Thiết kế mạch khởi động động cơ đổi nối sao tam giác

Thiết kế mạch khởi động động cơ đổi nối sao tam giác. Tổng quan về động cơ điện, các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ, khởi động trực tiếp, khởi động bằng phương phá đổi nối sao tam giác, khởi động dùng máy biến áp tự ngẫu. Lý thuyết về mạch khởi động sao tam giác.

LỜI MỞ ĐẦU Nước ta nước lên từ nông nghiệp, công nghiệp phát triển lạc hậu Tuy nhiên, năm gần ngành công nghiệp nước ta thay đổi tích cực, nhanh chóng đại hóa mạnh mẽ.Nhưng so với nước công nghiệp phát triển khác nước công nghiệp khu vực cơng nghiệp nước ta cịn khoảng cách xa.Để đảm bảo chất lượng phát triển cơng nghiệp thời buổi việc nâng cao tính hoạt động suất thiết bị máy móc yêu cầu chủ yếu, thiết thực nhất.Đó đưa thiết bị máy móc vào dây truyền tự dộng bán tự dộng mạch điều khiển điện cơng nghiệp nay.Trong dó, mạch khởi động động đổi nối sao- tam giác quan trọng cần thiết.Vì việc tìm hiểu vận hành kiểm tra thử nghiệm thực tế thiết bị công nghiệp vốn kiến thức thiếu cho sinh viên ngành điện Do vấn đề chủ yếu cần thiết cho việc vận hành bảo dưỡng kinh tế thiết bị công nghiệp nhằm nâng cao suất sản xuất xí nghiệp vừa nhỏ Chính vậy,nhóm chúng em chọn đề tài “ Khởi động động KĐB pha phương pháp đổi nối sao- tam giác”.Trong q trình làm cịn nhiều thiếu xót mong thầy bạn góp ý để hồn thiện CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ ĐIỆN I Định nghĩa: Động điện máy dùng để chuyển đổi lượng điện sang lượng Máy điện dùng để chuyển đổi ngược lại (từ sang điện) gọi máy phát điện hay dynamo Các động điện thường gặp dùng nhiều gia đình tủ điện, tủ lạnh, máy giặt, máy bơm nước, máy hút bụi,… Trong công nghiệp dùng nhiều máy nâng hạ, máy kéo, tời điện, máy bơm,… Phân loại:  Động điện xoay chiều: • Động khơng đồng • Động đồng  Động điện chiều: • Động điện kích từ nam châm vĩnh cửu • Động điện kích từ điện  Động bước III Nguyên tắc hoạt động: Phần động điện gồm phần đứng yên (stator) phần chuyển động (rotor) quấn nhiều vòng dây dẫn hay có nam châm vĩnh cửu Khi cuộn dây rotor stator nối với nguồn điện , xung quanh tồn từ trường , tương tác từ trường rotor stator tạo chuyển động quay rotor quanh trục hay momen II Phần lớn động điện hoạt động theo nguyên lý điện từ, loại động dựa nguyên lý khác lực tĩnh điện hiệu ứng điện áp sử dụng Nguyên lý mà động điện từ dựa vào có lực học cuộn dây có dịng điện chạy qua nằm từ trường Lực theo mô tả định luật lưc Lorentz vng góc với cuộn dây với từ trường IV Phần lớn động từ xoay có động tuyến tính Trong động xoay, phần chuyển động gọi rotor, phần đứng yên gọi stator Các phương pháp khởi động động không đồng bộ: Khởi động trực tiếp: - Đóng cầu dao CD nối trực tiếp dây quấn stato vào lưới, động quay Đây phương pháp đơn giản Áp dụng cho động có cơng suất nhỏ 75KW Bằng cách đóng pha động trực tiếp vào ba pha nguồn công tắc khí   Ưu điểm : Khi nguồn điện lớn so với công suất động ,nên dùng phương pháp mở máy trực tiếp thời gian mở máy nhanh ,phương pháp mở máy đơn giản ,momen mở máy lớn Nhược điểm :Mở máy trực tiếp ,dòng điện mở máy lớn ,nếu quán tính tải lớn dẫn đến thời gian mở máy kéo dài ,có thể làm cho động điện phát nóng , động khởi động không êm Ảnh hưởng đến điện áp lưới điện thời gian giảm áp lâu Khởi động phương pháp đổi nối - tam giác: Sơ đồ: Các cầu dao CD1, CD2, cầu dao đảo chiều CD - Phương pháp dùng cho động lúc máy làm bình thường nối Δ, khởi động nối Y, sau tốc quay gần ổn định chuyển nối Δ để làm việc - Phương pháp đơn giản , làm việc tin cậy nên sử dụng rộng rãi với động từ 11kW đến 45kW  Ưu điểm: Dòng khởi động giảm lần , bảo vệ an toàn cho động thiết bị - việc độ  Nhược điểm: Momen khởi động giảm làn, thời gian khởi động lâu Đòi hỏi người vận hành phải hướng dẫn cẩn thận Khởi động dùng máy biến áp tự ngẫu: - Sơ đồ: Các cầu dao CD1, CD2, CD3, biến TN Nguyên lý hoạt động: • Khi khởi động: cắt CD2, đóng CD3, vị trí điện áp đặt vào động khoảng (0.6÷0,8)Uđm, đóng CD1 để nối stato vào lưới điện thơng qua MBA TN • Khi động quay ổn định: cắt CD3, đóng CD2 để ngắn mạch MBA TN, nối trực tiếp dây quấn stato vào lưới áp tự ngẫu MBA TN để Động kết nối thêm máy biến áp tự ngẩu trình khởi động  Ưu Điểm : dịng điện mở máy nhỏ , momen mở máy lớn Dùng cho động cao áp có dải lựa chọn điện áp  Nhược điểm : giá thành thiết bị mở máy đắt tiền phương pháp mởi máy trực tiếp hay mớ máy phương pháp – tam giác - Khởi động dùng cuộn kháng ( điện trở phụ ) mạch stato: Sơ đồ: Các cầu dao CD1 CD2, cuộn điện kháng CK Nguyên lý hoạt động: • Khi khởi động: CD2 mở, CD1 đóng, stato nối lưới điện qua điện kháng CK • Khi động quay ổn định: đóng CD2, ngắn kháng CK, stato nối trực tiếp vào lưới - Quá trình khởi động có gắn nối tiếp cuộn kháng vào cuộn stato khóa K -  Ưu điểm : phương pháp thiết bị đơn giản điều chỉnh điện kháng (trở kháng) stato vào mạch điện  Khởi động dùng cuộn kháng (hoặc điện trở phụ) rotor: - Dùng cho động không đồng roto dây quấn cách lần lược đóng trởi kháng phụ hay điện trở phụ vào Roto khóa K   V cách dể dàng Có thể dùng cho động roto lồng sóc lẫn roto dây quấn Dịng mở máy giảm Nhược điểm giảm dòng điện mở máy momen mở máy giảm bình phương lần, thời gian mở máy chậm đắt tiền Ưu điểm : thiết bị đơn giản điều chỉnh điện kháng (trở kháng) Roto cách dể dàng Dòng khởi động nhỏ phương pháp dùng trở kháng Stato Nhược điểm :là giảm dịng điện mở máy momen mở máy giảm, thời gian mở máy chậm Khởi động mềm: - Là phương pháp đại , dùng cho động có cơng suất vừa lớn Điện áp stato điều khiển thay đổi liên tục theo thời gian nhờ điều khiển điện áp xoay chiều Mạch sử dụng cơng tắc bán dẫn để dóng điện  Ưu điểm : mômen khởi động thay đổi mềm, khống chế dòng khởi động Đáp ứng nhanh đóng ngắt Khơng có vấn đề phát sinh hồ quang  Nhược điểm : sử dụng linh kiên bán dẫn dẫn đến tổn hao nhiệt Linh kiện bán dẫn ngắt điện khơng hồn tồn Ứng dụng động : Ngày động điện dùng hầu hết lĩnh vực, từ động nhỏ dùng lị vi sóng để chuyển động đĩa quay , hay máy đọc đĩa (máy chơi CD hay DVD), đến đồ nghề máy khoan, hay máy gia dụng máy giặt , động thang máy hay hệ thống thông gió dựa vào động điện Ở nhiều nước động điện dùng phương tiện vận chuyển, đặc biệt máy xe tầu điện… CHƯƠNG II: LÝ THUYẾT VỀ MẠCH KHỞI ĐỘNG SAO- TAM GIÁC (Y/Δ) I Giới thiệu phương pháp khởi động động đổi nối sao- tam giác Khởi động động đổi nối sao- tam giác(Y/Δ): Khởi động sao- tam giác biện pháp khởi động động có cơng suất trung bình.Chỉ áp dụng với động hoạt động với sơ đồ tam giác.Khi khởi động, động nối sao, lúc điện áp cuộn dây U pha(220V với lưới điện hạ áp Việt Nam) Sau khoảng thời gian chuyển sang đẫu tam giác, lúc điện áp cuộn dây U dây Bằng cách giúp cho dòng khởi động nhỏ xuống, có nhược điểm moment khởi động giảm theo.Về sơ đồ đấu dây dễ dàng tìm kiếm, thiết bị sử dụng đơn giản Tuy nhiên đòi hỏi người vận hành phải hướng dẫn cẩn thận.Đối với động nhỏ tới 7.5KW khởi động trục tiếp.Đối với động từ 11KW tới 45KW khởi động sao- tam giác thường loại động không đồng ba pha động rotor dây quấn, động lồng sóc,… Ta có mạch khởi động động đổi nối sao-tam giác sau: Dòng điện khởi động động đổi nối sao- tam giác (Y/Δ): 2.1 Dòng điện khởi động động đấu (Y) Gọi UdY điện áp dây lưới điện ZN trở kháng cuộn dây pha Lúc điện áp đặt lên cuộn dây pha động là: UpY = Ta có dịng điện dây động đấu là: IdY = IpY 2.2 Dòng điện khởi động động đấu tam giác (Δ) Kết thúc trình khởi động sao, động chuyển sang đâu tam giác Khi đó, điện áp đặt lên cuộn dây pha động là: UpΔ = UdΔ Và dòng điện dây động đấu tam giác là: IdΔ = IpΔ 2.3 Dòng điện khởi động cần tìm động cơ: Lấy tỷ lệ dòng điện khởi động động đấu sao(Y) dòng điện khởi động động đấu tam giác(Δ), ta có kết sau: Vậy dịng điện khởi động động đổi nối sao- tam giác là: Ikđ = IdY = Moment khởi động động đổi nối sao- tam giác (Y/Δ) 3.1 Moment quay động cơ: Sơ đồ mạch tương đương gần động không đồng sau: Ở chế độ động điện, moment điện từ đóng vai trị moment quay tính theo cơng thức sau: Trong đó: tần số góc dịng điện stator P số đôi cực từ R1 điện trở dây quấn stator R2 điện trở dây quấn rotor quy đổi stator X1 điện kháng tản dây quấn stator X2 điện kháng tản dây quấn rotor quy đổi stator N1 tốc độ từ trường quay N tốc độ động S= hệ số trượt Với s=1 ta có moment mở máy động là: 3.2 Moment khởi động động đấu sao(Y) Động khơng đồng bap có moment khởi động Để khởi động được, moment khởi động động phải lớn moment cản tải lúc khởi động, đồng thời moment động phải đủ lớn để thời gian khởi động phạm vi cho phép Với hệ số trượt s=1 , ta có moment khởi động động đâu là; 3.3 3.4 Do dòng khởi động IkdY nhỏ nên điện áp nhỏ moment khởi động MkdY giảm xuống Vì moment khởi động tỷ lệ với bình phương điện áp đặt vào động Moment khởi động động chuyển sang đấu tam giác: Kết thúc trình khởi động động chuyển sang tam giác tức thì.Lúc này, dịng ddienj vào cuộn dây động tăng lên tương đương với dòng điện định muwucs điện áp tăng theo.từ moment động tăng lên nhanh tính theo cơng thức sau: Moment khởi động động cần tìm là: Lấy moment khở động động đau sao(Y) moment khởi động động chuyển sang đấu tam giác Ta kết sau: 10 Vậy moment khởi động động đổi nối sao- tam giác là: Mkd = MkdY = Đặc tính khởi động động đổi nối sao- tam giác: 4.1 Đặc tính khởi động động khơng đồng ba pha: Ta có hàm quan hệ moment theo hệ số trượt : M= f(s) Thay ta có quan hệ n=f(M) Và đường đặc tính động không đồng giản đồ sau : 11 Từ hình vẽ a) ta thấy động làm việc moment mở máy (Mmở ) lớn moment cản (Mc) Vì động cấp điện xuất moment mở máy moment động (M) xuất sau đó, đến hệ số trượt s=1 động bắt đầu khởi động Khi đọng khởi động moment mở máy moment động giảm xuất moment cản, dó cần xác định thời gian phù hợp để moment cản không lớn moment động 4.2 II Đặc tính khởi động động đổi nối sao- tam giác(Y/Δ) Do phương pháp dùng cho động không đồng pha làm việc bình thường dây quấn stator nối hình tam giác nên có đặc tính tương tự Các phần tử mạch khởi động sao- tam giác: Aptomat pha Aptomat khí cụ điện dùng để tự động cắt mạch điện, bảo vệ tải ngắn mạch, sụt áp,… kỹ thuật sử dụng để đóng cắt khơng thường xun mạch làm việc chế độ bình thường 12 Ảnh: Aptomat MCCB hãng Schneider Chế độ làm việc định mức aptomat phải chế độ làm việc dài hạn, nghĩa trị số dòng điện định mức chạy qua aptomat lâu Aptomat phải ngắt trị số dịng điện ngắn mạch lớn, đến vài chục kilo Ampere (kA) Sau ngắt dòng điện ngắn mạch, aptomat phải đảm bảo làm việc tốt trị số dòng điện định mức (Idm) Để nâng tính ổn định nhiệt điện động thiết bị điện, hạn chế phá hoại dòng điện ngắn mạch gây ra, aptomat phải có thời gian cắt nhỏ Điều kiện để chọn Aptomat là: Iaptomat >=(1.25÷ 1.5) Iđm, tính tốn chọn lắp đặt thực tế phải dựa vào bất đẳng thức Chủ yếu dựa vào: • • • Dịng điện tính tốn mạch Dịng điện q tải Tính thao tác có chọn lọc Rơ le nhiệt: Rơle nhiệt loại khí cụ điện tự động đóng cắt tiếp điểm nhờ co dãn nhiệt kim loại Ứng dụng: Rơle nhiệt thường dùng để bảo vệ tải cho thiết bị điện Trong công nghiệp rơle nhiệt lắp kèm với công tắc tơ Phân loại Rơle nhiệt 13 • • • Theo kết cấu: Kiểu hở kiểu kín Theo yêu cầu sử dụng: Loại cực hai cực Theo phương thức đốt nóng: trực tiếp, gián tiếp Ảnh:Một rơle nhiệt thực tế Đặc tính Role nhiệt quan hệ dòng điện phụ tải chạy qua thời gian tác động (gọi đặc tính thời gian – dòng điện, A - s) Mặt khác, để đảm bảo yêu cầu giữ tuổi thọ lâu dài thiết bị theo đíng số liệu kỹ thuật cho nhà sản xuất, đối tượng bảo vệ cần đặc tính thời gian dịng điện Chọn dịng điện định mức Rơle nhiệt dòng điện định mức động điện cần bảo vệ, Rơle tác động giá trị (1,2 ÷ 1,3)Iđm Bên cạnh, chế độ làm việc phụ tải nhiệt độ môi trường xung quanh phải xem xét Contactor: Contactor khí cụ điện dùng để đóng ngắt tiếp điểm, sử dụng contactor ta điều khiển mạch điện từ xa Contactor cấu tạo gồm thành phần: nam châm điện, hệ thống dập hồ quang, hệ thơng tiếp điểm (tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ) 14 Ảnh cấu tạo contactor Contactor pha thực tế Hệ thống tiếp điểm contactor tủ điện liên hệ với phần lõi từ di động qua phận liên động Tuỳ theo khả tải dẫn qua tiếp điểm, ta chia tiếp điểm thành hai loại: Tiếp điểm chính: Có khả cho dòng điện lớn qua (từ 10A đến vài nghìn A, thí dụ khoảng 1600A hay 2250A) Tiếp điểm tiếp điểm thường hở đóng lại cấp nguồn vào mạch từ contactor tủ điện làm mạch từ hút lại • Tiếp điểm phụ: Có khả cho dòng điện qua tiếp điểm nhỏ 5A Tiếp điểm phụ có hai trạng thái: Thường đóng thường hở • Tiếp điểm thường đóng loại tiếp điểm trạng thái đóng (có liên lạc với hai tiếp điểm) cuộn dây nam châm contactor 15 trạng thái nghỉ (không cung cấp điện) Tiếp điểm hở contactor trạng thái hoạt động Ngược lại tiếp điểm thường hở Như vậy, hệ thống tiếp điểm tủ điện điều khiển thường lắp mạch điện động lực, tiếp điểm phụ lắp hệ thống mạch điều khiển Contactor Khi cấp nguồn tủ điện điều khiển giá trị điện áp định mức Contactor vào hai đầu cuộn dây quấn phần lõi từ cố định lực từ tạo hút phần lõi từ di động hình thành mạch từ kín (lực từ lớn phản lực lị