Đang tải... (xem toàn văn)
luận văn
BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI ---------- ---------- NGUYỄN VĂN LÌNH NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CẢI TẠO HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN TRẠM BƠM LA TIẾN LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Chuyên ngành : ðIỆN NÔNG NGHIỆP Mã số : 60.52.54 Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN VĂN HÒA HÀ NỘI - 2011 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………………… i LỜI CAM ðOAN Tôi xin cam ñoan ñây là công trình của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công trình nào khác. Tác giả luận văn Nguyễn Văn Lình Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………………… ii LỜI CẢM ƠN Luận văn : “Nghiên cứu, thiết kế, phương án cải tạo hệ thống ñiều khiển trạm bơm la tiến”. ñược hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân, sự giúp ñỡ của thầy giáo hướng dẫn và các bạn ñồng nghiệp. Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Văn Hoà ñã hướng dẫn, ñịnh hướng, giúp ñỡ cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới các thầy, cô giáo Bộ môn ðiều khiển tự ñộng - ðại học Bách Khoa, các thầy cô Bộ môn ðiện Trường ðH Nông nghiệp Hà Nội ñiều kiện thuận lợi giúp ñỡ tôi trong công tác nghiên cứu. Với thời gian và kiến thức có hạn chắc chắn luận văn sẽ còn thiếu sót, kính mong thầy, cô và các bạn ñồng nghiệp ñóng góp ý kiến ñể luận văn ñược hoàn thiện hơn ./. Tác giả luận văn Nguyễn Văn Lình Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………………… iii MỤC LỤC Lời cam ñoan i Lời cảm ơn ii Mục lục iii Danh mục hình vi Lời lói ñầu 1 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ðỀ TÀI 2 1.1 Sơ lược về công ty khai thác công trình thủy lợi Hưng Yên 2 1.2 Vị trí ñịa lý của trạm bơm La Tiến 2 1.3 Nhiệm vụ của trạm bơm La Tiến 2 1.4 Mục tiêu nghiên cứu của ñề tài 3 Chương 2 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG TRANG BỊ ðIỆN CỦA TRẠM BƠM 4 2.1 Yêu cầu về trang bị ñiện cho máy bơm và trạm bơm 4 2.2 Trang bị mạng ñiện cao áp 5 2.2.1 Nguồn ñiện 5 2.2.2 Sơ ñồ cung cấp ñiện trạm bơm La Tiến 5 2.2.3 Dao cách ly 5 2.2.4 Cầu chì ống SI - 10KV 6 2.2.5 Chống sét van 7 2.2.6 Máy biến áp 8 2.3 Trang bị mạng ñiện hạ áp 10 2.3.1 Áptômát 10 2.3.2 Máy biến dòng 11 2.3.3 ðộng cơ ñiện máy bơm nước 12 2.3.4 ðộng cơ bơm mỡ 13 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………………… iv 2.3.5 ðộng cơ bơm tiêu nước tầng hầm 13 2.3.6 Bơm nước cứu hoả 13 2.4 Các tủ ñiện của trạm 14 2.4.1 Tủ phân phối 14 2.4.2 Tủ ñộng lực (tủ khởi ñộng TðK) 14 Chương 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỞI ðỘNG ðỘNG CƠ KHÔNG ðỒNG BỘ 15 3.1 ðặt vấn ñề 15 3.2 ðặc tính của ñộng cơ không ñồng bộ 16 3.3 Khởi ñộng ñộng cơ không ñồng bộ 20 3.3.1 Những ảnh hưởng của việc khởi ñộng ñộng cơ không ñồng bộ. 20 3.4 Các phương pháp khởi ñộng ñộng cơ kñb roto lồng sóc 21 3.4.1 Phương pháp khởi ñộng trực tiếp 22 