Đã đem đến cho chúng ta vô số những thành quả to lớn như ứng dụng điều khiển các thiết bị điện, động cơ điện như quạt và động cơ bơm Nội dung chính của đề tài mà chúng em thực hiện là “
Trang 1PHỤ LỤC
NHẬN XÉT CỦA GVHD: 3
NHẬN XÉT CỦA GVPB: 4
LỜI NÓI ĐẦU 6
LỜI CẢM ƠN 7
CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN 8
I ĐẶT VẤN ĐỀ 8
II.TẦM QUAN TRỌNG CỦA VẤN ĐỀ……… ………….…….7
III.GIỚI HẠN VẤN ĐỀ………8
IV MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU 9
V:HÌNH ẢNH VỀ KHỞI ĐỘNG MỀM 10
CHƯƠNG II :CƠ SỞ LÍ THUYẾT 13
I.KHỞI ĐỘNG MỀM VÀ DỪNG MỀM 13
2.1 giới thiệu chung 12
2.2 kỹ thuật khởi động và dừng khởi động 13
2.2.1 những nét chính ……… … 13
2.2.2 dừng tự do theo quán tính ……….14
2.2.3 dừng mềm ……….14
2.2.4 tiết kiệm năng lƣợng khi non tải ……… 15
II.CÁC GIẢI PHÁP KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ VÀ ƢU ĐIỂM CỦA BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM ABB 16 2.3 bộ khởi động mềm không thay đổi tần số nguồn cấp giống nhƣ biến tần 16
2.3.1Quạtlytâm: 17
2.3.2 Bơm ly tâm: 19
2.3.3 Máy nén : 20
2.4: ứng dụng 22
Trang 2CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BỘ ĐIỀU KHIỂN (KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3
PHA) 29
I: SƠ ĐỒ MẠCH ĐỘNG LỰC,MẠCH ĐIỀU KHIỂN 29
II: SỰ KHÁC BIỆT CỦA KHỞI ĐỘNG MỀM SO VỚI KHỞI ĐỘNG CỨNG 30
3.1 : Khởi động cứng: 30
3.2: Khởi động mềm: 30
CHƯƠNG 4: KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 30
I :PHẦN KẾT LUẬN 30
II:TÀI LIỆU THAM KHẢO 31
Trang 3NHẬN XÉT CỦA GVHD:
………
………
………
……….………
………
………
………
……….………
………
………
………
……….………
………
………
……….………
………
………
………
……….………
………
………
……….………
………
………
………
……….………
………
Trang 4NHẬN XÉT CỦA GVPB:
………
………
………
……….………
………
………
………
……….………
………
………
………
……….………
………
………
……….………
………
………
………
……….………
………
………
………
……….………
………
………
………
………
………
Trang 5……….………
………
………
………
……….………
………
………
………
……….………
………
………
……….………
………
……….………
………
………
………
……….………
………
………
……….………
………
………
………
……….………
………
………
Trang 6LỜI NÓI ĐẦU
Đồ án này là mốc quan trọng để kiểm tra nhận thức của sinh viên trong thời gian học tập và những kiến thức đã được giảng dạy ở trong trường Đồng thời nó còn đánh giá khả năng vận dụng lý thuyết để phân tích tổng hợp và giải quyết các bài toán trong thực tế khi làm đồ án sinh viên trao đổi, học hỏi trao dồi kiến thức
Nhận thức tầm quan trọng đó chúng em đã làm việc nghiêm túc vận dụng những kiến thức sẵn có của bản thân, những đóng góp ý kiến của bạn bè và đặc biệt là sự hướng dẫn của ThS NGUYỄN VĂN PHƯỚC và một số thầy cô giảng dạy trong khoa điện của Trường Cao Đẳng Công Thương TPHCM để hoàn thành
đồ án này Trong quá trình thực hiện đề tài này cũng có nhiều sai sót hy vọng quý thầy thông cảm và bỏ qua,chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy
Trang 7LỜI CẢM ƠN
Chúng em xin chân thành bày tỏ lòng biết ơn đến các thầy cô trong khoa điện Trường Cao Đẳng Công Thương Thành Phố Hồ Chí Minh, đặc biệt là các thầy cô trong bộ môn đã truyền thụ cho nhóm chúng em những kiến thức quý báu trong thời gian qua
