Đang tải... (xem toàn văn)
Tìm hiểu về động cơ, thiết bị đóng cắt, bảo vệ và các bộ biến đổi trong hệ thống trang bị điện
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ CÔNG NGHIỆP ====o0o==== BÀI TẬP LỚN Môn học: Trang bị điện - điện tử máy công nghiệp ĐỀ TÀI: Tìm hiểu động cơ, thiết bị đóng cắt, bảo vệ biến đổi hệ thống trang bị điện Giáo viên hướng dẫn: Th.S Nguyễn Thị Liên Anh Hà nội, 11-2015 Chương I TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ I Giới thiệu chung động điện Động điện có loại động điện chiều động điện xoay chiều ứng dụng rộng rãi tất lĩnh vực, đồ dùng gia đình, sản xuất công nghiệp… 1, Động điện chiều 1.1, Cấu tạo Gồm có phần stator( phần cảm), rotor ( phần ứng), phần chỉnh lưu ( chổi than cổ góp) - Stator động điện chiều thường hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu, hay nam châm điện - Rotor có cuộn dây quấn nối với nguồn điện chiều - Bộ phận chỉnh lưu, có nhiệm vụ đổi chiều dòng điện chuyển động quay rotor liên tục Thông thường phận gồm có cổ góp chổi than tiếp xúc với cổ góp a Động máy đùn nhựa Tìm hiểu động điện chiều máy đùn nhựa dây chuyền sản xuất ống nhựa HDPE : Km số 11+500m, đường Quốc lộ 32, xã Phú Diễn Huyện Từ Liêm - Tp Hà Nội Động máy đùn có thông số sau: Pđm = 56kW, Uđm = 380V, nđm = 3000 (vòng/phút), = 0,85, số đôi cực p = 2 b Động chiều hãng meidensha Trong đó: Type HE-MRO : kiểu động OUTPUT 7.5 KW : công suất định mức VOLTS 48 : điện áp 48VDC RATING MIN : "trị số danh định phút" Nghĩa nên chạy không phút liện tục, muốn chạy tiếp phải có thời gian nghỉ định 1.2 Đặc tính động điện chiều a Phương trình đặc tính Hình 2.7 Sơ đồ nối dây động kích từ độc lập Khi động làm việc, rotor mang ứng quay từ trường cuộn cảm nên cuộn ứng lại xuất sức điện động cảm ứng E có chiều ngược với điện áp đặt vào phần ứng động Ta viết phương trình cân điện áp mạch phần sau: Uư=Eư+(Rư+Rf).Iư Trong đó: Uư:điện áp phần ứng V Eư: sức điện động phần ứng V Rư:điện trờ mạch phần ứng Ω Rf: điện trở phụ mạch phần ứng Ω I: dòng điện mạch phần ứng (A) Với Rư=rư+rcf+rb+rct rư: điện trở cuộn dây phần ứng rcf: điện trở cuộn cực từ phụ rb: điện trở cuộn bù rct: điện trở tiếp xúc chổi điện Sức điện động Eư phần ứng động xác định theo biểu thức: Trong đó: p: số đôi cực N: dẫn tác dụng cuộn dây phần ứng a: số đôi mạch nhánh song song cuộn dây phần ứng ω: tốc độ góc : từ thông kích từ cực từ K: hệ số cấu tạo động Ta có: biểu thức phương trình đặc tính điện động Momen điện từ Mdt động cơ: Thay giá trị Iư vào phương trình (*): Đây phương trình đặc tính động điện chiều kích từ độc lập b Điều chỉnh tốc độ động Ngày nay, để đảm bảo đòi hỏi công nghệ phức tạp khác nhau, nâng cao mức độ tự động xuất, hệ truyền động điện thường phải điều chỉnh tốc độ, tức cần điều chỉnh tốc độ máy theo yêu cầu công nghệ Có thể điều chỉnh tốc độ máy phương pháp khí điện thông qua việc điều chỉnh tốc độ động điện, nguồn động lực hệ truyền động điện Ở ta xem xét việc điều chỉnh tốc độ theo phương pháp điện Từ phương trình đặc tính đông điện chiều kích từ độc lập: Có cách điều chỉnh dựa vào thông số phương trình như: Uư, , Rư 1.3 Ưu điểm nhược đểm động điện chiều a Ưu đểm động điện chiều - Chất lượng điều chỉnh tốc độ tốt: biến đổi động điện chiều có khả tạo sai số tốc độ nhỏ, độ trơn điều chỉnh mịn, dải điều chỉnh rộng… Công suất phía kích từ động kích