Phân tích đặc điểm và các khuyến nghị cho việc tối ưu hoá các bộ truyền động (Phần 2)
Mục đích của bài viết này là tăng thêm nhận thức về yêu cầu khởi động các bộ truyền động khác nhau được 98win5 trong các nhà máy 98win93.
4 Các đặc trưng của các loại động cơ khác nhau
4.1 Các động cơ cảm biến kiểu lồng sóc
Hình 9 và 10 cho thấy các đặc tính tổng quát về mô men và dòng của một động cơ kiểu lồng sóc. Các động cơ kiểu lồng sóc được thiết kế sao cho chúng có thể tạo ra mô men danh định ở tần số danh định và với một điện áp cấp từ 95 đến 105% giá trị điện áp danh định. Mô men khởi động thay đổi theo hàm bình phương của phần điện áp thay đổi. Điều đó có nghĩa là sự thay đổi điện áp, chủ yếu diễn ra trong giai đoạn biến thiên vận tốc, có ảnh hưởng quyết định đến mô men được tạo ra. Ảnh hưởng này phải được đưa vào tính toán khi xác định kích thước của hệ thống truyền động. Cần chú ý đặc biệt tới một thực tế là dòng điện tương đối cao được cấp cho giai đoạn khởi động (400–800 % dòng danh định) dẫn đến độ sụt áp tương ứng trong điện lưới cấp. Các hệ quả sau được rút ra từ:
– Nếu điện lưới cấp không đủ mạnh, sẽ gây ra các ảnh hưởng đối với các phụ tải khác.
– Thời gian khởi động sẽ kéo dài tương ứng do “mô men bị giảm ở bậc bình phương” được tạo ra bởi động cơ. Điều này rất 98win59com vì rôto sẽ bị quá nhiệt do mất đà trượt chuyển thành nhiệt ở trong rôto. Tuy nhiên, sẽ không có thiết bị bảo vệ quá tải ở trong rôto.
Hình 9 cho thấy mô men và dòng điệổitng quan hệ hàm số với tốc độ khi khởi động với điều kiện điện lưới 98win10, đồng thời nêu ra sự so sánh giữa hai động có có kích thước khác nhau (một chiếc có công suất 500 kW và một chiếc có công suất 2000 kW). Hình 10 cho thấy mô men và dòng trong quan hệ hàm số với tốc độ khi khởi động với 80% điện áp mạng lưới. Cũng vậy trong trường hợp này, động cơ 500kW và động cơ 2000kW được đưa ra so sánh với nhau. Ngoài ra, có thể thấy rằng sự hình thành mô men của động cơ đạt dưới 100 % mô men danh định trong giai đoạn khởi động do điện áp bị giảm đi.
4.1.1 Khởi động trực tuyến trực tiếp (DOL) của động cơ quạt – trạng thái của động cơ.
Khởi động động cơ trực tuyến trực tiếp là một quá trình khởi động phổ biến nhất. Tuy nhiên, tiêu thụ điện năng của các bộ truyền động lớn bị hạn chế về nhiều mặt trong quá trình khởi động DOL. Vì hạn chế này, quá trình khởi động DOL không được áp dụng thường xuyên. đặc tính cơ được thể hiện bằng các đường cong ở Hình 11.
Hình 11 cho thấy tính chất vật lý của động cơ trong quá trình khởi động DOL với các điện áp khác nhau trong dải từ 100 xuống 75 % điện áp danh định. Nếu như điện áp bị giảm đi từ 100 xuống 75%, thì tiêu thụ điện năng cũng bị giảm từ 550 xuống 400%. Tuy nhiên, có thể thấy rằng mô men khả dụng bị giảm đi từ 100 xuống xấp xỉ 50%. Sự ảnh hưởng lên bản thân động cơ diễn ra bất kể lý do sụt giảm điện áp, ví dụ do điện lưới yếu hoặc điện áp khởi động bị giảm đi do 98win5 bộ khởi động mềm. Tuy nhiên, các ảnh hưởng gây ra do điện áp sụt giảm có tính chất quyết định đối với thời gian khởi động của động cơ. Chế độ khởi động bị ảnh hưởng nghiêm trọng khi mômen quán tính khởi động rất lớn (Hình 12). Việc nghiên cứu sâu hơn về sự biến đổi của mô men động cơ do sụt áp đã đưa ra một kết quả đáng ngạc nhiên. Toàn bộ các tính toán đã được thực hiện với động cơ công suất 1000 kW (tốc độ danh định 1000 vòng/phút) với tải trọng quạt (bậc hai). Nếu như điện áp cấp bị giảm đi từ 100% xuống 75% với một mômen quán tính quạt là 580 kgm2, thì thời gian gia tốc sẽ tăng từ 5 đến 34 giây. Hình 12 chỉ rõ mối quan hệ giữa sự sụt giảm điện áp từ 100 % xuống 75 % với mô men quán tính xác định là 580 kgm2 và 4640 kgm2. Thời gian gia tốc tăng từ 55 đến 180 giây nếu như mô men quán tính quạt lớn. Với một giai đoạn biến thiên vận tốc dài lên đến 180 giây và dòng điện từ 300 đến 600% trên dòng danh định, thì rôto chắc chắn sẽ bị quá nhiệt vì toàn bộ các trường hợp mất đà trượt đều được chuyển hoá thành nhiệt ở rô to (Hình 13).
