Khởi động mềm là phƣơng phỏp thƣờng dựng cho động cơ cú cụng suất trung và lớn. Cú nhiều cỏch nhƣng chủ yếu nhất là điều ỏp xoay chiều và biến tần. Ƣu điểm là điều chỉnh trơn, phạm vi điều chỉnh rộng, cú thể sử dụng dừng mềm, hiện nay với phỏt triển của điện tử cụng suất thỡ giỏ cũng khụng cao lắm và hoạt động cũng khỏ ổn định, cú thể dựng kết hợp để điều chỉnh tốc độ động cơ. Nhƣợc điểm là khú thi cụng, khú bảo trỡ bảo dƣỡng, điện ỏp và dũng điện sau điều chỉnh khụng sin hoàn toàn, càng điều chỉnh càng bị mộo và biờn độ súng hài củng cao hơn.
Phƣơng phỏp khởi động đƣợc ỏp dụng ở đõy là cần hạn chế điện ỏp ở đầu cực động cơ, tăng dần điện ỏp theo một chƣơng trỡnh thớch hợp để điện ỏp tăng tuyến tớnh từ một giỏ trị xỏc định đến điện ỏp định mức. Đú là quỏ trỡnh khởi động mềm (ramp) toàn bộ quỏ trỡnh khởi động đƣợc điều khiển đúng mở thyristor bằng bộ vi sử lý 16 bit với cỏc cổng vào ra tƣơng ứng, tần số giữ khụng đổi theo tần số điện ỏp lƣới. Ngoài ra cũn cung cấp cho chỳng ta những giải phỏp tối ƣu nhờ nhiều chức năng nhƣ khởi động mềm và dừng mờm,
dừng đột ngột, phanh dũng trực tiếp, tiết kiệm năng lƣợng khi non tải. Cú chức năng bảo vệ động cơ nhƣ bảo vệ quỏ tải, mất pha ..
Hình 2.1. Đ-ờng cong mômen và dòng điện tại mỗi giá trị hằng của dòng điện.
Hình 2.2. Điện áp và dòng điện của động cơ khi khởi động mềm có ramp điện áp
Hình2.3. Điện áp và dòng điện của động cơ khi khởi động mền có hạn chế điện áp
Hình 2.4. Điện áp và dòng điện của động cơ khi khởi động mềm có ramp điện áp và hạn chế điện áp.
Hình 2.5. Điện áp và dòng điện của động cơ khi khởi động mềm có ramp điện áp và hạn chế dòng điện
Hình 2.6. Điện áp và dòng điện của động cơ khi khởi động sung có ramp điện áp và hạn chế dòng điện
Hình 2.6. Điện áp và dòng điện của động cơ khi khởi động sung có hạn chế điện áp
Hình 2.7. Đ-ờng cong tốc độ động cơ với các chức năng 1. Hãm động năng; 2 dừng tự do; 3. Dừng mềm
Hình2.8. Điện áp động cơ khi dừng tự do
Hình 2.9. Điện áp động cơ khi dừng mềm
Những ứng dụng điển hỡnh của bộ khởi động mềm : - Động cơ điện cho chuyờn chở vật liệu.
- Động cơ cú bộ chuyển đổi (vớ dụ hộp số, băng tải ..)
- Động cơ cú quỏn tớnh lớn (quạt, mỏy nộn, bơm, băng truyền, thang mỏy, mỏy nghiền, mỏy ep, mỏy khuấy, mỏy dệt …
Những đặc điểm khỏc : - Bền vững tiết kiệm khụng gian lắp đặt. - Cú chức năng điều khiển và bảo vệ.
- Khoảng điện ỏp sử dụng 200 – 500 V, tần số 45 – 65 Hz. - Cú phần mềm chuyờn dụng đi kốm.
- Lắp và đặt chức năng dễ dàng.
2.2.2. Nguyờn lý hoạt động của khởi động mềm 2.2.2.1. Kĩ thuật khởi động và dừng 2.2.2.1. Kĩ thuật khởi động và dừng
a. Những nột chớnh
Mạch lực của hệ thống khởi động mềm gồm 3 cặp thyristor đấu song song ngƣợc cho 3 pha. Vỡ mụ men động cơ tỉ lệ với bỡnh phƣơng điện ỏp, dũng điện tỉ lệ với điện ỏp, mụ men gia tốc và dũng điện khởi động đƣợc hạn chế thụng qua điều chỉnh trị số hiệu dụng của điện ỏp. Quy luật điều chỉnh này trong khi khởi động và dừng nhờ điều khiển pha (kớch, mở 3 cặp thyristor song song ngƣợc) trong mạch lực.