từ độc lập nhỏ công suất phần ứng động Chính sử dụng dây chuyển công nghiệp Động điện chiều có phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng: động điện chiều điều chỉnh tốc độ thông qua việc thay đổi R ư, Uư, , nên tốc độ động điều chỉnh miền tốc độ định mức b Nhược điểm động điện chiều - Cần nguồn chiều - Bảo quản cổ góp phức tạp - Dễ sinh tia lửa điện - Giá thành cao… Mặc dù có nhược điểm trên, động điện chiều có vai trò quan trọng việc sản xuất, phát triển công nghiệp sử dụng phổ biến sống Động điện xoay chiều Động gồm có hai phần stator rotor Stato gồm cuộn dây ba pha điện quấn lõi sắt bố trí vành tròn để tạo từ trường quay Rôto hình trụ có tác dụng cuộn dây quấn lõi thép Khi mắc động vào mạng điện xoay chiều, từ trường quay stato gây làm cho rôto quay trục Chuyển động quay rôto trục máy truyền sử dụng để vận hành máy công cụ cấu chuyển động khác a Cấu tạo Máy điện đồng máy điện khác,gồm có phần: phần quay,và phần tĩnh.Cuộn kích từ đặt roto stato khó khăn gia công (do sử dụng nhiều tiếp xúc điện như: chổi than,vành trượt ) nên phần lớn máy đồng có cuộn kích từ đặt roto,chỉ số trường hợp đặc biệt cuộn kích từ đặt stato (khi phần cảm lại phần tĩnh (stato),còn roto đóng vai trò phần ứng) Stato: gồm vỏ lõi dây quấn -vỏ làm thép đúc,có nhiệm vụ bảo vệ mạch từ với chắn để bắt chặt tất phần khác vào máy.Trên vỏ có gắn biển máy Lõi stato: chế tạo hoàn toàn giống lõi stato máy điện dị dây quấn phần ứng dây quấn pha (stato,hay roto) máy điện dị Roto: phần quay phần cảm (đặt cuộn kích từ) gồm: lõi dây quấn Ngoài ra,trên roto đặt vành trượt chổi than - Sự phân bố cảm ứng từ khe khí phụ thuộc vào hình dạng phần cuối cực từ.Vậy nên khe khí máy cực lồi chế tạo sau: độ rộng khe khí sẽ tăng dần theo chiều rộng mặt cực - khe khí máy đồng lớn nhiều so với máy dị máy di khe khí phải giảm nhỏ để giảm dòng không tải Khe khí máy đồng khoảng 0,5 - 5mm b Nguyên lý làm việc Khi nam châm điện quay ( tốc độ n1vòng/ phút ) làm đường sức từquay cắt qua cạnh khung dây cảm ứng gây nên sức điện động E khung dây Sức điện động E sinh dòng điện I chạy khung dây Vì dòng điện I nằm từ trường nên từ trường quay làm tác động lên khung dây lực điện từ F Lực điện từ làm khung dây chuyển động với tốc độn n vòng/ phút Vì n < n1 nên gọi không đồng ĐCKĐB ba pha có dây quấn ba pha phía stator, Roto ĐCKĐB dây quấn ba pha có số cực lõi thép Roto c Động điện roto lồng sóc pha, pha Công ty cổ phần chế tạo điện Hà Nội (HEM) Thông số kỹ thuật Tốc độ đồng bộ: 1500 vòng/phút Số cực: 2P=4 Điện áp:220/380 (V) Dòng điện: 1.4/0.8 (A) Khối lượng: 10.5 (kg) Hệ số công suất: 0.77 Sơ đồ đấu cực Stato: điện áp 220V/380V (hoặc 380V/660V) Động có điện áp vận hành ghi nhãn 220/380V Động có điện áp vận hành ghi nhã 380/660V: Vận hành: Kiểm tra chiều quay Muốn thay đổi chiều quay Động điện roto lồng sóc pha , pha đổi nối ba pha nguồn cung cấp Sau trình khởi động, động chạy êm, không rung, tiếng kêu lạ động làm việc tốt Nếu trình xả tượng nêu phải dừng máy kiểm tra lại phần khí phần điện Trong suốt trình làm việc động người vận hành phải quan sát trạng thái làm việc động tránh trường hợp đáng tiếc xảy Bảo quản: Sau thời gian vận hành động dừng làm việc thời gian dài Trong trình cần phải bảo quản động theo phương pháp đây: Luôn làm vệ sinh bên Động điện roto lồng sóc pha , pha , tránh bụi bẩn bám động gây gỉ sét làm mỹ quan động Bảo quản động nơi khô tránh ảnh hưởng bên mưa, môi trường ẩm thấp để hạn chế suy giảm điện trở điện dây stato Phương pháp lựa chọn động Đối với phụ tải yêu cầu điều chỉnh tốc độ, mômen khởi động không lớn, công suất 100kW nên chọn lọai động không đồng pha rôto lồng sóc Động dễ vận hành giảm thiết bị điện kèm theo so với loại động khác Khi chọn động phải chọn cho sử dụng gần hết công suất (Thông thường chọn công suất động 1,3 lần so với công suất tải đặt lên trục động cơ) Ta lựa chọn động theo tiêu chí sau: a) Môi trường làm việc Nhiệt đọ cao phá hủy lớp bảo vệ cách điện b) Chê độ làm việc Cơ cấu làm việc bao gồm có ba chế độ làm việc là: Chế độ làm việc dài hạn, chế độ làm việc ngắn hạn chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại c) Lựa chọn động theo công suất d) Lựa chọn động theo tốc độ làm việc cấu 10 III Khởi động từ Khởi động từ (KĐT) loại khí cụ điện dùng để điều khiển từ xa việc đóng ngắt, đảo chiều bảo vệ tải Khởi động từ có Contactor (CTT) gọi khởi động từ đơn thường để đóngngắt động điện Khởi động từ có hai contactor gọi khởi động từ kép dùng để thay đổi chiều quay động gọi khởi động từ đảo chiều Muốn bảo vệ ngắn mạch phải 15 lắp thêm cầu chì Khởi động từ cấu tạo từ 02 khí cụ điện: Công tắc tơ xoay chiều rơle nhiệt nên kết cấu khởi động từ đa dạng phong phú Cấu tạo nguyên tắc hoạt động Khởi động từ cấu tạo gồm cuộn dây hút, phần dẫn từ tính vật liệu sắt từ, nắp từ động, tiếp điểm Trước có dòng điều khiển: Khi chưa có lực từ tác động, lò xo kéo mở nắp từ 3, tiếp điểm mở Các yêu cầu an toàn khởi động từ Động không đồng ba pha làm việc liên tục hay không nhờ chủ yếu vào độ làm việc tin cậy khởi động từ Khởi động từ muốn làm việc tin cậy cần thỏa mãn yêu cầu kĩ thuật: +Tiếp điểm phải có độ bền cao +Khả đóng cắt khởi động từ phải cao + Thao tác đóng cắt phải dứt khoát +Tiêu thụ công suất + Bảo vệ tin cậy động điện khỏi tải lâu dài + Thỏa mãn điều kiện khởi động động không đồng rotor lồng sóc có hệ số dòng khởi động từ từ đến lần dòng điện định mức 16 IV APTOMAT APTOMAT loại khí cụ điện dùng để tự động ngắt mạch điện, bảo vệ tải, ngắn mạch, sụt áp v.v…Thường gọi aptomat không khí hồ quang dập tắt không khí Aptomat khí cụ điện làm việc chế độ dài hạn nghĩa số dòng điện chạy qua aptomat tùy ý Aptomat ngắn mạch trị số dòng điện lớn đến vài chục Kiloampe Cấu tạo nguyên lý làm việc a Cấu tạo Cơ cấu truyền động cắt aptomat gồm: cấu đóng cắt khâu truyền động trung gian Truyền động đóng cắt aptomat có cách: tay điện (điện từ, động điện) Điều khiển tay (núm gạt): thực với aptomat có dòng định mức không lớn 600A Điều khiển điện : sử dụng aptomat có dòng điện lớn (đến 1000A) b Nguyên lý làm việc Ở trạng thái bình thường sau đóng điện, aptomat giữ trạng thái đóng nhờ móc khớp với móc cụm với nối tiếp điểm động.Bật aptomat trạng thái ON , với dòng điện định mức nam châm điện phần ứng không hút Khi mạch điện tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ nam châm điện lớn lực lò xo làm cho nam châm điện hút phần ứng xuống làm bật nhả móc 3, móc thả tự do, lò xo kéo tiếp điểm động khỏi tiếp điểm tĩnh, kết tiếp điểm aptomat mở ra, mạch bị ngắt điện c MCCB hãng Hager(Pháp) 17 V Cầu dao Cầu dao khí cụ điện đóng cắt tay, không thường xuyên mạch điện có nguồn điện áp cung cấp đến 440V điện chiều 660V xoay chiều Đa số loại dao