Chúng em xin chân thành cảm ơn ThS NGUYỄN VĂN PHƯỚC , giảng viên Trường Cao Đẳng Công Thương Thành Phố Hồ Chí Minh đã tận tâm hướng dẫn,cung cấp tài liệu và tạo mọi điều kiện thuận lợi để nhóm có thể hoàn thành đồ
án này
Trường Cao Đẳng Công Thương Thành Phố Hồ Chí Minh
Trang 8CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN
I ĐẶT VẤN ĐỀ
Những thành tựu của khoa học và kỹ thuật đã có nhiều ứng dụng rất lớn trong cuộc sống cũng như trong công nghiệp hiện nay Đã đem đến cho chúng ta vô số những thành quả to lớn như ứng dụng điều khiển các thiết bị điện, động cơ điện như quạt
và động cơ bơm
Nội dung chính của đề tài mà chúng em thực hiện là “ NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT
KẾ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHA” Động cơ không đồng bộ ba pha được dùng rộng rãi trong công nghiệp, vì chúng có cấu trúc đơn giản, làm việc với độ tin cậy, nhưng có nhược điểm là dòng điện khởi động lớn, gây ra sụt áp trong lưới điện.Vì vậy đề tài của chúng em là phải nghiên cứu và thiết kế bộ khởi động mềm để điều khiển sao cho có thể làm hạn chế dòng điện khởi động , đồng thời điều chỉnh tăng mô men mở máy một cách hợp lý, cho nên các chi tiết của động cơ chịu độ dồn nén về cơ khí ít hơn, tăng 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 điện
II TẦM QUAN TRỌNG CỦA VẤN ĐỀ
Ứng dụng của bộ khởi động mềm có ý nghĩa rất lớn và rất quan trọng trong công nghiệp vì nó tiết kiệm điện năng rất lớn, tăng tuổi thọ làm việc của động cơ hoạt động và không ảnh hưởng đến các thiết bị khác trong lưới điện khi động cơ vận hành.Ứng dụng này rất có giá trị để điều khiển điện áp đặt vào động cơ sẽ giảm dòng khởi động xuống còn 1.5 đến 3 lần dòng định mức, phụ thuộc vào chế độ tải
vì khi động cơ được đóng trực tiếp vào lưới điện dòng khởi động của động cơ không đồng bộ sẽ rất lớn từ 5 đến 7 lần đồng định mức.Điều này gây ảnh hưởng rất lớn đến các thiết bị dùng điện khác nhất là khi công suất lưới bị giới hạn hay ở cuối đường dây có sụt áp lớn.Có thể 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
Trang 9III GIỚI HẠN VẤN ĐỀ
Đề tài “ NGHIÊN CỨU VÀ THIẾT KẾ BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM CHO ĐỘNG CƠ KHÔNG 3 PHA” có thể giải quyết được vấn đề giảm dòng khởi cho động cơ khi khởi động và điều khiển điện áp ở đầu cực động cơ nhưng vẫn hạn chế là chưa thể nghiên cứu sâu hơn nữa những tính năng thực của bộ khởi động mềm được bán trên thị trường hiện nay như: bảo vệ quá nhiệt cho động cơ, tích hợp hình thức giao tiếp mạng kiểu Modbus, điều khiển kết hợp với contactor nối tắt khi điều khiển xong tránh tổn hao nhiệt, có các ngõ vào ra đa chức năng
IV MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU
Đề tài chúng em tìm hiểu về động cơ không đồng bộ 3 pha và nghiên cứu và thiết
kế bộ khởi động mềm Mục đích thực hiện của đề tài là nghiên cứu nguyên lý và thiết kế mạch điện tử cũng như tìm hiểu về tập lệnh của vi điều khiển để lập trình điều khiển động cơ