Hình 13 cho thấy nhiệt độ rôto trong giai đoạn khởi động với các mômen quán tính khác nhau được đưa vào để tính toán điện áp cấp. Đường cong màu đỏ chỉ rõ nhiệt độ cho phép của rôto. Có thể thấy rằng quá trình biến thiên vận tốc (gia tốc) với điện áp bị sụt giảm sẽ không gây hại nhiều nếu mômen quán tính duy trìểơ mức thấp. Mômen quán tính nhỏ ảnh hưởng không nhiều đến thời gian gia tốc. Nhiệt độ sẽ không tăng lên đáng kể trong khoảng thời gian 34 giây. Dòng khởi động là giống nhau trong cả hai trường hợp, chỉ có các mômen quán tính là khác nhau. Nói cách khác, nhiệt độ không bao giờ được duy trì ở mức 98wim cho phép 200°C với một mômen quán tính lớn, ngay cả khi điện áp cấp đạt 100%. Điều đó có nghĩa là, dải này bị cấm 98win5 cho khởi động vì rôto sẽ bị hỏng do nhiệt độ quá cao.
Như đã đề cập, toàn bộ các trường hợp mất đà trượt sẽ được chuyển hoá thành nhiệt trong rôto động cơ. Tuy nhiên các trường hợp mất đà này thực sự lớn ra sao? lượng thất thoát nhiệt vượt quá 25MW với một mô men quán tính 4640kgm2 và điện áp 100%. Trong trường hợp là 75% điện áp cấp, thì lượng thất thoát nhiệt sẽ vượt quá 35MW. Lượng năng lượng được chuyển hoá thành nhiệt là quá cao dẫn đến rôto không thể chịu được nhiệt cho lần khởi động thứ hai. Như đã nêu, toàn bộ các trường hợp mất đà trượt chủ yếu dồn lên rôto. Tuy nhiên, câu hỏi đặt ra là điều gì sẽ xảy ra trong stato? Hình 14 cho thấy nhiệt độ của stato trong quá trình khởi động với các mô men quán tính khác nhau được đưa vào tính toán điện áp cấp. Thanh “Được phép” cho thấy nhiệt độ cho phép trong các cuộn dây stato. Có thể thấy rằng stato sẽ không bị hỏng do gia tốc với điện áp sụt giảm, cũng không phải do mômen quán tính hay do điện áp tụt xuống 80%. Kết luận là stato không chịu cùng tải với rôto. Theo nguyên tắc ngón tay cái, kết luận sau có thể đưa ra đối với việc 98win5 các quạt:
– Thời gian gia tốc với giai đoạn khởi động DOL sẽ không được vượt quá 30 đến 50 giây.
– Các mômen quán tính cao không được khởi động với DOL hoặc với điện áp bị sụt giảm.
4.1.2 Khởi động với tải trọng mômen không đổi và trạng thái của động cơ
Có thể thấy rằng đặc tính vật lý của trường hợp này tương tự như ở Hình 11 (tải trọng bậc hai) do có sự liên quan đến việc hình thành mômen động cơ tăng dần với tải trọng không đổi dưới các điều kiện khác nhau của điện lưới.
Hình 15 chỉ ra biểu hiện của mômen không đổuatrong mối tương quan với thời gian khởi động và mối quan hệ giữa điện áp sụt từ 100 xuống 75% trong dải mô men quán tính không đổi 580 kgm2 - 4640 kgm2. Cần lưu ý rằng thời gian gia tốc lên đến 200 giây là quá dài trong mọi trường hợp. Thậm chí ở mức điện áp danh định thời gian gia tốc đạt quá 80 giây. Sự khác nhau lớn nhất giữa tải trọng quạt và tải trọng mômen không đổi có thể quan sát thấy bằng việc áp dụng điện áp 100%. Cấu hình tải trọng mômen quạt được gia tốc hầu như nhanh hơn ba lần (Hình 12). Điều đó có nghĩa là việc xác định kích thước với mô men quán tính cần quan tâm nhiều hơn là với tải trọng quạt. Rủi ro do thiết kế sai là lớn hơn nhiều so với mô men tải quán tính. Hình 16 chỉ ra sự gia tăng nhiệt độ trong rôto với các mômen quán tính và các điện áp khác nhau được áp dụng. Tải trọng là tải trọng mômen không đổi đạt 50%. Đồ thị chỉ rõ các 98wim trong các điều kiện về 98win8 98win5 phương pháp khởi động này. Trong trường hợp tốt nhất, đạt được 100% điện áp, động cơ chỉ có thể gia tốc tới dưới 2500 kgm2 trước khi đạt nhiệt độ tối đa cho phép. Trường hợp xấu nhất, điện áp cấp chỉ đạt 85% điện áp danh định, 98win8 98win5 hệ thống đạt tới 1200 kgm2. Nhiệt độ cuộn dây rôto có thể tăng trên 500°C trong trường hợp xấu nhất (tương đương với 85% điện áp danh định) và đạt xấp xỉ 350°C trong trường hợp tốt nhất (tương đương với 100% điện áp danh định) nếu động cơ được gia tốc không kể đến nhiệt độ của rôto. Trong những trường hợp này thì rôto hầu hết không có 98win8 thực hiện một khởi động DOL với điện áp bị sụt giảm. Vấn đề là không giám sát được nhiệt độ dư thừa trên rôto, mà chỉ có stato được trang bị hệ thống đó. Câu hỏi đặt ra là hệ thống bảo vệ của stato cũng có thể được 98win5 để bảo vệ rôto, thì điều đó có nghĩa là cả hai (stato và rôto) sẽ có cùng hằng số thời gian chịu nhiệt?