3.4.2 Khởi ñộng gián tiếp quá các bộ khởi ñộng 22 3.4.3 Lựa chọn phương pháp khởi ñộng 35 Chương 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ SƠ ðỒ NGUYÊN LÝ 36 4.1 Tính toán thiết kế mạch lực bộ biến ñổi 36 4.1.1 Cấu trúc mạch lực của bộ biến ñổi 36 4.1.2 Bộ biến ñổi xoay chiều - xoay chiều một pha. 37 4.1.2 Bộ biến ñổi xoay chiều 3 pha 43 4.1.3 Dải ñiều chỉnh góc mở của Tiristor 46 4.1.4 ðặc tính khởi ñộng 48 4.2 Tính toán thiết kế mạch ñiều khiển bộ biến ñổi 49 4.2.1 Yêu cầu chung ñối với mạch ñiều khiển 49 4.2.2 Cấu trúc mạch ñiều khiển 50 4.3 Mạch ñiều khiển dùng vi ñiều khiển 51 4.3.1 Giới thiệu về vi ñiều khiển dsPIC30F4011 51 4.3.2 Sơ ñồ khối mạch ñiều khiển 58 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………………… v 4.3.3 Cách ly ñầu vào tốc ñộ cao sử dụng vi mạch H11L1QT 59 4.3.4 Cách ly ñầu ra PWM tốc ñộ cao sử dụng PC817 59 4.3.5 Mô tả ñầu vào – ñầu ra 59 4.3.6 Xác ñịnh pha 60 4.3.7 Lọc pha 60 4.3.8 Thực hiện phần mềm vòng khóa pha (PLL – Phase Locked Loop) 61 4.3.9 ðiều khiển ñầu ra 61 4.4 Khâu tạo xung chùm (băm xung) 63 4.5 Mạch khuyếch ñại xung 64 4.6 Nguồn cung cấp 66 4.7. Bảo vệ mạch ñiều khiển 67 4.7.1 Bảo vệ quá dòng ñiện 67 4.7.2 Mạch hạn chế dòng khởi ñộng 69 4.7.3 Bảo vệ mất pha 71 Chương 5 CHẾ TẠO MẠCH ðIỀU KHIỂN VÀ LẬP TRÌNH ðIỀU KHIỂN 74 5.1 Thiết kế mạch ñiều khiển 74 5.11. Mạch nguồn cấp cho vi ñiều khiển 74 5.1.2 Mạch ñiều khiển dsPIC30F4011 75 5.1.3 Mạch ghép nối với máy tính qua RS-232 75 5.1.4 Mạch hiển thị LCD 76 5.2 Lập trình ñiều khiển 76 5.2.1 Lưu ñồ thuật toán 76 5.2.2 Mã chương trình 78 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………………… vi DANH MỤC HÌNH STT Tên hình Trang 3. 1 Sơ ñồ thay thế 1 pha ñộng cơ KðB 16 3-2 ðặc tính dòng stato ñộng cơ không ñồng bộ 18 3-3 ðặc tính dòng ñiện rôto ñộng cơ không ñồng bộ 19 3-4 ðặct ính cơ của ñộng cơ không ñồng bộ 20 3-5 Khởi ñộng trực tiếp ñộng cơ KðB 22 3 – 6 Sơ ñồ nguyên lý khởi ñộng ñộng cơ KðB rôto dây quấn dùng ñiện trở phụ trong mạch rôto. 24 3-7 Tủ ñiện và sơ ñồ nguyên lý khởi ñộng ð/c KðB dùng cuộn kháng phụ mắc vào mạch stato 25 3-8 Cuộn kháng khởi ñộng 26 3-9 Sơ ñồ nguyên lý khởi ñộng ñộng cơ KðB dùng máy biến áp tự ngẫu 27 3-10 Sơ ñồ nguyên lý khởi ñộng ðC KðB rôto lồng sóc dùng máy biến áp tự ngẫu TKð-200 29 3-11 Sơ ñồ khởi ñộng bằng phương pháp ñổi nối Y/∆ 31 3-12 ðặc tính cơ của phụ tải bơm 32 3-13a 33 4-1 Sơ ñồ bộ biến ñổi xoay chiều – xoay chiều 1 pha 37 4-2 Giản ñồ ñiện áp và dòng ñiện trên tải 38 4-3 Sơ ñồ BBð 1 pha với tải thuần cảm 39 4-4 Dạng dòng ñiện và ñiện áp trển tải thuần cảm 40 4-5 Sơ ñồ nguyên lý bộ biến ñổi tải trở cảm 41 4-6 Dạng dòng ñiện và ñiện áp α < ϕ 42 4-7 Dạng dòng ñiện và ñiện áp α > ϕ 43 4-8 Các trường hợp van dẫn: 44 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………………… vii 4-9 ðồ thị ñiện áp pha khi ñiều chỉnh góc mở van 45 4-10 ðặc tính cơ khi ñiều chỉnh ñiện áp 47 4-11 ðặc tính khởi ñộng U ñk (t) 49 4-12 