báo cáo thực tập kỹ thuật điện BÀI 1: CHUYỂN ĐỔI NGUỒN TỰ ĐỘNG BẰNG BỘ ATS

báo cáo thực, tập kỹ thuật điện,CHUYỂN ĐỔI NGUỒN TỰ ĐỘNG, BẰNG BỘ ATS

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI

VIỆN ĐIỆN

***

BÁO CÁO THỰC TẬP KỸ THUẬT

Giảng viên hướng dẫn: ThS Nguyễn Tuấn Ninh

Sinh viên thực hiện: Nguyễn Công Quyền

Hà Nội, tháng 8 năm 2019

BÀI 1: CHUYỂN ĐỔI NGUỒN TỰ ĐỘNG BẰNG BỘ ATS

I Tìm hiểu về bộ chuyển nguồn tự động bằng ATS.

1 Bộ ATS là gì?

Bộ ATS (Automactic Transfer Switch) là hệ thống chuyển đổi nguồn tự

động Khi điện lưới mất thì máy phát tự động khởi động và đóng điện cho phụ tải Khi nguồn lưới phục hồi thì hệ thống tự chuyển nguồn trở lại và tự động tắt máy phát

ATS thường dùng để chuyển đổi nguồn lưới-lưới hoặc lưới-máy phát

Bộ ATS giúp bảo vệ và vận hành thiết bị liên tục, không bị gián đoạn, duy trì nguồn điện của nhà máy tránh cho thiệt hại về kinh tế khi mất điện đột ngột

2 Đặc điểm chung.

 Được sử dụng trong mạng 3 pha 4 dây hoặc mạng một pha

 Cho phép nguồn ưu tiên trong hệ thống mạng điện có nhiều nguồn

 Tùy chọn chế độ điều khiển là xung hay dạng mức

 Giám sát thấp áp hoặc áp cao của nguồn điện chính hay nguồn điện dự phòng

 Giám sát tân số của nguồn điện lưới chính và nguồn điện dự phòng

 Lập trình các timer trì hoãn khởi động chuyển mạch hay tắt máy phát

 Lập trình các hoạt động theo thời gian ngày hay đêm, ngày nghỉ, tuần tháng năm

 Hiển thị các thông số (tần số, điện áp) cả nguồn chính và nguồn dự phòng dùng LCD

 Hiển thị các trạng thái nguồn điện, chỉ báo sự cố trạng thái test

 Nguồn điện hoạt động từ điện áp 160VAC tới 250VAC với tần số 50Hz

 Tích hợp đồng bộ thời gian thực, thời gian hoạt động 2 tháng nếu mất toàn

bộ nguồn chính và nguồn dự phòng

3 Chức năng của bộ ATS.

 Tự động chuyển nguồn khi mất điện

 Tự động khởi động máy phát khi mất lưới

1

 Quá trình khởi động máy phát nếu có sự cố về lưới thì dừng việc khởi động

và đưa ra tín hiệu cảnh báo

 Thực hiện quá trình kiểm tra điện áp nếu đạt yêu cầu thì được thực hiện đóngtải

 Bảo vệ mất pha, quá áp, quá tải

4 Nguyên lý hoạt động của tủ ATS.

Nguyên lý hoạt động cơ bản của tủ ATS là theo dõi các nguồn điện và chuyển tín hiệu khởi động đến máy phát điện nếu nguồn điện xảy ra sự cố…

ATS theo dõi tình trạng hoạt động của nguồn điện chính và cung cấp điện dự phòng khi nguồn điện chính bị một số lỗi như: mất pha, thấp áp, tần số trên dưới mức cho phép, mất trung tính, mất điện hoàn toàn

Hệ thống điều khiển sẽ đưa ra lệnh hoạt động tự động:

 Ngưng cung cấp nguồn lưới chính vào phụ tải

 Khởi động động cơ sơ cấp (máy nổ diesel hoặc máy dự phòng khác như pin năng lượng mặt trời)

 Đóng nguồn điện cung cấp từ máy phát vào phụ tải

 Khi nguồn điện chính được phục hồi hệ thống điều khiển sẽ tự động:

- Ngắt nguồn cung cấp từ máy phát khỏi phụ tải

- Đóng lại nguồn điện lưới vào tải

- Tạo tín hiệu dừng động cơ sơ cấp (động cơ diesel hoặc máy dự phòng khác như pin năng lượng mặt trời) của máy phát, sau một thời gian tổ máy phát vận hành tại trạng thái không tải

5 Ý nghĩa.