Trong quá trình thực hiện đề tài này cũng có nhiều sai sót hy vọng quý thầy thông cảm và bỏ qua,chúng em xin chân thành cảm ơn quý thầy
Trang 10V:HÌNH ẢNH VỀ KHỞI ĐỘNG MỀM
(1 SFC 132198F0001)
Trang 13CHƯƠNG II :CƠ SỞ LÍ THUYẾT
I.KHỞI ĐỘNG MỀM VÀ DỪNG MỀM
Động cơ không đồng bộ 3 pha dùng rộng rãi trong công nghiệp, vì chúng có cấu trúc đơn giản, làm việc tin cậy, nhưng có nhược điểm dòng điện khởi động lớn là vấn
đề khởi động mềm và dừng mềm động cơ
2.1 GIỚI THIỆU CHUNG
Động cơ không đồng bộ 3 pha dùng rộng rãi trong công nghiệp, vì chúng có cấu trúc đơn giản, làm việc tin cậy, nhưng có nhược điểm dòng điện khởi động lớn, gây ra sụt áp trong lưới điện Phương pháp tối ưu hiện nay là dùng bộ điều khiển điện tử để hạn chế dòng điện khởi động, đồng thời điều chỉnh tăng mô men mở máy một cách hợp lý, vì vậy các chi tiết của động cơ chịu độ dồn nén về cơ khí ít hơn, tăng 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 Đó là quá trình khởi động mềm (ramp) toàn bộ quá trình khởi động được điều khiển đóng mở thyristor bằng bộ vi
sử lý 16 bit với các cổng vào ra tương ứng, tần số giữ không đổi theo tần số điện
áp lưới Ngoài ra còn cung cấp cho chúng ta những giải pháp tối ưu nhờ nhiều chức năng như khởi động mềm và dừng mêm, dừng đột ngột, phanh dòng trực tiếp, tiết kiệm năng lượng khi non tải Có chức năng bảo vệ động cơ như bảo vệ quá tải, mất pha
* Những ứng dụng điển hình của bộ khởi động mềm
- Động cơ điện cho chuyên chở vật liệu
- Động cơ bơm
- Động cơ vân hành non tải lâu dài
- Động cơ có bộ chuyển đổi (ví dụ hộp số, băng tải )
- Động cơ có quán tính lớn (quạt, máy nén, bơm, băng truyền, thang máy, máy
Trang 14nghiền, máy ep, máy khuấy, máy dệt …
* Những đặc điểm khác:
- Bền vững tiết kiệm không gian lắp đặt
- Có chức năng điều khiển và bảo vệ
khiển điện áp khi khởi động và dừng, tức là trị số hiệu dụng của điện áp là thay đổi
Nếu dừng động cơ, mọi tín hiệu kích mở thyristor bị cắt và dòng điện dừng tại điểm qua không kế tiếp của điện áp nguồn
Giải thích:
IA – Dòng điện ban đầu khi khởi động trực tiếp
Trang 15IS – Dòng điện bắt đầu có ramp điện áp
In – Dòng điện định mức của động cơ
Us – Điện áp bắt đầu ramp
Un – Điện áp định mức của động cơ
tr - Thời gian ramp
n - Tốc độ động cơ
Nếu phát hiện động cơ đạt tốc độ yêu cầu trước khi hết thời gian đặt của bộ khởi động mềm, điện áp vào lập tức được tăng lên 100% điện áp lưới, đó chính là chức năng phát hiện tăng tốc
2.2.2 dừng tự do theo quán tính
Nếu điện áp cấp bị cắt trực tiếp, động cơ chạy theo quán tính cho tới khi dừng trong khoảng thời gian xác định Thời gian dừng với mômen quán tính nhỏ có thể rất ngắn, cần tránh trường hợp này đề phòng sự phá huỷ về cơ và sự dừng tải đột ngột không mong muốn
2.2.3 dừng mềm
Không nên cắt trực tiếp các động cơ có mômen quán tính nhỏ như băng truyền, thang máy, máy nâng để đảm bảo không nguy hiểm cho người, thiết bị và sản phẩm
Nhờ chức năng dừng mềm mà điện áp động cơ được giảm từ từ trong khoảng từ 1 đến 20 giây tuỳ thuộc vào yêu cầu Điện áp ban đầu cho dừng mềm Ustop = 0,9Un
