Nghiên cứu nâng cao chất lượng truyền điện động máy bơm nước thuỷ lợi công suất bằng và lớn hơn 75 kw

Thạc sĩ, tiến sĩ, cao học, luận văn, khóa luận

Tôi xin cam đoan các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và chưa hề sử dụng và bảo vệ một học vị nào

Mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn

và các thông tin trích dẫn trong luận văn này đều đã được chỉ rõ nguồn gốc

Tác giả

Nguyễn Trung Mười

Trong quá trình học tập và nghiên cứu tại lớp học Cao học cơ

Điện khoá 11 chuyên ngành Điện Nồng nghiệp Trường Đại học Nông nghiệp 1-Hà Nội Tôi đã nhận được sự giúp đỡ giảng dạy nhiệt tình của các thầy cô giáo trong và ngoài trường Nhân dịp này tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới các Giaó Sư Tiến Sĩ và các thầy cô giáo Khoa ếua Đại Học, Khoa Cơ Điện Trường Đại Học Nông Nghiệp 1- Hà Nội

Tôi cũng xin chân thành bày tỏ lời cảm ơn sâu sắc tới:Trung Tâm Bơm và Máy Xây Dựng - Viện khoa học thuỷ lợi,, các Công Ty khai thác các công trình thuỷ lợi,; Sở Nông Nghiệp các Tỉnh: Vĩnh Phúc; HảI Dương; Hà Tây; Phòng Thí Nghiệm Cơ Điện ViLas 019 Viện Cơ Điện và Công Nghệ Sau Thu Hoặch, và đặc biệt là của PGS.Tiến Sỹ Trần Mạnh Hùng đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ tôi hoàn thành đề tài nghiên cứu này,

Do trình độ và thời gian thực hiện đề tài,có hạn, không tránh khỏi những thiếu sót, rất mong tiếp tục nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô giáo và các bạn đồng nghiệp để đề tài được hoàn thiện hơn

Tác giả

Nguyễn Trung Mười

Mục lục

Trang

Lời cam đoan……… i

Lời cảm ơn……… ii

Mục lục……… iii

Mở đầu……… 1

Chương 1: Tổng quan tình hình trang bị và sử dụng điện năng Trong các trạm bơm thuỷ lợi ở Việt Nam 3 1-1 Khái quát chung……… 3

1-2 Đặc điểm cung cấp và sử dụng điện của các trạm bơm 4

1.3 Hệ thống truyền động điện máy bơm ……… 7

1.4 Khởi động và dừng máy bơm……… ……… 10

Chương 2: Phương pháp nghiên cứu ……… 16

2.1 Phương pháp tiếp cận………

2.2 Đối tượng và phương pháp điều tra khảo sát……… ……

2.3 Nghiên cứu thực nghiệm ……….……

2.4 Danh mục trang thiết bị sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm

Chương 3 Cơ sở khoa học và thực tiễn nâng cao chất lượng Truyền Động Điện Máy Bơm Nước Thuỷ Lợi công suất bằng và lớn hơn 75 kW……

17 3.1 Mômen cản của máy bơm 17

3.2 khởi động và dừng bơm bằng các phương pháp thông thường 19 3.3 Khởi động mềm bằng van bán dẫn ………… 31

3.3.1 Nguyên lý chung 31

3.3.2 Thiết bị khởi động, điều khiển tối ưu công suất và dừng mềm 34 3.4 Phương pháp khởi động, điều khiển và dừng bơm ………… 43

3.4.1 KháI quát chung ……… 43

3.4 2 Khởi động,điều khiển và dừng mềm bơm ……… 46

3.5 Kết quả điều tra khảo sát 56 3.6 Kết quả nghiên cứu thực nghiệm……… 61

3.7 Giải pháp kỹ thuật nâng cao chất lượng và hiệu quả truyền động điện máy bơm ………

74 3.7.1 Mô hình hệ thống Truyền Động Điện Máy Bơm thuỷ lợi chất lượng cao

74 3.7.2 Giải pháp rút gọn 75

Chương 4: Kết luận và kiến nghị……… 77

Tài liệu tham khảo ……… 79

Phụ lục và một số hình ảnh

Tuy nhiên, hệ thống máy bơm và các trang thiết bị điện đầu tư qua nhiều giai đoạn, khá cũ kỹ chưa đáp ứng được các yêu cầu ngày càng cao của thực tiễn sản xuất hiện nay Nhiều trạm bơm đang sử dựng các thiết bị khởi

động chất lượng thấp, thiếu đồng bộ, độ an toàn trong vận hành và thao tác thấp kém, ảnh hưởng lớn đến chất lượng và hiệu quả khai thác các công trình

và máy bơm thuỷ lợi, cần được cải tiến và nâng cấp

ở các nước tiên tiến, người ta đã áp dụng rộng rãi các hệ thống thiết bị truyền động điện, trong đó có bộ “bộ khởi động mềm” chất lượng cao cho các trạm bơm thuỷ lợi, có tính năng kỹ thuật và trình độ tự động hoá cao, an toàn cho người và thiết bị, đảm bảo cho hiệu quả sản xuất kinh doanh cao

Từ những năm 1980 ở nước ta đã có các nghiên cứu thử nghiệm ứng dụng các thiết bị khởi động bằng điện trở, cuộn kháng, biến áp tự ngẫu và bộ khởi động Thyristo trong sản xuất Thiết bị khởi động, điều khiển và dừng mềm động cơ máy bơm công suất lớn trên 75 kW đã được nghiên cứu ứng dụng thử nghiệm nhằm giảm chi phí điện năng, nâng cao độ ổn định, tin cậy

và an toàn bước đầu đã cho các kết quả khả quan

Nghiên cứu ứng dụng các thành tựu khoa học công nghệ tiên tiến của các nước phát triển vào điều kiện Việt nam là việc làm thiết thực và bổ ích, có

ý nghĩa khoa học và thực tiễn góp phần thúc đẩy thực hiện công cuộc công nghiệp hoá và hiện đại hoá đất nước, tiến tới hội nhập kinh tế khu vực toàn cầu

Chương I

Tổng quan tình hình trang bị và sử dụng điện năng

Trong các trạm bơm thuỷ lợi ở Việt Nam

1.1 Khái quát chung

Tục ngữ có câu “Nhất nước, nhì phân, tam cần, tứ giống“ Nước giữ vị trí hàng đầu trong các khâu thâm canh canh tác lúa và cây trồng Tưới tiêu là biện pháp trước tiên để nâng cao năng suất mùa màng và hiệu quả kinh tế của diện tích canh tác, ổn định an ninh lương thực và thực phẩm cho toàn xã hội; nhất là đối với nước ta có địa hình phức tạp và khí hậu khắc nghiệt, mang tính mùa vụ

Nước ta là một nước nông nghiệp, tỉ lệ dân số sống bằng nghề nông chiếm khoảng 75% dân số cả nước Hiện nay nước ta có khoảng hơn 9 triệu ha trong đó việc tưới tiêu nước cho cây trồng hầu hết phải dựa vào hệ thống mương máng các công trình thuỷ lợi và các trạm bơm nước Gần 7,6 triệu ha

