Bài tập lớn khí cụ điện

Các phương pháp khởi động động cơ như khởi động trực tiếp, khởi động bằng cách đổi nối sao tam giác, khởi động mềm và một số phương pháp khác. Xây dựng mạch lực và mạch điều khiển cho động cơ 3Kw. Hướng dẫn cách tính chọn các thông số kỹ thuật của áp tô mát, công tắc tơ cho động cơ.

Tóm tắt các phương pháp khởi động

động cơ

1 Khởi động trực tiếp (Direct-On-Line (DOL) starter)

- Là phương pháp khởi động đơn giản áp dụng cho các động cơ có công suất nhỏ Bằng cách đóng các pha động cơ trực tiếp vào vào ba pha nguồn bằng

công tắc tơ khí

- Ưu điểm: Phương pháp này rất đơn giản Thiết bị đóng cắt, bảo vệ đơn giản, thao tác nhanh gọn Hơn nữa phương pháp này có mômen mở máy

lớn cho nên thời gian khởi động nhanh

- Nhược điểm: Phương pháp này có dòng điện mở máy lớn cho nên cần công suất nguồn cung cấp cho động cơ là lớn Nếu công suất nguồn cấp là nhỏ

dẫn đến sụt áp lớn có thể không khởi động được động cơ

 Máy nén khí khởi động trực tiếp

 Lựa chọn giải pháp cho khởi động trực tiếp động cơ máy nén

 Giải pháp tiêu chuẩn: Với nhiệt độ môi trường xung quanh ≤

60 °C, dòng vào động cơ ≤ 6 lần dòng tải định mức, thời gian khởi động (≤ 5s với RLA ≤ 40A và ≤10s với RLA >40A), độ bền điện động ≈ 1 triệu chu kỳ khởi động, thời gian nghỉ nhỏ nhất giữa hai lần đóng cắt là ≥ 1s, lắp đặt các thiết bị đóng cắt gắn

kín trong động cơ hoặc gắn riêng biệt

 Giải pháp thích ứng HVAC&R: Nhiệt độ môi trường xung quanh

≤ 45 °C, dòng vào động cơ ≤ 4 lần dòng tải định mức, thời gian khởi động (≤ 1s với RLA ≤ 40A và ≤ 5s với RLA >40A), độ bền điện động ≈ 300,000 chu kỳ khởi động, thời gian nghỉ nhỏ nhất giữa hai lần đóng cắt là ≥ 15 phút, lắp đặt các thiết bị

đóng cắt gắn riêng biệt ngoài vỏ động cơ

 Quạt gió khởi động trực tiếp: Tốc độ không đổi và điều khiển tắt mở

động cơ là hoạt động chính của thiết bị đóng cắt

 Lựa chọn giải pháp cho khởi động trực tiếp động cơ quạt gió

 Giải pháp tiêu chuẩn: Với nhiệt độ của môi trường xung quanh quạt ≤ 60 °C, dòng vào động cơ ≤ 6 lần dòng tải định mức, thời gian khởi động (≤ 10s), độ bền điện động ≈ 1,5 triệu chu kỳ khởi động, thời gian nghỉ nhỏ nhất giữa hai lần đóng cắt là ≥ 1s, lắp đặt các thiết bị đóng cắt gắn kín trong

động cơ hoặc gắn riêng biệt

 Giải pháp thích ứng HVAC&R: Nhiệt độ môi trường xung quanh ≤ 60 °C, dòng vào động cơ ≤ 6 lần dòng tải định mức, thời gian khởi động (≤ 1s), độ bền điện động ≈ 500,000 chu

kỳ khởi động, thời gian nghỉ nhỏ nhất giữa hai lần đóng cắt là

≥ 5 phút, lắp đặt các thiết bị đóng cắt gắn riêng biệt ngoài vỏ

động cơ

 Máy bơm khởi động trực tiếp:

 Giải pháp tiêu chuẩn: Với nhiệt độ của môi trường xung quanh

quạt ≤ 60 °C, dòng vào động cơ ≤ 6 lần dòng tải định mức, thời gian khởi động (≤ 5s), độ bền điện động ≈ 1 triệu chu kỳ khởi động, thời gian nghỉ nhỏ nhất giữa hai lần đóng cắt là ≥ 1s, lắp đặt các thiết bị đóng cắt gắn kín trong động cơ hoặc gắn riêng biệt