Nhƣ vậy, hoạt động của bộ khởi động mềm hoàn toàn dựa trờn việc điều khiển điện ỏp khi khởi động và dừng, tức là trị số hiệu dụng của điện ỏp là thay đổi.
Nếu dừng động cơ, mọi tớn hiệu kớch mở thyristor bị cắt và dũng điện dừng tại điểm qua khụng kế tiếp của điện ỏp nguồn.
Giải thớch :
IA – Dũng điện ban đầu khi khởi động trực tiếp. IS – Dũng điện bắt đầu cú ramp điện ỏp.
In – Dũng điện định mức của động cơ. Uơsơ – Điện ỏp bắt đầu ramp.
Un – Điện ỏp định mức của động cơ. tr - Thời gian ramp.
n - Tốc độ động cơ.
Nếu phỏt hiện động cơ đạt tốc độ yờu cầu trƣớc khi hết thời gian đặt của bộ khởi động mềm, điện ỏp vào lập tức đƣợc tăng lờn 100% điện ỏp lƣới, đú chớnh là chức năng phỏt hiện tăng tốc.
b. Dừng tự do theo quỏn tớnh (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Nếu điện ỏp cấp bị cắt trực tiếp, động cơ chạy theo quỏn tớnh cho tới khi dừng trong khoảng thời gian xỏc định. Thời gian dừng với mụmen quỏn tớnh nhỏ cú thể rất ngắn, cần trỏnh trƣờng hợp này đề phũng sự phỏ huỷ về cơ và sự dừng tải đột ngột khụng mong muốn.
Khụng nờn cắt trực tiếp cỏc động cơ cú mụmen quỏn tớnh nhỏ nhƣ băng truyền, thang mỏy, mỏy nõng để đảm bảo khụng nguy hiểm cho ngƣời, thiết bị và sản phẩm.
Nhờ chức năng dừng mềm mà điện ỏp động cơ đƣợc giảm từ từ trong khoảng từ 1 đến 20 giõy tuỳ thuộc vào yờu cầu. Điện ỏp ban đầu cho dừng mềm Ustop = 0,9Un và điện ỏp cuối quỏ trỡnh vào khoảng 0,85 điện ỏp ban đầu. Thời gian ramp điện ỏp tới 1000 giõy cựng điện ỏp đầu và cuối quỏ trỡnh dừng mềm đặt theo chƣơng trỡnh.
Nhƣ vậy, thực chất dừng mềm là cố ý kộo dài quỏ trỡnh dừng bằng cỏch giảm từ từ điện ỏp nguồn cung cấp vào động cơ. Nếu trong quỏ trỡnh dừng mà cú lệnh khởi động, thỡ quỏ trỡnh dừng này lập tức bị huỷ bỏ và động cơ đƣợc khởi động trở lại.
d. Tiết kiệm năng lƣợng khi non tải
Nếu động cơ điện vận hành khụng tải hay non tải, trong trƣờng hợp này khởi động mềm giỳp tiết kiệm điện năng nhờ giảm điện ỏp động cơ tới gia trị U0, việc giảm điện ỏp do đú làm giảm dũng điện, dẫn đến giảm bớt cả tổn hao đồng và tổn hao sắt %.
Theo mỡnh biết thỡ khởi động động cơ cú 2 phƣơng phỏp là khởi động cứng và khởi động mềm.
- Khởi động cứng là phƣơng phỏp thƣờng thấy ở những động cơ cú cụng suất nhỏ (đổi nối sao/tam giỏc, khởi động bằng điện trở ....). Ƣu điểm là rẻ tiền, dễ kiểm tra, đấ nối, bảo trỡ bảo dƣỡng, lắp đặt, hoạt động ổn định, dũng điện cũn dạng sin. Nhƣợc điểm là chỉ dựng cho đ/c cụng suất nhỏ, phạm vi hạn dũng khởi động khụng rụng, dũng điện khởi động đƣợc điều chỉnh cú cấp, khụng trơn.
