ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 (PBL1) MÁY ĐIỆN VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN

Phần 2 – Tìm hiểu thiết bị điện trong các sơ đồ mạch điều khiển động cơ điện không đồng bộ nhóm từ 3 đến 5 sinh viên: 1.. Phần 2 – Tìm hiểu thiết bị điện mạch điều khiển động cơ không đ

z

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA



ĐỒ ÁN MÔN HỌC 1 (PBL1) MÁY ĐIỆN VÀ THIẾT BỊ ĐIỆN

GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN : TS VÕ QUANG SƠN

: ThS NGUYỄN VĂN TẤN SINH VIÊN THỰC HIỆN : VÕ VĂN THÀNH

LỚP SINH HOẠT : 19DCLC3 LỚP HỌC PHẦN : 19.27A

MÃ SỐ SINH VIÊN : 105190122

ĐÀ NẴNG, 2021

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA

Lớp sinh hoạt: 19DCLC3 Nhóm:27A Số thứ tự: 16

I Nhiệm vụ, yêu cầu:

Phần 1 – Thiết kế động cơ điện không đồng bộ: Thiết kế động cơ điện

không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc với các số liệu ban đầu như sau:

Còn các thông số khác phải phù hợp với tiêu chuẩn nhà nước

Phần 2 – Tìm hiểu thiết bị điện trong các sơ đồ mạch điều khiển động cơ điện không đồng bộ (nhóm từ 3 đến 5 sinh viên):

1 Tìm hiểu sơ đồ một mạch điều khiển động cơ điện không đồng bộ (mạch khởi động, mạch đảo chiều, mạch hãm, …)

2 Tìm hiểu chức năng, cấu tạo, nguyên lý và các vấn đề liên quan của thiết bị điện trong sơ đồ trên

II Nội dung các phần thuyết minh và tính toán:

Phần 1 – Thiết kế động cơ không đồng bộ: Xác định kích thước chủ yếu;

thiết kế dây quấn, lõi sắt stato và rôto; tính toán tham số của động cơ ở chế độ làm việc bình thường; tính tổn hao; tính đặc tính làm việc và đặc tính mở máy

Vẽ một bản vẽ tổng lắp ráp A0 (cắt 1/4)

Phần 2 – Tìm hiểu thiết bị điện mạch điều khiển động cơ không đồng bộ:

Sơ đồ mạch điều khiển, báo cáo các vấn đề đã tìm hiểu như trong phần nhiệm

vụ, yêu cầu

Giáo viên hướng dẫn

z

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA



Phần I

THIẾT KẾ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

Đặc tính làm việc của động cơ điện không đồng bộ rôto lồng sóc

z

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA



Phần II

TÌM HIỂU THIẾT BỊ ĐIỆN MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA



ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

A, Tìm hiểu thiết bị điện trong sơ đồ mạch khởi động sao – tam giác

B, Tìm hiểu thiết bị điện trong sơ đồ mạch khởi động hai động cơ chạy luân phiên

C, Tìm hiểu thiết bị điện trong sơ đồ mạch khởi động ba động cơ chạy tuần tự

D, Một số hình ảnh về thiết bị điện

A, Tìm hiểu thiết bị điện trong sơ đồ mạch khởi động sao – tam giác:

1, Sơ đồ mạch điều khiển và mạch động lực:

Hình 1.1 Mạch khởi động sao tam giác

2, Tìm hiểu chức năng, cấu tạo, nguyên lý, và các vấn đề liên quan của thiết bị điện trong sơ đồ mạch trên:

a, Cấu tạo và chức năng của các thiết bị điện trong sơ đồ:

- Mạch động lực:

• Aptomat (MCCB) để đóng cắt và cấp nguồn điện cho mạch động lực

• Contactor:

- contactor chính (K1): điều khiển dòng điện vào động cơ

- contactor sao (K2) và contactor tam giác (K3): chuyển chế độ từ mạch đấu nối sao sang mạch đấu nối tam giác

• Rơle nhiệt (ORL): Relay nhiệt, bảo vệ quá tải cho động cơ

- Mạch điều khiển:

• Cầu chì (CC): bảo vệ các thiết bị điện trong mạch điều khiển

• ON: Nút nhấn khởi động, khởi động động cơ từ chế độ sao sang chế độ tam giác

• OFF: Nút nhấn dừng để dừng động cơ

• T: Relay thời gian, định thời gian để chuyển từ chế độ sao sang chế độ tam giác

