Nghiên ứu, khảo sát hệ thống điều khiển và quá trình vào đồng bộ ho động ơ đồng bộ 1600kw ủa máy nghiền than

Trong các nhà máy công nghiệp, với tải đòi hỏi động cơ điện dẫn động công suất lớn và không cần điều chỉnh tốc độ đôi khi lên tới vài nghìn KW thì việc sử dụng động cơ không đồng bộ thờ

Bộ giáo dục đào tạo trờng đại học bách khoa hµ néi - luận văn thạc sĩ khoa học nghiên cứu, khảo sát hệ thống điều khiển trình vào đồng cho động đồng 1600kw máy nghiền than ngành : tự động hoá xncn M số : 00972C68 đào linh Ngời hớng dẫn khoa học : GS - TS Nguyễn trọng hà néi - 2008 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17057205234991000000 Luận văn thạc sĩ Mục lục Mở ®Çu Ch¬ng i: Tỉng quan động đồng Và đặc điểm hệ truyền động động đồng công suất lớn 1.1 Khái quát phân loại động đồng 1.1.1 Kh¸i qu¸t vỊ ®éng c¬ ®ång bé 1.1.2 Phân loại động đồng 1.2 CÊu tạo động đồng 1.2.1 CÊu t¹o cđa ®éng c¬ ®ång bé ba pha cùc Èn 1.2.2 Cấu tạo động đồng bé ba pha cùc låi 1.3 Nguyên lý làm việc động đồng 1.4 Đặc tính đông đồng 1.5 Các phơng pháp khởi ®éng ®éng c¬ ®ång bé 12 1.5.1 Khởi động phơng pháp thay đổi tần sè 12 1.5.2 Khëi ®éng theo phơng pháp hoà đồng 12 1.5.3 Khởi động theo phơng pháp không đồng 13 1.6 Những đặc điểm hệ truyền động điện động đồng c«ng st lín 17 1.7 KÕt luËn 18 Ch¬ng II: ThiÕt kÕ nguån kÝch tõ ®éng c¬ ®ång bé sư dơng bé biÕn ®ỉi thyristor 2.1 Đặt vấn đề 20 2.2 ThiÕt kÕ mạch động lực 20 2.3 Thiết kế mạch điều khiển 21 2.3.1 CÊu tróc hƯ thèng ®iỊu khiĨn bé chØnh lu 21 2.3.2 Tính toán phần tử mạch điều khiển 28 2.4 Tính toán lựa chọn van lực máy biến ¸p 42 2.4.1 TÝnh chän van lùc 42 2.4.2 TÝnh chän m¸y biÕn ¸p lùc 44 2.5 TÝnh to¸n thiÕt kÕ bé nguån cung cÊp cho mạch điều khiển 46 2.6 Tính chọn máy biến áp đồng 49 2.7 Tính toán thiết kế mạch tự ®éng vµo ®ång bé 51 2.7.1 Yêu cầu mở máy động đồng 51 2.7.2 Nguyên lý làm việc mạch tự động vào đồng 52 2.7.3 Tính chọn phần tử sơ ®å 53 2.8 KÕt luËn 54 Luận văn thạc sĩ Chơng III: Mô hình toán học động đồng Và khảo sát trình vào đồng động khởi động 3.1 Đặt vấn đề 55 3.2 Véc tơ không gian hệ toạ ®é 56 3.2.1 Vector kh«ng gian 56 3.2.2 Chuyển hệ toạ độ cho vector kh«ng gian 59 3.2.3 Mô tả đại lợng hệ toạ độ tùa theo tõ th«ng roto 60 3.3 ChuÈn hoá đại lợng đơn vị tơng đối 61 3.4 Mô hình toán học động đồng 62 3.4.1 Hệ phơng trình động đồng 64 3.4.2 Mô hình trạng thái động đồng hệ toạ độ từ thông rotor65 3.5 Khảo sát trình vào ®ång bé cđa ®éng c¬ ®ång bé khëi ®éng 67 3.5.1 Đặt vấn đề 67 3.5.2 Khảo sát thời điểm vào đồng tối u động khởi động có tải Mc = 70 3.5.3 Khảo sát thời điểm vào đồng tối u động khởi động có tải Mc = 0,5 M®m 81 3.5.4 Khảo sát thời điểm vào ®ång bé tèi u ®éng