3.2 Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ
3.2.4 Khởi động bằng cuộn kháng mắc vào stato
Hình 3-5 Khởi động bằng cuộng kháng mác vào stato
Đây là phương pháp khá phổ biến và hiệu quả cao. Cho phép khởi động các loại phụ tải nhẹ hoặc khơng tải.
Quy trình
- Đóng AT cấp điện cho mạch điêu khiển. - Đóng K1, động cơ bắt đầu khởi động.
- Khi tốc độ đạt 70-80% định mức, đóng K2 ngắn mạch kháng. Ưu điểm
- Rẻ tiền, tin cậy, đơn giản.
- Nếu đặt tỉ số = k (lần) > 1 thì dịng khởi động 𝐼 giảm k lần. Nhược điểm
- Mô men khởi động giảm 𝑘 lần. 3.2.5 Khởi động bằng biến tần
Ưu điểm
- Cho phép mở rộng dải điều chỉnh và nâng cao tính chất động học của hệ thống điều chỉnh tốc độ.
- Hệ thống điều chỉnh tốc độ động cơ bằng biến tần có kết cấu đơn giản, làm việc được trong nhiều môi trường khác nhau.
- 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, động cơ xoay chiềù. 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.
3.2.6 Khởi động bằng phương pháp Soft Starter
Hình 3-7 Khởi động bằng phương pháp Soft Starter Ưu điểm
- Khởi động và dừng động cơ nhẹ nhàng, có điều khiển.
- Có các chức năng bảo vệ động cơ quá tải, ngược pha, mất pha … - Giá thành thấp (Thấp hơn so với biến tần).
3.2.7 Phương pháp khởi động qua điện trở nước
Hình 3-8 Phương pháp khởi động qua điện trở nước Trong đó :
1. Bình chứa dung dịch 𝑁𝑎 C𝑂 . 2. Động cơ nâng hạ điện cực. 3. Điện cực ở vị trí max. 4. Điện cực ở vị trí min.
5. Cơng tắc tơ loại bỏ điện trở phụ.
6. Cảm biến vị trí 𝑆 đo 𝑅 , 𝑆 đo 𝑅 . 7. Động cơ chính.
Động cơ khơng đồng bộ rơto dây quấn có cơng suất lớn ( hàng nghìn kW) được khởi động theo phương pháp đưa điện trở phụ vào rôto.
Bộ khởi động được thiết kế riêng chỉ có nhiệm vụ khởi động cho động cơ với bộ phận chính là thùng điện trở phụ đựng dung dịch Na2CO3. Nồng độ dung dịch được tính tốn để có điện trở phù hợp với u cầu khởi động.
Ưu điểm
- Mômen khởi động 𝑀 lớn. - Dòng điện khởi động 𝐼 nhỏ. Nhược điểm
- Chỉ áp dụng được với động cơ KĐB rô to dây quấn .
- Động cơ rôto dây quấn chế tạo phức tạp hơn rơto lồng sóc nên giá thành đắt hơn, bảo quản khó khăn hơn và hiệu suất cũng thấp hơn.
Động cơ nghiền liệu trong nhà máy xi măng Hoàng Mai – Nghệ An sử dụng là động cơ 122-RL1M01 với công suất P =3300 kW, điện áp 6 kV, là động cơ roto dây quấn nên tơi sẽ thiết kế mạch khởi động cho nhóm động cơ này theo phương pháp khởi động qua điện trở nước.
3.3 Thiết kế tủ điều khiển cho động cơ nghiền liệu
3.3.1 Sơ đồ khối chức năng hệ truyền động cho động cơ nghiền
Hình 3-9 Sơ đồ khối chức năng hệ truyền động cho động cơ nghiền Trong đó :
- Tủ điều khiển tại chỗ và tủ điều khiển cho nhóm động cơ liên động được bố trí trong xưởng gần quạt gió.
- Tủ đo lường và điều khiển được bố trí tại phịng điều khiển (cách âm) trong xưởng quạt gió .