• Đèn báo (ON): đèn báo động cơ đang hoạt động

• Đèn báo (FAULT): đèn báo động cơ đang gặp sự cố quá tải

b, Nguyên lý hoạt động của các thiết bị điện trong mạch:

• Vận hành mạch khởi động sao tam giác:

- Đóng MCCB cấp nguồn cho mạch động lực và mạch điều khiển

Hình 1.2 Trạng thái của mạch sao tam giác khi mạch ở chế độ nối sao

- Nhấn nút ON cho dòng điện chạy qua mạch điều khiển, khi nhả nút

ON tiếp điểm K1 đóng duy trì dòng điện, dòng điện qua cuộn hút K1, K3 làm tiếp điểm thường hở K1, K3 đóng lại trở thành tiếp điểm duy trì Đèn báo hiệu (ON) sáng lên báo động cơ đang hoạt động, lúc này động cơ đang chạy với chế

độ sao Đồng thời cấp điện cho Relay thời gian T khi đó relay thời gian bắt đầu đếm

Hình 1.3 Trạng thái của mạch khi mạch chuyển từ nối sao sang nối tam giác

- Khi relay thời gian đếm đủ (5s), tiếp điểm của relay thời gian T đảo trạng thái, lúc này K2 được cấp điện, tiếp điểm thường đóng của K2 sẽ mở ra, cuộn hút K3 bị cắt điện, tiếp điểm thường mở đóng chậm của K2 đóng lại, lúc này động cơ chạy theo kiểu tam giác Nếu có sự cố quá tải ở động cơ, relay nhiệt (ORL) hoạt động, tiếp điểm của ORL sẽ nhảy, các contactor bị cắt điện, động cơ dừng hoạt động đèn báo (FAULT) sang lên báo động cơ gặp sự cố

Hình 1.4 Biểu diễn sự cố khi động cơ bị quá tải

- Nếu có sự cố gì đó như mất pha, quá tải… làm rờ le nhiệt nhảy thì tiếp điểm thường đóng OLR hở, mạch điều khiển mất điện toàn bộ, công tắc tơ nhả hết, động cơ dừng lại

c, Tính toán và chọn thiết bị phù hợp với mạch:

• Aptomat đóng cắt (MCCB):

- Công suất của động cơ:

P = số cuối ngày sinh nhân 5 + công suất đề

- Dòng điện định mức của CB:

Icb = Idm * 2 = 70.3 * 2 = 140.6 A

→ Tra theo catalogue của hãng LS chọn CB ABS203c (In = 150A, Icu = 42kA)

• Contactor:

- Chọn contactor nối tam giác và con tắc tơ chính có dòng định mức bằng nhau:

Icontactor (chính, nối tam giác) = (1,2-1,5) * Idm

= (1,2-1,5) * 70.3 = (84.36 – 105.45) A

→ Tra theo catalogue của hãng LS chọn CONTACTOR 3 pha MC-130a (In = 130A)

- chọn contactor nối sao:

Icontactor (sao) = (1,2-1,5) * 𝐼𝑑𝑚

√3 = (1,2-1,5) * 70.3

√3

= (48.7 – 60.9) A

→ Tra theo catalogue của hãng LS chọn CONTACTOR 3 pha MC-75a (In = 75A)

* khi chuyển từ nối sao sang nối tam giác thì khi nối sao (Idm = Id = Ip) còn khi nối tam giác thì (Idm = Id = √3 *Ip) nên khi chuyển từ nối sao sang nối tam giác thì Idm phải chia cho √3

• Rơle nhiệt:

- Ta chọn rơle nhiệt cho khởi chính (contactor) theo loại contactor đã chọn, ta tra catalogue của LS thì đối với khởi MC-130a ta chọn rơle nhiệt MT-150a

• Rơle thời gian:

+Sử dụng loại relay thời gian là ON Delay có đế 8 chân, điều chỉnh thời gian bằng biến trở trên mặt

+Tùy theo thời gian phù hợp với ứng dụng có các dãy thời gian là: 6S, 10S, 30S, 60S, 10M, 30M, 60M, 2H, 6H

+Điện áp nguồn: AC220V 50Hz/60Hz

+Ta dùng rơ le thời gian GT3S-1AF20 của IDEC

• Đèn báo

• Nút nhấn để điều khiển

• Động cơ 3 pha 3P-380V- 37KW theo TCVN

B, Tìm hiểu thiết bị điện trong sơ đồ mạch khởi động hai động cơ chạy luân phiên:

