trình khởi động động khởi động rotor trạng thái ngắn mạch, dẫn đến dòng điện khởi động momen khởi động lớn, khơng có biện pháp khởi động thích hợp không khởi động đƣợc động gây nguy hiểm cho thiết bị khác hệ thống điện Vấn đề khởi động động điện không đồng đƣợc nghiên cứu từ lâu với biện pháp hồn thiện để giảm dịng điện moment khởi động Đề tài tốt nghiệp: “Các phƣơng pháp khởi động động xoay chiều ba pha Nghiên cứu khởi động mềm PST 710 hãng ABB” Đƣợc trình bày trình bày ba nội dung : Chƣơng : Các phƣơng pháp khởi động động xoay chiều ba pha Chƣơng : Phƣơng pháp khởi động mềm Chƣơng : Nghiên cứu khởi động mềm PST 710 hãng ABB Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS TS Nguyễn Tiến Ban tận tình giúp đỡ em hồn thành đồ án Hải Phịng, ngày 22 tháng 10 năm 2011 Sinh viên thực Nguyễn Anh Tuấn CHƢƠNG CÁC PHƢƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ Theo yêu cầu sản phẩm, động điện lúc làm việc thƣờng phải khởi động dừng máy nhiều lần Tùy theo tính chất tải tình hình lƣới mà yêu cầu khởi động động điện khác Có u cầu mơmen khởi động dịng lớn, có cần hạn chế dịng điện khởi động có cần Những u cầu địi hỏi phải có tính khởi động thích ứng Trong nhiều trƣờng hợp phƣơng pháp khởi động hay chọn động có tính khởi động khơng thích đáng nên thƣờng gây nên cố khơng mong muốn Nói chung khởi động đƣợc cần xét đến để thích ứng với đặc tính tải - Phải có mơmen khởi động đủ lớn để thích ứng với đặc tính tải - Dòng điện khởi động nhỏ tốt - Phƣơng pháp khởi động thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắn - Tổn hao công suất trình khởi động thấp tốt Những yêu cầu thƣờng mâu thuẫn với nhau, yêu cầu dòng điện khởi động nhỏ thƣờng làm cho mômen khởi động giảm theo cần thiết bị phụ tải đắt tiền Vì vào điều kiện làm việc cụ thể mà chọn phƣơng pháp khởi động thích hợp Với động khơng đồng có phƣơng pháp sau : + Khởi ng trc tip + Khi ng Khởi động ph-ơng pháp hạ điện áp đặt vào stator động : Ph-ơng pháp khởi động sử dụng cuộn kháng Ph-ơng pháp khởi động sử dụng biến áp tự ngẫu Ph-ơng pháp khởi động đổi nối Sao Tam giác + Ph-ơng pháp khởi động động KĐB rotor dây quấn + Khởi động ph-ơng pháp tần số 1.2 KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA 1.2.1 Khởi động động không đồng 1.2.1.1 Khởi động trực tiếp Khởi động trình đƣa động trạng thái nghỉ (đứng im) vào trạng thái làm việc quay với tốc độ định mức Khởi động trực tiếp, đóng động vào lƣới khơng qua thiết bị phụ Việc cấp điện áp định mức cho stato động dị rô to lồng sóc động dị ro to dây quấn nhƣng cuộn dây rô to nối tắt, rô to chƣa kịp quay, thực chất động làm việc chế độ ngắn mạch Dòng động lớn, gấp dịng định mức từ đến lần Tuy dịng khởi động lớn nhƣ nhƣng mơ men khởi động lại nhỏ hệ số công suất cos0 nhỏ (cos0 = 0,1- 0,2), mặt khác khởi động, từ thông bị giảm điện áp giảm làm cho mơ men khởi động nhỏ Dịng khởi động lớn gây hậu quan trọng: - Nhiệt độ máy tăng tổn hao lớn, nhiệt lƣợng toả máy nhiều (đặc biệt máy có cơng suất lớn máy thƣờng xun phải khởi động) Vì sổ tay kỹ thuật sử dụng máy cho số lần khởi động tối đa, điều kiện khởi động - Dòng khởi động lớn làm cho sụt áp lƣới điện lớn, gây trở ngại cho phụ tải làm việc với lƣới điện Vì lý khởi động trực tiếp áp dụng cho động có công suất nhỏ so với công suất nguồn, khởi động nhẹ (moment cản trục động nhỏ) Khi khởi động nặng ngƣời ta không dùng phƣơng pháp 1.2.1.2 Khởi động dùng phƣơng pháp giảm dòng khởi động Dòng khởi động động xác định biểu thức: I ngm  U1 R1  R'    X  X '2  (1.1) Từ biểu