- Tủ máy cắt trung áp MC được bố trí tại trạm phân phối nguồn 6 kV của nhà máy. 3.3.2 Tính tốn lựa chọn khí cụ điện bảo vệ
Nhóm động cơ dẫn động :
Động cơ 𝑈 (V) 𝑃 (Kw) cos𝜑 𝐾 𝐾 𝜂
Động cơ di chuyển bản cực 380 0.4 0.86 5 0.8 0.9
Động cơ làm mát dung dịch 380 0.25 0.86 5 0.8 0.9
Động cơ bơm tuần hoàn làm mát dung dịch
380 2.2 0.86 5 0.8 0.9
Động cơ nghiền chính 122RL1M01 là động cơ roto dây quấn có các thơng số :
Tính tốn : Dịng điện định mức 𝐼 = √ . . . Ta có : 𝐼 = √ . . . = , . √ . . , . , = 0,79 (A) 𝐼 = √ . . . = , . √ . . , . , = 0,49 (A) 𝐼 = √ . . . = , . √ . . , . , = 4,3 (A) 𝐼 = √ . . . = . √ . . . , . , = 410 (A) Tính tốn lựa chọn cầu chì 𝐼 = = . Trong đó : 𝐾 : Hệ số mở máy
𝛼 = 2,5 Đối với động cơ mở máy nhẹ , không tải (máy bơm ,quạt…)
𝛼 = 1,6 Đối với động cơ mở máy nặng , có tải (cầu trục ,máy nâng ,cần cẩu…) Xét trên nhánh động cơ 1 :
- Loại tải : Động cơ di chuyển bản cực là động cơ mở máy nặng → 𝛼 = 1,6 Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 =380 (V)
Điều kiện mở máy :
𝐼 ≥ 𝐼 = 𝐾 . 𝐼 = 0,8 .0,79 = 0,64(𝐴) 𝐼 ≥ = . = . , , = 2.5(𝐴) Chọn cầu chì có 𝑈 = 380(𝑉) 𝐼 = 3 (𝐴) 𝐼 ỏ = 3.5 (𝐴) Xét trên nhánh động cơ 2 :
- Loại tải : Động cơ làm mát dung dịch là động cơ mở máy nhẹ→ 𝛼 = 2,5 Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 =380 (V)
Điều kiện mở máy :
𝐼 ≥ 𝐼 = 𝐾 . 𝐼 = 0,8 .0.49 = 0.4(𝐴)
𝐼 ≥ = . = . .
Chọn cầu chì có
𝑈 = 380(𝑉)
𝐼 = 1(𝐴)
𝐼 ỏ = 1.5 (𝐴) Xét trên nhánh động cơ 3 :
- Loại tải : Động cơ bơm tuần hoàn làm mát dung dịch là động cơ mở máy nhẹ→ 𝛼 = 2,5.
Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 =380 (V) Điều kiện mở máy :
𝐼 ≥ 𝐼 = 𝐾 . 𝐼 = 0,8 .4,3 = 3.5(𝐴) 𝐼 ≥ = . = . , , = 8,6(𝐴) Chọn cầu chì có 𝑈 = 380(𝑉) 𝐼 = 9(𝐴) 𝐼 ỏ = 9.5 (𝐴) Xét trên nhánh động cơ nghiền
- Loại tải : Động cơ nghiền liệu là động cơ mở máy nặng → 𝛼 = 1,6 Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 = 6000 (V)
Điều kiện mở máy :
𝐼 ≥ 𝐼 = 𝐾 . 𝐼 = 0,8 .410 = 328(𝐴) 𝐼 ≥ = . = . , = 1793 (𝐴) Chọn cầu chì có 𝑈 = 6000(𝑉) 𝐼 = 1800(𝐴) 𝐼 ỏ = 2000 (𝐴) Ta có : Bảng 3-2 Lựa chọn cầu chì
Cầu chì Hãng sản xuất 𝑈 (V) 𝐼 (A) 𝐼ỏ (A) CC1 Siemens 380 3 3.5 CC2 Siemens 380 1 1.5 CC3 Siemens 380 9 9.5 CC4 Siemens 6000 1800 2000 Tính tốn lựa chọn Aptomat - Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 - Dòng điện định mức : 𝐼 = (1,1 ÷ 1,2) 𝐼 → Chọn 𝐼 = 1,2 𝐼 - Dòng cắt sự cố ngắn mạch : 𝐼 ≥ 𝐼 - Dòng cắt ổn định điện động : 𝐼 ≥ 𝐼 = 18.√2 . 𝐼 .Chọn 𝐼 ≥ 𝐼 = 1,8.√2 . 10 𝐼 .