Việc cung cấp nguồn điện liên tục rất quan trọng đối với các hệ thống điện đòi hỏi tính liên tục cao do đó trong hệ thống điện người ta thường xây dựng một hệ

máy phát điện Bộ chuyển nguồn tự động được ứng dụng để thực hiện chức năng chuyển nguồn chính sang nguồn dự phòng khi nguồn cung cấp chính bị gián đoạn.

II Nội dung thực hành.

Bộ ATS trong tủ DEMO được đấu nối để điều khiển các ACB1 và ACB2

Bộ ATS điều khiển đóng mở các ACB bằng cách cấp nguồn vào các cuộn đóng mở của ACB tương ứng

Bộ chuyển nguồn được lắp đặt sẵn trong tủ đóng cắt với 2 nguồn Source 1 (từ máy biến thế) và Source 2 (từ máy phát) Hai nguồn trong tủ DEMO được xây dụng bằng phương pháp giả lập, nguồn MBT và nguồn máy phát được lấy từ cùng một nguồn vào qua 2 contactor KM1.A và KM1.B Khi hoạt động ở chế độ bình thường (nguồn MBT) contactor KM1.A ở trạng thái đóng và khi hoạt động ở chế độmáy phát, contactor KM1.B ở trạng thái đóng

Dưới điều kiện hoạt động bình thường, bộ ATS sẽ giám sát nguồn Source 1

và khi mất nguồn lưới bộ ATS sẽ truyền tín hiệu để kích hoạt máy phát điện sau thời gian TS, khi nguồn khẩn cấp sẵn sàng thì ATS kích hoạt mở QF1 (ACB2000)

và đóng QF2 (ACB1600) sau một khoảng thời gian TCE, kể từ lúc đó, hệ thống được cung cấp bởi máy phát điện và QF2

Khi nguồn lưới trở lại bình thường, ATS sẽ chờ một khoảng TBS trôi qua, ATS kích hoạt trở lại nguồn lưới bằng cách mở máy cắt QF2 và đóng máy cắt QF1 sau thời gian trễ TF trôi qua Các thời gian trễ TS, TCE và TCN có thể thay đổi được và được cài đặt vào bộ ATS

Trình tự các bước thực hiện:

 Bước 1: Cấp nguồn cho tủ đóng cắt

 Bước 2: Bật chế độ ATS bằng cách vặn chuyển công tắc ATS sang chế độ

EN và chuyển công tắc trạng thái nguồn cấp về Normal, chờ khoảng 10s chờđến khi hệ thống chuyển sang trạng thái hoạt động ổn định

3

 Bước 3: Chuyển công tắc trạng thái nguồn cấp sang chế độ Fail và quan sát hoạt động của hệ thống, ghi nhận lại thời gian chuyển đổi từ lúc nguồn Source 1 mất đến lúc nguồn Source 2 được chuyển sang hoàn toàn.

 Bước 4: Chuyển công tắc trạng thái nguồn cấp ngược lại chế độ Normal và quan sát hoạt động của hệ thống, ghi nhận lại thời gian từ lúc có nguồn lưới đến lúc hệ thống được chuyển hoàn toàn ngược lại hoạt động bằng nguồn lưới

 Bước 5: Thực hành thay đổi thời gian TS, TBS

III Kết quả.