 Giải pháp thích ứng HVAC&R: Nhiệt độ môi trường xung quanh ≤

45 °C, dòng vào động cơ ≤ 6 lần dòng tải định mức, thời gian khởi động (≤ 1s), độ bền điện động ≈ 300,000 chu kỳ khởi động, thời gian nghỉ nhỏ nhất giữa hai lần đóng cắt là ≥ 5 phút, lắp đặt các

thiết bị đóng cắt gắn riêng biệt ngoài vỏ động cơ

2 Khởi động bằng phương pháp đổi nối sao – tam giác(Star – delta starter)

- Khởi động sao – tam giác là một trong các biện pháp khởi động của động cơ

có công suất trung bình, thường từ 11KW ÷45KW 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 là U pha Sau một thời gian thì

chuyển sang đấu tam giác, lúc này điện áp trên các cuộn dây là U dây Cách

này giúp cho dòng khởi động nhỏ xuống nhưng có nhược điểm là mô men

khởi động cũng giảm theo Các thiết bị đóng cắt được sử dụng với đặc điểm

điều khiển tắt mở máy, hạn chế dòng vào và tốc độ ổn định

Mở máy động cơ Y - 𝛥

 Máy nén khí khởi động sao – tam giác

 Lựa chọn giải pháp khởi động

 Giải pháp tiêu chuẩn: Với nhiệt độ môi trường xung quanh ≤

60 °C, dòng vào động cơ ≤ 8 lần dòng tải định mức, thời gian khởi động (≤ 30s với RLA ≤ 230A và ≤ 20s với RLA ≤ 280A),

độ bền điện động ≈ 1 triệu chu kỳ khởi động, thời gian nghỉ nhỏ nhất giữa hai lần đóng cắt là ≥ 2 phút với thang D và ≥ 5 phút với thang F, lắp đặt các thiết bị đóng cắt gắn kín trong

động cơ hoặc gắn riêng biệt

 Giải pháp thích ứng HVAC&R: Với nhiệt độ môi trường xung quanh ≤ 45 °C, dòng vào động cơ ≤ 6 lần dòng tải định mức, thời gian khởi động (≤ 5s với RLA ≤ 97A và ≤ 10s với RLA > 10A), độ bền điện động ≈ 300,000 chu kỳ khởi động, thời gian

nghỉ nhỏ nhất giữa hai lần đóng cắt là ≥ 15 phút với thang D và

≥ 60 phút với thang F, các thiết bị đóng cặt được lắp bên ngoài động cơ

3 Phương pháp khởi động mềm (Soft stater)

- Có thể coi đây là phương pháp khởi động tối ưu hiện nay bởi tính bền vững, không gian lắp đặt nhỏ, nhiều chức năng khởi động, vận hành liên tục Phương pháp này sử dụng các bộ điều khiển điện tử để hạn chế dòng điện khởi động, đồng thời điều chỉnh tang mô men mở máy một cách thích hợp,

vì vậy các chi tiết của động cơ chịu độ dồn nén về cơ khí ít hơn, tang 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 hưởng xấu đến các thiết bị khác trong lưới Phương pháp khởi động được

áp dụng ở đây là cần hạn chế điện áp ở đầu cực động cơ, tăng dần điện áp theo một chương trình thích hợp để điện áp tăng tuyến tính từ một giá trị xác định đến điện áp định mức Toàn bộ quá trình khởi động được điều khiển đóng mở thyristor bằng bộ vi xử lý với các cổng vào ra tương ứng, tần

số giữ không đổi theo tần số điện áp lưới Bộ khởi động mềm không những thay đổi giá trị điện áp đặt vào động cơ mà còn đưa ra nhiều cách khác nhau để điều khiển động cơ Điều này giúp bộ khởi động mềm lựa chọn tối

ưu đặc tính động cơ phù hợp với các đặc tính của tải

- Một số ứng dụng của phương pháp khởi động mềm:

 Động cơ điện chuyên chở vật liệu, động cơ có bộ biến đổi

 Động cơ có quán tính lớn (quạt gió, máy nén, máy bơm, băng

chuyền, …)

4 Một số phương pháp khởi động khác

Sử dụng điện kháng nối tiếp mạch stator

- Phương pháp này dùng trong động cơ có công suất nhỏ và trung bình Khi

mở máy trong mạch điện stato đặt nối tiếp một điện kháng Sau khi mở máy song bằng cách đóng cầu dao D2 (Hình 2.2) thì điện kháng này bị nối ngắn mạch Điều chỉnh trị số của điện kháng thì có thể có được dòng điện

mở máy cần thiết Do có điện áp giáng trên điện kháng nên điện áp mở máy

trên đầu cực động cơ điện U’k sẽ nhỏ hơn điện áp lưới U1 (Hình 2.2) Gọi

dòng điện mở máy khi mở máy trực tiếp là Ik, mômen mở máy khi mở máy trực tiếp Mk Sau khi thêm điện kháng vào, dòng điện mở máy còn lại I’k = k

Ik’ trong đó k < 1

Hình 2.2: Khởi động sử dụng điện kháng

- Ưu điểm: Của phương pháp này là thiết bị đơn giản

- Nhược điểm: Làm giảm dòng điện mở máy thì mômen giảm xuống bình

phương lần

Mở máy sử dụng biến áp tự ngẫu

- Động cơ được kết nối thêm một biến áp tự ngẫu trong quá trình khởi động Dùng biến áp tự ngẫu đảm bảo mômen mở máy lớn nhất ở một giới hạn

dòng điện đã cho do đó quy trình mở máy diễn ra nhanh hơn

- Ưu điểm: Dòng mở máy nhỏ, momen mở máy lớn, dùng cho các động cơ cao áp có dải lựa chọn cấp điện áp Phương pháp này rất ít hao phí điện

năng và có hiệu suất đạt cao hơn

- Nhược điểm: Giá thành thiết bị mở máy đắt tiền hơn so với phương pháp

mở máy trực tiếp hoặc mở máy sử dụng đổi nối sao tam giác

Xây dựng mạch động lực và mạch điều

khiển cho động cơ 3 KW

A Đối với sơ đồ khởi động trực tiếp

 Mạch động lực.

tải được lắp với các tiếp điểm thường đóng, một aptomat đê khởi động động cơ

 Mạch điều khiển.

- Khi khởi động động cơ ta nhấn nút Start S2 để kích hoạt contactors KM1, sau đó

dòng khởi động tự duy trì để mở máy Khi khởi động xong ta nhấn S1

B Phương pháp đổi nối sao – tam giác

 Mạch động lực

 Giải pháp tiêu chuẩn:

- Các thiết bị cơ bản gồm có: Aptomat, sử dụng ba contactors, tiếp điểm thường đóng, role, thiết bị bảo vệ có từ tính,

 Giải pháp thích nghi

- Sử dụng ba contactors (một contactors dòng, hai contactors để chuyển chế

độ động cơ) Dòng qua contactors KM2 và Km3 thì giảm 1/√3 lần so với bình thường Sử dụng một role quá tải riêng biệt như một đề nghị cho giải pháp thích nghi làm cho nó có thể có giá trị danh định thấp hơn so với khi

nó phải hạ dòng trực tiếp từ nam châm bảo vệ Q1 Nếu có sự cố gì đó như mất pha làm role nhảy thì tiếp điểm thường đóng F1 hở, contactors nhả

hết, động cơ dừng lại

 Mạch điều khiển

 Trường hợp dòng ≤ 80A

- Đầu tiên ta nhấn nút S2 ngay lập tức để kích hoạt contactors KM1, khi đó động cơ sẽ hoạt động ở chế độ hình sao, contactors KM1 tự duy trì trạng thái đóng

- Lúc này KM1 sẽ làm contactors dòng KM2 đóng lại, duy trì dòng chạy qua KM1 Khi đó khóa của contactors KM3 (contactors chuyển động cơ sang chế

độ tam giác) được mở KM2 làm tiếp điểm delayed đóng lại Một khi qua

thời gian trễ, contactors KM1 bị ngắt ra và contactors KM3 đóng lại, động

cơ chuyển sang chế độ tam giác

 Trường hợp dòng > 80A

- Quá trình điền khiển khởi động động cơ cũng tương tự như trường hợp khi

I ≤ 80A chỉ khác ở chỗ có thêm role thời gian KA1 Do dòng khá lớn nên role này có vai trò cung cấp thêm một khoảng thời gian trễ ngắn trước khi

contactors KM3 đóng lại, do đó giúp tránh được nguy cơ xảy ra ngắn mạch

trong quá trình khởi động

Tính chọn aptomat và contactors cho

- Tương ứng với các thông số của động cơ ta chọn được được aptomat như sau, ứng với điện áp động cơ 400V, công suất 3KW, dòng ngắn mạch

aptomat chịu được 100KA, dòng định mức từ 6…10A, dòng khởi động

138A Vậy ta lựa chọn loại aptomat GV2 ME14

- Một số chú ý khi lựa chọn aptomat:

 Điện áp tối đa của các aptomat phải lớn hơn điện áp định mức động

B Lựa chọn contactors

- Với các số liệu của động cơ như phần trên ta lựa chọn contactors như sau:

 Chọn điện áp theo bảng thông số là 690V

 Dòng định mức động cơ là 7.2A, nên với nhiệt độ thông thường ở 25A là ≤ 60 ℃ thỏa mãn

 Dòng khởi động tối đa động cơ là 43,2A ở 400v nên chọn giới hạn

làm việc vủa thiết bị ở 440V là 250A của loại LC1 D09 là thỏa mãn

- Tóm lại loại contactors thỏa mãn cho động cơ đã chọn là loại LC1 D09 Sau

khi lựa chọn được contactors ta phải kiểm tra độ bền điện của nó đạt yêu cầu hay không dựa vào số chu kỳ đóng cắt được thực tế theo tính toán

- Với động cơ khởi động sao tam giác ta phải lựa chọn loại khóa liên động phù hợp với từng loại contactors, theo như trong bảng sau