thức thấy để giảm dịng khởi động ta có phƣơng pháp sau: - Giảm điện áp nguồn cung cấp - Đƣa thêm điện trở vào mạch rô to - khởi động thay đổi tần số a Khởi động động dị rô to dây quấn Với động dị rơ to dây quấn để giảm dịng khởi động ta đƣa thêm điện trở phụ vào mạch rô to Lúc dịng ngắn mạch có dạng: I ngm  U1 R  '  R2  R p   X  X 2  (1.2) Việc đƣa thêm điện trở phụ Rp vào mạch rơ to ta đựoc kết quả: làm giảm dịng khởi động nhƣng lại làm tăng moment khởi động Bằng cách chọn điện trở Rp ta đạt đƣợc mô men khởi động giá trị mô men cực đại hình (1.1b) a) b) Hình 1.1 Khởi động dị rotor dây quấn a) Sơ đồ b) Đặc tính Khi khởi động, tồn điện trở khởi động đƣợc đƣa vào rô to, với tăng tốc độ rô to, ta cắt dần điện trở khởi động khỏi rô to để tốc độ đạt giá trị định mức, điện trở khởi động đƣợc cắt hết khỏi rô to, rô to rô to ngắn mạch Phƣơng pháp sử dụng cho động rotor dây quấn điện trở ngồi mắc nối tiếp với cuộn dây rotor Hình 1.6 trình bày sơ đồ mở máy qua cấp điện trở phụ R1 , R2 R3 ba pha rotor Đây sơ đồ mở máy với điện trở rotor đối xứng a) b) Hình 1.2 Sơ đồ khởi động động không đồng qua cấp điện trở a) , b) Đặc tính khởi động Lúc bắt đầu khởi động tiếp điểm công tắc tơ 1 , 2 , 3 mở, cuộn dây rotor đƣợc nối vào điện trở phụ (R1+ R2+ R3) nên đƣờng đặc tính đƣờng 1, động đƣợc khởi động với moment khởi động Mmn > M1 bắt đầu tăng tốc từ điểm a đƣờng đặc tính Tới điểm b tốc độ động đặt b moment giảm M2, tiếp điểm 1 đóng lại cắt điện trở phụ R1 khỏi mạch rotor Động đƣợc tiếp tục khởi động với điện trở phụ (R2+ R3) mạch rotor chuyển ngang sang làm việc điểm c đặc tính dốc hơn, moment tăng từ M2 lên M1 tốc độ động lại tiếp tục tăng Động làm việc đƣờng đặc tính từ c đến d Lúc tiếp điểm 2 đóng lại, nối tắt điện trở R2 Động chuyển sang khởi động với điện trở R3 mạch rotor đặc tính điểm e tiếp tục tăng tốc tới điểm f Lúc tiếp điểm 3 đóng lại, điện trở R3 mạch rotor bị loại, động chuyển sang làm việc đƣờng đặc tính tự nhiên g tăng tốc tới điểm làm việc A ứng với moment cần Mc , trình khởi động kết thúc Để đảm bảo cho trình khởi động nhƣ xét cho điểm chuyển đặc tính ứng với moment M2 , M1 điện trở phụ tham gia vào mạch rotor lúc khởi động phải đƣợc tính chọn cẩn thận theo phƣơng pháp riêng Ngoài sơ đồ khởi động với điện trở đối xứng mạch rotor, thực tế dùng sơ đồ khởi động với điện trở không đối xứng mạch rotor, nghĩa điện trở khởi động đƣợc cắt giảm không pha rotor khởi động Giả sử động rotor đƣợc khởi động với cấp điện trở nhƣ hình 1.3 với điện trở khởi động R1, R2, R3, R4, R5 bố trí khơng đối xứng mạch rotor Hình 1.3 Sơ đồ khởi động với cấp điện trở không đối xứng mạch rotor 10  S1 : điều khiển chọn bơm chọn bơm số số tùy ý chọn tay  S13 : công tắc lựu chọn vị trí điều khiển chọn vị trí điều khiển chỗ, từ xa - REMOTE PANEL : khối điều khiển từ xa - S1o : nút khởi động - S11 : nút stop 66 Hình 3.3 Sơ đồ mạch điều khiển động số với khởi động mềm 67 - Sơ đồ 3.4 sơ đồ khởi động cho bơm số K2o K22 cơng tắc tơ điều khiển cho cơng tắc tơ phải sử dụng rơle Ko2a , Ko2b , K21 , K21ax Tƣơng tự Nhƣ sơ đồ hình 3.3 - Trong K1oa , Ko1b rơle đóng điều khiển cho động công tắc tơ K1o , K12 - K1o , K12 công tắc tơ - K11 , K1ax rơle điều khiển cho công tắc tơ K1o , K12 - Các công tắc lựu chọn S1 , S13  S1 : điều khiển chọn bơm chọn bơm số số tùy ý chọn tay  S13 : cơng tắc lựu chọn vị trí điều khiển chọn vị trí điều khiển chỗ, từ xa - REMOTE PANEL : khối điều khiển từ xa - S1o : nút khởi động - S11 : nút stop 68 Hình 3.4 Sơ đồ mạch điều khiển