c¬ khëi ®éng cã tải Mc = Mđm 92 3.6 KÕt luËn 100 KÕt ln, ®Ị xt 101 Tµi liƯu tham kh¶o 103 Luận văn thạc sĩ Mở đầu Động đồng loại động đợc sử dụng rộng rÃi công nghiệp với dải công suất từ vài trăm W đến hàng MW Nó chiếm vị trí quan trọng hệ thống truyền động điện Với dải công suất lớn cực lớn động đồng hoàn toàn chiếm u Ưu điểm động đồng có hiệu suất cao, mang tính u việt động chiều động không đồng Vì vậy, nghiên cứu động đồng hớng hợp lý vµ cã tÝnh thùc tiƠn cao Cơ thĨ lµ ngành công nghiệp khai thác than, động đồng công suất lớn đợc sử dụng để truyền động trục máy nghiền than Tuy nhiên, sử dụng động đồng công suất lớn có cuộn dây kích từ đòi hỏi phải cung cấp nguồn kích từ chiều cho động Thông thờng, động sử dụng máy phát điện chiều để cấp nguồn cho cuộn dây kích từ Hệ thống có nhợc điểm cồng kềnh, giá thành cao, bảo dỡng phức tạp, trình sử dụng chổi than vành góp máy phát điện chiều bị ăn mòn dẫn đến giảm chất lợng kích từ động Bên cạnh vấn đề đáng quan tâm việc khởi động động đồng Chất lợng khởi động động chịu ảnh hởng lớn cách thức khởi động động nh thời điểm hợp lý để cấp nguồn kích từ chiều cho động Xuất phát từ vấn đề thực tiễn đặt đây, luận văn trình bày nghiên cứu tác giả hệ thống điều khiển kích từ khảo sát trình vào đồng cho động động đồng Cụ thể động truyền động máy nghiền than với công suất 1600kW Và sau nội dung mà tác giả đà tập trung nghiên cứu Luận văn thạc sĩ Chơng I Tổng quan động đồng Và đặc điểm hệ truyền động động đồng công suất lớn Nội dung chơng: 1.1 Khái quát phân loại động đồng 1.1.1 Khái quát động đồng 1.1.2 Phân loại động đồng 1.2 Cấu tạo động đồng 1.2.1 Cấu tạo động đồng ba pha cực ẩn 1.2.1.1 Cấu tạo Stato động đồng ba pha cực ẩn 1.2.1.2 Cấu tạo Rôto động đồng ba pha cực ẩn 1.2.2 Cấu tạo động đồng ba pha cực lồi 1.2.2.1 Cấu tạo Stato động đồng ba pha cực lồi 1.2.2.2 Cấu tạo Rôto động đồng ba pha cực lồi 1.3 Nguyên lý làm việc động đồng 1.4 Đặc tính đông đồng 1.5 Các phơng pháp khởi động động đồng 1.5.1 Khởi động phơng pháp thay đổi tần số 1.5.2 Khởi động theo phơng pháp hoà đồng 1.5.3 Khởi động theo phơng pháp không đồng 1.6 Những đặc điểm hệ truyền động điện động đồng công suất lớn Luận văn thạc sĩ 1.1 Khái quát phân loại động đồng 1.1.1 Khái quát động đồng Những động điện xoay chiều có tốc độ quay rôto tốc độ quay từ trờng s gọi động đồng (ĐCĐB) Trong chế độ xác lập động đồng có tốc độ quay rôto không đổi tải thay đổi, tuỳ thuộc vào tần số nguồn số đôi cực động Tốc độ quay động đợc tính theo biểu thức : s = 2fs pc (1.1.1) Trong đó: f s : tần số nguồn áp pc : số đôi cực Trong nhà máy công nghiệp, với tải đòi hỏi động điện dẫn động công suất lớn không cần điều chỉnh tốc độ (đôi lên tới vài