cắt dùng để đóng ngắt mạch điện có công suất nhỏ Với mạch điện có công suất trung bình lớn, chúng dùng để đóng cắt không tải Riêng với dao cắt phụ tải đóng ngắt dòng điện định mức, kể tải nhỏ Loại chịu dòng ngắn mạch khả cắt ngắn mạch Các tiếp điểm dao cắt thường làm đồng đỏ Khi đóng than dao chem Vào má dao nhờ lực đàn hồi má dao ép vào than dao nên điện trở tiếp xúc bé Với dòng điện định mức lớn, để giảm điện trở tiếp xúc tiếp điểm tĩnh có them lò xo tiếp điểm Trong trình ngắt, hồ quang xuất tiếp điểm động tiếp điểm tĩnh, 18 dập tắt nhờ kéo dài hồ quang khí lực điện động hướng kính tác động lên hồ quang Có thể phân loại theo: Số than dao cầu có loại: cực, cực, cực nhiều cực Theo cách đóng ngắt, dao cắt chia làm loại: đóng cắt trực tiếp đóng cắt từ xa Theo điều kiện bảo vệ loại có hộp hộp Theo khả cắt có loại cắt không tải cắt có tải Theo yêu cầu sử dụng gồm có loại có cầu chì bảo vệ, loại cầu chì bảo vệ VI Cầu chì Cầu chì Khí Cụ Điện bảo vệ mạch điện có tải ngắn mạch Dây chảy: phần quan trọng ,là nơi đứt có cố + Vật liệu : đồng ,bạc,kẽm chì 19 Chương III TÌM HIỂU VỀ THIẾT BỊ CẤP NGUỒN VÀ ĐIỀU KHIỂN I, Máy biến áp Cấu tạo Máy biến áp hay máy biến thế, gọi gọn biến áp, thiết bị điện thực truyền đưa lượng tín hiệu điện xoay chiều mạch điện thông qua cảm ứng điện từ Cấu tạo: Máy biến áp gồm có cuộn dây sơ cấp hay nhiều cuộn dây thứ cấp liên kết qua trường điện từ Khi đưa dòng điện với điện áp xác định vào cuộn sơ cấp, tạo trường điện từ Theo định luật cảm ứng Faraday trường điện từ tạo dòng điện cảm ứng cuộn thứ cấp Để đảm bảo truyền đưa lượng bố trí mạch dẫn từ qua lõi cuộn dây Vật liệu dẫn từ phụ thuộc tần số làm việc Nguyên lý làm việc Dòng điện tạo cuộn dây sơ cấp nối với hiệu điện sơ cấp, từ trường biến thiên lõi sắt Từ trường biến thiên tạo mạch điện thứ cấp hiệu điện thứ cấp Như hiệu điện sơ cấp thay đổi hiệu điện thứ cấp thông qua từ trường Sự biến đổi điều chỉnh qua số vòng quấn lõi sắt Máy biến áp chuyển đổi hiệu điện (điện áp) với giá trị mong muốn, ví dụ từ đường dây trung 10 kV sang mức hạ 220 V hay 400 V dùng sinh hoạt 20 dân cư Tại nhà máy phát điện, máy biến áp thường chuyển hiệu điện mức trung từ máy phát điện (10 kV đến 50 kV) sang mức cao (110 kV đến 500 kV hay cao hơn) trước truyền tải lên đường dây điện cao Trong truyền tải điện với khoảng cách xa, hiệu điện cao hao hụt Ngoài có máy biến có công suất nhỏ hơn, máy biến áp (ổn áp) dùng để ổn định điện áp nhà, hay cục biến thế, cục sạc, dùng cho thiết bị điện với hiệu điện nhỏ II Bộ biến đổi Khái niệm Bộ biến đổi điện tử công suất gọi biến đổi tĩnh (static converter) để phân biệt với máy điện truyền thống (electric machine) biến đổi điện dựa nguyên tắc biến đổi điện từ trường Nhiệm vụ biến đổi xử lý điều khiển dòng lượng điện cách cung cấp điện áp dòng điện dạng thích hợp cho tải Tải định thông số điện áp, dòng điện, tần số, số pha ngõ biến đổi Thông thường, điều khiển có hồi dõi ngõ biến đổi cực tiểu hóa sai lệch giá trị thực ngõ giá trị mong muốn (hay giá trị đặt) Các dạng biến đổi Ta phân loại hệ thống biến đổi điện tử công suất dựa vào tín hiệu vào xoay chiều hay chiều: Bộ chỉnh lưu (AC -> DC) Bộ nghịch lưu (DC -> AC) Bộ biến đổi điện xoay chiều (AC -> AC) Bộ biến đổi điện chiều (DC -> DC) III Biến tần Biến tần thiết bị biến đổi tần số dòng điện xoay chiều với nguyên lý làm việc đơn