được chủ động tưới tiêu bởi hàng trăm các công trình thuỷ lợi lớn và hàng triệu máy bơm các loại đang hoạt động để phục vụ sản xuất nông nghiệp Nhờ

có hệ thống kênh mương và các trạm bơm thuỷ lợi mà nước ta đã tăng từ một

vụ lên hai đến ba vụ trên năm [22]

Chỉ riêng các tỉnh đồng bằng bắc bộ và bắc khu 4 cũ ta đã xây dựng

được gần 40 công trình thuỷ lợi lớn và gần 120 hệ thống vừa và nhỏ, với gần

5000 trạm bơm được lắp đặt với số lượng máy bơm khoảng hơn 13.300 máy các loại có lưu lượng từ 540 m3/h đến 32.000 m3/h, hầu như 100% các trạm bơm nước cố định đã được điện khí hoá, theo số liệu điều tra của cục quản lý nước Bộ NN & PTNT năm 2002 [18]

Các máy bơm hiện đang sử dụng rất đa dạng về chủng loại, hình thức, kết cấu, công suất thiết kế (trục đứng, trục ngang, trục xiên, bơm chìm …)

Hầu hết những bơm lớn có cấu tạo phức tạp và có trang thiết bị kỹ thuật tương

đối hoàn chỉnh, đa số nhập từ nước ngoài, một số lượng lớn bơm được sản xuất trong nước Điện năng tiêu thụ phục vụ cho tưới, tiêu hàng năm lên tới trên 300 triệu kWh (chiếm gần 85% điện sử dụng cho nông nghiệp)., trong đó công suất thiết kế cho tưới khoảng trên 230.000kW và cho tiêu nước khoảng 300.000kW, ngoài ra còn có hàng vạn máy bơm nhỏ hoạt động ở khắp nơi Nhiều trạm bơm có tới hàng chục máy bơm công suất lớn như: Gia Viễn – Ninh Bình, Quế – Hà Nam, Vân Đình – Hà Tây; Thanh Điềm; Đại Định Vĩnh Phú Thường số lượng bơm cỡ lớn (lưu lượng trên 4000m3/h, công suất động cơ bằng và lớn hơn 75kW) chiếm khoảng 30-40% trong tổng số đầu máy sử dụng Các trạm bơm này luôn là những trợ thủ đắc lực phục vụ cho việc tưới tiêu trong nông nghiệp [18]

Nghiên cứu các giải pháp nâng cao chất lượng, hiệu quả của các công trình thuỷ lợi và của các trạm bơm điện đối với sản xuất nông nghiệp là vấn đề

có ý nghĩa rất lớn, cần phải được nghiên cứu một cách đồng bộ và đầy đủ Song song với các giải pháp về công trình, về cơ khí, các giải pháp truyền

động điện có ý nghĩa cực kỳ quan trọng

1.2 Đặc điểm cung cấp và sử dụng điện của các trạm bơm thuỷ lợi

Hầu hết các trạm bơm thuỷ lợi hiện có được cung cấp điện từ lưới điện trung áp 6 đến 35 kV qua trạm biến áp hạ áp đặt tại trạm bơm, tuỳ thuộc đặc

điểm địa bàn cụ thể của các trạm bơm, đa số các trạm bơm đều xa hệ thống

đường dây tải điện (thường từ 3 đến 5 km) để cấp điện cho các trạm bơm phải dùng đường dây phân nhánh riêng, hầu hết các máy biến áp (MBA) của các trạm đều sử dụng loại máy biến áp ngoài trời Năng lượng điện từ lưới điện

được dẫn tới máy bơm theo sơ đồ khối như hình 1.1

Các MBA có nhiệm vụ phải cung cấp đủ điện năng và dư công suất để

đáp ứng điều kiện khởi động cho các máy bơm Thường công suất của MBA

được lắp bằng 125% tổng công suất máy bơm

Lưới điện trung áp

Hình 1.2- Sơ đồ cung cấp điện bằng 1 MBA công

suất lớn cung cấp cho tất cả các máy bơm của trạm

Phụ tải sinh hoạt

P 1

35kV (10kV)

MC1 MBA135/0,4kV

Sơ đò sử dụng một máy biến áp công suất lớn, phục vụ cho tất cả các máy bơm của trạm còn các phụ tải sinh hoạt sử dụng máy biến áp thứ hai riêng với công suất nhỏ hơn (Hình 1.2) Đối với các trạm loại này thường công suất của máy biến áp số 1 (MBA1) được chọn bằng tổng công suất của các máy bơm

Các trạm được trang bị theo sơ đồ này vận hành khá đơn giản, máy biến

áp thường xuyên làm việc ở chế độ non tải làm hệ số cosϕ của trạm thấp

Sử dụng sơ đồ dùng nhiều MBA được thiết kế, lựa chọn hợp lý vận hành song song (Hình 1.3) cho phép khắc phục các nhược điểm của sơ đồ hình 1.2, nhưng công tác tổ chức vận hành song song các máy biến áp khó khăn và phức tạp, nhất là vấn đề thao tác đóng cắt phía điện áp cao

M 1

CDPĐ2CDPĐ1

Phụ tải sinh hoạt

P2 Pn

P1

35kV (10kV)

MC1 MBA135/0,4k

MC2MBA235/0,4k

độ quá điện áp [16]

Các trạm bơm đang sử dụng thiết bị khởi động kiểu cũ tình trạng chỉ khởi động được hai phần ba số máy bơm là phổ biến, do khả năng cân bằng về năng lượng trong chế độ khởi động nên một phần ba số máy bơm còn lại của trạm khởi động rất khó khăn và thậm trí còn không khởi động được, làm ảnh hưởng rất lớn đến tuổi thọ của các máy biến áp và chất lượng điện năng của lưới điện

Đối với những trạm bơm được xây dựng trong những năm gần đây mặc

dù các thiết bị làm việc tin cậy và an toàn Nhưng còn nhiều khía cạnh chưa thoả đáng như sơ đồ cung cấp chưa phù hợp, sự đồng bộ của các thiết bị còn thiếu, hiệu quả sử dụng điện còn quá thấp do các động cơ và các Máy biến áp lực thường xuyên vận hành ở chế độ non tải Một số tổ máy bơm chạy động cơ

điện 200kW của Liên Xô cũ, của Rumani hiện nay đang được sử dụng các trạm bơm như Đan Hoài, La Khê, Hồng Vân- Hà Tây… Có hệ số cosϕ rất thấp (cosϕ < 0,82) tiêu phí năng lượng rất lớn

Những trạm bơm được xây dựng từ thời kỳ đầu và sau chiến tranh, các thiết bị đã quá cũ và lạc hậu, phải sửa chữa thay thế nhiều, mang tính chắp vá

đặc biệt là các thiết bị đóng cắt, các thiết bị bảo vệ thiếu hoặc thay thế rất tuỳ tiện làm cho độ tin cậy thấp, thiếu an toàn cho cả người và thiết bị

Hiện nay ở nước ta lượng điện năng hàng năm do các trạm bơm tiêu thụ tới trên 300 triệu kWh Sử dụng điện năng hiệu quả, an toàn là những vấn đề cần phải tiến hành nghiên cứu đồng bộ và đầy đủ Các hệ thống truyền động

điện máy bơm là các phụ tải tiêu thụ điện cần có những biện pháp để giảm thiểu những bất lợi cho hệ thống cung cấp điện

