Các phương pháp khởi động động cơ xoay chiều ba pha nghiên cứu bộ khởi động mềm mcd 3315 hãng danfoss

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP LỜI NÓI ĐẦU Trong ngành công nghiệp, động điện không đồng 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 khơng khởi động động gây nguy hiểm cho thiết bị khác hệ thống điện Vấn đề khởi động động điện không đồng nghiên cứu từ lâu với biện pháp hồn thiện để giảm dịng điện moment khởi động Đề tài tốt nghiệp: “Các phương pháp khởi động động xoay chiều ba pha Nghiên cứu khởi động mềm MCD 3315 hãng Danfoss Được trình bày trình bày ba nội dung : Chương : Các phương pháp khởi động động xoay chiều ba pha Chương : Phương pháp khởi động mềm Chương : Nghiên cứu khởi động mềm MCD 3315 hãng Danfoss Cuối em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS TS Nguyễn Tiến Ban tận tình giúp đỡ em hồn thành đồ án Hải Phòng, ngày 22 tháng 10 năm 2011 Sinh viên thực Nguyễn Văn Luân NGUYỄN VĂN LUÂN - ĐCL 301 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 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 thường phải khởi động dừng máy nhiều lần Tùy theo tính chất tải tình hình lưới 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 yêu cầu đòi hỏi phải có tính khởi động thích ứng Trong nhiều trường hợp phương pháp khởi động hay chọn động có tính khởi động khơng thích đáng nên thường gây nên cố không mong muốn Nói chung khởi động cần xét đến để thích ứng với đặc tính tải - Phải có mơmen khởi động đủ lớn để thích ứng với đặc tính tải - Dịng điện khởi động nhỏ tốt - Phương pháp khởi động thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắn - Tổn hao cơng suất q trình khởi động thấp tốt Những yêu cầu thường mâu thuẫn với nhau, yêu cầu dòng điện khởi động nhỏ thường làm cho mômen khởi động giảm theo cần thiết bị phụ tải đắt tiền Vì vào điều kiện làm việc cụ thể mà chọn phương pháp khởi động thích hợp NGUYỄN VĂN LUÂN - ĐCL 301 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Với động khơng đồng có phương pháp sau : + Khởi động trực tiếp + Khởi 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 KHI NG NG C XOAY CHIỀU BA PHA 1.2.1 Khởi động động không đồng 1.2.1.1 Khởi động trực tiếp Khởi động trình đưa động trạng thái nghỉ (đứng im) vào trạng thái làm việc quay với tốc độ định mức Khởi động trực tiếp, đóng động vào lưới không qua thiết bị phụ Việc cấp điện áp định mức cho stato động dị rơ to lồng sóc động dị ro to dây quấn cuộn dây rô to nối tắt, rô to chưa kịp quay, thực chất động làm việc chế độ ngắn mạch Dịng động lớn, gấp dịng định mức từ đến lần Tuy dòng khởi động lớn mô 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 mô men khởi động nhỏ Dòng khởi động lớn gây hậu quan trọng: - Nhiệt độ máy tăng tổn hao lớn, nhiệt lượng toả máy nhiều (đặc biệt máy có cơng suất lớn máy thường xuyên phải khởi động) Vì sổ tay kỹ thuật sử dụng máy cho số lần khởi động tối đa, điều kiện khởi động NGUYỄN VĂN LUÂN - ĐCL 301 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - Dòng khởi động lớn làm cho sụt áp lưới điện lớn, gây trở ngại cho phụ tải làm việc với lưới điện Vì lý khởi động trực tiếp áp dụng cho động có cơng suất nhỏ so với công suất nguồn, khởi động nhẹ (moment cản trục động nhỏ) Khi khởi động nặng người ta không dùng phương 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 dòng khởi động ta có phương pháp sau: - Giảm điện áp nguồn cung cấp - Đưa 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 rô to dây quấn để giảm dòng khởi động ta đưa thêm điện trở phụ vào mạch rơ to Lúc dịng ngắn mạch có dạng: I ngm  U1 R  '  R2  R p   X  X 2  (1.2) Việc đưa thêm điện trở phụ Rp vào mạch rô to ta đựoc kết quả: làm giảm dòng khởi động lại làm tăng moment khởi động Bằng cách chọn điện trở Rp ta đạt mơ men khởi động giá trị mơ men cực đại hình (1.1b) NGUYỄN VĂN LUÂN - ĐCL 301 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP a) b) Hình 1.1 Khởi động dị rotor dây quấn a) Sơ đồ b) Đặc tính Khi khởi động, toàn điện trở khởi động đưa 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 cắt hết khỏi rô to, rô to rô to ngắn mạch Phương 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 NGUYỄN VĂN LUÂN - ĐCL 301 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP a) b) Hình 1.2 Sơ đồ khởi động động khơng 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 nối vào điện trở phụ (R1+ R2+ R3) nên đường đặc tính đường 1, động khởi động với moment khởi động Mmn > M1 bắt đầu tăng tốc từ điểm a đường đặc tính Tới điểm b tốc độ động đặt b moment giảm cịn M2, tiếp điểm 1 đóng lại cắt điện trở phụ R1 khỏi mạch rotor Động 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 đường 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 NGUYỄN VĂN LUÂN - ĐCL 301 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP tục tăng tốc tới điểm f Lúc tiếp điểm 3 đóng lại, điện trở R3 mạch rotor bị loại, động chuyển sang làm việc đường 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 xét cho điểm chuyển đặc tính ứng với moment M2 , M1 điện trở phụ tham gia vào mạch rotor lúc khởi động phải tính chọn cẩn thận theo phương 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 cắt giảm không pha rotor khởi động Giả sử động rotor khởi động với cấp điện trở hình 1.3 với điện trở khởi động R1, R2, R3, R4, R5 bố trí khơng đối xứng mạch rotor NGUYỄN VĂN LUÂN - ĐCL 301 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 1.3 Sơ đồ khởi động với cấp điện trở không đối xứng mạch rotor NGUYỄN VĂN LUÂN - ĐCL 301 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Lúc đóng điện tồn điện trở đưa vào mạch rotor (h.a) Điện trở không đối xứng pha tạo dịng điện ba pha khơng đối xứng mạch rotor Dịng điện phân tích thành hai hệ thống đối xứng thứ tự thuận thứ tự ngược Dòng điện ba pha thứ tự thuận tạo từ trường quay thuận chiều với rotor, dòng điện ba pha thứ tự ngược tạo từ trường quay ngược với chiều rotor Tốc độ từ trường thuận th từ trường ngược so với rotor là: 0  r và  0  r  Vậy: th  r  0  r   0  ng   r  0   r     2 r  0  21  s 0   0 1  2s  (1.3) Trong : 0 : tốc độ đồng r : tốc độ rotor th, ng: tốc độ từ trường quay thứ tự thuận tốc độ từ trường quay thứ tự ngược Từ trường thuận quay không gian với tốc độ đồng chiều quay với rotor nên so với từ trường quay stator coi đứng yên ( hai từ trường quay với tốc độ coi khơng chuyển động với nhau) Do đó, từ trường thuận tạo moment quay giống trường hợp nối điện