cho động số dùng khởi động mềm 69 - Sơ đồ 3.5 sơ đồ mạch điều khiển kiểm tra toàn khởi động mềm mạch đƣợc nối vào khởi động SSU Trong : , , ba đầu nguồn đến L1 L2 L3 , đầu nguồn T1 T2 - GND : nối đất - SSU : khởi động mềm - K01b , K02b role đóng điều khiển cho cơng tắc tơ K11 , K12 , K10 , 70 Hình 3.5 Sơ đồ đấu nối vào, khởi động mềm 71 - Sơ đồ hình 3.6 sơ đồ đo lƣờng bảo vệ với 220V-5A bảo vệ tải cho động cung cấp tín hiệu dịng cho role nhiệt TH1AX cuộn tác động TRIP1 cuôn nhả Ở sơ đồ bảo vệ bơm số 72 Hình 3.6 Sơ đồ thiết bị bảo vệ báo dùng cho khởi động mềm 73 Sơ đồ hình 3.7 sơ đồ đo lƣờng bảo vệ cho bơm số hồn tồn giống với hình 3.6 74 Hình 3.7 Sơ đồ đấu nối khối khởi động từ xa 75 - Sơ đồ hình 3.8 sơ đồ PANEL điều khiển từ xa với nút ấn đèn báo 76 Hình 3.8 Tủ sơ đồ lắp ráp thiết bị tủ 77 3.2.5 Kiểm nghiệm đánh giá thiết kế Trên lý thuyết tƣơng đối hồn chỉnh khởi động mềm với tính :  Hạn chế dòng khởi động động  Điều khiển tăng áp từ từ giá trị định mức  Bảo vệ động cơ, tăng tuổi thọ cho động  Có thể kết hợp với khí cụ điện khác để tránh nhiệt, tải cho động Ứng dụng khởi động mềm đƣợc ứng dụng rộng rãi công nghiệp đặc biệt hệ thống bơm, hệ thống quạt, động quán tính lớn, băng chuyền… Các doanh nghiệp tiết kiệm điện lớn tăng tuổi thọ động sử dụng khởi động mềm Tuy nhiên khởi động mềmmà chúng em nghiên cứu so với khởi động mềm đƣợc bán thị trƣờng thìthiết kế chúng em cịn nhiều hạn chế tính chất lƣợng Qua thời gian em nghiên cứu hiểu tính ứng dụng tốt khởi động mềm thị trƣờng Những hạn chế qua kết đạt đƣợc cho thấy đề tài nghiên cứu chúng em cịn nhiềuthiếu sót Chúng em nghiên cứu đƣợc khởi động mềm để điềukhiển khởi động động Nghĩa đóng điện thẳng vào lƣới điện để động khởi động trực tiếp, động giật mạnh dòng khởi động tăng lên gấp 7- lần dòng định mức gây sụt áp gây ảnh hƣởng xấu đến thiết bị điện khácđang hoạt động lƣới điện Chƣa giải đƣợc vấn đề mà khởi độngmềm thị trƣờng làm đƣợc Để hiểu rõ khởi động mềm tìm hiểumục khảo sát tính thực tế khởi động mềm 78 Kết Luận Đề tài : “ Các phƣơng pháp khởi động động xoay chiều ba pha Nghiên cứu khởi động mềm PST 710 hãng ABB” hoàn thành với công việc đƣợc tác giả thực : - Nghiên cứu tổng quát phƣơng pháp khởi động động - Nghiên cứu nguyên lý khởi động mềm sử dụng bán dẫn công suất - Nghiên cứu giới thiệu khởi động mềm hãng ABB tính kỹ thuật - Thiết kế hệ thống khởi động mềm cho động không đồng pha công suất lớn sử dụng khởi động mềm hãng ABB Đây đề tài mang tính ứng dụng cao phù hợp với yêu cầu khai thác công nghiệp Khởi động mềm mở phƣơng hƣớng ứng dụng đa dạng tƣơng lai Nếu có hội tác giả tiếp tục nghiên cứu nâng cao để hiểu sâu sắc mảng thiết bị đại 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO TS Nguyễn Tiến Ban (2008), Lý thuyết điều khiển tự động, Nhà xuất khoa học kỹ thuật GS TSKH Thân Ngọc Hoàn (2005), Máy điện, Nhà xuất xây dựng GS TSKH Thân Ngọc Hoàn, TS Nguyễn Tiến Ban (2007), Điều khiển tự động hệ thống truyền động điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn, TS Nguyễn Tiến Ban (2008), Trạm phát lưới điện tàu thuỷ, Nhà xuất khoa học - kỹ thuật Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm (2006), Thiết kế cấp điện, Nhà xuất khoa học kỹ thuật Phan Thị Thanh Bình, Phan Quốc Dũng, Phạm Quang Vinh, Phạm Thị Thu Vân, Phan kế Phúc, Nguyễn Văn Nhờ, Dƣơng Lan Hƣơng, Bùi Ngọc Thƣ, Tô Hứu Phúc, Nguyễn Bá Bạn, Nguyễn Thị Quang, Ngô Hải Thanh dịch (2009), Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC, Nhà xuất khoa học - kỹ thuật 80