1.3 Hệ thống truyền động điện máy bơm

1.3.1 Chất lượng của hệ thống truyền động điện máy bơm thuỷ lợi

Để đánh giá chất lượng của hệ thống truyền động điện(TĐĐ) máy bơm

có thể căn cứ vào các tiêu chí sau:

1- Chất lượng điện năng cung cấp và ảnh hưởng của phụ tải điện (sai lệch điện áp ∆U, sai lệch tần số ∆f, hệ số đối xứng, cosϕ );

2- Chất lượng làm việc của máy bơm ở chế độ khởi động, dừng và làm việc dài hạn;

3- Mức độ của công nghệ tiên tiến,trình độ tự động hoá;

4- Khả năng bảo vệ quá tải, độ tin cậy, độ bền.và an toàn;

5- Chi phí đầu tư, vận hành, bảo dưỡng, sửa chữa

1.3.2 Hiện trạng hệ thống truyền động điện các máy bơm

Hệ thống truyền động điện máy bơm nước thuỷ lợi ở hầu hết các trạm bơm thuộc loại truyền động điện xoay chiều, theo quan điểm về năng lượng

được mô tả bằng sơ đồ khối cấu trúc đơn giản như Hình 1.4

Hỗu hết động cơ điện trong hệ thống truyền động điện bơm thuỷ lợi hiện nay

hầu hết đều dùng động cơ không đồng bộ (KĐB) 3 pha rô to lồng sóc, một số trạm xây dựng trước đây dùng động cơ rô to dây quấn làm việc với lưới hạ áp 0,4kV, một số máy bơm có động cơ kéo là động cơ đồng bộ công suất lớn (320 ữ 500)kW làm việc ở điện áp lưới 6kV-10kV Loại động cơ này hệ số

cosϕ cao hơn thường cosϕ ≥ 0,87 Nhìn chung những động cơ được chế tạo vào những thời kỳ của những năm 1970 trở về trước có hiệu suất thấp thường η≤ 0,85 hệ số cosϕ cũng thấp thường cosϕ≤ 0,82, công suất động cơ dư khá nhiều so với máy bơm nên động cơ sử dụng điện với hiệu quả khá thấp

Thiết bị khởi động mang dấu ấn của mức độ đầu tư, trình độ kỹ thuật của thời kỳ xây dựng dự án và lắp đặt máy, công suất, loại động cơ Những trạm bơm được xây dựng từ những năm 1970 trở về trước hầu hết máy bơm

được khởi động trực tiếp hoặc gián tiếp bằng các thiết bị đơn giản (cuộn kháng dầu, kháng khô, hộp điện trở ), đã cũ và lạc hậu, các thiết bị đóng cắt

và điều khiển thường được sửa chữa, thay thế chắp vá thiếu đồng bộ không an toàn cho người và thiết bị

Thiết bị điều khiển máy bơm hầu hết được ghép trên các Công tắc tơ, Rơ le thời gian loại điện từ, mức độ tự động hoá rất thấp, độ tin cậy thấp

Chế độ khởi động, làm việc của bơm do người vận hành chọn đặt trước, không có vòng hồi tiếp ngược (điều khiển bằng tay), thiếu các phương tiện đo lường, chỉ báo và điều khiển tự động nên việc giám sát quá trình làm việc của máy chỉ phụ thuộc vào kinh nghiệm (khả năng cảm nhận) của người vận hành

Bộ phận truyền lực hiện nay hầu hết các máy bơm nước Thuỷ lợi đều

được dẫn động thẳng trục thông qua các khớp nối mềm có vòng đàn hồi hoặc trục các đăng Một số máy bơm công suất lớn ở các trạm đầu mối có kết cấu

động học dài, đã có không ít số máy bơm xảy ra sự cố cong trục phải ngừng hoạt động trong thời gian dài làm ảnh hưởng không nhỏ đến sản xuất

Các máy bơm thuỷ lợi chủ yếu dùng loại bơm ly tâm, bơm hướng trục(HT) hoặc bơm hỗn lưu, loại có công suất từ 75kW trở lên, hầu hết đều dùng loại bơm hướng trục đứng(HTĐ) và hướng trục nghiêng(HTN), một số trạm mới được xây dựng trong thời gian gần đây lắp đặt máy bơm chìm nhập

từ nước ngoài

Đối với những trạm bơm được xây dựng từ những năm 1980 trở về trước hệ thống truyền động điện đã quá cũ và lạc hậu, hiệu quả sử dụng điện thấp, các thiết bị trong hệ thống đã phải sửa chữa thay thế nhiều không đồng

bộ, thiếu các thiết bị đo lường, điều khiển, bảo vệ an toàn trong vận hành Nói chung các trạm bơm này có hệ thống truyền động điện thô sơ, lạc hậu không

đảm bảo an toàn cho người vận hành và thiết bị

Những máy bơm lớn mới nhập của nước ngoài đa số không có hoặc hiếm phụ tùng thay thế, các máy bơm sản xuất trong nước, hệ thống truyền

động điện lại quá đơn giản hiệu suất thấp

Trước những thực trạng hiện nay về hệ thống cung cấp, sử dụng điện, hệ thống truyền động điện các máy bơm công suất vừa và lớn cần phải tiến hành nghiên cứu từng bước, có các giải pháp cải tạo nâng cấp Song song với các giải pháp cải tạo nâng cấp hệ thống cung cấp điện, nghiên cứu các giải pháp

để nâng cao chất lượng hệ thống TĐĐ máy bơm thuỷ lợi công suất vừa và lớn

là vấn rất quan trọng Với những tiêu chí về chất lượng nêu trên muốn nghiên cứu một cách đầy đủ cần phải có sự phối hợp nhiều đề tài nghiên cứu của nhiều nhà khoa học

Trong luận văn này chỉ đề cập đến những vấn đề cải thiện chế độ khởi

động,vận hành, đo lường chỉ báo, điều khiển và bảo vệ máy bơm nhằm nâng cao hiệu quả làm việc và sử dụng an toàn

1.4 Khởi động và dừng máy bơm

1.4.1 Khái quát chung

Các máy bơm thuỷ lợi có công suất từ 75kW trở lên hầu hết đều dùng loại bơm hướng trục hoặc bơm hỗn lưu Máy bơm làm việc dựa trên nguyên lý cánh nâng

Dòng khởi động trực tiếp của động cơ điện rất lớn thường bằng từ (4ữ7) dòng định mức của động cơ và gây hiện tượng va đập cơ khí, quá tảI Mômen, phát nhiệt, làm ảnh hưởng xấu đến chất lượng lưới điện, chế độ khởi động và

làm việc của các động cơ và các phụ tải khác trong cùng mạng lưới điện Vì vậy đối với những động cơ công suất vừa và lớn, trong nhiều trường hợp không cho phép khởi động động cơ trực tiếp

Khi khởi động động cơ do sự gia tốc về tốc độ

d ϖ ) tạo nên những xung lực rất lớn giữâ

các phần quay của hệ truyền động gây nguy hiểm cho kết cấu cũng như độ bền cơ khác làm giảm tuổi thọ và có thể gây sự cố làm hư hỏng các tổ máy hoặc toàn bộ công trình trạm đặc biệt đối với các loại máy bơm có kết cấu

Do Mômen phụ tải bơm tỷ lệ với bình phương của tôc độ nên trong giai

đoạn tốc độ thấp (mới bắt đầu quay) động cơ khởi động gần như không tải mà chỉ có tăng thêm Mômen quán tính của hệ và Mômen cản tĩnh do ma sát gây ra.(Mco) Trên thực tế đối với máy bơm thuỷ lợi Mômen khởi động ban đầu

Mkđbđ (thời điểm bắt đầu khởi động) thường chỉ cần bằng 20% đến 30% Mômen cản định mức Mkđbđ = (0,2 ữ 0,3 )Mcđm của máy bơm

Muốn khởi động được máy thì tại thời điểm bắt đầu khởi động yêu cầu mô men khởi động ban đầu Mkđbđ phải lớn hơn mô men cản tĩnh Mco

Gia số mô men ∆M = Mkđbđ – Mc0 càng lớn thì hiện tượng “Giật” bơm tại thời điểm bắt đầu khởi động càng mạnh và dòng khởi động của động cơ

điện càng lớn đó là điều ta không muốn

dϖ phải < 0 Tức là hệ số giảm dần tốc độ rồi về 0 Nếu

dừng trực tiếp (tức là cắt động cơ ra khỏi nguồn ngay tại thời điểm cần dừng) thì hiện tượng “giật” sẽ xảy ra càng mạnh nếu quán tính cơ của hệ và chiều cao của nước càng lớn, rất nguy hiểm cho các bộ phận truyền động nhất là với

hệ có kết cấu động học dài

1.4.2 Tình hình nghiên cứu ứng dụng thiết bị khởi động máy bơm

Thực tiễn cho thấy các tổ bơm có công suất < 75kW như 20 HTĐ- 95;

24 HTĐ- 560 … khởi động trực tiếp bằng áptômát không có hệ thống bảo vệ,

đây là một trong các nguyên nhân làm cho động cơ bị hư hỏng và xuống cấp nhanh Các thiết bị: Khởi động từ, áptomát bị cháy tiếp điểm, kéo theo những hư hỏng đường dây và trạm biến áp Vì vậy hàng năm đầu tư kinh phí cho việc sửa chữa phần điện khá lớn, đó là chưa kể tới việc sửa chữa về cơ khí như thay thế bạc, trục và ổ bi v.v…

Một số trạm bơm lớn được xây dựng trước đây do nước ngoài giúp chúng ta thiết kế và lắp đặt, sử dụng bơm trục đứng dùng động cơ rôto dây quấn khởi động các động cơ bằng cách đưa điện trở phụ vào mạch rôto [18]

Hệ thống khởi động bằng điện kháng dầu nối tiếp tồn tại ở Việt Nam từ những năm 1960, cho tới nay hệ thống này phần lớn bị hư hỏng Các trạm bơm còn tồn tại thì hệ thống khởi động bằng biến áp tự ngẫu quay tay chuyển

đổi thành cuộn kháng nhiều nấc [14]

Vào cuối những năm 1980 Trạm bơm Vân Đình xây dựng, hệ thống khởi động được trang bị thiết bị đồng bộ của Nhật bản là cuộn kháng khô có tính năng và ưu điểm hơn các hệ thống khởi động trên, kết cấu gọn nhẹ hơn

Từ đó các thiết bị khởi động này được các nhà máy Điện Cơ Bộ công nghiệp, Công ty cơ điện Nông nghiệp Thuỷ lợi sản xuất và lắp đặt

Nói chung, các thiết bị khởi động đông cơ trên còn rất nhiều hạn chế, chưa đáp ứng được các yêu cầu kỹ thuật và yêu cầu công nghiệp hoá hiện nay

Những năm 1980 hệ thống khởi động cho động cơ bơm 200kW bị hư hỏng hàng loạt Trên thế giới đã xuất hiện thiết bị khởi động bằng Thyristor Năm 1988 chúng ta cũng đã có đề tài trên và nghiên cứu thử nghiệm cho trạm bơm Hồng Vân – Hà Tây Hệ thống này bước đầu đưa vào hoạt động có ưu

điểm hơn hệ thống cũ, nhưng do sản xuất đơn chiếc, linh kiện thiếu thốn chắp vá không đồng bộ, việc duy trì bảo dưỡng khó khăn thực tế các bộ khởi động Thyristo vẫn còn nhiều tồn tại, chưa mang lại hiệu quả như mong muốn [14]

Năm 2003 đề tài nghiên cứu khởi động động cơ bơm bằng thyristo và ghép nối với máy tính thành công, nhưng mới chỉ dừng ở mức thử nghiệm ở phòng thí nghiệm trên thiết bị có công suất nhỏ [4; 14]

Thực tiễn cho thấy hầu hết các bộ khởi động được trang bị từ trước đến những năm gần đây chỉ có chức năng duy nhất là khởi động, không có chức năng điều khiển quá trình làm việc và quá trình dừng bơm

Một số ít trạm bơm mới được xây dựng và lắp đặt trong thời gian gần

đây, sử dụng các máy bơm nhập từ nước ngoài được trang bị đồng bộ thiết bị khởi động mềm với nhiều tính năng rất ưu việt Năm 2002 Trung tâm bơm và máy xây dựng- Viện khoa học thuỷ lợi Bộ NN & PTNT nghiên cứu ứng dụng

bộ khởi động mềm điều khiển bơm lưu lượng 8000m3/h, đã thử nghiệm thành công và bước đầu được thực tế sản xuất chấp nhận [23]

Hiện nay trên thế giới đã có nhiều hệ thống TĐĐ máy bơm rất hiện đại, mức độ tự động hoá rất cao, nhiều hãng sản xuất chế tạo thiết bị khởi động và kèm theo các chức năng khác, phục vụ hoạt động của động cơ điện 3 pha mang lợi ích kinh tế lớn VD: Thiết bị khởi động và điều khiển động cơ của MOTOROLA (Mỹ), SIEMEN (Đức), SOMA, CONTROL TECHNIQUES, FAIRFORD (Anh), TOSHIBA, MITSUMITSI (Nhật), LG (Hàn Quốc)… Mỗi loại thiết bị đều có đặc trưng riêng phụ thuộc vào lĩnh vực công nghệ khác nhau Vì vậy việc lựa chọn cần có sự sàng lọc phù hợp với từng loại thiết bị công nghệ ở nước ta chưa thể chế tạo và sản xuất được phần mềm của thiết bị này chủ yếu vẫn là nhập khẩu đồng bộ [17; 20; 21; 23]

Qua những tư liệu điều tra và phân tích trên rút ra các kết luận sau:

1.Thuỷ lợi giữ vai trò hàng đầu trong các khâu thâm canh lúa và cây trồng, nhất là đối với ở nước ta có nền nông nghiệp lúa nước với khoảng hơn 9 triệu ha canh tác trong đó gần 7,6 triệu ha được chủ động tưới tiêu bởi hàng trăm các công trình thuỷ lợi lớn với hàng triệu máy bơm các loại đang hoạt