Sơ ñồ chân dsPIC30F4011 54 4-13 Cấu trúc bên trong của dsPIC30F4011 55 4-14 Sơ ñồ khối bộ ñiều khiển dùng vi xử lý 58 4-15 Sơ ñồ chân vi mạch H11L1QT. 59 4-16 Giản ñồ thời gian kích mở cho các Thyristor với góc mở αmin = 30 0 63 4-17 Tạo xung chùm có ñộ rộng 180 0 64 4- 18 Khuyếch ñại xung ghép qua máy biến áp 65 4-19 Sơ ñồ cấp nguồn cho mạch ñiều khiển 67 4-20 Sơ ñồ mạch bảo vệ quá dòng ñiện 69 4-21 ðặc tính dòng ñiện khởi ñộng 70 4-22 Sơ ñồ mạch hạn chế dòng ñiện khởi ñộng ñộng cơ 71 4-23 Giản ñồ ñiện áp 71 4-24 Sơ ñồ mạch bảo vệ mất pha 73 4-25 ðồ thị biểu diễn mất pha 73 5-1 Mạch nguồn cung cấp cho vi ñiều khiển 75 5-2 Mạch ñiều khiển trung tâm dùng dsPIC30F4011 75 5-3 Mạch ghép nối với máy tính qua RS-232 76 5-4 Mạch hiển thị LCD 76 5-5 Chương trình con ngắt ñầu vào xác ñịnh Pha 77 5-6 Chương trình con ngắt ñiều khiển ñầu ra 78 Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………………… 1 LỜI NÓI ðẦU ðất nước ta ñang trong thời kỳ thực hiện công nghiệp hoá, hiện ñại hoá nền kinh tế, việc ứng dụng khoa học kỹ thuật trong công nghiệp, nông nghiệp và ñời sống của con người ngày càng phát triển ñòi hỏi ñược nâng cao. Trong nông nghiệp nguồn nước là một yếu tố vô cùng quan trọng, nó ảnh hưởng trực tiếp ñến sự phát triển của nền nông nghiệp, nó quyết ñịnh ñến năng suất của cây trồng, vì vậy việc phục vụ bơm nước tưới tiêu phục vụ nông nghiệp thông qua bơm ñiện nó cho phép nâng cao hiệu quả kinh tế, giảm nhẹ ñược cường ñộ sức lao ñộng cho người quản lý và vận hành . Hiện nay nhiều trạm bơm ñã và ñang xây dựng có lưu lượng từ 8000m 3 /h ñến 32000 m 3 /h sử dụng tới 10 ñến 20 máy bơm HTð ñộng cơ mang tải từ 200kw ñến 800 kw ñiện áp 380 v ñến 0,6 kv. Với các loại ñộng cơ này khi khởi ñộng dòng ñiện lên tới gấp từ 4 ñến 7 lần dòng ñiện ñịnh mức. do nguồn ñiên lại có công suất giới hạn nên khi khởi ñộng trực tiếp ñiện áp lưới ñiện sụt xuông ñáng kể gây ảnh hưởng xấu ñến chất lượng của lưới ñiện và các thiết bị ñang làm việc. Mặt khác lại ảnh hưởng xấu ñến công trình máy và trạm . ðể khắc phục tình trạng trên các trạm bơm này thường phải dùng các biện phápkhởi ñộng hợp lý. Sau thời gian học tập tại trường với sự tìm tòi nghiên cứu tại trường ðại học nông nghiệp Hà Nội. Em ñược Khoa cơ ñiện giao cho ñề tài “Nghiên cứu, thiết kế, cải tạo hệ thống ñiều khiển trạm bơm La Tiến” . ðược sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo Nguyễn Văn Hoà và ñược sự giúp ñỡ của các thầy cô giáo trong khoa ñể em thực hiện nghiên cứu và hoàn thiện ñề tài. Tuy nhiên với kiến thức còn nhiều hạn chế và kinh nghiệm chưa có nhiều chắc chắn luận văn của em còn nhiều thiếu sót, kính mong các thầy cô trong Khoa bổ xung cho em ñược hoàn thiện hơn. Em xin gửi tới Thầy giáo Nguyễn Văn Hoà cùng tập thể các thầy cô giáo trong Khoa Cơ ðiện lòng biết ơn kính trọng. Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật ………………………………… 2 Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ðỀ TÀI 1.1. Sơ lược về công ty khai thác công trình thủy lợi Hưng Yên Trạm bơm La Tiến thuộc Xí nghiệp khai thác công trình thuỷ lợi Phù cừ trực thuộc Công ty TNHH một thành viên khai thác công trình thuỷ lợi tỉnh Hưng Yên. Công ty ñược thành lập năm 2001. Trước ñó là Công ty khai thác công trình thuỷ lợi Phù cừ tỉnh Hưng Yên. Công ty gồm 793 cán bộ công nhân viên. Trong ñó khối hành chính sự nghiệp có 115 cán bộ công nhân viên còn lại 678 công nhân vận hành và quản lý hệ thống công trình trạm bơm ñiện ñược chia ñều cho 9 Xí nghiệp khai thác công trình thuỷ lợi thuộc các huyện. Trong ñó Xí nghiệp KTCTTL Huyện Phù Cừ có 107 CBCNV gồm 90 công nhân vận hành tại các trạm bơm và các công trình thuỷ lợi của Công ty. 1.2. Vị trí ñịa lý của trạm bơm La Tiến Trạm bơm La Tiến bắt ñầu ñược xây dựng từ năm 2000 theo quyết ñịnh của Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn. Trạm bơm ñược hoàn thành và bàn giao vận hành tháng 5 năm 2005. Trạm bơm La Tiến ñược xây dựng tại xã Nguyên Hoà huyện Phù cừ tỉnh Hưng Yên. Trạm bơm ñược trang bị 5 Máy bơm hướng trục trục ñứng, công suất mỗi máy là 7780m 3 /h ñến 9000m 3 /h thuộc Xí nghiệp khai thác công trình thuỷ lợi Huyện Phù cừ có 6 cán bộ công nhân viên trong ñó có 1 trạm trưởng và 5 nhân viên vận hành, ñây là Trạm bơm lớn nhất của Xí nghiệp. 1.3. Nhiệm vụ của trạm bơm La Tiến Là một Trạm bơm tiêu thuần tuý nên chủ yếu là tiêu úng và gạn tháo ñổ ải cho vụ mùa. [...]...Tr m bơm La Ti n ñư c xây d ng phía ñông c a Huy n, giáp v i Sông Lu c, nên vi c tiêu úng ra sông là khá thu n l i T ng s di n tích tiêu úng là 2700 ha thu c 6 xã c a huy n Phù C 1.4 M c tiêu nghiên c u c a ñ tài Trên cơ s phân tích, kh o sát vai trò cũng như hi n tr ng c a tr m bơm La Ti n, m c tiêu nghiên c u c a ñ tài là xây d ng h th ng kh i ñ ng m... máy bơm, l ch s xây d ng tr m và ti n ñ k thu t giai ño n ñó M t khác ñ gi m b t t n th t ñi n năng cũng như thu n ti n cho quá trình v n hành các t máy bơm thì m i tr m bơm bao gi ngư i ta cũng cho xây d ng và l p ñ t m t tr m bi n áp v i công su t và ñi n áp phù h p v i công su t và ñi n áp làm vi c c a tr m bơm ñó 2.2 Trang b m ng ñi n cao áp 2.2.1 Ngu n ñi n Ngu n cung c p ñi n cho tr m bơm La Ti... các ñ ng cơ không ñ ng b kéo máy bơm 8000m3/h khi kh i ñ ng ñ u ñư c n i v i thi t b kh i ñ ng Thi t b này có nhi m v h n ch dòng ñi n kh i ñ ng, ñ m b o mômen ñ ñ ng cơ có th kh i ñ ng ñư c Trư c ñây m t s tr m bơm l n dùng bơm 8000m3/h do nư c ngoài giúp chúng ta thi t k và l p ñ t như tr m bơm Th ng Nh t, tr m bơm Tri u Dương A thu c t nh Hưng Yên và m t s tr m bơm khác, ñ có mômen kh i ñ ng l n,... i ñ ng ð/c KðB dùng cu n kháng ph m c vào m ch stato Phương pháp kh i ñ ng này hi n ñang ñư c s d ng khá ph bi n t i m t s tr m bơm có công su t 8000m3/h/ máy như tr m bơm Ngo i ð ; tr m bơm Vân ðình – Hà Tây cũ nay là thành ph Hà N i Tr m bơm La Ti n hi n nay có 5 t máy bơm s d ng ñ ng cơ ñi n công