nghìn KW) việc sử dụng động không đồng thờng không cho phép dòng khởi động lớn Để giải nguồn lực dẫn động trờng hợp này, phải sử dụng động điện động công suất lớn loại động có tính u việt hẳn động không đồng công suất, chỗ: Có hiệu suất lớn động đồng có khả hoạt động Cos = 1, điều cho phép nâng cao hệ số Cos mạng lới điện nhà máy giảm kích thớc trọng lợng thân động dòng nhỏ Độ nhậy với dao động điện áp nguồn thấp mô men cực đại tỷ lệ bậc với điện áp Tần số quay không đổi không phụ thuộc vào dao động tải (trong giới hạn cho phép đó) trục rôto Dẫn đến độ ổn định tốc độ cao Tuy nhiên, việc sử dụng hệ truyền động động đồng lại có nhợc điểm là: Động đồng có cấu tạo phức tạp Luận văn thạc sĩ Đòi hỏi phải có nguồn cung cấp dòng điện chiều cho mạch kích từ động khiến cho giá thành cao Việc khởi động động đồng phức tạp việc điều chỉnh tốc độ thực đợc cách thay đổi tần số nguồn cấp cho động Ngày phát triển mạnh mẽ công nghệ điện tử động đồng đợc nghiên cứu ứng dụng nhiều công nghiệp dải công suất từ vài trăm W( cho cấu ăn dao máy, cắt gọt kim loại, cấu chuyển ®éng cđa tay m¸y, ngêi m¸y, m¸y ®ãng gãi, m¸y gia công xác, ) đến hàng MW ( cho chuyển động kéo tàu tốc độ cao TGV, máy cán, v.v ) 1.1.2 Phân loại động đồng Theo cấu tạo chia động đồng làm loại : + Động đồng ba pha cực lồi: thích hợp với tốc độ quay thấp (số cực 2p 4) + Động ®ång bé ba pha cùc Èn: thÝch hỵp víi tèc ®é quay cao (sè cùc 2p = 2) §Ĩ thÊy rõ đặc điểm cấu tạo động đồng ba pha ta xét riêng cấu tạo động đồng ba pha cực lồi động đồng ba pha cực ẩn 1.2 cấu tạo Động đồng Động điện đồng nh loại động máy điện quay khác, gồm có: phần tĩnh (stato) phần quay (rotor) động điện đồng công suất lớn, phần tĩnh thờng phần mà dây quấn có cảm ứng sức điện động, gọi phần ứng Phần quay thờng nam châm điện dùng để tạo từ trờng cho máy, gọi phần cảm Rôto động điện đồng có hai kiểu rôto cực lồi rôto cực ẩn hình thành nên hai loại động đồng ba pha cực lồi động đồng ba pha cực ẩn Luận văn thạc sĩ 1.2.1 Cấu tạo động đồng ba pha cực ẩn Cấu tạo động đồng gồm hai phần starto rôto 1.2.1.1 Cấu tạo Stato ®éng c¬ ®ång bé ba pha cùc Èn Starto cđa ®éng c¬ ®ång bé ba pha cùc Èn gåm hai phận lõi thép dây quấn , có vỏ máy nắp máy Lõi thép stato gồm thép kỹ thuật điện dày từ 0,35 - 0,5 mm đợc ghép lại với tạo thành hình trụ rỗng, bên mặt tạo thành rÃnh theo hớng trục để đặt dây quấn sau Lõi thép starto đợc cố định thân máy Trong động công suất trung bình lớn, thân máy đợc chế tạo theo kết cấu khung thép, mặt đợc bọc thép dát dầy Thân máy phải đợc thiết kế cho hình thành hệ thống thông gió để làm mát máy tốt Nắp máy đợc chế tạo từ thép từ gang đúc Đối với động công suất trung bình lớn, ổ trục không đặt nắp