động để phục vụ sản xuất nông nghiệp

2 Điện năng hàng năm do các trạm bơm tiêu thụ tới trên 300 triệu kWh Các hệ thống cung cấp và truyền động điện máy bơmàphanf lớn đang xuống cấp nghiêm trọng cần được nghiên cứu để đưa ra các giảI pháp nâng cao hiệu quả sản xuất kinh doanh

3 Cải thiện chế độ làm việc của các thiết bị khởi động sẽ góp phần nâng cao chất lượng hệ thống truyền động điện máy bơm thủy lợi, vận hành khai thác hiệu quả các trạm bơm, nâng cao tuổi thọ và an toàn cho các thiết bị trong hệ thống

4 ở hầu hết các trạm bơm thuỷ lợi hệ thống máy bơm điện, hệ thống phân phối, điều khiển, bảo vệ chất lượng thấp, thiếu đồng bộ, an toàn thấp, cần

được cải tạo nâng cấp

5 Nước ta từ những năm 1980 đã có các nghiên cứu ứng dụng thử nghiệm các bộ khởi động bằng cuộn kháng khô, bằng Thyristo, bước đầu cho những kết quả khả quan

6 ở các nước tiên tiến đã áp dụng rộng rãi các bộ khởi động chất lượng cao “bộ khởi động mềm” để trang bị cho các máy bơm, mức độ tự động hoá cao có tính năng bảo vệ rất an toàn

Để có cơ sở khoa học và thực tiễn triển khai sâu rộng kỹ thuật công nghệ này cần có các nghiên cứu đầy đủ và toàn diện hơn phù hợp với điều

kiện Việt Nam, “Nghiên cứu nâng cao chất lượng truyền động điện máy

bơm nước thuỷ lợi công suất bằng và lớn hơn 75kW“ đây là việc làm bức

thiết

Để đạt được mục tiêu trên cần thực hiện các nội dung nghiên cứu sau: 1) - Nghiên cứu tổng quan điều tra khảo sát hiện trạng sử dụng điện tại các trạm bơm thuỷ lợi

2) - Nghiên cứu cơ sở khoa học và thực tiễn vấn đề nâng cao chất lượng truyền động điện máy bơm

3) - Đề suất giải pháp nâng cao chất lượng truyền động điện máy bơm

có công suất vừa và lớn

Chương 2

Phương pháp nghiên cứu

Để thực hiện các nội dung nghiên cứu của đề tài cần thiết phải kết hợp

điều tra khảo sát hiện trường với nghiên cứu lý thuyết và thực nghiệm, sử dụng

các phương tiện kỹ thuật hiện đại trong đo lường thử nghiệm và xử lý số liệu 2.1 Phương pháp tiếp cận

Trên cơ sở các kết quả nghiên cứu và các thành tựu khoa học công nghệ tiên tiến trong và ngoài nước, nghiên cứu các giải pháp ứng dụng kỹ thuật công nghệ tiên tiến phù hợp với điều kiện thực tiễn trong nông nghiệp nước ta

2.2 Đối tượng và phương pháp điều tra khảo sát

Đối tượng là các trạm bơm nước thuỷ lợi có máy bơm công suất từ 75kW trở lên Chủ yếu ở khu vực đồng bằng và trung du Bắc bộ Do số lượng máy bơm chủ yếu tập chung ở khu vực này có thể đại diện cho khu vực đồng bằng trung du Bắc bộ Khi có điều kiện cần mở rộng phạm vi điều tra khảo sát nghiên cứu tới các tỉnh miền trung và nam bộ

Số lượng trạm bơm điều tra khảo sát phải đủ lớn, có tính đại diện, ít nhất từ 9 đến 10 trạm điển hình về vị trí địa lý, kiểu loại máy bơm, đặc thù trang bị Ví dụ chọn các trạm bơm ở Vĩnh Phúc, Hà Tây, Hải Dương

Các thiết bị khởi động có vai trò quan trọng trong hệ thống truyền động

điện, điều tra đánh giá hiện trạng hệ thống chủ yếu tập trung vào giải quyết các vấn đề về khởi động, điều khiển quá trình làm việc và dừng động cơ điện kéo máy bơm dựa trên các chỉ tiêu:

1- Giới hạn cho phép của dòng điện khởi động Ikdmax, độ sụt điện áp lưới; phạm vi điều chỉnh Imin; Imax so với dòng định mức Iđm của động cơ; 2- Các đặc tính khởi động Mk(t); ik(t); ω(t) tốt;

3- Va đập (Mômen va đập) trong quá trình khởi động phải nhỏ;

4 - Thời gian khởi động ngắn, sụt áp lưới điện nhỏ;

5- Vận hành đơn giản, an toàn, tin cậy;

6- Dễ thực hiện tự động hoá;

2.3 Nghiên cứu thực nghiệm

Sử dụng các phương tiện kỹ thuật và thiết bị đo hiện đại trong nghiên cứu, thử nghiệm các thông số như điện áp, dòng điện, thời gian trong các chế

độ: khởi động, làm việc dài hạn, chế độ dừng của máy bơm trong phòng thí nghiệm và ngoài hiện trường Trên cơ sở đó đưa ra gải pháp kỹ thuật để nâng cao chất lượng và hiệu quả hệ thống truyền động điện máy bơm

2.4 Trang thiết bị sử dụng trong nghiên cứu thực nghiệm

1- Máy đo điện vạn năng (U, I, cosϕ, P, Q): Fluke41 (Mỹ)

Dải đo: Điện áp: 0ữ600V, sai số 0,5%; Dòng điện: 0,1ữ1000 A, sai số 0,5%; Công suất P: 1ữ 600kW, sai số 1%; cosϕ: 0ữ1,0; sai số 1%

2- Cad đo lường: DAQ- A1- 16E- 4 (Mỹ)

08 kênh DC, DảI đo: ±10 V, sai số 0,1%

3- Máy tính xách tay: OMNIBOOK-800 (Mỹ)

333MHz, 5GBHD, 128 MBRAM

4- Máy đo tốc độ cầm tay: TACH- 4A (Mỹ)

Dải đo: 5 Hzữ500kHz, sai số 0,1%

Chương 3

Cơ sở khoa học và thực tiễn nâng cao

chất lượng truyền động điện máy bơm nước thuỷ lợi

công suất bằng và lớn hơn 75 kW

3.1 Mômen cản của máy bơm

Khi máy bơm làm việc Mômen cản của nước tác dụng lên bánh xe công tác và trục bơm tăng tỷ lệ bình phương với tốc độ quay của bơm [9]

Mc= Mc(0) + K1ω2 ( 3-1 ) Trong đó: MC(0)- Mômen cản tĩnh, Nm;

ω- Tốc độ quay của máy, rađ/s;

K1- Hệ số tỷ lệ

98596

) 0 ( -

m 1

Sau khi khởi động, số vòng

quay của trục bơm tăng dần từ không

đến giá trị danh định, Mômen cản

Hình 3.2- Các đặc tính tương đối của bơm

a) bơm hướng trục; b) bơm dòng chéo ; c) Bơm ly tâm

3.2 Khởi động bơm bằng các phương pháp thông thường

3.2.1 Khởi động trực tiếp

Phương pháp đơn giản nhất để điều khiển động cơ lồng sóc là làm gián

đoạn nguồn cung cấp, bằng cách dùng cầu dao, áp tô mát qua dây dẫn trực tiếp Nó là hình thức điều khiển được phổ biến nhiều nhất hiện nay hình 3.3