Câu trả lời là không, tuy nhiên không chỉ hằng số thời gian thay đổi. Sự khác biệt lớn nhất giữa rôto và stato, liên quan đến sự hình thành nhiệt độ, đó chính là sự mất đà trượt có ảnh hưởng đáng kể chỉ đối với rôto. Stato không bị ảnh hưởng nhiều bởi sự mất đà trượt. Hình 17 chỉ rõ tình trạng nhiệt độ trên stato của động cơ. Có thể thấy rằng nhiệt độ được duy trì thấp hơn mức cho phép trong tất cả các điều kiện. Điều quan trọng phải nhấn mạnh là các điều kiện làm mát phải luôn được xét đến trong quá trình khởi động.
Trong trường hợp hệ thống đã nóng, ví dụ sau lần khởi động thứ hai, các điều kiện sẽ khác nhau, thậm chí theo chiều hướng xấu hơn. Căn cứ vào sự so sánh giữa nhiệt độ của sta-to sau khi khởi động và các tính chất của quạt, có thể đưa ra kết luận rằng nhiệt độ tối đa của hai ứng dụng có sự khác nhau khoảng 100°C, hoặc nhiệt độ của stato gần đạt xấp xỉ gấp đôi trong trường hợp gia tốc với tải trọng mômen không đổi. Thực tế là nhiệt độ rôto không so sánh được với nhiệt độ của stato và rằng nhiệt độ của rôto không thể đo được bằng thiết bị PT 100 hay PTC có nghĩa là rôto không đựơc bảo vệ hoàn toàn. Các thực tế này yêu cầu đưa thiết kế ưu tiên loại 1 cho động cơ ở giai đoạn lập kế hoạch, đối với hầu hết các trường hợp, sẽ dẫn đến việc định quá cỡ cho động cơ khởi động DOL hoặc khởi động với điện áp sụt giảm cùng với một bộ khởi động mềm. Tóm lại, nguyên tắc ngón tay cái sau có thể rút ra từ việc áp dụng mômen không đổi: các tải trọng mômen cao không được khởi động với DOL hoặc với điện áp sụt giảm.
4.2 Động cơ cảm biến kiểu rôto dây quấn
Mômen khởi động của động cơ cảm biến rôto dây quấn có thể được xác định bằng các bước nhỏ hoặc xác định liên tục không qua các bước. Năng lượng trượt không được chuyển hoá thành nhiệt ở rôto như đối với động cơ lồng sóc mà ở bên ngoài động cơ, cụ thể là điện trở khởi động của rôto (bộ khởi động). Không có sự khác biệt cơ bản về thiết kế của stato trong động cơ cảm biến kiểu rôto dây quấn so với động cơ lồng sóc. Chỉ có thiết kế rôto là khác nhau. Rôto có cuộn dây ba pha với cùng số lượng cực như với stato. Một phía các đầu tự do thường được nối với sao, và phía bên kia của các đầu tự do được nối với các vành trượt. Dòng khởi động và mô men khả dụng của động cơ có thể được xác định nhờ thay đổi điện trở rôto bằng một điện trở khởi động rôto. Dòng nhận được từ điện lưới phụ thuộc vào kích thước của điện trở khởi động trong các giai đoạn khởi động, nó nằm trong khoảng dòng danh định và có cùng hình dạng như mômen. Năng lượng lấy từ điện lưới cũng phụ thuộc vào thiết kế của bộ khởi động trong tất cả các giai đoạn khởi động. Tại thời điểm bắt đầu của giai đoạn khởi động, phần năng lượng lớn nhất xuất hiện trong bộ khởi động. Nguồn năng lượng trong bộ khởi động sẽ giảm tuyến tính với sự tăng tốc của động cơ. Khi động cơ đạt được tốc độ tối đa, công suất trượt hầu như bằng không.
Hình 19. Tổn thất điện áp là hàm của công suất truyền động với các dòng khởi động là 300% và 600% dòng tiêu thụ của động cơ cho điện lưới với ngắn mạch 200MVA
5 Đặc tính điện lưới trong quá trình khởi động
Một trong những yếu tố 98wim đối với việc khởi động hệ thống truyền động lớn DOL chính là đặc tính của điện lưới cấp. Các động cơ tương đối lớn có thể khởi động được với một điện lưới khoẻ. Đặc tính của điện lưới trong giai đoạn khởi động phụ thuộc vào công suất ngắn mạch của nó. Một điện lưới khoẻ có công suất ngắn mạch tương đối lớn. Điều quan trọng là phải xác định rõ được ở đâu cần phải đo đếm các ảnh hưởng của quá trình khởi động. Việc này thường được thực hiện ở các đường truyền cấp 4,16 và 6,3 kV. Công suất ngắn mạch của các đường truyền dẫn này thường ở vào khoảng 100 MVA. Mức sụt điện áp cho phép là 3% đối với khởi động chuẩn. Tuy nhiên, trong các trường hợp đặc biệt, có thể đạt tới 8%. Vậy đối với động cơ lớn bao nhiêu thì khởi động DOL có thể thực hiện được?