và điện áp cuối quá trình vào khoảng 0,85 điện áp ban đầu Thời gian ramp điện
áp tới 1000 giây cùng điện áp đầu và cuối quá trình dừng mềm đặt theo chương trình
Trang 16
Như vậy, thực chất dừng mềm là cố ý kéo dài quá trình dừng bằng cách giảm từ từ điện áp nguồn cung cấp vào động cơ Nếu trong quá trình dừng mà có lệnh khởi động, thì quá trình dừng này lập tức bị huỷ bỏ và động cơ được khởi động trở lại
2.2.4 tiết kiệm năng lượng khi non tải
Nếu động cơ điện vận hành không tải hay non tải, trong trường hợp này khởi động mềm giúp tiết kiệm điện năng nhờ giảm điện áp động cơ tới gia trị U0, việc giảm điện áp do đó làm giảm dòng điện, dẫn đến giảm bớt cả tổn hao đồng và tổn hao sắt %
II.CÁC GIẢI PHÁP KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ VÀ ƯU ĐIỂM CỦA
hư hỏng cho các vật liệu dễ vỡ khi được tải trên băng chuyền
Trang 17Tất cả động cơ đều đều được dùng để khởi động hay lai các ứng dụng khác nhau Chúng ta sẽ tìm hiểu vài ứng dụng động cơ thông dụng nhất: bơm ly tâm, quạt và máynén
2.3.1Quạt ly tâm:
Quạt thường cần momen quán tính lớn khi khởi động do nó có các cánh gió lớn Đôi khi để giảm tải khi khởi động, người ta đóng kín van cấp gió, quạt khởi động ở chế độ không tải nên việc khởi động dễ dàng hơn Tuy nhiên momen quán tính khởi động vẫn cao nên thời gian khởi động vẫn còn khá dài Khởi động trực tiếp: monen quán tính cao của cánh quạt sẽ dẫn tới thời gian khởi động dài Dòng khi khởi động trực tiếp rất cao có thể làm sụt nghiêm trọng điện áp nguồn gây ảnh hưởng tới các thiết khác
Quạt ly tâm thường được kéo bởi 1 hay nhiều dây đai truyền lực Trong khi khởi động, các đai này có xu hướng bị trượt do lực khởi động quá lớn và các đai này không thể truyền tất cả lực do động cơ tạo ra Điều này làm tăng chi phí bảo dưỡng cho đai truyền, các ổ đỡ và gây tổn thất do dừng sản xuất để thay thế
Trang 18Khởi động sao-tam giác : phương pháp này tạo lực khởi động thấp Do lực tỷ lệ với bình phương dòng điện, lực do động cơ tạo ra ở chế độ sao có thể không đủ mạnh để gia tốc cánh quạt đạt tới tốc độ định mức Khi chuyển sang chế độ tam giác, xung lực và dòng điện tăng vọt với cường độ bằng hoặc thậm chí lớn hơn so với khởi động trực tiếp Điều này làm đai truyền động bị trượt Ta có thể khắc phục bằng cách kéo căng đai truyền, nhưng làm vậy sẽ tăng áp lực cơ lên các ổ đỡ tại cả động cơ và quạt từ đó làm tăng chi phí bảo dưỡng Khởi động mềm: để khắc phục vấn đề đai truyền bị trượt, ta cần giàm momen lực tại thời điểm khởi động Các bộ khởi động mềm của ABB sẽ giàm điện áp cấp vào động cơ tại thời điểm khởi động Sau đó điện áp sẽ được tăng lên để kéo cánh quạt
Bộ khởi động mềm cho phép ta điều chỉnh lực khởi động phù hợp với bất kỳ điều kiện khởi động nào, cả không tải lẫn toàn tải Dòng khởi động sẽ giảm và tránh đượcsụtápnguồnlưới
Một số bộ khởi động mềm được tích hợp sẵn bộ bảo vệ non tải, nó sẽ dừng động cơkhi nhận thấy dòng điện bị sụt do đứt dây đai Lựa chọn bộ khởi động: Cánh quạt thường lớn, tạo ra lực quán tính lớn nên khởi động thường khó khăn Ta nên chọn bộ khởi động mềm có công suất lớn hơn công suất thực của động cơ Quán
