Khởi động động cơ điện không đồng bộ ba pha công suất trung bình và lớn trong các trạm bơm thuỷ nông

Khởi động động cơ điện không đồng bộ ba pha công suất trung bình và lớn trong các trạm bơm thuỷ nông

Bộ giáo dục và đào tạo Trờng đại học nông nghiệp I --------- --------- Đỗ Mạnh Cờng Khởi động động cơ điện không đồng bộ ba pha công suất trung bình và lớn trong các trạm bơm thuỷ nông Luận văn thạc sĩ kỹ thuật Chuyên ngành: in khớ hoỏ sn xut nụng nghip v nụng thụn M số: 60 52 54 Ngời hớng dẫn khoa học: TS. Bùi Đức Hùng Hà Nội - 2007 i Lời cam đoan Hà Nội, ngày 25 tháng 9 năm 2007 Tác giả luận văn Đỗ Mạnh Cờng Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu thực sự của tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong bản luận văn là trung thực và cha đợc công bố trong bất kỳ công trình khoa học nào trớc đó. ii Lời cảm ơn Trong thời gian nghiên cứu hoàn thành luận văn, tác giả đ gặp không ít khó khăn. Một mặt do trình độ còn hạn chế, mặt khác do thiếu thông tin t liệu và tài liệu tham khảo, song đợc sự giúp đỡ tận tình của TS. Bùi Đức Hùng Giảng viên bộ môn Thiết bị điện - Điện tử, Trờng ĐHBK Hà Nội, là ngời trực tiếp hớng dẫn tôi hoàn thành bản luận văn này. Tác giả chân thành cảm ơn các thầy cô giáo khoa Cơ điện trờng Đại học Nông nghiệp I, đ đóng góp những ý kiến quý báu cho bản luận văn. Tác giả chân thành cảm ơn Đảng uỷ, Ban giám hiệu trờng Cao đẳng Nghề cơ giới Ninh Bình, nơi tác giả đang công tác, đ dành thời gian và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho tác giả trong thời gian học tập và nghiên cứu. Tác giả chân thành cảm ơn tập thể lnh đạo và công nhân viên của trạm bơm Cổ Đam, trạm bơm Vĩnh Trị, trạm bơm Cốc Thành, trạm bơm Gia viễn đ tạo điều kiện cho tôi đợc thăm quan thực tế, tiếp cận thiết bị, tài liệu. Cuối cùng tác giả chân thành cám ơn lnh đạo khoa Cơ điện - Trờng Cao đẳng Nghề cơ giới Ninh Bình - nơi tác giả đang công tác đ tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp đỡ tôi hoàn thành khóa học này. Tác giả xin chân thành cảm ơn tới tập thể giáo viên khoa Cơ điện trờng Cao đẳng Nghề cơ giới Ninh Bình đ giúp đỡ tôi về tài liệu, tinh thần và thời gian để tôi hoàn thành đợc khóa học. Do thời gian có hạn, khó khăn về tài liệu và hạn chế về trình độ nên chắc chắn bản luận văn sẽ còn nhiều thiếu sót, tác giả mong nhận đợc sự thông cảm và đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp. Xin chân thành cảm ơn! Tác giả luận văn Đỗ Mạnh Cờng iii Mục lục Trang Lời cam đoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục bảng vi Danh mục hình vẽ vi Mở đầu 1 chơng 1. Tổng quan về động cơ điện công suất trung bình và lớn trong các trạm bơm thủy nông và các biện pháp khởi động 5 1.1 Khái quát chung 5 1.2 Khái quát hệ thống truyền động điện các máy bơm hiện nay 10 1.2.1 Chất lợng của hệ thống truyền động thủy lợi 10 1.2.2 Hệ thống truyền động điện các máy bơm hiện nay 10 1.3 Khởi động và dừng máy bơm 13 1.3.1 Khái quát chung 13 1.3.2 Tình hình trong nớc 15 1.3.3 Tình hình nớc ngoài 16 1.4 Động cơ không đồng bộ và các biện pháp khởi động 17 1.4.1 Giới thiệu chung về động cơ không đồng bộ 17 1.4.2 Khảo sát hiện trạng thiết bị khởi động ở các trạm bơm 18 1.4.2.1 Phơng pháp khởi động trực tiếp 19 1.4.2.2 Khởi động động cơ bằng đổi nối sao - tam giác 20 1.4.2.3 Khởi động động cơ bằng phơng pháp dùng MBA 21 1.4.2.4 Khởi động phơng pháp dùng cuộn kháng 24 1.4.2.5 Khởi động bằng phơng pháp dùng điện trở phụ 27 1.4.2.6 Khởi động động cơ dùng bộ khởi động thyristor 28 1.5 Động cơ đồng bộ và các biện pháp khởi động 31 iv 1.5.1 Giới thiệu chung về động cơ đồng bộ 31 1.5.2 Khảo sát hiện trạng thiết bị khởi động ở các trạm bơm 32 1.5.2.1 Mở máy theo phơng pháp không đồng bộ 32 1.5.2.2 Mở máy theo phơng pháp hoà đồng bộ 36 1.5.2.3 Giới thiệu hệ thống điều khiển động cơ đồng bộ trạm bơm Vĩnh trị 1 36 1.6 Phơng pháp nghiên cứu triển khai 37 1.6.1 Điều tra khảo sát 38 1.6.2 Nghiên cứu thực nghiệm và giải pháp kỹ thuật 38 1.7 Kết luận chơng 1 38 Chơng 2. Tính hiệu quả trong việc lựa chọn động cơ điện và các biện pháp khởi động 40 2.1 Tình trạng hiện tại về việc lựa chọn sơ đồ cấp điện, máy biến áp, động cơ điện và biện pháp khởi động khi thiết kế trạm bơm thuỷ nông 40 2.1.1 Máy biến áp 40 2.1.2. Động cơ điện 41 2.1.3 Biện pháp khởi động (trạm bơm Vĩnh Trị 1) 43 2.2 Một số đề xuất khắc phục các tồn tại đ nêu 46 2.2.1 Phơng án chọn động cơ phù hợp 46 2.2.2 Phơng án chọn biện pháp khởi động phù hợp 47 2.2.3 Giải pháp tiết kiệm điện năng trong quá trình vận hành 48 2.3 Kết luận chơng 2 49 Chơng 3. Giải pháp cho một trạm bơm cụ thể 50 3.1 Tình trạng hiện tại trạm bơm Gia Viễn 50 3.2 Phân tích u nhợc điểm của việc lựa chọn động cơ và biện pháp khởi động của trạm bơm Gia Viễn - Ninh Bình 52 3.2.1 Về việc lựa chọn động cơ 52 3.2.2 Về biện pháp khởi động 53 v 3.3 Các đề xuất nếu thiết kế trạm bơm tơng tự 55 3.4 Lựa chọn biện pháp điều khiển quá trình khởi động động cơ 58 3.5 Phơng pháp điều khiển tần số đặt vào stato động cơ trong quá trình khởi động 60 3.5.1 Nguyên lý làm việc cơ bản của biến tần. 60 3.5.2 Ưu điểm của biến tần trong điều khiển máy bơm nớc 61 3.5.3 Các tiêu chí lựa chọn 62 3.5.3.1 Đặc điểm chính 62 3.5.3.2 Các thông số chính 63 3.5.3.3 Các đặc điểm vận hành 63 3.5.3.4 Các chức năng bảo vệ 63 3.5.4 Giới thiệu bộ biến tần chuyên dùng cho bơm và quạt của hng Siemens loại: MICROMASTER 430 64 3.6 Phơng pháp điều khiển điện áp đặt vào stato động cơ trong quá trình khởi động 66 3.6.1 Đánh giá chung 66 3.6.2 Khởi động động cơ không đồng bộ bằng điện kháng phụ mắc vào mạch stato 68 3.6.3 Khởi động bằng bộ biến đổi thyristor 77 3.6.4 Giới thiệu khái quát về bộ khởi động mềm 83 3.7 Kết luận chơng 3 85 Nhận xét và kiến nghị 87 Kết luận 88 Tài liệu tham khảo 90 vi Danh mục các Bảng Số bảng Tên bảng Trang 1.1 Kết quả điều tra hiện trạng cung cấp điện một số trạm bơm 10 1.2 Một số loại bơm hớng trục đang sử dụng phổ biến tại các trạm bơm hiện nay 13 1.3 Kết quả điều tra thiết bị khởi động tại một số trạm 17 3.1 Bảng thông số kỹ thuật, giá tiền biến tần loại Micromaster 430 - điện áp làm việc 308 ữ480V 3AC; 50/60Hz 66 3.2 Kết quả đo khi khởi động động cơ 200kW - 590 vg/ph bằng cuộn kháng khô 70 3.3 Số liệu động cơ 200 kW - 590vg/ph 71 3.5 Kích thớc lắp đặt một số loại cuộn kháng khô 72 vii Danh mục các hình vẽ Số hình Tên hình Trang 1.1 Sơ đồ cung cấp điện cho trạm bơm 7 1.2 Sơ đồ 1 MBA công suất lớn cung cấp cho toàn bộ các máy bơm 8 1.3 Sơ đồ dùng nhiều MBA vận hành song song 9 1.4 Sơ đồ cấu trúc hệ thống TĐĐ máy bơm nớc thủy lợi 11 1.5 Đặc tính cơ bản của bơm hớng trục 15 1.6 Sơ đồ KĐ trực tiếp động cơ KĐB 3 pha dùng CD hoặc AT 20 1.7 Sơ đồ khởi động động cơ bơm bằng đổi nối - 21 1.8 Sơ đồ nguyên lý khởi động động cơ bơm bằng MBA tự ngẫu qua 3 cấp (60%; 80%; 100%)Uđm của động cơ 23 1.9 Sơ đồ khởi động động cơ bơm bằng cuộn kháng 25 1.10 Sơ đồ cung cấp điện 1 sợi trạm bơm Vĩnh Trị 1 27 1.11 Sơ đồ điều khiển động cơ bơm nớc bằng phơng pháp dùng điện trở phụ sử dụng khởi động từ và rơle thời gian 28 1.12 Đặc tính mômen khi thêm điện trở vào rôto để mở máy 28 1.13 Sơ đồ nguyên lý bộ khởi động thyristor loại KĐT 30 3.1 Sơ đồ khối nguyên lý làm việc của biến tần 62 3.2 Sơ đồ khởi động động cơ không đồng bộ bằng điện kháng phụ mắc vào mạch stato 69 3.3 ả nh chụp cuộn kháng khô 71 3.4 Kích thớc lắp đặt cuộn kháng khô 71 3.5 Sơ đồ tính toán khởi động bằng kháng phụ stato 74 3.6 Sơ đồ đấu cuộn kháng khởi động trong thực tế 74 3.7 Đặc tính mômen khi khởi động không tải 75 3.8 Đặc tính mômen khi khởi động có tải 75 viii 3.9 Đặc tính tốc độ khi khởi động không tải 75 3.10 Đặc tính tốc độ khi khởi động có tải 75 3.11 Đặc tính dòng điện khi khởi động không tải 76 3.12 Đặc tính dòng điện khi khởi động có tải 76 3.13 Đặc tính điện áp khi khởi động không tải 77 3.14 Đặc tính điện áp khi khởi động có tải 77 3.15 Đặc tính địên áp rơi trên một pha cuộn kháng và điện áp pha động cơ khi khởi động động cơ 200 theo sơ đồ hình 3 -6 78 3.16 Sơ đồ nguyên lý bộ khởi động thyristor loại KĐT 79 3.17 Dạng điện áp pha sau bộ điều khiển thyristor 80 3.18 Đặc tính mômen khi khởi động bằng thyristor 81 3.19 Đặc tính tốc độ khi khởi động bằng thyristor 82 3.20 Đặc tính dòng điện khi khởi động bằng thyristor 82 3.21 Đặc tính góc mở thyristor 83 Trng i hc Nụng nghip H Ni - Lun vn Thc s khoa hc k thut------------------------------------ 1 Mở đầu Nớc ta là một nớc nông nghiệp, tỉ lệ dân sống bằng nghề nông tơng đối cao. Chỉ tính riêng khu vực đồng bằng sông Hồng có diện tích 1,7 triệu hecta, trong đó có 80 vạn hecta canh tác với 17,5 triệu ngời. Đây là vùng có điều kiện thuận lợi cho phát triển sản xuất nông nghiệp, với nguồn nớc phong phú, đất đai màu mỡ, nhân lực dồi dào, khí hậu khá thuận [16]. Để chủ động trong việc tới tiêu là hết sức cần thiết cho sản xuất đem lại hiệu quả kinh tế cao và giải quyết nhiều vấn đề kinh tế x hội khác. Các hệ thống công trình thuỷ lợi ở đồng bằng sông Hồng chủ yếu phục vụ tới, tiêu trong sản xuất nông nghiệp. Trừ một số hồ chứa vừa và nhỏ không phụ thuộc nguồn nớc sông Hồng, còn lại hầu hết các công trình thuỷ lợi đều lấy nớc (qua cống, qua trạm bơm) từ sông Hồng và sự điều tiết của thuỷ điện Hoà Bình nhất là vào mùa khô. Ngoài phục vụ tới, tiêu các công trình thuỷ lợi còn cấp nớc cho nuôi trồng thuỷ sản, cấp nớc cho công nghiệp, sinh hoạt nông thôn, tiêu nớc nơi úng ngập, cải thiện môi trờng sinh thái.v.vNhng do xây dựng trên 40 năm nên nhiều công trình thuỷ lợi đ xuống cấp nghiêm trọng nên rất cần thiết phải đầu t nâng cấp, sửa chữa. Đồng bằng sông Hồng có khoảng 55 hệ thống thuỷ lợi, thuỷ nông vừa, gồm 500 cống, 1.700 trạm bơm điện chính, 35.000 trạm bơm nhỏ nội đồng, hơn 5 vạn kênh trục chính cấp 1,2,3; 35 hồ có sức chứa từ 0,5 triệu m 3 đến 230 triệu m 3 , nhiều hồ chứa nhỏ, nhờ đó, đảm bảo tới cho 765.000 ha (580.000 ha lúa mùa, 178.000 ha màu và cây công nghiệp ngắn ngày, 7.000ha cây công nghiệp dài ngày) đảm bảo tiêu nớc cho 510.000 ha [16]. Chủ trơng của Cục thuỷ lợi - Bộ nông nghiệp & PTNT là tận dụng nhà trạm bơm, chỉ cần thay mới máy bơm, cải tiến biện pháp khởi động cho phù hợp với các máy bơm trục ngang do trong nớc chế tạo từ những năm 1970, 1980 (khoảng 800 tổ máy bơm loại 4.000 m 3 /h) chạy tốn điện, khởi động rất . cơ điện không đồng bộ ba Khởi động động cơ điện không đồng bộ ba Khởi động động cơ điện không đồng bộ ba Khởi động động cơ điện không đồng bộ ba pha công. suất trung bình và lớn trong các trạm bơm thuỷ nông pha công suất trung bình và lớn trong các trạm bơm thuỷ nôngpha công suất trung bình và lớn trong các