máy mà giá đỡ ổ trục đặt cố định bệ máy Dây quấn starto thờng đợc chế tạo đồng có tiết diện hình tròn chữ nhật (tuỳ thuộc vào công suất máy), bề mặt đợc phủ lớp cách điện, đợc quấn thành bối lồng vào rÃnh lõi thép starto, đợc đấu nối theo qui luật định tạo thành sơ đồ hình tam giác 1.2.1.2 Cấu tạo Rôto động đồng ba pha cực ẩn Rôto động đồng nam châm điện gồm lõi thép dây quấn kích từ Dòng điện vào dây quấn kích từ dòng chiều Rôto động đồng ba pha cực ẩn làm thép chất lợng cao, đợc đúc thành khối hình trụ, sau đợc gia công phay rÃnh để lắp đặt cuộn dây kích từ Phần không phay rÃnh rôto hình thành nên mặt cực từ Cùc tõ r«to cùc Èn kh«ng lé râ rƯt Luận văn thạc sĩ Hình 1.1 : Mặt cắt ngang trục lõi thép rôto Động đồng đại cực ẩn thờng đợc chế tạo với số cực 2p = 2, tôc độ quay rôto 3.000 vòng/phút Tốc độ loại động thờng cao nên để hạn chế lực li tâm rôto thờng có dạng hình trống với tỷ số chiều dài/ đờng kính lớn Động loại thờng đợc gọi động từ trờng hớng kính (roto trụ dài), thờng đợc dùng máy công cụ Thông thờng đờng kính D rôto khoảng từ 1,1m đến 1,15m Chiều dài tối đa rôto vào khoảng 6,5m Dây quấn kích từ đặt rÃnh rô to đợc chế tạo từ dây đồng trần tiết diện hình chữ nhật, quấn theo chiều rộng thành bối dây đồng tâm Các vòng dây bối dây đợc cách điện với lớp mêca mỏng Để cố định ép chặt cuộn dây kích từ rÃnh, miệng rÃnh đợc nêm kín thép không từ tính, đầu nối (nằm rÃnh) dây quấn kích từ đợc đai chặt ống thép không từ tính Hai đầu dây quấn kích từ luồn trụ nối với hai vành trợt đầu trục thông qua chổi điện để nối với dòng kích từ chiều 1.2.2 Cấu tạo động ®ång bé ba pha cùc låi 1.2.2.1 CÊu t¹o Stato động đồng ba pha cực lồi Động đồng ba pha cực lồi có cấu tạo stato tơng tự nh stato động đồng ba pha cực ẩn Luận văn thạc sĩ 1.2.2.2 Cấu tạo Rôto động đồng ba pha cực lồi Động đồng ba pha cực lồi thờng đợc sử dụng trờng hợp yêu cầu tốc độ quay thấp Vì vậy, khác với động đồng ba pha cực ẩn, đờng kính rôto lớn chiều dài rôto lại nhỏ với tỷ số chiều dài/ đờng kính nhỏ vào khoảng 0,12 -> 0,2 Rôto động đồng ba pha cực lồi công suất nhỏ trung bình có lõi thép chế tạo thép đúc gia công thành khối lăng trụ khối hình trụ, mặt có đặt cực từ Đối với động công suất lớn, lõi thép đợc hình thành từ thép dầy từ -> 6mm, đợc dập định hình sẵn để ghép thành khối lăng trụ, lõi thép thờng không trực tiếp lồng vào trục máy mà đặt vào giá đỡ rôto Giá lồng vào trục máy Cực từ đặt lõi thép rôto đợc ghép nhiều thép dầy từ 1mm -> 1,5mm Việc cố định cực từ lõi thép đợc thực nhờ đuôi hình T bu lông xuyên qua mặt cực vít chặt vào lõi thép rôto (hình 1.2) Hình 1.2 : Cực từ động đồng cực lồi Lá thép cực từ Dây quấn kích thích Đuôi hình chữ T Nêm Lõi thép r«to