CD(AT)

Đ

Hình 3.3- Sơ đồ khởi động trực tiếp động cơ KĐB 3 pha

Phương pháp này không điều khiển được quá trình dừng mà bơm dược dừng tự do

Ưu điểm: thiết bị khởi động đơn giản, rẻ tiền, thích hợp với loại động cơ cỡ nhỏ Cỡ từ 7,5 đến 22 kW hoặc động cơ lớn hơn nhưng có nguồn điện

đủ lớn chịu được sự tăng vọt của dòng khởi động

Nhược điểm:: dòng điện khởi động của động cơ rất lớn thường bằng từ (4 ữ 7) dòng định mức của động cơ Với động cơ 75kW thì dòng khởi động có thể lên tới (600 ữ 1000)A Còn với động cơ 300kW thì dòng điện khởi động

có thể lên tới (2400 ữ 4200)A Do nguồn điện có công suất giới hạn nên khi ta khởi động trực tiếp động cơ sẽ làm điện áp của lưới điện bị sụt xuống dưới giá trị cho phép, gây ảnh hưởng xấu đến không chỉ động cơ đang khởi động mà còn các động cơ và các phụ tải khác đang làm việc trên lưới điện Vì vậy đối

với những động cơ công suất vừa và lớn không cho phép khởi động động cơ trực tiếp

Những động cơ khi làm việc bình thường nối tam giác, để hạn chế dòng khởi động sử dụng sơ đồ đổi nối Y-∆ Hình 3.4 [2]

Phương pháp này không điều khiển được quá trình dừng của bơm, dừng

Hình 3.4- Sơ đồ khởi động động cơ bơm bằng đổi nối Y-∆

Khi bắt đầu khởi động, bộ dây stato của động cơ được nối theo sơ đồ hình sao, kết thúc quá trình khởi động bộ dây được đổi nối thành sơ đồ hình tam giác Nhờ đó mà ta đã giảm được điện áp đặt vào mỗi pha dây quấn stato của động cơ trong quá trình khởi động

Đặc điểm của phương pháp khởi động này là dòng điện khởi động thấp hơn khởi động trực tiếp, nhưng khi khởi động dòng khởi động giảm 3 lần làm mô men giảm 3 lần, nên nó chỉ phù hợp với những loại bơm có kết cấu

động học ngắn

Quá trình tách cuộn đây stato của động cơ ra khỏi nguồn từ nối sao chuẩn bị chuyển sang nối tam giác làm xuất hiện dòng điện cảm ứng rất lớn

trong động cơ, khi các tiếp điểm thực hiện nối tam giác dòng điện tăng mạnh gây ra dao động mô men quay (những dao động này có thể tăng gấp 15 lần mô men đủ tải) mặc dù thời gian xuất hiện ngắn nhưng nó tạo ra quá ápảats nguy hiểm cho động cơ và bộ truyền động Phương pháp này phải dùng 6 đầu dây từ

động cơ đến thiết bị khởi động và vẫn phải bỏ ra kinh phí bảo dưỡng cao

3.2.3 Khởi động bằng biến áp tự ngẫu

3.2.3.1 Khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu 3 cuộn dây

Thông thường MBA tự ngẫu có 3 cấp điện áp khởi động Ví dụ kiểu MBA tự ngẫu ATR-20/ 0,38 là (60%, 80%, 100% )Uđm của động cơ

Thiết bị này cũng chỉ phục vụ cho khởi động, máy bơm phải dừng tự do

Đặc tính dòng khởi động I= f(t) của động cơ như Hình 3.6 [19]

Cách 21 dòng (O kể chữ )

Hình 3.6- Đặc tính dòng điện I= f(t) của động cơ bơm công suất lớn

Để điều khiển quá trình khởi động dùng 4 công tắc tơ từ K1 đến K4 loại 400A./ 380V Các công tắc tơ K2, K3 làm nhiệm vụ cấp điện áp khởi động cho

động cơ theo các mức (60%,, 80%)Uđm của động cơ

Do bộ tụ bù (3 x18)kVAR /0,4 mà chế độ khởi động của động cơ được cải thiện, chất lượng điện năng của lưới điện cũng ít bị xấu đi khi động cơ khởi động, đồng thời hệ số công suất cosϕ của động cơ đã được nâng cao tới

> 0,85

3.2.3.2 Khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu 2 cuộn dây

AT

nguyên lý chung của

máy MBA tự ngẫu,

nhưng máy chỉ có hai

cuộn dây làm việc với

điện 3 pha, hiện nay còn

Các đường đặc tính khởi động của động cơ như Hình 3.9[5]

Cách 17 dòng ( O kể chữ )

Hình 3.9- Các đặc tính khởi động động cơ công suất lớn

bằng MBA tự ngẫu 2 cuộn dây qua 3 cấp điện áp

Quá trình khởi động diễn ra như sau:

Đóng áptômát AT để cấp điện cho khởi động từ, sau đó quay vô lăng từ

vị trí “0” sang vị trí I, lúc này trong TPS bộ tiếp điểm III cũng đồng thời được

đóng lại nối 2 cuộn dây và thanh đồng (cầu chụm sao) thành máy biến áp tự ngẫu, sau đó bộ tiếp điểm I đóng lại cấp điện cho TPS, Stato của động cơ được nhận điện áp 3 pha qua các điểm lấy điện A, B, C, điện áp đặt vào động cơ bằng 65%Uđm

Động cơ bắt đầu quay và tăng dần tốc độ, sau khoảng 20 giây quay vô lăng từ vị trí “I” sang vị trí “II” lúc này bộ tiếp điểm III mở ra nhưng chỉ mới

mở 2 tiếp điểm bên cạnh Khi đó động cơ được khởi động qua 2 cuộn kháng là phần trên của 2 cuộn dây (đoạn AA1 và CC1), điện áp đưa vào động cơ được tăng lên 85%Uđm, sau (1 ữ 2) giây thì bộ tiếp điểm II đóng lại nối động cơ trực tiếp vào lưới điện với điện áp định mức bằng trị số Uđm của động cơ đồng thời các cuộn dây của máy biến áp được loại khỏi mạch

Ưu điểm: Sơ đồ đơn giản, vận hành dễ dàng,điện áp đặt vào động cơ trong quá trình khởi động có dạng sin

Nhược điểm: Điện áp đặt vào động cơ trong qúa trình khởi động không

đối xứng làm cho chất lượng Mômen trong qúa trình khởi động xấu, động cơ

rú trong quá trình khởi động

Điều khiển qúa trình khởi động thủ công và do thứ tự đóng cắt các tiếp

điểm bằng hệ thống cơ khí theo nguyên tắc rất chặt chẽ nên chỉ cần chút sai lệch trong qúa trình điều khiển là xảy ra sự cố Chẳng hạn khi vặn vô lăng từ

“0” sang “I” bộ tiếp điểm III chưa kịp đóng hoàn toàn mà bộ tiếp điểm I đã

đóng thì động cơ lúc này sẽ bị khởi động trong tình trạng thiếu 1 pha, áptômát

AT sẽ tác động cắt ngay Các tiếp điểm chuyển mạch phải làm việc với dòng

điện lớn trong quá trình khởi động mà việc đóng cắt lại thực hiện thủ công bằng tay nên rất nhanh bị hỏng các tiếp điểm do hồ quang phát sinh khi đóng cắt dẫn đến quá trình đóng cắt thiếu tin cậy