5.1 Khởi động trên điện lưới có công suất ngắn mạch là 100 MVA
Hình 18 chỉ ra mối quan hệ giữa công suất truyền động và sự sụt điện áp với các dòng khởi động là 300% và 600% dòng danh định của động cơ đối với điện lưới có công suất ngắn mạch là 100MVA.Với dòng khởi động 300% 98wim là > 3000kW, và với dòng khởi động 600% thì 98wim là >1500kW, đưa vào tính toán thì mức sụt điện áp 8% là 98wim cho phép.
5.2 Khởi động trên điện lưới có công suất ngắn mạch là 200 MVA
Hình 19 cho thấy trạng thái tương tự như đã mô tả ở mục 5.1 nhưng là đối với điện lưới có công suất ngắn mạch 200MVA. Với dòng khởi động 300% thì 98wim là >5000 kW và với 600% là >2500kW. Cũng vậy trong trường hợp này thì mức sụt áp 8% được đưa vào tính toán coi như là 98wim cho phép. Biểu đồ này cho thấy rõ rằng mức ngắn mạch của điện lưới đóng một vai trò quan trọng.
6 Khởi động với biến tần
Khi 98win5 biến tần, chế độ khởi động sẽ khác trong tất cả các trạng thái vật lý so với các phương pháp khởi động nêu trên. Sự khác biệt đáng kể nhất là dòng khởi động nhận được từ điện lưới. Trong quá trình khởi động DOL, dòng khởi động của động cơ đặt lên lưới thường lớn hơn dòng danh định và mô men là một phần của mô men danh định của động cơ. Phương pháp khởi động với biến tần hoàn toàn khác so với các phương pháp khởi động khác.
Mômen được tạo bởi động cơ là mômen đầy trong toàn bộ dải vận hành. Tuy nhiên, dòng khởi động nhận được từ điện lưới chỉ là một phần phân số dòng danh định phụ thuộc vào điểm làm việc. Do tính chất kiểm soát liên tục, đồng thời cả tần số lẫn điện áp, điểm làm việc của bộ truyền động thường ở vị trí tối ưu. Không có sự phí phạm do độ trựơt khởi động như đối với khởi động DOL hoặc khởi động của động cơ rôto dây quấn ở vị trí mà các 98win93 mất đà trượt được chuyển hoá thành nhiệt trong điện trở khởi động của rôto. Do vậy, mômen đầy có sẵn trong tất cả các điểm làm việc.
6.1 Chức năng của máy biến tần
Tần số động cơ nhìn chung được thay đổi phù hợp với điện áp. Trường quay của động cơ và từ thông sẽ thực hiện ở mức tối ưu theo công thức sau:
M = Φ.I Trong đó: I = Dòng động cơ
M = mômen động cơ
Φ = từ thông của động cơ
Động cơ: Các thay đổi về tần số /điện áp gây ra sự chuyển đổi song song của các đường mômen trên trục tần số (tốc độ). Điều đó có nghĩa là động cơ thường chạy ở điểm làm việc tối ưu của nó.
Điện lưới: Bộ biến tần bao gồm bộ chỉnh lưu kiểu cầu ở đầu vào (phía lưới điện) của bộ biến đổi. Điện áp xoay chiều được điều chỉnh thành điện áp một chiều ở cầu này. Tiếp đến là một tụ bù ở phía sau bộ chỉnh lưu. Tụ bù này được 98win5 để lưu năng lượng trung gian. Bộ biến đổi sau đó chuyển đổi điện áp một chiều thu được từ tụ bù thành điện áp xoay chiều với tần số biến đổi cho cấp nguồn động cơ. Đặc điểm vật lý của cầu cấp đầu vào, liên quan đến hệ số công suất của điện lưới, là 0,95. Điều đó có nghĩa là hầu hết lượng năng lượng của động cơ cần cho vận hành sẽ được lấy từ lưới điện.
6.2 Các đặc điểm vật lý của bộ biến tần
Công suất của động cơ là hàm tuyến tính đối với tốc độ cung cấp mômen tải không đổi.
Cụ thể là:
Trong đó: P: Công suất
T: Mô men
n: Tốc độ
Các hình 18 và 19 cho thấy ảnh hưởng của sự sụt áp điện lưới như một hàm với công suất trong giai đoạn biến thiên vận tốc. Do dòng khởi động với bộ biến tần nhỏ hơn dòng danh định, nên sự sụt áp trên đường truyền dẫn đối với cùng một công suất động cơ rõ ràng thấp hơn so với quá trình khởi động DOL. Có một thuận lợi hết sức rõ ràng so với tất cả các phương pháp khởi động khác là mức sụt áp tiêu biểu nhỏ hơn 1%.