1, Sơ đồ mạch điều khiển và mạch động lực:

Hình 2.1 Mạch 2 động cơ hoạt động luân phiên

2, Tìm hiểu chức năng, cấu tạo, nguyên lý, và các vấn đề liên quan của thiết bị điện trong sơ đồ mạch trên:

a, Cấu tạo và chức năng của các thiết bị điện trong sơ đồ:

- Mạch động lực:

• ACB: đóng cắt và cấp nguồn cho mạch động lực

• MCCB1, MCCB2: đóng cắt và bảo vệ 2 động cơ khi có sự cố

• K1: Contactor 1, cấp điện cho động cơ M1

• K2: Contactor 2, cấp điện cho động cơ M2

• ORL1, ORL2: Relay nhiệt, bảo vệ quá tải cho động cơ M1 và M2

- Mạch điều khiển:

• CB1P: MCB 1 pha, đóng cắt và cấp nguồn cho mạch điều khiển

• STOP: Nút nhấn dừng (STOP), dừng chạy cả 2 động cơ

• START: Nút nhấn khởi động (START), khởi động động cơ cả 2 động cơ

• T1: Rơle thời gian 1 (Timer Relay), định thời gian để chuyển từ động cơ M1 sang M2

• T2: Rơle thời gian 2 (Timer Relay), định thời gian để chuyển từ động cơ M2 sang M1

• M1R: Đèn báo động cơ M1 đang hoạt động

• M2R: Đèn báo động cơ M2 đang hoạt động

• M1S: Đèn báo động cơ M1 đang gặp sự cố quá tải

• M2S: Đèn báo động cơ M2 đang gặp sự cố quá tải

b , Nguyên lý hoạt động của mạch:

• Vận hành mạch khởi động 2 động cơ luân phiên:

- Đóng ACB, MCCB1và MCCB2 cấp điện cho mạch động lực; đóng CB1P cấp điện cho mạch điều khiển

Hình 2.2 Trạng thái của mạch 2 động cơ khi chạy với động cơ số 1

- Nhấn nút khởi động START, để cấp điện cho khởi K1 để khởi động động cơ M1 đồng thời cấp điện cho Timer relay T1 để định thời gian để chuyển đổi từ động cơ M1 sang động cơ M2 và đèn M1R sáng để báo hiệu động cơ M1 đang chạy, khi khởi K1 được cấp điện thì tiếp điểm duy trì được đóng lại để duy trì trạng thái cho khởi K1

Hình 2.3 Trạng thái của mạch 2 động cơ khi chuyển từ động cơ 1 sang động cơ 2

- Khi role thời gian (T1) được cấp nguồn và sau thời gian được cài đặt thì tiếp điểm thường đóng mở chậm mở ra ngắt ra cắt nguồn cho khởi K1 để động cơ M1 tắt, còn tiếp điểm thường mở đóng chậm đóng lại cấp nguồn cho khởi K2 để khởi động động cơ M2 đồng thời cấp nguồn cho Timer relay T2 để định thời gian để chuyển đổi từ động cơ M2 sang động cơ M1 và đèn M2R sáng lên để báo hiệu động cơ M2 đang chạy

- Để chuyển đổi từ động cơ M2 sang động cơ M1 thì khi động cơ M2 được khởi động thì Timer relay T2 cũng được bật để định thời gian để bật động

cơ M1, sau khi hết thời gian cài đặt thì khi đó tiếp điểm thường đóng mở chậm của Timer relay T2 mở ra cắt nguồn khởi K2 để động cơ M2 tắt còn tiếp điểm thường mở đóng chậm của Timer relay T2 đóng lại để cấp nguồn cho khởi K1

để khởi động động cơ M1 Thì khi đó 2 động cơ được khởi động chạy luân phiên

2 động cơ với thời gian cài đặt

- Để tắt 2 động cơ ta nhấn nút (STOP) để cắt nguồn cho 2 khởi K1 và K2

• Khi có sự cố xảy ra trên mỗi động cơ:

- Khi xảy ra sự cố quá tải ở động cơ M1, tiếp điểm thường đóng (95-96) của ORL1 (Rơle nhiệt) mở ra cắt nguồn cấp cho động cơ M1 và tiếp điểm duy trì cũng mở ra, tiếp điểm thường mở (97-98) của ORL1 đóng lại; đèn M1S sáng báo hiệu động cơ đang gặp sự cố