trở đối xứng mạch rotor ( đường đặc tính hình 1.4) Xứng mạch rotor Từ trường ngược quay với stator tốc độ 0(l- 2s) sinh sức điện động tần số: fng = f1(l- 2s) Trong đó: f1 - Tần số điện lưới NGUYỄN VĂN LUÂN - ĐCL 301 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Dòng điện cảm ứng rotor thành phần từ trường ngược tạo bị từ trường tác dụng từ lực tạo moment phụ ngược lại (đường hình 1.8) Moment ngược s = s =2, tốc độ từ trường ngược ng = khơng thể có suất điện động Đường moment ngược có vùng M< (1> s > 0,5) vùng M > (0,5 > s > 0) nên đường moment tổng (đường hình 8) có vùng lõm Thực nghiệm chứng tỏ, khoảng lõm moment lớn điện trở rotor pha khác nhiều Nếu moment cản MC < Mlõm động khởi động qua điện trở không đối xứng từ điểm A đến điểm làm việc đường Hình 1.4 Các đặc tính mở máy với điện trở khơng đối Nếu moment cản M‟C > Mlõm động khởi động từ điểm A theo đường tới điểm B moment động cân với moment cản (MD = NGUYỄN VĂN LUÂN - ĐCL 301 10 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Bươc 2: thao tác đóng Q1,Q10 Bươc 3: ấn nút để đóng K10,K12 Bươc 4: điều khiển cho động mềm hoạt động để khởi động cho động cơ.bộ khởi động mềm tự khởi động q trình khởi động kết thúc thành cơng tiến hành thao tác Bươc 5: đóng cơng tắc tơ K11 Bước 6: Mở công tắc tơ K10 & K12 động trực tiếp làm việc với lưới.Đồng hồ ampe giá trị dòng động + Khởi động động P2 : Sau P1 khởi động xong công tắc tơ K10 & K12 mở P2 có nhu cầu khởi động ta tiến hành theo bước sau : Bươc 1: Đóng Q2 & Q20 Bước 2: Mở cơng tắc tơ K21,đóng cơng tắc tơ K20 & K22 Bước 3: Ấn nút KĐM hoạt động.KĐM tự khởi động động theo chương trình Bước 4: Điều khiển đóng cơng tắc tơ K21 Bước 5: Mở công tắc tơ K20 & K22 Động làm việc với lưới đồng hồ ampe giá trị dòng động NGUYỄN VĂN LUÂN - ĐCL 301 62 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sơ đồ mạch động lực khởi động mềm làm việc với động Trong : NGUYỄN VĂN LUÂN - ĐCL 301 63 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - P1 , P2 hai động công suất 775kW hai động không đồng xoay chiều ba pha điện áp 380 (V) tần số 50 (Hz) - SSU khởi động mềm Q1 , Q2 Aptomat CB bảng điện P  3UI cos  I  P cos U (3.1)  775000  1437 ( A) 3.0,8.380 - Chọn Q1o = 2000 (A) - Q1o , Q2o hai Aptomat CB - K1o , K2o , K11 , K21 , K12 , K22 công tắc tơ - A1, A2 hai đồng hồ ampe đo dòng điện - TH1 , TH2 rơle nhiệt bảo vệ tải - CT11 , CT21 hai biến dòng - T1 , T2 hai biến áp cấp nguồn cho mạch điều khiển ngồi cịn số linh kiện phụ tải cầu chì F1 , F2 nút ấn điều khiển Stop, Ctril… Hình 3.2 sơ đồ ba dây hệ thống khởi động khởi động mềm hai động 3.2.2 Thiết kế mạch động lực Sơ đồ hình 3.2 trình bày mạch động lực dây với khởi động mềm làm việc với động NGUYỄN VĂN LUÂN - ĐCL 301 64 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sơ đồ mạch dây hai động làm việc với biến tần 3.2.3 Tính chọn mạch động lực - Tính chọn Aptomat CB = 1.5 I = 1.5.1437 = 2155(A) NGUYỄN VĂN LUÂN - ĐCL 301 65 (3.2) ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Chọn Q1o , Q2o = Q1 ;Q2 = 2000(A) Chọn cáp : Imax = S/3.Udm = P/3.Udm = 775/3.380 =1501(A) (3.3) Fkt = 1501/3.1 = 484 mm2 Chọn cáp đồng có tiết diện 500mm2 3.2.4 Thiết kế mạch điều khiển - Sơ đồ hình 