7 Kết luận
Bài báo này đã miêu tả phương thức khởi động tốt nhất cho mười ứng dụng quan trọng nhất trong công nghiệp 98win93. Ngoài ra, cũng chỉ ra các yêu cầu đối với các ứng dụng khác nhau và các giải pháp tốt nhất cho ứng dụng đó. Điều đó cho thấy việc giảm bớt các ứng dụng khởi động với các bộ khởi động mềm, mà gần đây thường được áp dụng, chỉ là hợp lý đối với một vài ứng dụng. Nói cách khác, bài báo đã chỉ ra việc 98win5 các bộ truyền động có tốc độ điều biến là giải pháp tốt về nhiều mặt đối với hầu hết các ứng dụng khi tính đến cả các yếu tố về điều kiện điện lưới trong quá trình khởi động đối với tải trọng lớn, mômen quán tính cao. Cuối cùng, bài viết này cũng có thể được 98win5 làm tài liệu chỉ dẫn cho việc lựa chọn hệ thống truyền động phù hợp đối với từng ứng dụng cụ thể cho quá trình khởi động.
4.1 Các động cơ cảm biến kiểu lồng sóc
Hình 9 và 10 cho thấy các đặc tính tổng quát về mô men và dòng của một động cơ kiểu lồng sóc. Các động cơ kiểu lồng sóc được thiết kế sao cho chúng có thể tạo ra mô men danh định ở tần số danh định và với một điện áp cấp từ 95 đến 105% giá trị điện áp danh định. Mô men khởi động thay đổi theo hàm bình phương của phần điện áp thay đổi. Điều đó có nghĩa là sự thay đổi điện áp, chủ yếu diễn ra trong giai đoạn biến thiên vận tốc, có ảnh hưởng quyết định đến mô men được tạo ra. Ảnh hưởng này phải được đưa vào tính toán khi xác định kích thước của hệ thống truyền động. Cần chú ý đặc biệt tới một thực tế là dòng điện tương đối cao được cấp cho giai đoạn khởi động (400–800 % dòng danh định) dẫn đến độ sụt áp tương ứng trong điện lưới cấp. Các hệ quả sau được rút ra từ:
– Nếu điện lưới cấp không đủ mạnh, sẽ gây ra các ảnh hưởng đối với các phụ tải khác.
– Thời gian khởi động sẽ kéo dài tương ứng do “mô men bị giảm ở bậc bình phương” được tạo ra bởi động cơ. Điều này rất 98win59com vì rôto sẽ bị quá nhiệt do mất đà trượt chuyển thành nhiệt ở trong rôto. Tuy nhiên, sẽ không có thiết bị bảo vệ quá tải ở trong rôto.
Hình 9 cho thấy mô men và dòng điệổitng quan hệ hàm số với tốc độ khi khởi động với điều kiện điện lưới 98win10, đồng thời nêu ra sự so sánh giữa hai động có có kích thước khác nhau (một chiếc có công suất 500 kW và một chiếc có công suất 2000 kW). Hình 10 cho thấy mô men và dòng trong quan hệ hàm số với tốc độ khi khởi động với 80% điện áp mạng lưới. Cũng vậy trong trường hợp này, động cơ 500kW và động cơ 2000kW được đưa ra so sánh với nhau. Ngoài ra, có thể thấy rằng sự hình thành mô men của động cơ đạt dưới 100 % mô men danh định trong giai đoạn khởi động do điện áp bị giảm đi.
4.1.1 Khởi động trực tuyến trực tiếp (DOL) của động cơ quạt – trạng thái của động cơ.
Khởi động động cơ trực tuyến trực tiếp là một quá trình khởi động phổ biến nhất. Tuy nhiên, tiêu thụ điện năng của các bộ truyền động lớn bị hạn chế về nhiều mặt trong quá trình khởi động DOL. Vì hạn chế này, quá trình khởi động DOL không được áp dụng thường xuyên. đặc tính cơ được thể hiện bằng các đường cong ở Hình 11.
Hình 13 cho thấy nhiệt độ rôto trong giai đoạn khởi động với các mômen quán tính khác nhau được đưa vào để tính toán điện áp cấp. Đường cong màu đỏ chỉ rõ nhiệt độ cho phép của rôto. Có thể thấy rằng quá trình biến thiên vận tốc (gia tốc) với điện áp bị sụt giảm sẽ không gây hại nhiều nếu mômen quán tính duy trìểơ mức thấp. Mômen quán tính nhỏ ảnh hưởng không nhiều đến thời gian gia tốc. Nhiệt độ sẽ không tăng lên đáng kể trong khoảng thời gian 34 giây. Dòng khởi động là giống nhau trong cả hai trường hợp, chỉ có các mômen quán tính là khác nhau. Nói cách khác, nhiệt độ không bao giờ được duy trì ở mức 98wim cho phép 200°C với một mômen quán tính lớn, ngay cả khi điện áp cấp đạt 100%. Điều đó có nghĩa là, dải này bị cấm 98win5 cho khởi động vì rôto sẽ bị hỏng do nhiệt độ quá cao.
