Giới thiệu công nghệ sản xuất xi măng

Trong hệ thống cân băng tải thì động cơ truyền động băng tải là động cơ duynhất trong bốn động cơ được điều chỉnh tốc độ.. Lựa chọn phương án truyền động tức là phải xác định được loại đ

CHƯƠNG I :

GIỚI THIỆU CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG

1 Tổng quan công nghệ sản xuất xi măng

Xi măng là chất kết dính thuỷ lực cứng trong nước và không khí được tạo rabởi việc nghiền chung clinke với thạch cao và một số phụ gia khác Các phụ giakhác và thạch cao được lấy từ tự nhiên, còn clinke là thành phần quan trọngnhất quyết định tính chất của xi măng thì được tạo ra nhờ quá trình nung luyệncác chất Nguyên liệu chính để sản xuất clinke là đá vôi, đá sét, silicat, xỉ sắt

Các công đoạn sản xuất xi măng:

Đá vôi Đất sét

Khoan, nổ min và vận chuyển

Máy đập đá vôi

Máy đập đất sétKho chứa đá vôi và đất sét

Máy nghiền nguyên

Si lô chứa Clanker

Máy nghiền xi măng

Si lô chứa xi măng

Than

Máy nghiền

thanHâm sấy

Dầu

Thạch cao

phụ gia

1.1 Khai thác và vận chuyển đá vôi

 Đá vôi:

Đá vôi được khai thác theo phương pháp cắt tầng bằng nổ mìn sau đó dùng xe

ủi hạng lớn ủi xuống chân núi, dưới chân núi máy xúc có công suất lớn xúc đá

có kích thước < 1500 mm lên xe tải,băng tải xích chuyển về máy đập Đá saukhi được đập có kích thước cực đại cỡ 15mm, qua hệ thống băng tải cao su vậnchuyển về kho đồng nhất sơ bộ Bụi sinh ra được lọc qua các ống tay áo lọcbụi

 Đá sét và silic cát:

Cũng giống như đá vôi, đá sét có kích thước <1000mm được máy xúc đổ lên xeCookum tự đổ vận chuyển vào phễu tiếp liệu Nhờ băng tải xích đá sét đi vàomáy đập kiểu va đập đàn hồi đập sơ bộ xuống cỡ <75mm Sau đó đá sét đượcbăng tải cao su vận chuyển tới máy cán hai trục để đập lần hai xuống kíchthước còn < 25mm Sau khi cán đá sét được hệ thống băng tải cao su vậnchuyển về kho đồng nhất sơ bộ

 Kho đồng nhất sơ bộ :

Đá vôi, đá sét và silic cát sau khi được đập chuyển về kho xếp thành hai đốngmỗi loại Mỗi đống đá vôi là 16000 tấn, đá sét là 7000 tấn Đá vôi được đổ vàokho một trong hai cầu rải liệu Cầu rải liệu sẽ thành từng luống cả lượt đi vàlượt về Có từ 8 đến 29 luống, được rải 20 lớp theo chiều cao Trên các cầu rảiliệu có lắp đặt các cân điện tử Khi xúc liệu sẽ được xúc cắt qua tất cả các lớp

từ dưới lên nhằm tạo sự đồng nhât sơ bộ Nguyên tắc làm việc của kho là khiđống này được đổ thì đống kia đang được xúc Đá sét cũng được xúc tương tựnhư đá vôi