giản Nguyên lý hoạt động 21 Nguồn điện xoay chiều pha hay pha chỉnh lưu lọc thành nguồn chiều phẳng Công đoạn thực chỉnh lưu cầu diode tụ điện Nhờ vậy, hệ số công suất cosφ hệ biến tần có giá trị không phụ thuộc vào tải có giá trị 0.96 Điện áp chiều biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều pha đối xứng Công đoạn thực thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) phương pháp điều chế độ rộng xung (PWM) Nhờ tiến công nghệ vi xử lý công nghệ bán dẫn lực nay, tần số chuyển mạch xung lên tới dải tần số siêu âm nhằm giảm tiếng ồn cho động giảm tổn thất lõi sắt động Ứng dụng Về ứng dụng biến tần với công suất điều khiển lớn sử dụng hiệu trường hợp như: - Điều khiển động không đồng công suất từ 15 đến 600kW với tốc độ khác - Điều chỉnh lưu lượng bơm, lưu lượng không khí quạt ly tâm, suất máy, suất băng tải - Ổn định lưu lượng, áp suất mức cố định hệ thống bơm nước, quạt gió, máy nén khí cho dù nhu cầu sử dụng thay đổi - Điều khiển trình khởi động dừng xác động hệ thống băng tải - Biến tần công suất nhỏ từ 0,18- 14 kW sử dụng để điều khiển máy công tác như: cưa gỗ, khuấy trộn, xao chè, nâng hạ Một số biến tần thông dụng Biến tần AC Biến tần DC Biến tần thay đổi điện áp đầu vào 22 Biến tần vector dòng biến đổi độ rộng xung Biến tần nguồn điện đầu vào Biến tần điều chỉnh độ rộng xung IV Biến tần Silcovert hãng Anlsador Thông số kĩ thuật biến tần Ansaldo Sistemi Industriali (ASI) : SILCOVERT TN Topology 3-level Neutral Point Clamped Voltage Source Inverter Input section Diode 12-pulse or 24-pulse or HV IGBT based 3L-NPC AFE Input voltage 3300V Efficiency >98% at rated load for drives with diode rectifier, AFE – no data Input power quality 12-pulse IEEE 519 compliance – In/Isc ratio dependent, 24-pulse and AFE meets IEEE 519; PF>0.96 at rated load for diode rectifier, >0.98 for active front end DC link section common DC link capacitors Output section HV IGBT based 3-level NPC VSI Output power air cooled: 1170-4740kW (1568-6356HP); water cooled: 1390-12570kW (1864-16856HP) Output voltage 0-3300V Output frequency normal: 5-70Hz; extended: 5-140Hz Field weakening no data Switching frequency no data Output waveform 5-level line-to-line voltage waveform Motor type induction or synchronous Overload 110% rated current for every 10 minutes or 150% rated current for every 10 minutes Cooling air-cooled or water-cooled Control scheme V/Hz, Sensorless Vector Control, FOC (with encoder) Dynamic speed error no data Steady-state 0.01% with encoder 23 SILCOVERT TN speed error Torque response time 5ms Torque accuracy no data Modulation technique hysteresis modulation Special features - Hình dạng bên biến tần : 24 Cấu tạo biến tần 25 Hệ thống điều khiển tỏng quan hệ 26 27 28 29 ... máy biến có công suất nhỏ hơn, máy biến áp (ổn áp) dùng để ổn định điện áp nhà, hay cục biến thế, cục sạc, dùng cho thiết bị điện với hiệu điện nhỏ II Bộ biến đổi Khái niệm Bộ biến đổi điện. .. giá trị đặt) Các dạng biến đổi Ta phân loại hệ thống biến đổi điện tử công suất dựa vào tín hiệu vào xoay chiều hay chiều: Bộ chỉnh lưu (AC -> DC) Bộ nghịch lưu (DC -> AC) Bộ biến đổi điện xoay... số biến tần thông dụng Biến tần AC Biến tần DC Biến tần thay đổi điện áp đầu vào 22 Biến tần vector dòng biến đổi độ rộng xung Biến tần nguồn điện đầu vào Biến tần điều chỉnh độ rộng xung IV Biến