xo), Contactor trạng thái hoạt động Lúc nhờ vào phận liên động lõi từ di động hệ thống tiếp điẻm làm cho tiếp điểm đóng lại, tiếp điểm phụ chuyển đổi trạng thái (thường đóng mở ra, thường hở đóng lại) trì trạng thái Khi ngưng cấp nguồn cho cuộn dây Contactor trạng thái nghỉ, tiếp điểm trở trạng thái ban đầu Rơ le thời gian: Rơ le thời gian thiết bị có tiếp điểm (đóng lại mở ra) chậm so với thời điểm nhận (được) tín hiệu điều khiển Có thể điều chỉnh độ trì hỗn thời gian RTG Dùng sơ đồ bảo vệ tự động, hệ thống điều khiển q trình cơng nghệ Rơle thời gian có chức tạo thời gian trì cần thiết truyền tín hiệu từ thiết bị sang thiết bị khác Hiện thị trường bạn dễ dàng tìm thấy loại rơle thời gian sau: - Rơ le thời gian điện tử - Rơle thời gian - Rơ le thời gian 24h : Với dịng timer tuần hồn 24h, đơn giản tính nên rơle thời gian 24h sử dụng nhiều vào hệ thống chiếu sáng nhiều ứng dụng khác Nguyên lý hoạt động: Khi cấp nguồn vào cuộn dây Rơle thời gian ON DELAY, tiếp điểm tác động khơng tính thời gian chuyển đổi trạng thái tức thời (thường đóng mở ra, thường mở đóng lại), tiếp điểm tác động có tính thời gian không đổi Sau khoảng thời gian định trước, tiếp điểm tác động có tính thời gian chuyển trạng thái trì trạng thái Khi ngưng cấp nguồn vào cuộn dây, tất tiếp điểm tức thời trở trạng thái ban đầu 16 Ảnh: rơle thực tế Nút bấm: Là khí cụ điện sử dụng tác động học giúp thay đổi trạng thái cặp tiếp điểm thường đóng thường mở tích hợp bên trong, tùy yêu cầu người dùng sử dụng loại tiếp điểm phù hợp Động điện: Mạch khởi động tam giác ứng dụng việc khởi động động khơng đồng ba pha roto lồng xóc Các thơng số cần quan tâm chọn động cơ: • • • Tên hãng động Seri Loại động 17 • • • • • • Công xuất động Tốc độ quay Điện áp định mức theo tổ đấu dây sao/ tam giác Dòng điện định mức Tần số dòng điện Cấp bảo vệ giới hạn nhiệt độ CHƯƠNG III: THIẾT KẾ MẠCH KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ ĐỔI NỐI SAO- TAM GIÁC 18 Nguyên lí hoạt động : Đóng áp to mát nguồn (MCB), ấn nút nhấn START, cuộn hút cơng tắc tơ K1,K2 có điện, đèn báo hoạt động sáng rơ le thời gian TIMER bắt đếm Cuộn hút K1,K2 tác động đóng tiếp điểm K1 main ,K2 STAR mạch lực tiếp điểm phụ K1 đóng, K2 NC ngắt Lúc động chạy chế độ Sau khoảng thời gian đinh trước cho TIMER rơ le thịi gian tác động tiếp điểm TIMER NC ngắt TIMER NO đóng Cuộn hút K2 điện, tiếp điểm mạch lực K1 STAR ngắt , tiếp điểm K2 NC đóng Cuộn hút K3 có điện làm cho tiếp điểm mạch lực K3 DELTA đóng Lúc động từ chế độ chuyển sang chế độ tam giác Khi muốn tắt động cơ, ấn nút STOP toàn cuộn hút rơ le thời gian điện Đèn báo hoạt động tắt động dừng làm việc 19 20 ... đổi nối sao- tam giác Khởi động động đổi nối sao- tam giác( Y/Δ): Khởi động sao- tam giác biện pháp khởi động động có cơng suất trung bình.Chỉ áp dụng với động hoạt động với sơ đồ tam giác. Khi khởi. .. Dòng điện khởi động cần tìm động cơ: Lấy tỷ lệ dòng điện khởi động động đấu sao( Y) dòng điện khởi động động đấu tam giác( Δ), ta có kết sau: Vậy dịng điện khởi động động đổi nối sao- tam giác là:... động từ 11KW tới 45KW khởi động sao- tam giác thường loại động không đồng ba pha động rotor dây quấn, động lồng sóc,… Ta có mạch khởi động động đổi nối sao- tam giác sau: Dòng điện khởi động động