Như đã đề cập, toàn bộ các trường hợp mất đà trượt sẽ được chuyển hoá thành nhiệt trong rôto động cơ. Tuy nhiên các trường hợp mất đà này thực sự lớn ra sao? lượng thất thoát nhiệt vượt quá 25MW với một mô men quán tính 4640kgm2 và điện áp 100%. Trong trường hợp là 75% điện áp cấp, thì lượng thất thoát nhiệt sẽ vượt quá 35MW. Lượng năng lượng được chuyển hoá thành nhiệt là quá cao dẫn đến rôto không thể chịu được nhiệt cho lần khởi động thứ hai. Như đã nêu, toàn bộ các trường hợp mất đà trượt chủ yếu dồn lên rôto. Tuy nhiên, câu hỏi đặt ra là điều gì sẽ xảy ra trong stato? Hình 14 cho thấy nhiệt độ của stato trong quá trình khởi động với các mô men quán tính khác nhau được đưa vào tính toán điện áp cấp. Thanh “Được phép” cho thấy nhiệt độ cho phép trong các cuộn dây stato. Có thể thấy rằng stato sẽ không bị hỏng do gia tốc với điện áp sụt giảm, cũng không phải do mômen quán tính hay do điện áp tụt xuống 80%. Kết luận là stato không chịu cùng tải với rôto. Theo nguyên tắc ngón tay cái, kết luận sau có thể đưa ra đối với việc 98win5 các quạt:
– Thời gian gia tốc với giai đoạn khởi động DOL sẽ không được vượt quá 30 đến 50 giây.
– Các mômen quán tính cao không được khởi động với DOL hoặc với điện áp bị sụt giảm.
4.1.2 Khởi động với tải trọng mômen không đổi và trạng thái của động cơ
Có thể thấy rằng đặc tính vật lý của trường hợp này tương tự như ở Hình 11 (tải trọng bậc hai) do có sự liên quan đến việc hình thành mômen động cơ tăng dần với tải trọng không đổi dưới các điều kiện khác nhau của điện lưới.
Hình 15 chỉ ra biểu hiện của mômen không đổuatrong mối tương quan với thời gian khởi động và mối quan hệ giữa điện áp sụt từ 100 xuống 75% trong dải mô men quán tính không đổi 580 kgm2 - 4640 kgm2. Cần lưu ý rằng thời gian gia tốc lên đến 200 giây là quá dài trong mọi trường hợp. Thậm chí ở mức điện áp danh định thời gian gia tốc đạt quá 80 giây. Sự khác nhau lớn nhất giữa tải trọng quạt và tải trọng mômen không đổi có thể quan sát thấy bằng việc áp dụng điện áp 100%. Cấu hình tải trọng mômen quạt được gia tốc hầu như nhanh hơn ba lần (Hình 12). Điều đó có nghĩa là việc xác định kích thước với mô men quán tính cần quan tâm nhiều hơn là với tải trọng quạt. Rủi ro do thiết kế sai là lớn hơn nhiều so với mô men tải quán tính. Hình 16 chỉ ra sự gia tăng nhiệt độ trong rôto với các mômen quán tính và các điện áp khác nhau được áp dụng. Tải trọng là tải trọng mômen không đổi đạt 50%. Đồ thị chỉ rõ các 98wim trong các điều kiện về 98win8 98win5 phương pháp khởi động này. Trong trường hợp tốt nhất, đạt được 100% điện áp, động cơ chỉ có thể gia tốc tới dưới 2500 kgm2 trước khi đạt nhiệt độ tối đa cho phép. Trường hợp xấu nhất, điện áp cấp chỉ đạt 85% điện áp danh định, 98win8 98win5 hệ thống đạt tới 1200 kgm2. Nhiệt độ cuộn dây rôto có thể tăng trên 500°C trong trường hợp xấu nhất (tương đương với 85% điện áp danh định) và đạt xấp xỉ 350°C trong trường hợp tốt nhất (tương đương với 100% điện áp danh định) nếu động cơ được gia tốc không kể đến nhiệt độ của rôto. Trong những trường hợp này thì rôto hầu hết không có 98win8 thực hiện một khởi động DOL với điện áp bị sụt giảm. Vấn đề là không giám sát được nhiệt độ dư thừa trên rôto, mà chỉ có stato được trang bị hệ thống đó. Câu hỏi đặt ra là hệ thống bảo vệ của stato cũng có thể được 98win5 để bảo vệ rôto, thì điều đó có nghĩa là cả hai (stato và rôto) sẽ có cùng hằng số thời gian chịu nhiệt?
Câu trả lời là không, tuy nhiên không chỉ hằng số thời gian thay đổi. Sự khác biệt lớn nhất giữa rôto và stato, liên quan đến sự hình thành nhiệt độ, đó chính là sự mất đà trượt có ảnh hưởng đáng kể chỉ đối với rôto. Stato không bị ảnh hưởng nhiều bởi sự mất đà trượt. Hình 17 chỉ rõ tình trạng nhiệt độ trên stato của động cơ. Có thể thấy rằng nhiệt độ được duy trì thấp hơn mức cho phép trong tất cả các điều kiện. Điều quan trọng phải nhấn mạnh là các điều kiện làm mát phải luôn được xét đến trong quá trình khởi động.
Trong trường hợp hệ thống đã nóng, ví dụ sau lần khởi động thứ hai, các điều kiện sẽ khác nhau, thậm chí theo chiều hướng xấu hơn. Căn cứ vào sự so sánh giữa nhiệt độ của sta-to sau khi khởi động và các tính chất của quạt, có thể đưa ra kết luận rằng nhiệt độ tối đa của hai ứng dụng có sự khác nhau khoảng 100°C, hoặc nhiệt độ của stato gần đạt xấp xỉ gấp đôi trong trường hợp gia tốc với tải trọng mômen không đổi. Thực tế là nhiệt độ rôto không so sánh được với nhiệt độ của stato và rằng nhiệt độ của rôto không thể đo được bằng thiết bị PT 100 hay PTC có nghĩa là rôto không đựơc bảo vệ hoàn toàn. Các thực tế này yêu cầu đưa thiết kế ưu tiên loại 1 cho động cơ ở giai đoạn lập kế hoạch, đối với hầu hết các trường hợp, sẽ dẫn đến việc định quá cỡ cho động cơ khởi động DOL hoặc khởi động với điện áp sụt giảm cùng với một bộ khởi động mềm. Tóm lại, nguyên tắc ngón tay cái sau có thể rút ra từ việc áp dụng mômen không đổi: các tải trọng mômen cao không được khởi động với DOL hoặc với điện áp sụt giảm.
4.2 Động cơ cảm biến kiểu rôto dây quấn
Mômen khởi động của động cơ cảm biến rôto dây quấn có thể được xác định bằng các bước nhỏ hoặc xác định liên tục không qua các bước. Năng lượng trượt không được chuyển hoá thành nhiệt ở rôto như đối với động cơ lồng sóc mà ở bên ngoài động cơ, cụ thể là điện trở khởi động của rôto (bộ khởi động). Không có sự khác biệt cơ bản về thiết kế của stato trong động cơ cảm biến kiểu rôto dây quấn so với động cơ lồng sóc. Chỉ có thiết kế rôto là khác nhau. Rôto có cuộn dây ba pha với cùng số lượng cực như với stato. Một phía các đầu tự do thường được nối với sao, và phía bên kia của các đầu tự do được nối với các vành trượt. Dòng khởi động và mô men khả dụng của động cơ có thể được xác định nhờ thay đổi điện trở rôto bằng một điện trở khởi động rôto. Dòng nhận được từ điện lưới phụ thuộc vào kích thước của điện trở khởi động trong các giai đoạn khởi động, nó nằm trong khoảng dòng danh định và có cùng hình dạng như mômen. Năng lượng lấy từ điện lưới cũng phụ thuộc vào thiết kế của bộ khởi động trong tất cả các giai đoạn khởi động. Tại thời điểm bắt đầu của giai đoạn khởi động, phần năng lượng lớn nhất xuất hiện trong bộ khởi động. Nguồn năng lượng trong bộ khởi động sẽ giảm tuyến tính với sự tăng tốc của động cơ. Khi động cơ đạt được tốc độ tối đa, công suất trượt hầu như bằng không.
Hình 19. Tổn thất điện áp là hàm của công suất truyền động với các dòng khởi động là 300% và 600% dòng tiêu thụ của động cơ cho điện lưới với ngắn mạch 200MVA
5 Đặc tính điện lưới trong quá trình khởi động
Một trong những yếu tố 98wim đối với việc khởi động hệ thống truyền động lớn DOL chính là đặc tính của điện lưới cấp. Các động cơ tương đối lớn có thể khởi động được với một điện lưới khoẻ. Đặc tính của điện lưới trong giai đoạn khởi động phụ thuộc vào công suất ngắn mạch của nó. Một điện lưới khoẻ có công suất ngắn mạch tương đối lớn. Điều quan trọng là phải xác định rõ được ở đâu cần phải đo đếm các ảnh hưởng của quá trình khởi động. Việc này thường được thực hiện ở các đường truyền cấp 4,16 và 6,3 kV. Công suất ngắn mạch của các đường truyền dẫn này thường ở vào khoảng 100 MVA. Mức sụt điện áp cho phép là 3% đối với khởi động chuẩn. Tuy nhiên, trong các trường hợp đặc biệt, có thể đạt tới 8%. Vậy đối với động cơ lớn bao nhiêu thì khởi động DOL có thể thực hiện được?
5.1 Khởi động trên điện lưới có công suất ngắn mạch là 100 MVA
Hình 18 chỉ ra mối quan hệ giữa công suất truyền động và sự sụt điện áp với các dòng khởi động là 300% và 600% dòng danh định của động cơ đối với điện lưới có công suất ngắn mạch là 100MVA.Với dòng khởi động 300% 98wim là > 3000kW, và với dòng khởi động 600% thì 98wim là >1500kW, đưa vào tính toán thì mức sụt điện áp 8% là 98wim cho phép.