tính lớn của quạt làm tăng thời gian dừng, ta nên tránh sử dụng chức năng dừng theo
Thông số cài đặt khuyến nghị:
voltage: 30 % Current limit: 4
* Ie
Trang 192.3.2 Bơm ly tâm:
Có nhiều loại bơm như bơm pít-tông, bơm ly tâm, bơm trục vít… Trong đó bơm ly tâm là loại phổ biến nhất, ta sẽ thảo luận về loại bơm này
Khởi động trực tiếp: khởi động bơm không gây vấn đề gì về điện nhưng nó sẽ làm
hệ thống ống dẫn bị mòn và trầy xướt do các xung áp lực chất lỏng, đặt biệt là khi dừng đột ngột Do quán tính cánh bơm nhỏ và momen hãm lớn, dừng trực tiếp bơm đột ngột sẽ tạo ra các xung búa và áp lực rất lớn Nếu hê thống ít khi dừng thì không có vấn đề, nhưng nếu cần khởi động-dừng liên tục nó sẽ bào mòn toàn bộ hệ thống bơm Điều này gây ra chi phí bảo trì lớn, thậm chí phải dừng sản xuất bất thường để sửa chữa
Khởi động sao-tam giác: dùng phương pháp này sẽ giảm được dòng khởi động Tuy nhiên động cơ có thể không đủ lực để khởi động và không đạt tới được tốc độ định mức ở chế độ sao Momen xoắn tải bậc hai trở nên quá lớn đối với động cơ khi nó đạt tới 80-85% tốc độ đinh mức Để tiếp tục gia tốc lên tốc độ định mức, chế độ tam giác được đưa vào, khi đó côngtắctơ sao mở, côngtắctơ tam giác đóng
Để tránh ngắn mạch, cần có thời gian trễ khoảng 50ms khi chuyển giữa 2 chế độ Tuy nhiên, do momen hãm của bơm lớn, động cơ sẽ giảm tốc trong khoảng thời gian này Trong động cơ vẫn có từ trường và khi côngtắctơ tam giác đóng vào, điện áp chênh lệch giữa lưới và động cơ có thể tăng lên gấp đôi, tới 800V đối với lưới 400V Điện áp 800V này sẽ tạo ra xung dòng điện rất cao, có thể cao hơn cả xung từ hóa cực đại khi khởi động trực tiếp Nó cũng có thể tạo ra xung lực lớn và sau vài lần khởi động ,trục nối giữa động cơ và tải có thể bị hỏng Bên cạnh đó, ta chỉ có thể dừng trực tiếp và điều này cũng gây ra các xung búa và
áp suất cao khi dừng
Khởi động mềm: Bộ khởi động mềm của ABB sẽ giúp làm giảm momen khởi động ban đầu của động cơ bằng việc giảm điện áp cấp vào Trong quá trình khởi động, nó sẽ tăng điện áp lên cho động cơ đủ mạnh để gia tốc bơm lên tốc độ định mức mà không gây ra các xung lực hay xung dòng nào Bộ khởi động mềm cũng
hỗ trợ khi dừng bơm nhờ chức năng giảm tốc theo hàm dốc của điện áp đầu vào,
Trang 20nhờ vậy tránh được các xung búa và áp suất cao khi dừng Tuy nhiên, trong nhiều trường hợp, chức năng trên vẫn chưa đủ Khi đó ta phải dùng bộ khởi động mềm điều khiển được momen nhằm giảm lực và dừng động cơ theo cách tối ưu nhất để tránh hoàn toàn hiện tượng búa nước
Một số bộ khởi động mềm còn có chức năng: bảo vệ non tải giúp bảo vệ động cơ khi bơm không có nước, kích khởi động các bộ bơm và khóa rôto để tránh hư hỏng
do bị kẹt khi vận hành
Lựa chọn bộ khởi động: bơm thường có cánh bơm nhỏ với quán tính ít Điều này giúp ta chọn bộ khởi động mềm có công suất bằng với công suất thực của bơm Nếu bơm phải thường xuyên khởi động, 10 lần/giờ thì nên chọn công suất bộ khởi động cao hơn 1 cấp
Thông số cài đặt khuyến nghị: