Đồ án gồm 2 chương. Chương 1: Khái quát chung về truyền động điện công suất lớn điện áp cao trong một số lĩnh vực công nghiệp. Chương 2: Hệ truyền động điện cao áp. Đồ án gồm 2 chương. Chương 1: Khái quát chung về truyền động điện công suất lớn điện áp cao trong một số lĩnh vực công nghiệp. Chương 2: Hệ truyền động điện cao áp. luận văn tốt nghiệp thạc sĩ
CHƢƠNG 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN CÔNG SUẤT LỚN ĐIỆN ÁP CAO TRONG MỘT SỐ LĨNH VỰC CƠNG NGHIỆP 1.1 MÁY NÉN KHÍ VÀ QUẠT GIĨ CÔNG SUẤT LỚN TRONG MỘT SỐ LĨNH VỰC CÔNG NGHIỆP Sự phát triển kinh tế nước phụ thuộc nhiều vài mức độ giới hóa tự động hóa q trình sản xuất Trong q trình sản xuất, máy nén khí quạt gió cơng suất lớn đóng vai trị quan trọng, sử dụng rộng rãi phổ biến, trang bị cho thiết bị máy móc, nhà máy công nghiệp 1.1.1 Đối với máy nén khí Máy nén khí thiết bị quan trọng với hệ thống khí nén, máy nén khí trực tiếp sinh khí nén cung cấp tới thiết bị vị trí có nhu cầu sử dụng khí nén Hệ thống khí nén sử dụng rộng rãi công nghiệp lắp ráp, chế biến, đặc biệt lĩnh vực cần phải đảm bảo vệ sinh, chống cháy nổ mơi trường độc hại Ví dụ: lĩnh vực lắp ráp điện tử, chế biến thực phẩm, khâu phân loại, đóng gói sản phẩm thuộc dây chuyền sản xuất tự động Các dạng truyền động sử dụng khí nén: + Truyền động thẳng : ưu hệ thống khí nén kết cấu đơn giản linh hoạt cấu chấp hành, chúng sử dụng nhiều thiết bị gá kẹp chi tiết gia công, thiết bị đột dập, phân loại đóng gói sản phẩm + Truyền động quay : nhiều trường hợp yêu cầu tốc độ truyền động cao, công suất không lớn gọn nhẹ tiện lợi nhiều so với dạng truyền động sử dụng lượng khác Ví dụ: cơng cụ vặn ốc vít sửa chữa, lắp ráp chi tiết, mài công suất kw, tốc độ u cầu tới hàng chục nghìn vịng/ phút Tuy nhiên hệ truyền động quay công suất lớn, chi phí cho hệ thống cao so với truyền động điện Nhưng ngược lại thể tích trọng lượng nhỏ 30% so với động điện có cơng suất - Trong cơng nghiệp, truyền dẫn khí nén có ưu điểm sau: Truyền cơng suất cao lực lớn với cấu tương đối đơn giản, hoạt động với độ tin cậy cao, đòi hỏi phải bảo dưỡng chăm sóc Khơng khí nén có tính đàn hồi, suốt, khơng độc hại Tính đồng lượng cấu chấp hành phần tử chức báo hiệu, kiểm tra, điều khiển làm việc môi trường dễ cháy nổ đảm bảo môi trường Do trọng lượng phần tử hệ thống điều khiển khí nén nhỏ, khả giãn nở áp suất khí lớn, nên truyền động đạt vận tốc cao Do khả chịu nén (đàn hồi ) lớn khơng khí trích khí nén cách thuận lợi Như có khả ứng dụng để thành lập trạm chứa khí nén Có thể truyền tải lượng xa, độ nhớ động học khí nén nhỏ tổn thất áp suất đường ống Chi phí thấp để thiết lập hệ truyền động khí nén, phần lớn xí nghiệp hệ thống đường dẫn khí nén có sẵn Hệ thống phịng ngừa áp suất giới hạn đảm bảo 1.1.2 Đối với quạt gió cơng suất lớn Quạt máy khí dùng để hút, đẩy khơng khí khí khác Trong nhà xưởng quạt dùng để hút không khí nóng, oi bên ngồi đưa khí thiên nhiên vào nhà xưởng, tạo thơng thống cải thiện môi trường làm việc tốt Trong cơng nghiệp quạt gió có ưu điểm sau: + Lưu lượng lớn, áp lực cao + Độ ồn thấp, tiêu tốn lượng + Vận hành ổn định, tuổi thọ cao + Vừa sử dụng hệ thống hút vừa sử dụng hệ thống đẩy + Quạt gió thường lắp đặt bên ngồi phân xưởng giúp loại bỏ khí nặng mùi Quạt thường sử dụng nhà máy nhiệt luyện, nhà máy đúc + Sử dụng với làm mát để giảm nhiệt độ từ oc đến 10oc mà không ảnh hưởng tới độ ẩm khơng khí 1.2 HỆ THỐNG KHÍ NÉN TRONG CƠNG NGHIỆP 1.2.1 Một số dạng máy nén khí Hệ thống khí nén có nhiều cơng dụng là: ngun liệu sản xuất (trong cơng nghiệp hóa học), tác nhân mang lượng( khuấy trộn tạo phản ứng), tác nhân mang tín hiệu điều khiển( kĩ thuật tự động điều khiển khí nén), nguồn động lực cấp cho tuabin Nguồn cấp khí nén máy nén khí Máy nén máy để nén khí với số tăng áp >1,15 có làm lạnh nhân tạo nơi xảy q trình nén khí Cơng dụng máy nén khí nén khí di chuyển khí nén đến nơi tiêu thụ theo hệ thống ống dẫn * Một số dạng máy nén khí: a) Máy nén khí piston: loại máy nén khí thể tích Tùy theo áp suất làm việc chia máy hút chân không, máy nén áp suất thấp(10at) Chu kì làm việc máy nén piston tương tự bơm piston, gồm giai đoạn: Hình 1.1: Cấu tạo máy nén khí piston Pr b a Pv Pr Pv O V1 V2 V Hình 1.2: Sơ đồ nguyên lý máy nén piston đồ thị chu trình nén + Giai đoạn hút khí: đường hút 1-2 với áp suất vào pv khơng đổi, supap a mở, khơng khí đẩy vào buồng nén thông qua van nạp Van mở tự động chênh lệch áp suất gây chân không bề mặt piston + Giai đoạn nén đẩy khí: đường nén 2-3 tăng cưỡng áp suất từ pv lên pr đường đẩy 3-4 với áp suất pr không đổi, supap b mở, khơng khí vào buồng nén cân áp suất phía nên van nạp đóng lại q trình nén khí bắt đầu xảy Khi áp suất buồng nén tăng tới mức làm cho van mở ra, khí nén qua van xả vào hệ thống khí nén Máy nén khí kiểu pittơng cấp hút lưu lượng đến 10m3/phút áp suất nén bar, số trường hợp áp suất nén đến 10bar Ưu, nhược điểm máy nén khí kiểu pittơng: - Ưu điểm: Cứng, vững, hiệu suất cao, kết cấu vận hành đơn giản - Nhược điểm: Tạo khí nén theo xung, thường có dầu, ồn b) Máy nén khí kiểu cánh gạt Máy nén khí kiểu cánh gạt bao gồm: Thân máy, mặt bích thân máy, mặt bích trục, rơto lắp trục Trục rôto lắp lệch tâm so với bánh dẫn truyền động Khi rơto quay trịn, tác dụng lực ly tâm cánh gạt chuyển động tự rãnh rôto đầu cánh gạt tựa vào bánh dẫn chuyển động Thể tích giới hạn bánh gạt bị thay đổi Như trình hút nén thực Để làm mát khí nén, thân máy có rãnh để dẫn nước vào làm mát Bánh dẫn bôi trơn quay tròn thân máy để giảm bớt hao mịn cánh tựa vào Hình 1.3: Mặt cắt máy nén khí kiểu cánh gạt Nguyên lý hoạt động Nguyên lý hoạt động máy nén khí kiểu cánh gạt hình 1.4 sau: khơng khí hút vào buồng hút, biểu đồ p-v tương ứng đoạn d-a Nhờ roto stato đặt lệch khoảng lệch tâm e, nên roto quay chiều sang phải, khơng khí vào buồng nén, biểu đồ p-v tương ứng đoạn a-b Sau khí nén vào buồng đẩy, biểu đồ tương ứng đoạn b-c * Ưu, nhược điểm máy nén khí kiểu cánh gạt - Ưu điểm: Kết cấu gọn, máy chạy êm, khí nén khơng bị xung - Nhược điểm: Hiệu suất thấp, khí nén bị nhiễm dầu Hình 1.4: Nguyên lý hoạt động máy nén khí kiểu cánh gạt c) Máy nén khí kiểu trục vít Hình 1.5: Nguyên lý hoạt động Hình 1.5: Quá trình ăn khớp Hình 1.6 : Nguyên lý làm việc máy nén khí m Máy nén khí kiểu trục vít hoạt động theo nguyên lý thay đổi thể tích Thể tích khoảng trống thay đổi, trục vít quay vịng Như tạo q trình hút (thể tích khoảng trống tăng lên), q trình nén (thể tích khoảng trống nhỏ lại) cuối q trình đẩy (hình 1.6) Phần máy nén khí kiểu trục vít gồm có trục: trục trục phụ (hình 1.5) Số (số đầu mối) trục xác định thể tích làm việc (hút, nén), trục quay vòng Số lớn, thể tích hút, nén vịng quay nhỏ Số (số đầu mối) trục trục phụ không cho hiệu suất tốt Trong hình 1.5 trục (2) có đầu mối (4 răng), trục phụ (1) có đầu mối (5 răng) 1.2.2 Hệ thống khí nén giai đoạn xử lý khí nén 1.2.2.1.Hệ thống khí nén Hệ thống khí nén bao gồm phần: lọc khí vào, thiết bị làm mát cấp (làm mát trung gian), thiết bị làm mát sau( làm mát sau nén), thiết bị làm khơ khí, bẫy lọc ẩm, bình chứa, hệ thống đường ống, lọc, thiết bị điều tiết bơi trơn - Bộ lọc khí vào: ngăn không cho bụi vào máy nén, bụi vào gây tắc nghẽn van, làm mòn xy lanh phận khác - Thiết bị làm mát cấp: Giảm nhiệt độ khí trước vào cấp để giảm tải nén tăng hiệu suất Khí thường làm mát nước - Thiết bị làm mát sau: Để loại bỏ nước khơng khí cách giảm nhiệt độ trao đổi nhiệt dùng nước làm mát - Bộ làm khơ khí: Lượng ẩm cịn sót lại sau qua thiết bị làm mát sau loại bỏ nhờ làm khơ khí, khí sử dụng cho thiết bị khí nén phải gần khơ hồn tồn Hơi ẩm bị loại bỏ nhờ sử dụng chất hấp thụ sillic oxit, than hoạt tính giàn làm khơ làm lạnh hay nhiệt độ từ sấy máy nén khí - Bẫy lọc ẩm: bẫy lọc ẩm sử dụng để loại bỏ độ ẩm khí nén Những bẫy tương tự bẫy Các loại bẫy sử dụng gồm: van xả tay, van xả tự động van xả theo thời gian v.v - Bình tích chứa:Các bình tích dùng để tích chứa khí nén giảm xung nén- giảm thay đổi áp suất từ máy nén Hình 1.7 : Hệ thống khí nén 1.2.2.2 Các giai đoạn xử lý khí nén ? Giai doan xu lí khí nén Loc thơ Sây khơ Loc tinh Bơ loc Cum bao duong Bô loc Ðiêu chinh áp suât ? Làm lanh Loc chât bân ? Tách nuoc Loc bui Ngung tu Hâp thu Sây khô bang chât làm lanh Hâp thu khô bangchât làm lanh ~ ? Bô tra dâu Hình 1.8: Các giai đoạn xử lý khí nén a Lọc thơ Làm mát tạm thời khí nén từ máy nén khí ra, để tách chất bẩn, chất bụi Sau khí nén vào bình ngưng tụ để tách nước Giai đoạn lọc thô vấn đề cần thiết vấn đề xử lí khí nén - Làm lạnh tách nước khí nén khơng khí nước bình ngưng tụ: + Khí nén sau khỏi máy nén khí dẫn vào bình ngưng tụ Tại khí làm lạnh phần lớn nước chứa khí ngưng tụ tách Làm lạnh khơng khí, nhiệt độ khí nén bình ngưng tụ đạt khoảng từ 30 C đến 35 Nếu làm lạnh nước : ví dụ nhiệt độ nước làm lạnh có nhiệt độ 10 C nhiệt độ khí nén bình ngưng tụ khoảng 20 C + Nguyên lí hoạt động bình ngưng tụ nước biểu diễn 1: Van an toàn 2: Hệ thống ống dẫn nước làm lạnh 3: Nước làm lạnh dẫn vào 4: Khí nén sau làm lạnh 5: Tách nước chứa khí nén 6: Nước làm lạnh 7: Khí nén dẫn vào từ máy nén khí Hình 1.9: Ngun lí hoạt động bình ngưng tụ b Sấy khơ chất làm lạnh Ngun lí hoạt động phương pháp sấy khô chất làm lạnh (được biểu diễn hình 1.10): Các phần tử hình 1.10 : (1): Bộ phận trao đổi nhiệt khí – khí (2): Bộ phận trao đổi nhiệt khí – chất làm lạnh (3): Bộ phận kết tủa (4): Van nước ngưng tụ tự động (5 )(6): Bình ngưng tụ (7): Rơle điều chỉnh nhiệt độ (8): Van điều chỉmh lưu lượng chất làm lạnh + Khí nén từ máy nén khí qua phận trao đổi nhiệt khí – khí (1) Tại dịng khí nén vào làm lạnh sơ dịng khí nén sấy khơ xử lí từ phận ngưng tụ lên + Sau làm lạnh sơ bộ, dịng khí nén vào phận trao đổi nhiệt khí – chất làm lạnh (2) Qúa trình làm lạnh thực cách, dịng khí nén đổi chiều ống dẫn nằm thiết bị 10 + Bảo vệ ngắn mạch máy nén cầu chì F9 + Bảo vệ ngắn mạch mạch điều khiển cầu chì F10, F11, F12 + Bảo vệ tải động máy nén F1 + Bảo vệ áp suất khí nén S5 2.2.2.Đối với quạt gió cơng suất lớn Trong số nhà máy cơng nghiệp, vấn đề tạo khí cơng đoạn vơ quan trọng q trình sản xuất Để giải vấn đề này, có phân xưởng riêng thiết kế với loạt (đôi tới 10) quạt gió cơng suất lớn thổi vào đường ống, mà động dẫn động công suất từ 450 đến 800kW Với tải quạt gió có tốc độ cao, việc dẫn động động khơng đồng rơto lồng sóc qua cấu truyền động bánh trung gian hợp lý Tuy nhiên, có cơng suất lớn tốc độ cao mà địi hỏi phải dùng động khơng đồng có nguồn cung cấp 6kV hệ thống bôi trơn cưỡng cho cấu truyền động trung gian Các chi tiết hình 2.15 cấu tạo động 7.07 : quạt làm mát bên động 8.00: toàn thân roto 8.10 : cán trục roto 8.20 : lõi roto 8.30 : vòng tự cân 10.00 : khung đỡ lõi cuộn dây stato 10.53 : móc nâng đặc biệt 10.53.1 : bulơng lục giác 10.84 : nắp bịt 20.00 : hộp đấu nối dây 20.04.1 : miếng đệm 20.04.2 : giằng 20.05 : chỗ nối kín 39 Hình 2.15: Cấu tạo stato roto động Hệ truyền động quạt gió cơng suất lớn: Truyền động quạt gió cơng suất lớn hình 2.16 Hình 2.16: Truyền động quạt gió cơng suất lớn Trong đó: + Các can nhiệt có tác dụng cảm biến nhiệt độ gối đỡ trục; + Các áp kế có tác dụng đo áp lực dầu bôi trơn Các áp kế loại có kim chế tạo có tiếp điểm gắn kim, kim quay báo mức áp suất dầu, kim lại chỉnh cố định tương ứng với áp suất dầu cao (0,1Mpa) thấp (0,04Mpa) cần dừng bơm chế độ bơm dầu tự 40 động, chế độ cho phép khởi động hệ truyền động (khi áp suất dầu 0,07Mpa) tự dừng hệ (khi áp suất dầu 0,03Mpa); + Động bơm dầu có cơng suất từ 0,8 đến 1,8kW dùng nguồn 380V~; + Động dẫn động loại động không đồng rơto lồng sóc, có cơng suất từ 450 đến 800kW dùng nguồn 6kV Sơ đồ khối-chức hệ TĐĐ truyền động hình 2.17 Trong đó: + Tủ điều khiển chỗ tủ điều khiển bơm dầu bố trí xưởng gần quạt gió + Tủ đo lường điều khiển bố trí phịng điều khiển (cách âm) xưởng quạt gió + Tủ máy cắt trung áp MC bố trí trạm phân phối nguồn 6kV nhà máy (thường gọi tổng hạ áp) Hệ điều khiển truyền động quạt gió phải thoả mãn số yêu cầu tự động bảo vệ sau: - Chỉ cho phép khởi động hệ thống áp suất dầu bôi trơn = 0,07Mpa; - Tự động dừng hệ truyền động áp suất dầu bôi trơn 0,03 Mpa nhiệt độ gối đỡ trục 700C; - Tự động bơm dầu áp suất dầu bôi trơn =0,04 Mpa tự động dừng = 0,1Mpa 41 2.3.PHƢƠNG ÁN XÂY DỰNG HỆ TRUYỀN ĐỘNG BIẾN TẦN CAO ÁP ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐÔNG BỘ Động điện xoay chiều ba pha rotor lồng sóc ngày sử dụng rộng rãi cơng nghiệp với nhiều ưu điểm giá thành thấp, sử dụng nguồn điện xoay chiều ba pha hình sin nguồn điện phổ biến sống Tuy nhiên, có nhược điểm việc điều chỉnh tốc độ khó khăn Để khắc phục điều này, người ta sử dụng hệ điều chỉnh tốc độ động sử dụng biến tần với nhiều ưu điểm ngày sử dụng rộng rãi đời sống Sơ đồ khối hệ điều chỉnh tốc độ biến tần NL BT Uf 2, U1 f , Ud CO>> CL DCKDB Hình 2.18: Sơ đồ khối hệ điều chỉnh tốc độ biến tần nguồn áp Khối bao gồm chỉnh lưu nghịch lưu áp mắc song song ngược Bộ chỉnh lưu biến điện áp lưới ( U1,f1 ) thành điện áp chiều Ud cung cấp cho mạch trung gian Bộ nghich lưu biến đổi điện áp chiều thành điện áp xoay chiều ba pha trả lưới chế độ nghịch lưu 42 Khối khâu trung gian với tụ Co có dung lượng lớn, có tác dụng trì điện áp hai cực nguồn chỉnh lưu không thay đổi biến tần làm việc Khối biến tần nguồn áp ,trên đầu thu điện áp xoay chiều có tần số biên độ thay đổi ,cung cấp cho động điện không đồng ba pha rotor lồng sóc 43 ...stato roto động Hệ truyền động quạt gió cơng suất lớn: Truyền động quạt gió cơng suất lớn hình 2.16 Hình 2.16: Truyền động quạt gió cơng suất lớn Trong đó: + Các can nhiệt có tác dụng cảm biến ... tự động điều khiển khí nén) , nguồn động lực cấp cho tuabin Nguồn cấp khí nén máy nén khí Máy nén máy để nén khí với số tăng áp >1,15 có làm lạnh nhân tạo nơi xảy q trình nén khí Cơng dụng máy nén. .. thọ cao + Vừa sử dụng hệ thống hút vừa sử dụng hệ thống đẩy + Quạt gió thường lắp đặt bên ngồi phân xưởng giúp loại bỏ khí nặng mùi Quạt thường sử dụng nhà máy nhiệt luyện, nhà máy đúc + Sử dụng