- Khi xảy ra sự cố quá tải ở động cơ M2, tiếp điểm thường đóng (95-96) của ORL2 mở ra cắt nguồn cấp cho động cơ M2 và tiếp điểm duy trì của khởi K2, tiếp điểm thường mở (97-98) đóng lại để làm sáng đèn M2S để báo hiệu động cơ M2 đang gặp sự cố

3, Tính toán và chọn thiết bị phù hợp với mạch (sử dụng phần mềm ETAP):

Hình 2.4 Mạch 2 động cơ trên cửa sổ phần mềm Etap

- Các phần tử trong mạch :

Nguồn: để nhập các thong số của nguồn ta nhấp vào biểu tượng

(power grid) trên cửa sổ làm việc của etap, ta nhập các thông số của nguồn cung cấp: điện áp (35kV), công suất ngắn mạch (500MVA) và tỷ số ngắn mạch (X/R=10)

Máy biến áp: để nhập các thông số của máy biến áp ta nhấp vào biểu

tượng trên cửa sổ làm việc của etap, sau đó ta nhập các thông số cho máy biến áp: standard (IEC); điện áp cuộn sơ cấp (35kV), thứ cấp (0,4kV); công suất của máy biến áp (160kVA)

Cáp : để nhập các thông số của Cáp ta nhấp vào biểu tượng trên cửa

sổ làm việc của etap, sau đó ta nhập các thông số sau cho cáp: tên cáp, chiều dài, sai số chiều dài, số sợi cáp trên 1 pha Nhấp vào Library để chọn cáp từ thư viện sẵn có trong Etap

- Cửa sổ thư viện (library) của cable:

- Lựa chọn cable cho mạch:

ID cáp Tiết diện

(mm)

Chiều dài (m)

Sai số chiều dài

(%)

Số sợi trên pha

Loại kết nối

Phụ tải: - Để nhập các thông số của phụ tải ta nhấp vào biểu tượng

trên cửa sổ màn hình ETAP, sau đó ta nhập các thông số sau cho phụ tải: tên phụ tải, điện áp định mức, sự kết nối, công suất phụ tải, hệ số cosφ Tỉ lệ phần trăm

tải tỉnh trên tải động

Công suất (kW)

Công suất (kVA)

Hệ số công suất (cos phi) Động cơ 1 0,4 60 75 0,8

Động cơ 2 0,4 60 75 0,8

3.1, Tính chọn CB (bằng phần mềm Etap):

- Tính toán ngắn mạch:

-Vào mục để chuyển sang mode tính ngắn mạch và vào mục (Edit Study Case) để điều chỉnh tính toán và chọn bus để tính ngắn mạch

Hình 2.5 cửa sổ Edit Study Case

Hình 2.6 Tính toán ngắn mạch trên tất cả các bus

Icu (kA)

Ics (kA)

Min delay (sec) AH-06D IEC 630 0.69 65 65 0.01

Icu (kA)

Ics (kA)

Min delay (sec) NZM9(M1) IEC 250 0.69 10 10 0.01

NZM9(M2) IEC 250 0.69 10 10 0.01

- Kiểm tra tính chọn CB:

• Ngắn mạch ở động cơ M1:

- Khi ngắn mạch ở động cơ M1 thì CB của động cơ M1 sẽ tác động

trước nếu CB của động cơ M1 không tác động thì CB tổng sẽ tác động Như

trong hình minh họa thì việc tính chọn CB cho động cơ M1 là hợp lí

- Dòng ngắn mạch xung kích cực đại trên bus3 (bus tổng): Ixk=7,5 kA < Icu=65 kA (CB tổng) => vậy ta chọn CB tổng vậy là hợp lí

- Dòng ngắn mạch xung kích cực đại trên bus4 (bus của động cơ M1):

Ixk=6kA < Icu=10kA(Icu của CB động cơ M1) => Vậy ta chọn CB cho động cơ M1 vậy là hợp lí

Đồ thì đường cong đặc tính của CB động cơ M1 và CB tổng

• Ngắn mạch ở động cơ M2:

- Tương tự khi ngắn mạch ở động cơ M2 thì CB của động cơ M2 tác động trước nếu CB của động cơ M2 không tác động thì CB tổng tác động vậy việc chọn CB của động cơ M2 là hợp lí