su t 200KW ñang áp d ng phương pháp kh i ñ ng ñ ng cơ b ng cu n kháng M i cu n kháng ñư c m c trên m... 760KVA-10/0,4KV cung c p ñi n năng cho ñ ng cơ ñi n máy bơm nư c s 1, s 2, s 3 • Máy bi n áp s 2 là TBT2 560KVA-10/0,4KV cung c p ñi n năng cho ñ ng cơ ñi n máy bơm nư c s 4 và s 5 • Máy bi n áp s 3 là TBT3 100KVA-10/0,4KV cung c p ñi n năng cho các ph t i t dùng như ñ ng cơ ñi n nâng h cánh c ng x , chi u sáng linh ho t, các ñ ng cơ ñi n bơm m , ñ ng cơ bơm tiêu nư c, bơm c u ho , chi u sáng t ng h m, chi u sáng... nh t c ñ ñ i v i máy bơm ph c v nông nghi p là không c n thi t ph i ñ t ra Chính vì v y hi n nay t t c các máy bơm có công su t nh hơn 200KW/máy trong các tr m bơm ñ u dùng ñ ng cơ không ñ ng b làm vi c c p ñi n áp 380V nh ng tr m có máy bơm công su t t 800 KW/máy tr lên thì thư ng dùng ñ ng cơ ñ ng b làm vi c c p ñi n áp 6KV ho c 10KV v i m c ñích là nâng cao h s cosϕ Trong tr m bơm thư ng dùng h ñi... h p v i yêu c u c a ph t i Máy bi n áp là m t trong nh ng ph n t quan tr ng c a h th ng ñi n nói chung và c a m ch ñi n trong tr m bơm La Ti n nói riêng Các máy bi n áp trong tr m bơm La Ti n ñ u là máy bi n áp h áp t 10KV xu ng 0,4KV ñ cung c p cho các ph t i trong tr m bơm Dung lư ng c a các máy bi n áp cũng khác nhau Có 1 máy bi n áp ñây có dung lư ng 760KVA, máy bi n áp th 2 có dung lư ng 560KVA,... bi n áp T1 ñ c p ñi n cho ñ ng cơ bơm nư c s 1, s 2, s 3, qua các t ñi u khi n tương ng - T phân ph i s 2 l y ñi n t c p máy bi n áp T2 ñ c p ñi n cho ñ ng cơ bơm nư c s 4, s 5, qua các t ñi u khi n tương ng - T phân ph i s 3 l y ñi n t c p máy bi n áp T3 ñ c p ñi n cho t g m có các ph t i: ð ng cơ nâng h cánh c ng, h th ng qu t gió, ñ ng cơ bơm nư c c u ho , ñ ng cơ bơm tiêu, h th ng chi u sáng trong... cơ khí Khó ñi u ch nh t c ñ và h s cosϕ th p Nhưng do yêu c u v ñi u ch nh t c ñ ñ i v i máy bơm ph c v nông nghi p là không c n thi t ph i ñ t ra Chính vì v y hi n nay t t c các máy bơm có công su t nh hơn 200KW/máy trong các tr m bơm ñ u dùng ñ ng cơ không ñ ng b làm vi c c p ñi n áp 380V nh ng tr m có máy bơm Trư ng ð i h c Nông Nghi p Hà N i – Lu n văn th c sĩ khoa h c k thu t ………………………………… 15 công... máy bơm thư ng không c n ñi u ch nh t c ñ nên h ñi u khi n ch y u dùng ñ ñóng, c t các máy bơm khi có s c như quá t i, ng n m ch, ñi n áp th p, quá nhi t ñ dây qu n, tr c Như ta ñã bi t khi kh i ñ ng ñ ng cơ không ñ ng b rôto l ng sóc thì dòng ñi n kh i ñ ng tăng r t cao M t trong nh ng yêu c u quan tr ng là ph i kh ng ch ñư c dòng ñi n trong quá trình kh i ñ ng các ñ ng cơ bơm Hi n nay các tr m bơm . của trạm bơm La Tiến 2 1.3 Nhiệm vụ của trạm bơm La Tiến 2 1.4 Mục tiêu nghiên cứu của ñề tài 3 Chương 2 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG TRANG BỊ ðIỆN CỦA TRẠM BƠM 4 2.1. công nhân vận hành tại các trạm bơm và các công trình thuỷ lợi của Công ty. 1.2. Vị trí ñịa lý của trạm bơm La Tiến Trạm bơm La Tiến bắt ñầu ñược xây dựng