- Khởi động mềm là phƣơng phỏp thƣờng dựng cho đ/c cú cụng suất trung và lớn. Cú nhiều cỏch nhƣng chủ yếu nhất là điều ỏp xoay chiều và biến tần. Ƣu điểm là điều chỉnh trơn, phạm vi điều chỉnh rộng, cú thể sử dụng dừng mềm, hiện nay với phỏt triển của điện tử cụng suất thỡ giỏ cũng khụng cao lắm và hoạt động cũng khỏ ổn định, cú thể dựng kết hợp để điều chỉnh tốc độ động cơ. Nhƣợc điểm là khú thi cụng, khú bảo trỡ bảo dƣỡng, điện ỏp và dũng điện sau điều chỉnh khụng sin hoàn toàn, càng điều chỉnh càng bị mộo và biờn độ súng hài củng cao hơn.
- Với khởi động mềm, nguyờn lý điều khiển là điều chỉnh gúc mở của van để điều chỉnh dũng điện cung cấp cho đ/c và gúc điều chỉnh này giảm dần đến khi gúc mở của van = 0 tƣơng ứng với dũng điện cấp cho đ/c là lớn nhất (dừng mềm thỡ ngƣợc lại). Mỡnh núi sơ về điều ỏp xoay chiều nhộ. sơ đồ điều khiển cú 2 nguyờn tắc là điều khiển hàng ngang và điều khiển dọc. Điều khiển dọc và cũng là thụng dụng nhất theo sơ đồ sau:
- Với nguyờn tắc này, tớn hiệu đồng bộ đƣợc lấy qua biến ỏp đồng pha (hoặc opto) để tạo tớn hiệu đồng bộ sau đú đƣợc điều chế tạo điện ỏp tựa. Điện ỏp
tựa này đƣợc so sỏnh với mạch tạo điện ỏp điều khiển (thƣờng đƣợc xõy dựng trờn mạch PI) cho ra điện ỏp so sỏnh để làm tớn hiệu cho mạch tạo xung đơn (cú trƣờng hợp là xung chựm). Xung đơn đƣợc tạo ra này là xung quyết định thời điểm mở của van. Nếu dựng điều ỏp xoay chiều là 6 SCR đấu // ngƣợc thỡ cần cú xung kộp do đú cú thờm mạch tạo xung kộp. Khi cú xung kộp thỡ toàn bộ đƣợc khuếch đại, qua biến ỏp xung và điều khiển gúc mở của van.
- Sơ lƣợc là vậy, cũn về cụng suất thỡ với đ/c từ khoảng vài chục k trở lờn. Nhƣng trong cuộc sống hàng ngày, chớnh cỏi dimmer điều chỉnh quạt trần hay đốn củng là 1 bộ điều ỏp xoay chiều rồi đú.
2.2.2.2. Cỏc đặc tớnh
Cỏc đặc tớnh tổng quỏt:
- Khởi động và hóm mềm động cơ theo phƣơng phỏp điều khiển mo-men TCSBảo vệ quỏ nhiệt cho động cơ
- Bảo vệ cho động cơ khỏi qua tải và non tải với ngƣỡng bảo vệ và thời gian cú thể hiệu chỉnh đƣợc, bảo vệ trƣờng hợp Roto bị khoỏ, điều khiển chiều quay (thứ tự pha)
Đó cài đặt sẵn cỏc tham số ngầm định để cú thể khởi động ngay
Cú thể cài đặt thụng số theo yờu cầu một cỏch đơn giản qua màn hỡnh tớch hợp sẵn hoặc bằng phần mềm (Powersuite) Điều khiển kết hợp Contactor nối tắt khi khởi động xong để
trỏnh tổn hao nhiệt
Cú thể kết nối dạng cấu hỡnh kộp (2 động cơ) Cỏc ngừ vào/ra đa chức năng
Cú thể khởi động và hóm mềm nhiều động cơ (dạng nối tầng) Tớch hợp hỡnh thức giao tiếp mạng kiểu Modbus
2.3. Đỏnh giỏ về khởi động mềm
Khởi động mềm và tiết kiệm điện năng
Về mặt cụng nghệ, cú thể dễ dàng tớch hợp vào khởi động mềm chức năng dịch lui pha của súng điện ỏp để tiết kiệm điện năng khi động cơ làm việc ở chế độ nhẹ tải. Tuy nhiờn, trờn thực tế động cơ cú thể tiờu tốn nhiều điện năng hơn khi sử dụng chức năng này.