Sau khi thực hiện xong các bước như trên, ta đo được:

 Thời gian chuyển sang nguồn source 2 là TS: 25.97s

 Thời gian chuyển sang nguồn source 1 là TBS: 29s

 Có thời gian này vì đây là thời gian xử lý lúc nguồn chính bị mất hay có trở lại đến lúc máy cắt hoạt động

BÀI 2: KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ THEO 4 CHẾ ĐỘ

 Dòng khởi động lớn làm ảnh hưởng đến các phụ tải khác

 Phương pháp này dùng cho những động cơ có công suất nhỏ và công suấtcủa nguồn lớn hơn nhiều lần công suất động cơ

cơ, tiến hành đóng MCCB(Q3) và cầu chì F16 Động cơ được thực hiệnkhởi động trực tiếp ở chế độ tam giác

5

 Bước 2: Bấm nút Start để khởi động động cơ và ghi nhận lại giá trị dòngkhởi động và quan sát sự thay đổi tốc độ, phản ứng của động cơ, ghi nhậnlại thời gian từ lúc bấm nút Start đến lúc tốc độ động cơ ổn định (Tstart).

 Bấm nút Stop để dừng động cơ, quan sát sự suy giảm tốc độ động cơ, ghinhận lại thời gian từ lúc bấm nút stop đến khi động cơ dừng hẳn (Tstop).1.6 Sơ đồ đấu nối:

2 Khởi động Y/∆

2.1 Ưu, nhược điểm

Khởi động theo phương pháp chuyển từ đấu sao sang tam giác có ưu điểm làdòng điện khởi động sẽ giảm đi 3 lần so với khởi động mạch đấu tam giác, vì 7kWvậy dễ khởi động những động cơ có công suất lớn, nhưng nhược điểm là momen khởi động không cao, giảm mất 3 lần so với khởi động trực tiếp, xuất hiện nhiễu điện trường và hiện tượng sụt áp cục bộ khi chuyển chế độ sao sang tam giác

Phương pháp này chỉ dùng cho động cơ lúc máy làm việc bình thường nối Δ,khi khởi động nối Y, sau khi tốc độ quay gần ổn định chuyển về nối Δ để làm việc

2.3 Trình tự thực hiện thí nghiệm

 Bước 1: Tiến hành đấu dây cho chế độ khởi động sao tam giác theo sơ

đồ nguyên lý Đấu 3 đầu dây U1,V1,W1 lần lượt vào Terminal X5(4,5,6)

và W2,U2,V2 vào Terminal X6(4,5,6) sau đó đấu các đầu cấp nguồn

L1-1, L1-2,L1-3 vào Terminal X7(4,5,6) Sau khi hoàn thành đấu nối chođộng cơ, tiến hành đóng MCCB(Q3) và cầu chì F17 Động cơ đươcj thựchiện khởi động trực tiếp ở chế độ Y trong 5s sau đó chuyển qua chế độ ∆.Thời gian chuyển đổi được thực hiện bằng timer CT – ERE

 Bước 2: Bấm nút Start để khởi động động cơ và ghi nhận lại giá trị dòngkhởi động và quan sát sự thay đổi tốc độ, phản ứng của động cơ, ghi nhậnlại thời gian từ lúc bấm nút Start đến lúc tốc độ động cơ ổn định (Tstart)

 Bước 3: Bấm nút Stop để dừng động cơ, quan sát sự suy giảm tốc độđộng cơ, ghi nhận lại thời gian từ lúc bấm nút stop đến khi động cơ dừnghẳn (Tstop).

2.4. Sơ đồ đấu nối:

9

3 Khởi động bằng Soft Starter.

3.1 Khởi động mềm?

Khởi động mềm (Soft Start) là khởi động dùng bộ biến đổi điện áp xoay chiều để điều khiển điện áp stato bằng cách điều khiển góc kích SCR (Silicon Controler Rectifier).Thường dùng cho động cơ vừa và lớn, động cơ nhỏ có thể dùng phương pháp đổi sao – tam giác

3.2 Cấu tạo khởi động mềm:

 Bộ phận điều khiển (tùy loai có màn hình và bàn phím hoặc điều khiển bằng vít hay cài đặt bằng vặn biến trở)

 Thyristor hay SCR dùng để điều khiển, đóng ngắt dòng điện

 Tản nhiệt và quạt làm mát

 Contactor Bypass ( tùy theo từng loại khởi động mềm có sẵn hay không

có sẵn)

