TÍNH TOÁN VÀ PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ 4800MW11kVTheo yêu cầu của sản phẩm, động cơ điện lúc làm việc thường phải khởi động và dừng máy nhiều lần. Tùy theo tính chất của tải và tình hình của lưới mà yêu cầu về khởi động đối với động cơ điện khác nhau. Có khi yêu cầu mômen khởi động dòng lớn, có khi cần hạn chế dòng điện khởi động và có khi cần cả 2. Những yêu cầu trên đòi hỏi phải có tính năng khởi động thích ứng.Trong nhiều trường hợp do phương pháp khởi động hay do chọn động cơ có tính năng khởi động không thích đáng nên thường gây nên những sự cố không mong muốn.
Võ Duy Luyện – Châu Thành Hiển TÍNH TỐN VÀ PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ 4800MW-11kV Lý chọn đề tài 1.1 Đặt vấn đề 1.2 Các Phương pháp khởi động a Khởi động trực tiếp b Nối điện kháng nối tiếp vào mạch điện stato c Dùng biến áp tự ngẫu hạ điện áp mở máy d Mở máy phương pháp đổi nối Y-∆ e Khởi động động cách thêm điện trở phụ vào rôto f Phương pháp khởi động biến tần g Khởi động mềm h Phương pháp khởi động động động phụ Kết luận Tính tốn khởi động động 4800MW 2.1 Tính khởi động(dòng-moment-thời gian,…) 2.2 Thiết bị phương pháp khởi động động 4800MW Tính tốn chọn động phụ khởi động 3.1 Tính tốn chọn động phụ 3.2 Thiết bị điều khiển động phụ Chương trình điều khiển khởi động động dùng PLC S7-1200 - Viết chương trình dựa thời gian khởi động động , dòng khởi 1.3 động , tốc độ quay cần đạt,… Tủ điện điều khiển động - Chọn Thiết bị đóng ngắn cho động - Tủ điều khiển động Mơ Hướng phát triển đề tài Võ Duy Luyện – Châu Thành Hiển Võ Duy Luyện – Châu Thành Hiển Võ Duy Luyện – Châu Thành Hiển 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 dòng lớn, có cần hạn chế dòng điện khởi động có cần Những u 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 khơng 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 - Dòng điện khởi động nhỏ tốt Võ Duy Luyện – Châu Thành Hiển - Phương pháp khởi động thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắn , - Tổn hao công suất trình khởi động thấp tốt Những yêu cầu thường mâu thuẫn với nhau, yêu cầu dòng điện khởi động nhỏ thường làm cho mơmen 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 Với động khơng đồng có phương pháp sau : • • • • • • • Khởi động trực tiếp Phương pháp khởi động sử dụng cuộn kháng Phương pháp sử dụng biến áp tự ngẫu Phương pháp khởi động đổi nối Sao- Tam giác Khởi động biến tần Khởi động mềm Khởi động động phụ Phương trình cân mơmen q trình khởi động M – Mc =J Trong đó: o o o M - Mơmen điện từ động f1(ω); MC - Mômen cản tải: f2(ω); J - Mơmen qn tính o o o Tăng tốc độ thuận lợi dω/dt > → M > MC (M - MC) lớn tốc độ tăng nhanh Máy có qn tính lớn thời gian khởi động tk lớn Ta thấy: Dòng điện khởi động Ik: Ik = Thông thường: Ik = (4 ÷ 7)Iđm ứng với điện áp Uđm Mơmen khởi động Mk: Mk = Yêu cầu khởi động động : • Mơmen khởi động Mk phải lớn để thích ứng với đặc tính tải • Dòng khởi động Ik nhỏ tốt để không ảnh hưởng đến phụ tải khác • Thời gian khởi động tk cần nhỏ để máy làm việc • Thiết bị khởi động đơn giản, rẻ tiền, tin cậy tốn lượng Những yêu cầu trái ngược nhau, tùy theo yêu cầu sử dụng công suất lưới điện mà ta chọn phương pháp khởi động thích hợp 1.2 Các Phương pháp khởi động a 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 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 cuộn dây rô to nối tắt, rô to chưa kịp quay, thực chất động làm việc chế độ ngắn mạch Dòng động lớn, gấp dòng định mức từ đến lần Tuy dòng khởi động lớn mơ men khởi động lại nhỏ hệ số công suất cos0 nhỏ (cos0 = 0,1- 0,2), mặt khác khởi động, từ thông bị giảm điện áp giảm làm cho mơ 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 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 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 cơng suất nguồn, khởi động nhẹ (moment cản trục động nhỏ) Khi khởi động nặng người ta không dùng phương pháp Ưu điểm: o Thiết bị khởi động đơn giản o Mômen khởi động Mk lớn, o Thời gian khởi động tk nhỏ Nhược điểm: o Dòng khởi động Ik lớn làm ảnh hưởng đến phụ tải khác o Phương pháp dùng cho động công suất nhỏ công suất nguồn lớn nhiều lần công suất động b Nối điện kháng nối tiếp vào mạch điện stato Khởi động cách giảm điện áp đặt vào dây quấn stator: Mục đích phương pháp giảm dòng điện mở máy đồng thời mômen mở máy giảm xuống, tải u cầu có mơmen mở máy lớn phương phap khơng dùng Tuy thiết bị yêu cầu mômen mở máy nhỏ phương pháp rât thích hợp Các phương pháp sau nhằm mục đích giảm dòng điện khởi động Nhưng giảm điện áp mơmen khởi động giảm theo o Khởi động dùng cuộn kháng mắc nối tiếp vào mạch stator o Khởi động dùng mba tự ngẫu o Khởi động cách đổi nối Y → Δ Khi mở máy mạch điện stato đặt nối tiếp điện kháng Sau mở máy song cách đóng cầu dao D2 điện kháng bị nối ngắn mạch Điều chinh trị số điện kháng có dòng điện mở máy cần thiết Do có điện áp giáng điện kháng nên điện áp mở máy đầu cực động cở điện U’k nhỏ điện áp lưới U1 Gọi: o Dòng điện mở máy mở máy trực tiếp Ik o Mômen mở máy mở máy trực tiếp Mk Sau thêm điện kháng vào, dòng điện mở máy lại : I’k = k Ik’ (k< 1) Nếu cho hạ điện áp mở máy, tham số máy điện giữ không đổi dòng điện mở máy nhỏ đi, điện áp đầu cực động : U’k=kU1 Vì mơmen mở máy tỉ lệ với bình phương điện áp nên lúc mơmen mở máy bằng: M’k = k Mk’ Ví dụ: nối điện kháng vào phần ứng với k = 0,6 I’k = 0,6Ik & M’k = 0,36Mk Nghĩa 0,36 lần mômen mở máy lúc Uđm Ưu điểm: phương pháp thiết bị đơn giản Nhược điểm: làm giảm dòng điện mở máy mơmen giảm xuống bình phương lần Phương pháp dùng động có cơng suất nhỏ trung bình Sơ đồ: o Các cầu dao CD1 CD2, cuộn điện kháng CK Nguyên lý hoạt động: o Khi khởi động: CD2 mở, CD1 đóng, stato nối vào lưới điện qua điện kháng CK o Khi động quay ổn định: đóng CD2, ngắn mạch điện kháng CK, stato nối trực tiếp vào lưới I k = I dm = 474 A Dòng khởi động động khởi động phương pháp nhỏ nhiều so với khởi động phương pháp trực tiếp, giúp giảm tối thiểu ảnh hưởng khởi động thiết bị khác lưới điện chung Khi dòng khởi động nhỏ ta dễ dàng điều khiển bảo vệ thiết bị hơn, tốn tăng độ tin cậy thiết bị khởi động Vì ưu tiên sử dụng phương pháp khởi động động công suất lớn động phụ phổ biến Thời gian khởi động động tk phụ thuộc vào cơng suất thời gian khởi động động phụ Tính tốn dòng khởi động cho động phụ - pony motor : Nếu động phụ khởi động trực tiếp dòng khởi động theo lí thuyết tính toán sau : I dm phu = P 258000 = = 406 A U dm cos ϕ 690 × 0,92 Dòng khởi động Ik.phu khởi động trực tiếp có giá trị từ đến 10 lần dòng định mức I K phu = (7 ÷ 10) I dm phu = (7 ÷ 10) × 406 = 2842 ÷ 4060 A Dòng khởi động phương pháp lớn xấp xỉ với giá trị I k động khởi động phương pháp Với dòng khởi động cực lớn dễ dẫn đến sụt áp toàn lưới điện khởi động động cơ, gây ảnh hưởng đến thiết bị khác ảnh hưởng đến hiệu công việc Phương pháp khởi động Động phụ - pony motor biến tần, dòng điện khởi động Ik tăng dần từ Idm thay đổi phương pháp điều khiển thông qua biến tần I dm phu = P 258000 = = 406 A U dm cos ϕ 690 × 0,92 Ưu điểm việc sử dụng biến tần để điều khiển động phụ : Bảo vệ động khỏi mài mòn khí Khi khởi động động trực tiếp từ lưới điện, vấn đề shock hao mòn khí khơng thể kiểm sốt Biến tần giúp khởi động êm động cơ, trình khởi động - ngắt động diễn liên tục, hạn chế tối đa hao mòn khí Tiết kiệm điện, bảo vệ thiết bị điện hệ thống Khi khởi động trực tiếp, dòng khởi động lớn gấp nhiều lần so với dòng định mức, làm cho lượng điện tiêu thụ tăng vọt Biến tần không giúp khởi động êm, mà làm cho dòng khởi động thấp dòng định mức, tiết kiệm lượng điện thời điểm Đồng thời, khơng gây sụt áp (thậm chí gây hư hỏng) cho thiết bị điện khác hệ thống Ngoài tải bơm, quạt, máy nén khí…hoặc ứng dụng khác cần điều khiển lưu lượng/áp suất, biến tần giúp ngừng động chế độ khơng tải, từ tiết kiệm tối đa lượng điện tiêu thụ Đáp ứng yêu cầu công nghệ Đối với ứng dụng cần đồng tốc độ, ngành giấy, dệt, bao bì nhựa, in, thép,…hoặc ứng dụng cần điều khiển lưu lượng áp suất, ngành nước, khí nén…hoặc ứng dụng cẩu trục, thang máy…Việc sử dụng biến tần điều tất yếu, đáp ứng yêu cầu công nghệ, cải thiện suất Tăng suất sản xuất Đối với nhiều ứng dụng, ngành dệt, nhuộm, nhựa…việc sử dụng biến tần làm suất tăng lên so với sử dụng nguồn trực tiếp, giúp loại bỏ số phụ kiện cồng kềnh, hiệu puli, motor rùa (motor phụ)… II Chọn thiết bị điều khiển bảo vệ Danh sách thiết bị Dựa vào thơng số tính tốn yêu cầu cần thiết để khởi động động ta tiến hành lựa chọn thiết bị điều khiển bảo vệ động sau : Đối với động chính, khởi động động phụ nên ta không cần sử dụng thiết bị liên quan đến khởi động động Thiết bị cần sử dụng máy cắt dùng để đóng cắt cấp điện cho động nhận tín hiệu điều khiển Tên sản phẩm : máy cắt khơng khí ACB ABB loại VD4 Khả cắt Loại Dòng định mức In 25KA VD4 630A Mã sản phẩm Tiêu chuẩn 1206-25M IEC 62271 Hình ảnh Máy cắt điều khiển đóng cắt thơng qua tín hiệu 24VDC từ PLC động phụ đạt tốc độ ổn định n = 1473 rpm Tín hiệu đưa đến máy cắt để đóng cho động hoạt động, lúc động bắt động cấp điện hoạt động Đối với động phụ, thiết bị có chức khởi động động 258kW bảo vệ động ST T Tên thiết bị Đặc tính Nhà sản xuất Số lượng Inverter ACS800-02-0320-7 315KW 690VAC ABB S7-1200 6ES72121AD30-0XB0 24VDC Siemens Power supply 6EP1333-2BA20 24VDC 5A Siemens CB phase poles 6A LS Hình ảnh Light Input phase 400VAC Din rail terminal 24VDC Emergency button Radiator Siemens PTF500 1 Plastim Thiết bị quan trọng Inverter ACS800, biến tần đóng vai trò khởi động động phụ Biến tần dòng 0320 sử dụng phổ biến động hoạt động 690V công suất từ 100 kW đến 560kW Nó đánh giá cao việc điều khiển xác hiệu cao khởi động động Đối với động phụ 258kW việc sử dụng biến tần ACS800-02-0320-7 hợp lí Đặc tính thiết bị Các thiết bị lựa chọn sử dụng để khởi động động phải có đặc tính phù hợp với yêu cầu đề ban đầu phải đạt tiêu chuẩn thông số đặc tính kĩ thuật phù hợp với môi trường làm việc Đầu tiên máy cắt chân không VD-41206-25M, loại máy cắt cố định ABB, điện áp định mức đánh giá từ 11kV-12kV Máy cắt điều khiển tín hiệu 24VDC từ PLC để đóng cắt cấp điện cho động hoạt động cấp điện áp 11kV Sau vài thông tin loại máy cắt Thông tin sản phẩm Vd4 loạt máy cắt chân không mạch sử dụng nhà thiết bị chuyển mạch điện áp cao hệ thống Cấu trúc tổng thể bao gồm quan cơng tắc chế điều hành Cơ chế điều hành mùa xuân nạp loại, bạn chọn điện hoạt động tay Nó sử dụng tổng hợp vật liệu cách nhiệt, khơng gây nhiễm nổ vấn đề Có lợi đặc biệt, thích hợp cho số mạng nơi có cao chuyển đổi tần số phạm vi nơi nhiều lần ngắn mạch phá vỡ hoạt động xảy Vd4 loại chân khơng ngắt mạch sử dụng đơn vị cá nhân cho thiết bị chuyển mạch loại kyn28, AMS, gzs 1, ZS 1, unigear Tiêu chuẩn Gb1984 điện áp cao ac ngắt GBT/11022 phổ biến thông số kỹ thuật cho thiết bị chuyển mạch điện áp cao thiết bị điều khiển tiêu chuẩn Dl/t403 12kv-40.5kv điện áp cao chân không ngắt mạch đặt hàng thông số kỹ thuật IEC 62271- 100 thiết bị chuyển mạch điện áp cao thiết bị điều khiển phần 1: ac ngắt IEC 56 tương tự tiêu chuẩn khác nước công nghiệp Đối với khởi động cho động phụ biến tần ACS800-02-0320-7 690V/315kW phù hợp với đặc tính động Dòng ACS800-02 có dãy công suất từ 45 đến 560kW dãy điện áp từ 200V-690V, có chế độ điều khiển Direct Torque Control ( DTC ), tích hợp PLC có macro điều khiển : pump-fan, centriguge, extruder, master-follower, spinning-traverse, motion control Được lắp đặt tủ biến tần có incoming, outgoing, fan thiết bị kèm khác để điều khiển động Biến tần có ngõ giao tiếp chuẩn profibus, profinet với mạng truyền thơng giao tiếp PLC để dễ dàng điều khiển, cài đặt, giám sát hoạt động biến tần thơng qua mạng SCADA Khi có tín hiệu biến tần trả ngược PLC để thơng báo có lỗi xảy PLC nhận tín hiệu báo alarm lên hệ thống Các thiết bị kèm theo kết nối bên tủ biến tần ACS800 có cổng giao tiếp profibus với biến tần với PLC, địa thiết bị kết nối với toàn giám sát hình SCADA Bên tủ biến tần ACS800 có tiêu chuẩn interlock, chuẩn giao tiếp profibus, profinet,… Được ứng dụng rộng rãi nhà máy xi măng, sắt thép, bột giấy, cáp treo, máy khuấy, máy ép đùn, hàng hải, cẩu trục, tời, bơm, quạt đặc biệt ngành công nghiệp nặng Bộ nguồn power supply 6ES7212-1AD30-0XB0 Siemens có áp vào 24DC ngõ 24VDC, khả cấp dòng 5A Dùng để cấp nguồn cho module PLC hoạt động cấp nguồn cho ngõ vào PLC Nguồn cấp phải đảm bảo tín ổn định để đảm bảo tín hiệu ngõ vào xác khơng bị nhiễu Ta sử dụng nguồn 24VDC khác để cấp nguồn cho PLC phải đảm bảo độ tin cậy cấp điện Ở sử dụng sản phẩm CPU Siemens nên khuyến cáo nên dùng kèm nguồn Siemens để đồng sản phẩm tăng độ xác tin cậy cấp điện Thiết bị điều khiển giám sát việc khỏi động động phụ CPU 1212C DC/DC/DC 6ES7212-1AD30-0XB0 Siemens Đây CPU compact AC/DC/Relay, có 14 ngõ vào DI, 10 ngõ Relay DO 2A, đồng thời dòng CPU tích hợp analog có ngõ vào tương tự AI 0-10VDC ngõ AO 0-20mA Việc sử dụng PLC để giám sát khởi động cho động phụ cần thiết ta sử dụng biến tần ACS800 loại tương đương tủ biến tần có cơng suất lớn nên cần phải điều khiển giám sát hoạt động biến tần hoạt động motor nhằm đảm bảo cho việc khởi động động tối ưu hạn chế phát lỗi xảy cố Ở biến tần ACS800 có giao tiếp profibus với PLC nên tiện cho việc kết nối tín hiệu ngõ vào ngõ đồng thời thuận thiện cho việc giám sát thông qua mạng truyền thơng nội Các tín hiệu từ PLC cấp đến cho phép biến tần hoạt động ngõ AO cấp tín hiệu 0-20mA điều chỉnh tốc độ motor tăng dần từ đến định mức Lúc tín hiệu điều khiển tốc độ động giám sát thông qua mạng SCADA để giám sát điều khiển từ xa, dòng khởi động động phụ vòng 30s khơng vượt q mức cho phép tín hiệu AO tiếp tục xuất để tăng dần tốc độ động phụ Nếu có lỗi q dòng khởi động PLC nhận tín hiệu alarm lên hệ thống giám sát đồng thời dừng xuất tín hiệu AO tín hiệu cho phép biến tần hoạt động Thời gian khởi động động phụ kéo dài từ 3-5 phút tối ưu phải kéo theo trục động 4700kW nên cần thời gian khởi động lâu để giảm nhỏ dòng khởi động cần đủ momen để kéo trục động quay theo Sau thời gian khởi động, tốc độ động phụ đồng đạt đến định mức tín hiệu trả PLC, CPU xử lí theo chương trình ngắt tín hiệu cấp điện đến động phụ, lúc xuất tín hiệu đóng máy cắt VD4 cấp điện cho motor hoạt động Như hồn thành chu trình khởi động động thơng qua động phụ Tồn q trình khởi động giám sát điều khiển thơng qua hình SCADA I II Chương trình PLC khởi động động Yêu cầu chương trình Phần cứng PLC S7-1200 - CPU : CPU 1212C DC/DC/DC 6ES7 212-1AD30-0XB0 + Có đếm tốc độ cao HSC dùng cho ứng dụng đếm đo lường + Có ngõ PTO 100kHz để điều khiển tốc độ, động bước hay servo + Có ngõ PWM điều chế độ rộng xung cho ứng dụng điều khiển tốc độ động cơ, valve, nhiệt độ + Có 16 điều khiển PID với tính tự động xác định thơng số cho điều khiển (Autotuning) + 14 DI 24V + 10 DQ 24V - AI 4x13BIT/AQ 2x14BIT_1 6ES7 234-4HE32-0XB0 + AI 13 Bit + AQ 14 Bit - Địa III Sơ đồ mạch động lực IV Chương trình điều khiển VII Tủ điều khiển ... mạch điện stato đặt nối tiếp điện kháng Sau mở máy song cách đóng cầu dao D2 điện kháng bị nối ngắn mạch Điều chinh trị số điện kháng có dòng điện mở máy cần thiết Do có điện áp giáng điện kháng... bị khác lưới khởi động động công suất lớn Khởi động động phụ Do động kéo quay trước động phụ, sau động đạt tốc độ ổn định đóng máy cắt cấp điện cho động nên dòng khởi động động dòng định mức... khởi động điện áp đặt vào động thấp Dòng khởi động mơ men khởi động thấp Trong phần đầu khởi động, điện áp đặt vào động thấp … Nói cách khác, loại bỏ dao động khơng cần thiết trình khởi động