Chức năng tiết kiệm điện năng của khởi động mềm, nếu cú, thực chất là nhằm vào việc cải thiện hiệu suất động cơ. Thực tế chế độ làm việc ảnh hƣởng đến phõn nửa tổn hao của động cơ, nửa kia là tổn hao cơ (ma sỏt và thụng giú). Nhƣ vậy, với động cơ cú hiệu suất 95%, điện năng tiết kiệm đƣợc tối đa là 2.5%.
Theo kết quả thực nghiệm, để đạt đƣợc mức tiết kiệm trờn, động cơ phải giảm xuống dƣới 50% tải trong ớt nhất 25% khoảng thời gian của chu trỡnh làm việc. Những thiết bị cần thiết phải tiết kiệm điện năng nhƣ quạt và bơm lại hiếm khi làm việc dƣới 80% tải. Trong những ứng dụng này, việc tiết kiệm điện năng thực sự chỉ đạt đƣợc bằng cỏch giảm tốc độ động cơ.
Đối với những ứng dụng khỏc mà việc tiết kiệm điện năng cú thể cần tớnh đến nhƣ mỏy nộn khớ và băng tải, chu trỡnh vận hành thƣờng cú xu hƣớng buộc động cơ đột ngột quay lại trạng thỏi đầy tải. Việc ỏp toàn mụmen tải lờn trục động cơ lập tức nhƣ vậy cú thể làm cho động cơ đang ở trạng thỏi non kớch từ (để tiết kiệm điện năng) hỳt dũng lớn trong quỏ trỡnh phục hồi mụmen điện từ. Do đú, một phần hoặc tất cả điện năng đƣợc tiết kiệm trong lỳc non tải sẽ tiờu hao trong quỏ trỡnh quỏ độ này.
Ngoài ra, để chức năng tiết kiệm điện năng hoạt động, chỳng ta khụng thể sử dụng cụng tắc tơ nối tắt phần điện tử cụng suất trong khởi động mềm và do đú chịu thờm tổn hao và ảnh hƣởng của hũa tần bậc cao. Thụng thƣờng khởi động mềm tiờu tỏn 3 watt cho mỗi ampe của dũng động cơ và cần phải trừ đi tổn hao này từ phần điện năng tiết kiệm đƣợc khi tớnh hiệu quả thực.
Nhƣ vậy, mặc dự nhiều nhà sản xuất giới thiệu chức năng tiết kiệm điện năng của khởi động mềm, thực tế rất khú đỏnh giỏ và hiệu quả kinh tế khi đƣa vào vận hành vẫn cần xem xột lại. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
2.4. Một số loại khởi động mềm
Thuật ngữ “khởi động mềm” đƣợc sử dụng rộng rói cho nhiều cụng nghệ khỏc nhau. Cỏc cụng nghệ này đều cú một điểm chung là khởi động động cơ, tuy nhiờn chỳng cú những điểm khỏc nhau rất lớn ở phƣơng phỏp sử dụng và cỏc ƣu điểm cũng khỏc nhau. Cỏc khởi động mềm cú thể đƣợc chia làm cỏc loại sau đõy :
+ Cỏc bộ điều khiển mụmen.
+ Cỏc bộ điều khiển điện ỏp vũng lặp hở. + Cỏc bộ điều khiển điện ỏp vũng lặp kớn. + Cỏc bộ điều khiển dũng điện vũng lặp kớn.
Cỏc bộ điều khiển mụmen tạo ra mụmen khởi động thấp. Tựy thuộc vào thiết kế mà chỳng chỉ điều khiển một hay hai pha. Do đú nú khụng cú khả năng điều khiển dũng khởi động nhƣ thƣờng thấy trong cỏc bộ điều khiển hiện đại.
Cỏc bộ điều khiển mụmen một pha phải đƣợc sử dụng với một bộ tiếp điểm và bộ điều khiển quỏ tải động cơ. Chỳng thớch hợp cho cỏc ứng dụng nhẹ cho tần số khởi động thấp và trung bỡnh. Điều khiển ba cần đƣợc sử dụng cho cỏc khởi động lặp hoặc đối với cỏc tải trọng cú quỏn tớnh lớn vỡ bộ điều khiển một pha sẽ tạo ra hiện tƣợng tăng nhiệt độ của động cơ trong quỏ trỡnh khởi. Quỏ trỡnh này xảy ra do dũng điện trong cuộn dõy động cơ khụng đƣợc bộ điều khiển một pha kiểm soỏt.