3.3 sơ đồ mạch điều khiển cho bơm số - Trong K1oa , Ko1b rơ le đóng điều khiển cho động cơng tắc tơ K1o , K12 - K1o , K12 : Là công tắc tơ - K11 , K1ax : Là rơle điều khiển cho công tắc tơ K1o , K12 - Các công tắc lựu chọn S1 , S13  S1 : Là điều khiển chọn bơm chọn bơm số số tùy ý chọn tay  S13 : Là cơng tắc lựu chọn vị trí điều khiển chọn vị trí điều khiển chỗ, từ xa - Remote panel : Là khối điều khiển từ xa - S1o : nút khởi động - S11 : nút stop NGUYỄN VĂN LUÂN - ĐCL 301 66 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.3 Sơ đồ mạch điều khiển cho bơm số NGUYỄN VĂN LUÂN - ĐCL 301 67 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP - 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 Tương tự Hình 3.4 Sơ đồ khởi động cho bơm số NGUYỄN VĂN LUÂN - ĐCL 301 68 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hinh 3.5: Sơ đồ đấu nối khởi động mềm với đầu vào/ Như sơ đồ hình 3.3 - Sơ đồ 3.5 sơ đồ mạch vào /ra khởi động mềm SSU NGUYỄN VĂN LUÂN - ĐCL 301 69 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Trong : , , ba đầu nguồn đến L1 L2 L3 , đầu nguồn T1 T2 - GND : nối đất - Sơ đồ hình 3.6 Sơ đồ báo hiệu bảo vệ Hình 3.6 Sơ đồ đo lường bảo vệ bơm số NGUYỄN VĂN LUÂN - ĐCL 301 70 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP sơ đồ đo lường bảo vệ với 220V-5A bảo vệ tải cho động cung cấp tín hiệu dịng cho role nhiệt TH1ax cuộn tác động cịn TRy1 cn nhả Ở sơ đồ bảo vệ bơm số - Sơ đồ hình 3.7 sơ đồ đo lường bảo vệ cho bơm số hồn tồn giống với hình 3.6 NGUYỄN VĂN LUÂN - ĐCL 301 71 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.7 Sơ đồ điều khiển báo hiệu cho bơm số NGUYỄN VĂN LUÂN - ĐCL 301 72 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Hình 3.8 Sơ đồ bảng điều khiển điều khiển từ xa cho khởi động mềm làm việc với động NGUYỄN VĂN LUÂN - ĐCL 301 73 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP 3.2.5 Kiểm nghiệm đánh giá thiết kế Trên lý thuyết tương 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 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 bán thị trường thìthiết kế chúng em cịn nhiều hạn chế tính chất lượng Qua thời gian em nghiên cứu hiểu tính ứng dụng tốt khởi động mềm thị trường NGUYỄN VĂN LUÂN - ĐCL 301 74 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Kết luận Đề tài: “Các phương pháp khởi động động xoay chiều ba pha Nghiên cứu khởi động mềm MCD 3315 hãng DanFoss” hoàn thành với số kết quả: - Nghiên cứu phương pháp khởi động động xoay chiều pha - Nghiên cứu khởi động mềm MCD 3315 hãng DanFoss - Đề xuất phương án sử cụng khởi động mềm cho động Khởi động mềm đà trở thành thiêt bị có nhiều -u điểm đ-ợc lựa chọn cho nhiều giải pháp kỹ thuật thực đầu t- phát triển Đề tài có khối l-ợng lớn kiến thức lý thuyết công nghệ, trình nghiên cứu tác giả gặp nhiều khó khăn Trong đồ án đà cố gắng thực số ý t-ởng thực tế việc sử dơng mét bé khëi ®éng mỊm sư dơng cho động quy trình khởi động giải pháp mang tính hiệu cao Do nhiều điều kiện chủ quan khách quan, đồ án không tránh khỏi sai sót Rất mong đ-ợc l-ợng thứ thầy cô bạn bè đồng nghiệp Xin trân trọng cảm ơn ! NGUYN VN LUN - CL 301 75 ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP NGUYỄN VĂN LUÂN - ĐCL 301 76