Xét trên nhánh động cơ 1 : Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 = 380 (V) Dòng điện định mức : 𝐼 = (1,1 ÷ 1,2) 𝐼 → Chọn 𝐼 = 1,2 𝐼 = 1,2 .0,79 = 0.95 (A) Dòng cắt sự cố ngắn mạch : 𝐼 ≥ 𝐼 = 5. 𝐼 = 5.0,79 = 4(A) Dòng cắt ổn định điện động : 𝐼 ≥ 𝐼 = 1,8.√2 . 10 𝐼 = 1,8. √2 . 10.0,95 =24(A) Xét trên nhánh động cơ 2 : Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 = 380 (V) Dòng điện định mức : 𝐼 = (1,1 ÷ 1,2) 𝐼 → Chọn 𝐼 = 1,2 𝐼 = 1,2 .0,49 = 0.6 (A) Dòng cắt sự cố ngắn mạch : 𝐼 ≥ 𝐼 = 5. 𝐼 = 5.0,49 = 2.5(A) Dòng cắt ổn định điện động : 𝐼 ≥ 𝐼 = 1,8.√2 . 10 𝐼 = 1,8. √2 . 10.0,6 = 15,3(A) Xét trên nhánh động cơ 3 : Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 = 380 (V) Dòng điện định mức : 𝐼 = (1,1 ÷ 1,2) 𝐼 → Chọn 𝐼 = 1,2 𝐼 = 1,2 .4,3 = 5,2 (A) Dòng cắt sự cố ngắn mạch : 𝐼 ≥ 𝐼 = 5. 𝐼 = 5.4,3 = 21.5(A) Dòng cắt ổn định điện động : 𝐼 ≥ 𝐼 = 1,8.√2 . 10 𝐼 = 1,8. √2 . 10.5,2 = 132,4(A) Ta có : Bảng 3-3 Lựa chọn Aptomat Aptomat Hãng sản xuất 𝑈 (V) 𝐼 𝐼 𝐼 ApT1 Siemens 380 1 4 24 ApT2 Siemens 380 0.6 3 16 APT3 Siemens 380 5,5 22 133
Lựa chọn Công tắc tơ
- Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 - Dòng điện định mức : 𝐼 ≥ 𝐼
- Khả năng đóng cắt : 𝐼 = (4 ÷ 7) 𝐼 ; 𝐼 = 𝐼 Xét trên nhánh động cơ 1 :
Dòng điện định mức : 𝐼 ≥ 𝐼 = 0.79(A)
Khả năng đóng cắt : 𝐼 = (4 ÷ 7) 𝐼 ; 𝐼 = 𝐼
Do 𝐾 = 5 ; Chọn 𝐼 = 5.0,79 = 4(𝐴) 𝐼 = 𝐼 = 0,79(𝐴) Điện áp cuộn dây : 380VAC
Xét trên nhánh động cơ 2 :
Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 = 380 (V) Dòng điện định mức : 𝐼 ≥ 𝐼 = 0,49(A)
Khả năng đóng cắt : 𝐼 = (4 ÷ 7) 𝐼 ; 𝐼 = 𝐼
Do 𝐾 = 5 ; Chọn 𝐼 𝐼 = 𝐼= 5.0,49 = 2,5(𝐴)= 0,49(𝐴) Điện áp cuộn dây : 380VAC
Xét trên nhánh động cơ 3 :
Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 =380 (V) Dòng điện định mức : 𝐼 ≥ 𝐼 = 4,3(A)
Khả năng đóng cắt : 𝐼 = (4 ÷ 7) 𝐼 ; 𝐼 = 𝐼
Do 𝐾 = 5 ; Chọn 𝐼 𝐼 = 𝐼= 5.4,3 = 21,5(𝐴)= 4,3(𝐴) Điện áp cuộn dây : 380VAC
Xét trên nhánh động cơ nghiền:
Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 = 6000 (V) Dòng điện định mức : 𝐼 ≥ 𝐼 = 410(A) Khả năng đóng cắt : 𝐼 = (4 ÷ 7) 𝐼 ; 𝐼 = 𝐼 Do 𝐾 = 7 ; Chọn 𝐼 = 7.410 = 2870(𝐴) 𝐼 = 𝐼 = 410(𝐴) Ta có : Bảng 3-4 Lựa chọn Congtacto
Congtacto Hãng sản xuất 𝑈 (V) 𝐼 (A) 𝐼 (A)
CTT1 Siemens 380 0,8 4
CTT2 Siemens 380 0,5 2.5
CTT3 Siemens 380 4,5 21.5