Cỏc bộ điều khiển mụmen hai pha phải đƣợc sử dụng với bộ bảo vệ quỏ tải động cơ nhƣng cú thể khởi động và dừng động cơ khụng qua cụng tắc từ. Tuy nhiờn điện ỏp vẫn điện ỏp vẫn cũn tỏc động lờn động cơ ngay cả khi
động cơ khụng hoạt động. Nếu lắp đặt theo phƣơng phỏp này cần phải bảo đảm độ an toàn cần thiết và chỉ cho phộp vận hành theo cỏc quy định.
Bộ điều khiển điện ỏp hở điều khiển tất cả ba pha và cú tất cả cỏc ƣu điểm về mặt điện và cơ khớ. Cỏc hệ thống này điều khiển điện ỏp đƣa vào động cơ cỏc thụng số đó đƣợc xỏc lập trƣớc và khụng cú tớn hiệu phản hồi của dũng khởi động. Hệ thống cung cấp cho ngƣời sử dụng khả năng điều khiển cỏc tớnh năng khởi động cung cấp bằng cỏch thiết kế cỏc điện ỏp khởi động, thời gian tăng tốc, thời gian giảm tốc. Dừng mềm cung cấp cho ngƣời thiết kế khả năng mở rộng việc dừng motor.
Cỏc bộ điều khiển điện ỏp vũng lặp hở phải đƣợc dựng chung với bộ vảo vệ quỏ tải động cơ và nếu cần thiết kế phải sử dụng cụng tắc từ để tạo thành một bộ tớch hợp điều khiển động cơ.
Cỏc bộ điều khiển điện ỏp vũng lặp kớn là một cải tiến của vũng lặp hở, hệ thống nhận tớn hiệu phản hồi từ dũng khởi động và sử dụng tớn hiệu này để ngừng việc giảm điện ỏp khi ngƣời sử dụng xỏc định giỏ trị tới hạn của dũng điện. Phƣơng thức cài dặt cũng tƣơng tự đối với điều khiển vũng hở nhƣng ngƣời sử dụng phải xỏc định thờm giỏ trị giới hạn dũng. Cỏc thụng số về cƣờng độ dũng điện đƣợc hệ thống sử dụng cho nhiều mục đớch bảo vệ khỏc nhau. Cỏc chức năng này bao gồm khả năng bảo vệ: quỏ tải động cơ, cỏc pha khụng cõn bằng, dũng điện yếu… Và khi đú hệ thống cung cấp cả hai chức năng khởi động/ ngừng và bảo vệ động cơ.
Điều khiển cƣờng độ dũng điện vũng lặp kớn là phƣơng phỏp hiện đại nhất cho cỏc loại khởi động mềm. Khụng giống nhƣ cỏc bộ điều khiển trờn cơ sở điện ỏp, điều khiển cƣờng độ vũng lặp kớn sƣ dụng cƣờng độ dũng điện nhƣ là một giỏ trị tham chiếu sơ cấp. Cỏc ƣu điểm của phƣơng phỏp này là khả năng điều khiển chớnh xỏc dũng khởi động và dễ điều chỉnh. Nhiều chế độ do ngƣời sử dụng xỏc lập trong hệ thống điều khiển điện ỏp vũng lặp kớn cú thể sử dụng cho cỏc hệ thống điều khiển dựa trờn cƣờng độ dũng điện.
Khởi động mềm ATS48 soft starter Altistar 48
Với giải phỏp điều khiển mụ-men TCS đƣợc cấp bằng phỏt minh độc quyền, Altistart 48 là một giải phỏp lý tƣởng cho một hệ thống mỏy yờu cầu khả năng điều khiển hoàn hảo quỏ trỡnh khởi động và hóm,đặc biệt cho hệ thống mỏy bơm và mỏy quạt. Altistart 48 hạn chế tổn hao năng lƣợng và giảm sự phỏt núng của động cơ. Ngoài ra Altistart 48 cũn dễ dàng tớch hợp vào cỏc