Sau mỗi lần khởi động máy biến áp bị phát nóng mạnh do đó chỉ thực hiện mở máy được 3 lần với tổng số thời gian mở máy không quá 2 phút, nếu quá thời gian trên sẽ không khởi động được và phải cho máy biến áp nghỉ để làm mát trong thời gian khoảng 4 giờ mới có khả năng thực hiện khởi động tiếp, thiết bị khởi động TPS phải nhập ngoại, giá thành cao

Trị số dòng điện tại thời điểm bắt đầu khởi động tuy có giảm so với khởi động trực tiếp nhưng hệ số dòng khởi động vẫn cao khoảng (3,5 ữ 4)Iđm

mặt khác Mômen khởi động có sự biến thiên lớn và có bước nhảy

Để khắc phục những nhược điểm về sự đóng cắt không đồng thời giữa các tiếp điểm của các bộ tiếp điểm I và III trong TPS ta sử dụng TKĐ, sơ đồ Hình 3.10

Hình 3.10- Sơ đồ nguyên lý của bộ khởi động TKĐ

Một số nhà máy chế tạo thiết bị điện trong nước đã chế tạo bộ khởi

động bằng biến áp tự ngẫu loại TKĐ theo kiểu TPS – 200, về cấu tạo TKĐ giống như TPS chỉ khác ở 3 bộ tiếp điểm đã được thay thế bằng 3 áptômát

AT1, AT2, AT3 trong đó 2 áptômát AT2, AT3 có liên động cơ khí với nhau

Với hình thức điện động giữa 2 áptômát AT2 và AT3 như vậy khởi động khá đơn giản chỉ thực hiện qua 2 cấp

Trước tiên người ta đóng AT3 để nối 2 cuộn dây thành máy biến áp tự ngẫu do liên động cơ khí lúc này đóng AT2 được mở ra sau đó đóng AT1 động cơ được đưa vào khởi động với điện áp bằng 65%Uđm, tốc độ động cơ tăng dần Sau 1 khoảng thời gian (khoảng 8 ữ 10 giây) thì người ta đóng AT2 đồng thời AT3 được mở ra động cơ được đưa vào làm việc với lưới điện có điện áp là

Uđm lúc đó máy biến áp tự ngẫu được loại ra khỏi mạch

Phương pháp khởi động bằng TKĐ- 200 dùng áptômát đóng cắt liên

động có ưu điểm là đóng cắt chắc chắn tin cậy hơn TPS nhưng quá trình khởi

động đã bỏ qua 1 cấp điện áp (85%Uđm ở TPS có được do 2 tiếp điểm cạnh của

bộ tiếp điểm III mở ra trước) do vậy hiệu quả khai thác MBA không triệt để như ở TPS và tất nhiên là đặc tính khởi động của TKD xấu hơn TPS

Đặc điểm vận hành đơn giản, dạng điện áp đặt vào động cơ trong qúa trình khởi động là dạng hình sin

Tuy nhiên do quá trình khởi động điện áp đặt vào động cơ tăng theo kiểu nhảy bậc, ở những thời điểm tăng điện áp như vậy sẽ có sự biến động rất lớn về dòng điện và Mômen Trong thực tế cho thấy mỗi khi chuyển đổi điện

áp động cơ thường bị giật mạnh do sự biến đổi đột ngột về Mômen quá độ tại thời điểm đó Nói chung đặc tính khởi động xấu

Do phải sử dụng máy biến áp tự ngẫu công xuất lớn nên tổn hao năng lượng trong quá trình khởi động lớn, kết cấu cồng kềnh, do các máy biến áp chế tạo ở chế độ làm việc ngắn hạn nên số lần khởi động liên tiếp ít (không quá 3 lần) thời gian mang tải ngắn (không qúa 2 phút) Trong thực tế thường

bố trí số bộ khởi động bằng số máy bơm của trạm nên rất tốn kém về chế tạo

và nhà xưởng.Khả năng tự động hoá với những bộ khởi động bằng tay là khó

có tính khả thi vì nếu cải tiến để tự động hoá quá trình khởi động thì phải bổ xung khá nhiều thiết bị đóng cắt và khống chế, chi phí tốn kém

Với những tồn tại nh− đã nêu trên nên hiện nay những bộ khởi động bằng máy biến áp tự ngẫu đã dần dần đ−ợc thay thế bằng các bộ khởi động khác có tính năng −u việt hơn

3.2.4 Khởi động bằng cuộn kháng mắc nối tiếp vào mạch Stato

Nh− ta đã biết dòng điện trong mạch Stato sẽ giảm đi nếu ta tăng tổng trở trong mạch bằng cách đ−a điện kháng phụ mắc nối tiếp vào mạch Stato

Điều chỉnh các cấp điện áp đặt vào động cơ trong quá trình khởi động

đ−ợc thực hiện bằng 4 công tắc tơ K1, K2, K3, K4 loại KN – 400A/380V đ−ợc khống chế tự động theo nguyên tắc thời gian Sơ đồ nguyên lý khởi động dùng cuộn kháng có 4 cấp khởi động nh− Hình 3.11

Điện áp đ−ợc đ−a vào động cơ trong quá trình khởi động lần l−ợt bằng bằng (50%; 65%; 80%; 100%) Uđm của động cơ bằng các công tắc tơ t− K1

đến K4

Đặc tính khởi động bằng cuộn kháng nh− Hình 3.12 {5}

Trừ 20 dòng ( O kể chữ)

Hình 3.12- Đặc tính khởi động bơm công suất lớn bằng cuộn kháng 1 cấp

Bộ khởi động động cơ bằng cuộn kháng đơn giản, độ bền cao, giá thành rẻ so với máy biến áp tự ngẫu Trong quá trình khởi động điện áp đặt

vào động cơ dạng hình sin nên tránh được tổn hao phụ trong động cơ do các thành phần sóng hài bậc cao gây ra

Điều khiển quá trình khởi động bơm có thể thực hiện bán tự động hoặc

tự động bằng các công tắc tơ, rơ le Kích thước bộ khởi động nhỏ gọn, chế tạo

và sửa chữa đơn giản

Tuy nhiên do điện áp vào động cơ trong quá trình khởi động tăng theo quy luật nhẩy cấp nên khởi động không êm, dòng điện cực đại tại thời điểm bắt đầu khởi động vẫn có giá trị lớn từ (3 ữ 4)Iđm và dòng khởi động còn biến thiên nhiều Tổn thất năng lượng trên cuộn kháng còn đáng kể

Mômen khởi động nhỏ và thời gian khởi động bị kéo dài Do điều khiển quá trình khởi động phải dùng các thiết bị đóng cắt có tiếp điểm, khi làm việc với dòng điện lớn thì không thể tránh khỏi sự phá hỏng bề mặt các tiếp điểm

do hồ quang điện Mỗi máy bơm phải dùng 1 bộ khởi động riêng nên chí phí

200kW- 380V Bộ khởi động Thyristo làm việc theo nguyên tắc điều khiển góc mở Thyristo để điều khiển điện áp đặt vào động cơ theo 1 quy luật thích ứng sao cho dòng điện lực đại khi khởi động có trị số nhỏ và được giữ không