Tính chọn rơ le nhiệt - Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 = 380 (V) - Dòng điện định mức : 𝐼 = 1,4. 𝐼 Xét trên nhánh động cơ 1 : Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 = 380 (V) Dòng điện định mức : 𝐼 ≥ 1,4. 𝐼 = 1,4.0,79 = 1,2(A) Xét trên nhánh động cơ 2 : Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 = 380 (V) Dòng điện định mức : 𝐼 ≥ 1,4. 𝐼 = 1,4.0,49 = 0,7 (A) Xét trên nhánh động cơ 3 : Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 = 380 (V) Dòng điện định mức : 𝐼 ≥ 1,4. 𝐼 = 1,4.4,3 = 6(A) Ta có : Bảng 3-5 Tính chọn Role nhiệt
Role nhiệt Hãng sản xuất 𝑈 (V) 𝐼 (A)
RN1 Siemens 380 1,5 RN2 Siemens 380 1 RN3 Siemens 380 6 Lựa chọn máy cắt : - Điện áp định mức : 𝑈 ≥ 𝑈 = 6 (KV) - Dòng điện định mức : 𝐼 ≥ 𝐼 = 410 (A) - Dòng điện ổn định động : 𝐼 ≥ 𝐼 = √2 .1,8.1900 = 4837 (A) - Dòng ổn định nhiệt : : 𝐼 ≥ 𝐼 . =1900. , = 982(A) - Dòng cắt định mức 𝐼 ≥ 𝐼 = 1900 (𝐴)
- Công suất cắt định mức : 𝑆 ≥ 𝑆 = √3 .6.1,9 = 20 (MVA) Lựa chọn máy cắt khơng khí ACB của Schneider có các thơng số :
Bảng 3-6 Thơng số máy cắt khơng khí ACB
Hãng sản xuất 𝑈 (KV) 𝑆 (MVA) 𝐼 (A) 𝐼 (A) 𝐼 (𝐴)
3.3.3 Lưu đồ thuật tốn q trình khởi động
Điều kiện liện động : - Điện cực ở vị trí trên cùng.
- Điện cực di chuyển trong một giới hạn cho phép. - Nguồn điện áp điều khiển.
- Tất cả các cầu chì đều tốt.
- Nhiệt độ dung dịch trong khoảng 5 ÷ 85℃. - Mức dung dịch ở trong giới hạn cho phép. Điều kiện liên động quá trình khởi động - Nhiệt độ dung dịch không vượt quá 85℃.
- Thời gian khởi động khơng vượt q trị số đặt trước.
- Dịng điện động cơ di chuyển điện cực khơng vượt q trị số dịng định mức. Tác động của hệ thống ở cuối hành trình khởi động
- Contactor ngắn mạch có điện, ngắn mạch ở roto. - Động cơ di chuyển điện cực về vị trí ban đầu. 3.3.4 Sơ đồ mạch động lực
Động cơ làm mát
Hình 3-11 Động cơ làm mát Thuyết minh sơ đồ :
Nguồn cung cấp cho bộ khởi động vào Q2 qua trạm biến áp T2(380V/220V) .
Khi nhiệt độ dung dịch > 70℃ thì B5 tác động đóng nguồn K7 ,K7 tác động đóng nguồn cho K11 quạt làm mát dung dịch chạy đồng thời K12 tác động dịng điện cho bơm tuần
hồn để làm mát dung dịch cho đến nhiệt độ dung dịch < 70℃, B5 hở mạch dẫn đến K7 , K11, K12 mất điện quạt làm mát và bơm tuần hoàn dừng.
Động cơ di chuyển bản cực
Thuyết minh sơ đồ :
Khi có điện cực R = 𝑅 ở vị trí cao nhất, cảm biến S1 phát hiện, bắt đầu q trình khởi động động cơ.
Cuộn dây K9 có điện ,tiếp điểm K9 ở mạch lực đóng ,động cơ quay ngược di chuyển điện cực lên loại dần điện trở .
Khi R = 𝑅 , thì cảm biến S2 phát hiện, cuộn dây K9 mất điện, động cơ di chuyển điện cực dừng.
Khi K8 có điện, tiếp điểm K8 ở mạch lực đóng . Động cơ quay thuận đưa điện cự về R = 𝑅 . Khi S1 phát hiện R = 𝑅 thì K8 mất điện, động cơ dừng.