 Vỏ bảo vệ tùy loai theo các tiêu chuẩn bảo vệ do môi trường sử dung

bộ phận điều khiển: điều khiển số hoặc cơ khí, các ngõ ra chức năng rờle báo trạng thái, điều khiển bảo vệ chống quá nhiệt, quá tải, các cồng kết nối truyền thông Modbus, Profibus, điều khiển thời gian khởi động bằng biến trở hay bằng màn hình

3.3 Nguyên tắc khởi động mềm

Khởi động mềm dùng để điều khiển động cơ điện nhằm bảo vệ chống sụt

áp hệ thống điện, làm giảm hao mòn hệ thống máy móc và cơ khí, giúp động cơ khởi động và dừng êm, ở một số ứng dụng khởi động mềm có chức năng chống quá dòng đột ngột bảo vệ thiết bị, có thề điều khiển Momen xoắn (Torque

Control) theo sát tải của motor điện và tính năng giảm tuyến tính giúp giảm

dòng một cách từ từ khi theo yêu cầu sử dụng

3.4 Công dụng

 Đặc trưng của khởi động mềm khác với các phương pháp khởi động

khác Khởi động mềm có các thysistor trong mạch chính, và điện áp đặt vào

động cơ được điều chỉnh với một bảng mạch in Bộ khởi động mềm sử dụng

trong thực tế là khi trong quá trình bắt đầu khởi động thì điện áp đặt vào động cơ thấp Dòng khởi động và mô men khởi động cũng thấp

 Trong phần đầu của khởi động, điện áp đặt vào động cơ là thấp … Nói một cách khác, loại bỏ dao động là không cần thiết trong quá trình khởi động Dần dần, điện áp và mô men tăng lên để động cơ bắt đầu tăng tốc Một trongnhững lợi ích của phương pháp khởi động mềm này là khả năng để điều chỉnh mô men chính xác khi cần thiết cho dù ứng dụng là tải hay không

 Khởi động mềm giúp tránh đi những ảnh hưởng nhiều hơn cho các thiết bị máy móc, và kết quả là chi phí bảo trì thấp hơn

 Một tính năng của bộ khởi động mềm là chức năng dừng mềm, chức năng này thực sự hữu ích khi dừng bơm, nơi mà xảy ra hiện tượng búa nước khi dừng trực tiếp như trong khởi động sao- tam giác và khởi động trực tiếp Chức năng dừng mềm cũng rất hữu ích khi dừng băng tải vận chuyển các vậtliệu dễ vỡ, có thể bị hư hỏng khi các vành đai dừng quá nhanh

3.5 Ưu điểm

Có thể điều chỉnh trơn, phạm vi điều chỉnh rộng, có thể sử dụng dừng mềm, hiện nay với phát triển của điện tử công suất thì giá cũng không cao lắm

và hoạt động cũng khá ổn định, có thể dùng kết hợp để điều chỉnh tốc độ động cơ

3.6 Nhược điểm

Khó thi công, khó bảo trì bảo dưỡng, điện áp và dòng điện sau điều chỉnhkhông sin hoàn toàn, càng điều chỉnh càng bị méo và biên độ sóng hài củng cao hơn

3.7 Ứng dụng:

11

 Động cơ điện cho chuyên chở vật liệu.

 Động cơ bơm

 Động cơ vận 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, máynghiền, máy ép, máy khuấy, máy dệt …)

3.8 Trình tự thì nghiệm

 Bước 1: Tiến hành đấu dây cho chế độ khởi động trực tiếp theo sơ đồnguyên lý Đấu 3 đầu dây U1,V1,W1 lần lượt vào Terminal X5(7,8,9) vàW2,U2,V2 vào Terminal X6(7,8,9) sau đó đấu các đầu cấp nguồn L1-1, L2-2,L3-2 vào Terminal X8(1,2,3) Sau khi hoàn thành đấu nối cho động cơ,tiến hành đóng Switch fuse(F27) và cầu chì F18 Kích hoạt chế độ khởi độngSoft starter bằng cách chuyển công tắc sang chế độ EN

 Bước 2: Điều chỉnh các thống số cho Softarter bằng mà hình HMI như sau:

- Dòng định mức Ie= 9A

- Chế độ khởi động (Start mode): Voltage ramp

- Chế độ dừng (Stop mode): Voltage ramp

 Bước 3: Bấm nút Start để khởi động động cơ và ghi nhận lại giá trị dòng khởi động và quan sát sự thay đổi tốc độ, ghi nhận lại thời gian từ lúc bấm nút Start đến lúc tốc độ động cơ ổn định (Tstart)

 Bước 4: Bấm nút Stop để dừng động cơ, quan sát sự suy giảm tốc độ động

cơ, ghi nhận lại thời gian từ lúc bấm nút stop đến khi động cơ dừng hẳn (Tstop)

3.9 Sơ đồ đấu dây

4 Khởi động động cơ bằng biến tần.

 Khả năng điều chỉnh tốc độ động cơ dễ dàng

 Có khả năng đáp ứng cho nhiều ứng dụng khác nhau

 Các thiết bị cần thay đổi tốc độ nhiều động cơ cùng một lúc (dệt, băng tải )

 Đầy đủ các chức năng bảo vệ động cơ: Quá dòng, quá áp, mất pha, đảo pha…

 Có thể kết nối mạng với hệ thống điều khiển trung tâm

4.2 Nhược điểm

 Đòi hỏi người lắp đặt và vận hành thiết bị phải có kiến thức nhất định

 Chi phí đầu tư ban đầu cao

4.3 Ứng dụng

Ứng dụng của phương pháp khởi động biến tần hiện nay gồm có quạt –

bơm ly tâm, băng chuyền, máy đúc ép, náy nén, máy trộn, máy tháo tời – tời điện, máy ly tâm, cần trục, pa lăng…

Những ứng dụng này chiếm từ 30% đến 40% trong các ứng dụng biếntần của thế giới, có thể chạy ở một lượng lưu lượng tùy chọn để tăng hiệu suấthiệu quả Đồng thời, khi sử dụng nhiều động cơ thì có thể đồng bộ tải và chia sẻgiữa các động cơ với nhau

4.4 Trình tự thì nghiệm

 Bước 1: Tiến hành đấu dây cho chế độ khởi động bằng biến tần ACS 50theo sơ đồ nguyên lý Đấu 3 đầu dây U1,V1,W1 lần lượt vào TerminalX5(10,11,12) và W2,U2,V2 vào Terminal X6(10,11,12) sau đó đấu các đầucấp nguồn L1-1, L2-2,L3-2 vào Terminal X8(4,5,6) Sau khi hoàn thành đấu

 Bước 2: Điều chỉnh các thống số cho Softarter bằng mà hình HMI như sau:

- Chọn chế độ điều khiển là Local bằng cách ấn phím 6 cho đến khi tín hiệu LOC xuất hiện trên phía góc phải màn hình HMI

- Cài đặt các thông số cho motor: đọc các thông số ghi trong bảng thông sốcủa động cơ, sau đó điền các thông số vào biến tần Cài đặt thông số cho motor trong group 99 theo trình tự:

 APPLIC MACRO 9902 (Application macro): Chọn chế độ ABB Standard

 MOTOR CTRL MODE 9904 (Motor control mode): Chọn chế độ:Vector speed/ Mode 1

 Các thông số: MOTOR NOM VOLT, MOTOR NOM CURR, MOTOR MON PREQ, MOTOR NOM SPEED, MOTOR MON POWER: được cài đặt theo các thống số của động cơ (điện áp 380V, dòng điện 8,9A, Tần số: 50Hz, Tốc độ 1435r/min, công suất: 4Kw)

 Di chuyển tới Group 21: Start/Stop để chọn chế độ khởi động, chế

độ dừng: Start function: Chọn chế độ Auto (mode 1), Stop function: Chế độ Ramp (mode 2), di chuyển tới Group 22:

ACCEL/DECEL để định thời gian khởi động và thời gian dừng

 Bước 3: Bấm nút Start để khởi động động cơ và ghi nhận lại giá trị dòng khởi động và quan sát sự thay đổi tốc độ, và phản ứng của động cơ, ghi nhận lại thời gian từ lúc bấm nút Start đến lúc tốc độ động cơ ổn định

(Tstart)

 Bước 4: Bấm nút Stop để dừng động cơ, quan sát sự suy giảm tốc độ động

cơ, ghi nhận lại thời gian từ lúc bấm nút stop đến khi động cơ dừng hẳn(Tstop)

4.5 Sơ đồ đấu dây

15

II Kết quả.

Kiểu khởi động Dòng

khởiđộng(A)

Thờigiankhởiđộng(s)

Thờigiandừng(s)

Phản ứng của động cơ khi khởi

động

sau khi ấn RUN

gian thì tăng tốc đến tốc độ làm việc

Khởi động mềm 5.5 20 24 Lúc ấn RUN động cơ trễ sau đó

tăng tốc nhanh đến tốc độ làm việc

Khởi động biến tần 4 8.59 4.43 Lúc ấn RUN động cơ tăng tốc từ

từ đến tốc độ làm việc

Nhận xét: Với mỗi chế độ khởi động có ưu và nhược điểm riêng, vì vậy cần xem xéttừng trường hợp cụ thể để chọn phương pháp khởi động hợp lý nhất

17

BÀI 4: ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ BẰNG BIẾN TẦN

I Ý nghĩa điều khiển động cơ bằng biến tần.

Sử dụng biến tần điều khiển tốc độ động cơ trong công nghiệp băng tải đảm bảo vận hành tin cậy giảm chi phí bảo dưỡng và tiết kiệm năng lượng tiêu thụ Biến tần giúp bảo vệ băng tải và thiết bị cơ khí bằng cách kiểm soát chính xác vận tốc và momen động cơ, kéo dài thời gian hoạt động của băng tải và giảm thiểu chi phí vận hành và bảo dưỡng

Hệ truyền động công nghiệp có momen khởi động rất lớn Momen khởi động lớn dẫn đến dễ làm hỏng các thiết bị cơ khí và quá tải nguồn cấp điện Biến tần có thể tạo momen khởi động cao nhưng vẫn đảm bào dòng điện khởi động trong giới hạn cho phép của lưới, dòng điện khởi động không bị tăng quá cao và điện áp lưới cũng không bị sụt trong quá trình khởi động Ngoài ra, biến tần còn có thể điều chỉnh hệ số công suất luôn ở một giá trị ổn định do đó góp phần giữ ổn định lưới điện Với lưới điện ổn định hơn, tất cả thiết bị điện trong nhà máy vận hành tin cậy hơn, nâng cao năng suất và giám hỏng hóc Băng tải khởi động trơn với momen được điều khiển phù hợp cũng làm giảm bớt sự cố căng và trượt của băng tải Bên cạnh việc giảm thiểu sự cố vận hành của băng tải, biến tần mang lại vận hành hiệu quả bằng cách điều khiển trơn và chính xác tốc độ động cơ băng tải, cho phép điều chỉnh tốc độ băng tải phù hợp với yêu cầu quy trình sản xuất Biến tần cũng có thể được kết nối với hệ thống tự động của nhà máy để giám sát lượng tải, vận tốc từ đó tính toán tổng lượng hàng tải

Tiết kiệm năng lượng, năng lượng được tiết kiệm khi chạy động cơ ở tốc độ thấp theo yêu cầu của tài và tiết kiệm nhờ bỏ thiết bị bù công suất phản kháng Hơn nữa trong trường hợp băng tải có nhiều đoạn chạy dốc xuống, cơ năng của băng tải

có thể chuyển hóa thành năng lượng điện để trở về lưới với biến tần hãm tái sinh Khi đó năng lượng cơ phát ra từ động cơ đang ở chế độ máy phát (chạy băng tải đoạn xuống dốc) sẽ được sử dụng để chạy động cơ khác đang chạy ở chế độ động

cơ Biến tần cũng có thể giúp quá trình bảo dưỡng băng tải dễ dàng hơn và cho