- Dòng ngắn mạch xung kích cực đại trên bus5 (bus của động cơ 2):

Ixk=6kA < Icu=10kA (Icu của CB động cơ M2) => vậy ta chọn CB cho động cơ M2 vậy là hợp lí

Đồ thì đường cong đặc tính của CB động cơ M2 và CB tổng

*CB của 2 động cơ là giống nhau nên sẽ có đồ thị đường cong đặc tính giống nhau

3.2 Lựa chọn contactor và rơ le nhiệt:

Ta có: Icontactor = (1,2-1,5) * Ittdc = (1,2-1,5)*114 = (136.8-171) (A)

Tra theo catologo của hãng LS chọn contactor MC-185a (In=185A)

*Ở mạch này với động cơ 60kW thì ta sử dụng khởi động mềm cho động cơ vì động cơ 60kW đã là động cơ có công suất lớn nên khi khởi động có tải thì dòng điện khởi động sinh ra lớn có thể gây ảnh hưởng đến hệ thống cung cấp điện cho động cơ nên ta sử dụng khởi động mềm (soft starter) để khởi động để giảm bớt dòng khởi động, ổn định điện áp của động cơ, nâng cao hệ số công suất của động cơ cũng như là tiết kiệm chi phí điện năng sử dụng Ngoài

ra ở các khởi động mềm cũng trang bị bộ kiểm soát nhiệt độ cũng như là dòng quá tải nên ta cũng không cần phải chọn them role nhiệt cũng như các thiết bị bảo vệ cho động cơ

3.3 Lựa chọn rơ le thời gian :

+Sử dụng loại relay thời gian là ON Delay có đế 8 chân, điều chỉnh thời gian

bằng biến trở trên mặt

+Tùy theo thời gian phù hợp với ứng dụng có các dãy thời gian là: 6S, 10S, 30S, 60S, 10M, 30M, 60M, 2H, 6H

+Điện áp nguồn: AC220V 50Hz/60Hz

+Ta chọn rơ le thời gian GT3S-1AF20 của IDEC

C, Tìm hiểu thiết bị điện trong sơ đồ mạch khởi động ba động cơ chạy tuần tự:

1, Sơ đồ mạch điều khiển và mạch động lực:

• ACB: ACB 3 pha, đóng cắt và cấp nguồn cho mạch động lực

• MCCB1, MCCB2, MCCB3: MCCB 3 pha, đóng cắt và cấp nguồn cho động cơ M1, M2, M3 ở mạch động lực

• K1: contactor 1, điều khiển dòng điện vào động cơ M1

• K2: contactor 2, điều khiển dòng điện vào động cơ M2

• K3: contactor 3, điều khiển dòng điện vào động cơ M3

• ORL1, ORL2, ORL3: Relay nhiệt, bảo vệ quá tải cho động cơ M1, M2, M3

• L1, L2, L3: đèn báo pha, báo tín hiệu hoat động của ba pha

- Mạch điều khiển:

• CB1P: MCB 1 pha, đóng cắt và cắt nguồn cho mạch điều khiển

• STOP: nút nhấn dừng (STOP), dừng động cơ tạm thời

• START: nút nhấn khởi động (STAR), khởi động động cơ

• T1: Relay thời gian 1 (Timer Relay), định thời gian để chuyển từ động cơ M1 sang M2

• T2: Relay thời gian 2 (Timer Relay), định thời gian để chuyển động cơ từ M2 sang M3

• T3: Relay thời gian 3 (Timer Relay), định thời gian để chuyển động cơ từ M2 sang M1

• M1R: đèn báo động cơ M1 đang hoạt động

• M2R: đèn báo động cơ M2 đang hoạt động

• M3R: đèn báo động cơ M3 đang hoạt động

• M1S: đèn báo động cơ M1 đang gặp sự cố quá tải

• M2S: đèn báo động cơ M2 đang gặp sự cố quá tải

• M3S: đèn báo động cơ M3 đang gặp sự cố quá tải

b) Nguyên lí hoạt động của mạch:

• Vận hành khởi động 3 động cơ theo thứ tự M1, M2, M3:

- Bật tuần tự: M1 → M2 → M3

- Đóng ACB, MCCB1, MCCB2, MCCB3 cấp điện cho mạch động lực, đóng CB1P cấp điện cho mạch điều khiển