Động cơ chính
Hình 3-12 Mạch lực động cơ chính
Thuyết minh sơ đồ :
Khi cấp nguồn cho động cơ, động cơ bắt đầu khởi động. Ban đầu R = 𝑅 khi đó 𝑀 lớn, động cơ được khởi động cho đến khi 𝑅 . Khi khởi động xong, tiếp điểm K2 đóng loại bỏ điện trở khởi động. Động cơ làm việc ở chế độ định mức.
Thiết bị cảm biến và rơ le trung gian
Thuyết minh sơ đồ : E3 bộ sấy tủ điện .
B4 báo mức của dung dịch . Khi mức của dung dịch thấp bộ khởi động báo lỗi và không cho phép khởi động đồng thời gửi thông báo lên trung tâm.
S5 báo quá di chuyển của bản cực. Khi điện cực di chuyển quá vị trí giới hạn tác động vào S5 làm cho K1 mất điện bộ khởi động báo lỗi và không cho phép khởi động. Để đưa điện cực về vị trí bình thường ta dùng tay quay để quay điện cực về vị trí ban đầu S6 tác động cho phép quay bản cực bằng tay quay.
Sensor S1 báo vị trí bản cực của bộ khởi động ở vị trí cao nhất (điện trở lớn cho K3 mất điện, đầu vào PLC báo vị trí điện cưc ở giá trị RMax ).
Sensor S2 báo vị trí bản cực của bộ khởi động ở vị trí thấp nhất (điện trở nhỏ nhất RMin). Khi bản cực của bộ khởi động ở vị trí thấp nhất S2 tác động làm cho K4 mất điện, đầu vào PLC báo vị trí điện cưc ở giá trị RMin
B5 báo nhiệt độ > 70 C .
B3 Nhiệt độ dung dịch. Khi nhiệt độ dung dịch < 85 C K5 có điện, bộ khởi động sẵn sàng làm việc. Khi nhiệt độ dung dịch > 85 C , B3 hở K5 mất điện bộ khởi động báo lỗi và không cho phép khởi động động cơ.
3.3.5 Sơ đồ mạch điều khiển Sơ đồ I/O của PLC S7-400 Sơ đồ I/O của PLC S7-400
Sơ đồ đầu ra của PLC S7-400
Hình 3-16 Sơ đồ đầu ra của PLC S7-400 Sơ đồ nguyên lý mạch điện máy cắt
Hình 3-18 Mạch cắt 1
THIẾT KẾ GIAO DIỆN ĐIỀU KHIỂN GIÁM SÁT VÀ LẬP TRÌNH PLC
4.1 Danh mục các điểm đo lường điều khiển
4.1.1 Các điểm đo lường điều khiển trong quá trình nghiền liệu
Kí hiệu Tên gọi Min Normal Max1 Max2
122 BE1 Công suất gầu nâng 18 Kw 29,6 Kw
122 HG1.TE01 Nhiệt độ lò đốt phụ 900 ℃ 1250 ℃ 122 HG1.TE02 Nhiệt độ lò đốt phụ 900 ℃ 1250 ℃ 122 HG1.PS01 Áp suất lò đốt phụ -500 dapa -600 dapa -800 dapa 122 HG1.PS02 Áp suất lò đốt phụ -500 dapa -600 dapa -800 dapa 122 HG1.PS03 Áp suất lò đốt phụ -500 dapa -600 dapa -800 dapa 122 DU1.TE01 Nhiệt độ ra máy nghiền 75 ℃ 85 ℃ 95 ℃
122 RL1.JE01 Công suất máy nghiền 2100Kw 4175 Kw
122 RL1. VE01 Độ rung máy nghiền 2 mm/s 4 mm/s 6 mm/s 122 RL1. VE02 Độ rung máy nghiền 2 mm/s 4 mm/s 6 mm/s 122 RL1. VE03 Độ rung máy nghiền 2 mm/s 4 mm/s 6 mm/s 122 RL1.PT01 Áp suất vi sai -430 dapa -475 dapa -530 dapa 122 RL1.PT02 Áp suất vào -45 dapa -85 dapa -200 dapa 122 RL1.PT03 Áp suất ra -630 dapa -780
dapa
-1200 dapa 123 RL1.TE01 Nhiệt độ cuộn dây mơ tơ
chính
80 ℃ 130 ℃ 150 ℃
123 BE1 Công suất gầu nâng 113 Kw 130 Kw 148 Kw
123 FN1.TE01 Nhiệt độ bệ đỡ quạt 55 ℃ 80 ℃ 85 ℃