đổi hoặc tăng tuyến tích theo chiều dốc kết thúc quá trình khởi động, động cơ

được đóng trực tiếp vào lưới điện và bộ khởi động được loại ra khỏi mạch

Bộ khởi động KĐT gồm 3 thiết bị chính: Khối mạch lực, mạch điều khiển ĐK, mạch lôgic

+ Khối mạch lực gồm 6 Thyristo nối song ngược từng cặp, các Thyristo

được bảo vệ quá áp dùng R-C và cuộn kháng L để hạn chế tăng dòng

+ Khối thiết bị mạch điều khiển ĐK thực hiện điều khiển Thyristo theo luật mong muốn đồng thời nhận các tín hiệu bảo vệ từ các vị trí cần bảo vệ

đưa tới (các điều kiện trước khi khởi động) mạch được bố trí 2 panel: panel nguồn bảo vệ và panel phát xung mở các Thyristo Khi thay đổi góc mở α của các Thyristo từ 1800 đến ϕ (ϕ là góc phụ tải của động cơ) ta sẽ điều chỉnh

được điện áp đặt vào động cơ từ giá trị 0 đến giá trị đinh mức

+ Khối thiết bị mạch lôgic: Chọn máy khởi động (đóng công tắc tơ K1 nấc khởi động cho động cơ Đ1) khi khởi động Đ1 song thì cho tín hiệu để K2

đưa động cơ Đ1 của máy 1 vào làm việc với lưới điện

Mặc dù điện áp ra của bộ khởi động Thyristo là không sin nhưng so với những bộ khởi động đã nêu nó vẫn có nhiều ưu điểm: Khởi động êm vì điều chỉnh điện áp đặt vào động cơ trong quá trình khởi động là vô cấp và có thể giữ được gia tốc và tốc độ không đổi Trị số dòng cực đại giảm có thể điều chỉnh được trong phạm vi từ (1 ữ 5,5)Iđm của động cơ Thời gian khởi động có khả năng điều chỉnh được theo yêu cầu của hệ thống Thiết bị gọn nhẹ, tin cậy (do không dùng các phần tử có tiếp điểm) Khả năng tự động hoá cao, vận hành dễ dàng, nhẹ nhàng, an toàn

Bộ khởi động Thyristo không tham gia điều khiển quá trình làm việc và quá trình dừng bơm, chưa khai thác hết khả năng của Thyristo Mặt khác thiết

bị này còn nhiều vấn đề cần hoàn thiện nên hiện nay cũng chỉ dừng ở mức độ chạy thử nghiệm ở một vài trạm bơm

Để khởi động lần l−ợt cho 1 nhóm máy bơm sử dụng sơ đồ Hình 3.14 Theo [4] thiết bị này cho phép khởi động từ 4 đến 10 máy với số lần khởi động tối đa là 60 lần/giờ, với KĐT- 200 khởi động cho động cơ có công suất tới 200 kW

K12

Thanh cái khởi động

3.3.2 Thiết bị khởi động điều khiển tối ưu công suất và dừng mềm

Thời gian gần đây một số trạm bơm được đầu tư đồng bộ bằng thiết bị nhập ngoại, các máy bơm được trang bị thiết bị khởi động mềm rất ưu việt Các thiết bị loại này ngoài chức năng khởi động mềm còn có chức năng điều khiển tối ưu công suất làm việc của động cơ, dừng mềm động cơ Đó là những vấn đề rất cần thiết đối với những máy bơm công suất lớn có hệ thống động học dài và nặng Ngoài tính năng khởi động, điều khiển và dừng mềm nó còn

có rất nhiều các tính năng về xử lý tín hiệu bảo vệ, an toàn cho hệ thống

truyền động của bơm ở mức độ cao

Hiện nay trên thế giới rất nhiều hãng sản xuất chế tạo thiết bị khởi động

và kèm theo các chức năng khác phục vụ hoạt động của động cơ điện 3 pha mang lợi ích kinh tế lớn VD: Thiết bị khởi động và điều khiển động cơ của MOTOROLA (Mỹ), SIEMEN (Đức), SOMA, CONTROL TECHNIQUES, FAIRFORD (Anh), TOSHIBA, MITSUMITSI (Nhật), LG (Hàn Quốc)… Mỗi loại thiết bị đều có đặc trưng riêng phụ thuộc vào lĩnh vực công nghệ khác nhau Vì vậy, việc lựa chọn phải phù hợp với từng loại thiết bị công nghệ ở nước ta chưa thể chế tạo và sản xuất được phần mềm của thiết bị này chủ yếu vẫn là nhập khẩu đồng bộ Qua thời gian nghiên cứu hợp tác với các Công ty

điện tử trong nước, nhờ có linh kiện và các cụm linh kiện, chúng ta đã lựa chọn lắp ráp thiết bị khởi động điều khiển động cơ theo nguyên lý của hãng CONTROL TECHNIQUES – FAIRFORD loại SFE- 370 [20]

3.3.2.1 Sơ đồ khối thiết bị loại SFE- 370

Thiết bị khởi động, điều khiển và dừng động cơ bằng việc điều khiển

điện áp và dòng điện nhờ hệ thống máy tính điều khiển là thiết bị thông minh

Đó là thành quả nghiên cứu của các nhà khoa học thế giới về lĩnh vực điều khiển số đã và đang được ứng dụng rộng rãi trong lĩnh vực công nghiệp cũng như nông nghiệp trên thế giới bởi tính ưu việt và hiệu quả kinh tế cao

Nhờ sử dụng nguyên tắc này, nối 2 Thyristor song song ngược vào mỗi pha của động cơ, thiết bị có thể điều chỉnh liên tục điện áp đầu vào của động cơ sẽ bắt đầu từ giá trị tương đối thấp và được tăng dần đến điện áp định mức

Do Mômen của động cơ tỷ lệ với bình phương của điện áp lên Mômen khởi

động cũng tăng từng bước nhỏ đảm bảo sự khởi động 1 cách êm ái cho động cơ cũng như cho phụ tải Khi dừng động cơ quá trình này lại được thực hiện tương tự nhưng theo quy luật ngược lại

Sơ đồ cấu trúc của thiết bị có dạng như Hình 3.15

1- Bộ tạo hàm điều khiển; 2 – Bộ so sánh ; 3- Bộ phát xung

5 MB

4-Thiết bị đồng pha; 5- khối mạch lực

3.3.2.2 Nguyên lý thiết bị

Trên cơ sở nguyên lý bộ điều khiển điện áp xoay chiều 3 pha dùng Thyristo, sử dụng một phần mềm máy tính chuyên dùng để điều khiển, phần mềm máy tính luôn giám sát theo dõi biến động của tải và cung cấp nguồn năng lượng vừa đủ cho động cơ hoạt động Với nguyên lý này thiết bị có khả năng khởi động mềm, dừng máy mềm Thiết bị SFE có khả năng làm việc với các kiểu sơ đồ nối mạch: nối tiếp mạch với động cơ và làm việc liên tục dài hạn; mắc song song với động cơ, làm việc ở chế độ khởi động và dừng; mắc