5.2 Khởi động trên điện lưới có công suất ngắn mạch là 200 MVA
Hình 19 cho thấy trạng thái tương tự như đã mô tả ở mục 5.1 nhưng là đối với điện lưới có công suất ngắn mạch 200MVA. Với dòng khởi động 300% thì 98wim là >5000 kW và với 600% là >2500kW. Cũng vậy trong trường hợp này thì mức sụt áp 8% được đưa vào tính toán coi như là 98wim cho phép. Biểu đồ này cho thấy rõ rằng mức ngắn mạch của điện lưới đóng một vai trò quan trọng.
6 Khởi động với biến tần
Khi 98win5 biến tần, chế độ khởi động sẽ khác trong tất cả các trạng thái vật lý so với các phương pháp khởi động nêu trên. Sự khác biệt đáng kể nhất là dòng khởi động nhận được từ điện lưới. Trong quá trình khởi động DOL, dòng khởi động của động cơ đặt lên lưới thường lớn hơn dòng danh định và mô men là một phần của mô men danh định của động cơ. Phương pháp khởi động với biến tần hoàn toàn khác so với các phương pháp khởi động khác.
Mômen được tạo bởi động cơ là mômen đầy trong toàn bộ dải vận hành. Tuy nhiên, dòng khởi động nhận được từ điện lưới chỉ là một phần phân số dòng danh định phụ thuộc vào điểm làm việc. Do tính chất kiểm soát liên tục, đồng thời cả tần số lẫn điện áp, điểm làm việc của bộ truyền động thường ở vị trí tối ưu. Không có sự phí phạm do độ trựơt khởi động như đối với khởi động DOL hoặc khởi động của động cơ rôto dây quấn ở vị trí mà các 98win93 mất đà trượt được chuyển hoá thành nhiệt trong điện trở khởi động của rôto. Do vậy, mômen đầy có sẵn trong tất cả các điểm làm việc.
6.1 Chức năng của máy biến tần
Tần số động cơ nhìn chung được thay đổi phù hợp với điện áp. Trường quay của động cơ và từ thông sẽ thực hiện ở mức tối ưu theo công thức sau:
M = Φ.I Trong đó: I = Dòng động cơ
M = mômen động cơ
Φ = từ thông của động cơ
Động cơ: Các thay đổi về tần số /điện áp gây ra sự chuyển đổi song song của các đường mômen trên trục tần số (tốc độ). Điều đó có nghĩa là động cơ thường chạy ở điểm làm việc tối ưu của nó.
Điện lưới: Bộ biến tần bao gồm bộ chỉnh lưu kiểu cầu ở đầu vào (phía lưới điện) của bộ biến đổi. Điện áp xoay chiều được điều chỉnh thành điện áp một chiều ở cầu này. Tiếp đến là một tụ bù ở phía sau bộ chỉnh lưu. Tụ bù này được 98win5 để lưu năng lượng trung gian. Bộ biến đổi sau đó chuyển đổi điện áp một chiều thu được từ tụ bù thành điện áp xoay chiều với tần số biến đổi cho cấp nguồn động cơ. Đặc điểm vật lý của cầu cấp đầu vào, liên quan đến hệ số công suất của điện lưới, là 0,95. Điều đó có nghĩa là hầu hết lượng năng lượng của động cơ cần cho vận hành sẽ được lấy từ lưới điện.
6.2 Các đặc điểm vật lý của bộ biến tần
Công suất của động cơ là hàm tuyến tính đối với tốc độ cung cấp mômen tải không đổi.
Cụ thể là:
Trong đó: P: Công suất
T: Mô men
n: Tốc độ
Các hình 18 và 19 cho thấy ảnh hưởng của sự sụt áp điện lưới như một hàm với công suất trong giai đoạn biến thiên vận tốc. Do dòng khởi động với bộ biến tần nhỏ hơn dòng danh định, nên sự sụt áp trên đường truyền dẫn đối với cùng một công suất động cơ rõ ràng thấp hơn so với quá trình khởi động DOL. Có một thuận lợi hết sức rõ ràng so với tất cả các phương pháp khởi động khác là mức sụt áp tiêu biểu nhỏ hơn 1%.
7 Kết luận
Bài báo này đã miêu tả phương thức khởi động tốt nhất cho mười ứng dụng quan trọng nhất trong công nghiệp 98win93. Ngoài ra, cũng chỉ ra các yêu cầu đối với các ứng dụng khác nhau và các giải pháp tốt nhất cho ứng dụng đó. Điều đó cho thấy việc giảm bớt các ứng dụng khởi động với các bộ khởi động mềm, mà gần đây thường được áp dụng, chỉ là hợp lý đối với một vài ứng dụng. Nói cách khác, bài báo đã chỉ ra việc 98win5 các bộ truyền động có tốc độ điều biến là giải pháp tốt về nhiều mặt đối với hầu hết các ứng dụng khi tính đến cả các yếu tố về điều kiện điện lưới trong quá trình khởi động đối với tải trọng lớn, mômen quán tính cao. Cuối cùng, bài viết này cũng có thể được 98win5 làm tài liệu chỉ dẫn cho việc lựa chọn hệ thống truyền động phù hợp đối với từng ứng dụng cụ thể cho quá trình khởi động.
Dịch từ tạp chí ZKG International
Phòng Kỹ thuật - Vicem
Phòng Kỹ thuật - Vicem