Ngoài ra còn có các kho thạch cao, silíc cát và than

1.2 Nghiền liệu:

Đá vôi, đá sét từ kho đồng nhất sơ bộ được xúc bằng gầu xích xúc lên Dosimat(hệ thống cân băng tự động) định đúng khối lượng cần thiết theo tỷ lệ cân từ

băng tải chung tới cổ tiếp liệu cho máy sấy nghiền nguyên liệu Đồng thời vớiquá trình định lượng thì sau xỉ và cát thạch anh cũng được tháo ra từ các kếtquả cân định lượng đổ vào băng tải chung và cùng đổ vào cầu tiếp liệu và vàomáy sấy nghiền Liệu sau khi được nghiền bằng máy nghiền bi Vật liệu vàomáy phải có kích thước < 40mm Độ ẩm tối đa 10% nên trong quá trình nghiềnliệu được sấy nóng bằng khí thải lò nung Phối liệu ra khỏi máy được vậnchuyển lên cân phân ly (khí động) ở phân ly hạt qua sàng có độ mịn đảm bảođược khí thổi lên cyclone lắng, còn hạt thô được hồi lưu trở lại cổ phối tiếp liệutiếp tục vào máy nghiền lại.

1.3 Đồng nhất liệu:

Si lô gồm hai tầng với kích thước là 16 * 26,5m và 16*45m, sức chứa của silô

là 22000 tấn Đáy silô có hệ thống máy nén khí, sục khí vào trong silô để đồngnhất phối liệu và tạo sự linh động cho phối liệu để khi tháo ra sẽ dễ dàng Khikhởi động công đoạn này 1 trong 2 kho đã được nạp đến một nửa Sau đó liệuđược nạp lần lượt vào từng kho silô theo những khoảng thời gian đặt trước Khiliệu đã điền đầy một trong hai silô thì tháo từ silô đầy xuống silô bên dưới theonguyên tắc silô đang tháo sẽ không được nạp còn silô đang nạp sẽ không đượctháo Mỗi silô đều có các thiết bị đo mức và báo mức đầy đến trung tâm điềukhiển về tình trạng của từng silô

1.4 Nung clinke:

 Nạp liệu cho lò:

Liệu từ silô đồng nhất có dung tích 20000 tấn được đưa qua máng đổ xuốnggầu nâng để đưa lên máng khí động được đổ vào két cân có khả năng chứa 130tấn liệu, được cân trọng lượng băng loadcell Khi liệu trong két cân đầy thì sẽđược tháo ra theo hai đường van Đường van chính là và đường van phụ ở điềukiện bình thường, liệu cấp cho lò từ van xuống cân băng định lượng rồi xuốngmáng khí động Hai máng này được hợp với nhau ở một đầu nên liệu từ haimáng theo một đường cùng đổ xuống hai máng khí động để đổ vào các cyclonenung sơ bộ Đường van phụ được sử dụng khi thử cân hay khi xảy ra sự cố

 Tháp nung sơ bộ và lò:

Gồm hai nhánh, mỗi nhánh có 5 cyclone và 1 precanxiner Bột liệu nạp vào đềuhai nhánh cyclone qua hai van quay vào vị trí ống nối giữa C1 và C2( sấy 5tầng) Liệu có thể sấy 4 tầng( bỏ qua C1) hoặc 5 tầng tùy theo yêu cầu về nhiệt.Liệu đi từ trên xuống còn khí thải lò nung từ dưới lên giúp cho quá trình traođổi nhiệt diễn ra dễ dàng và đồng thời liệu còn được đồng nhất thêm một lầnnữa Sau khi được canxi hoá trong RSP precanxiner khoảng 90 đến 95% và đạtnhiệt độ khoảng 870 đến 900°C thì liệu được đưa qua C5, vào lò nung clinkehoá xảy ra hoàn toàn Trong lò liệu được clinke hoá ở nhịêt độ 1430°C, sau đó

đổ vào hệ thống làm mát kiểu tấm ghi

 Hệ thống làm mát kiểu tấm ghi:

Có 3 tấm ghi chuyển động với vận tốc stroke/ phút, công suất 62tấn /phút đượctruyền động bằng động cơ xoay chiểu 380V – 50Hz Các tấm ghi này có tácđộng như sàng Chúng sàng các hạt clinke to để đưa tới búa đập, đập nhỏ kíchthước xuống Clike được làm mát ở nhiệt độ 110°C nhờ không khí cấp vàograte cooler bằng các quạt hút theo chiều ngang và từ dưới lên Các hạt clinkesau khi sàng đập và làm mát được đổ xuống băng tải xích và vít tải để đưa vàosilô chứa và ủ Clinke phế phẩm và clinke sống dùng để kinh doanh sẽ đượcđưa qua một máng nâng 1461 để đổ ra bãi chứa

 Lọc bụi tĩnh điện:

Khí thải ở phần cuối của grate cooler và phần cuối lò trước khi thải ra ngoàiđược phun nước giảm áp và phân tích khí rồi đưa qua bộ lọc bụi tĩnh điện đểtách bụi Quạt hút bụi sẽ hút các khí thải sẽ lọc bụi để đẩy ra ống khói còn cáchạt bụi clinke đọng lại sẽ được gõ rơi xuống các vít băng tải xích để đi tới xilôchứa clinke

 Bộ làm mát:

Sau khi qua tháp nung sơ bộ để trộn liệu và trao đổi nhiệt, khí thải của lò nungcòn rất nóng, được phân tích khí và đưa vào bộ làm mát bằng nước Sau khilàm mát khí được đưa tới để sấy thô ở máy nghiền nhờ quạt hút có tác dụng

điều khiển toàn bộ quá trình nhiệt độ trong buồng đốt Liệu đọng lại sau khilàm mát khí thải lò nung sẽ rơi xuống vít tải qua van và một số vít tải khácphản hồi về két cân.

1.5 Nghiền xi măng.

Clinke, thạch cao và phụ gia sau khi đồng nhất được điều chỉnh để đạt chấtlượng xi măng theo yêu cầu rồi cho vào máy nghiền, xi măng để tạo ra sảnphẩm cuối cùng là xi măng Công đoạn nghiền xi măng gồm hai phần: nghiềnthô và nghiền tinh Máy nghiền thô là máy nghiền kiểu CKP, máy nghiền tinh

là máy nghiền kiểu bi đạn Để đảm bảo nhiệt độ của xi măng trong khi nghiềnthì nước được đưa vào dưới dạng sương mù áp suất cao

Xi măng ra khỏi máy nghiền được đưa qua hệ thống phân ly, tại đó có sự sànglọc Nếu hạt xi măng quá to thì được thu hồi trở lại đầu máy nghiền Nếu ximăng đạt tiêu chuẩn thì được đưa vào kho chứa Xi măng quá nhỏ thì được thuhồi lại hệ thống lọc bụi

1.6 Công đoạn đóng bao:

Xi măng từ Silô chứa được vận chuyển bằng vít tải, gầu xúc và băng tải tớiphân xưởng đóng bao Tại đây có 5 Silô chứa, ở các Silô chứa này xi măngđược sục liên tục nhờ các máy nén khí để đồng nhất lần cuối trước khi đưa đếncác máy đóng bao hoặc đưa đến cầu cảng để xuất xi măng rời

2 Dây chuyền cung cấp clinke cho nhà máy.

2.1 Giới thiệu chung.

Sau khi có sản phẩm là clinke thì clinke từ các silô được vận chuyển vào phễunhận nhờ xe tải 15 tấn

Phễu nhận có dung tích 30 tấn và được lắp đặt cửa xả có khả năng nâng điềuchỉnh lượng xả

Băng chuyền tiếp liệu có dung lượng tối đa là 250 tấn/h, tốc độ của băng tảiđược điều chỉnh bởi hệ thống biến tần

Bụi bẩn trong không khí được lọc và đưa về phễu nhận và băng tải.

2.2 Các yêu cầu kỹ thuật về trang bị cơ khí

2.2.1 Băng tải

Băng tải cần phải có đặc tính kỹ thuật sau đây:

Động cơ băng chuyền phải có các thông số phù hợp với áp lực nguyên liệu cấp

từ phễu

Các linh kiện được sử dụng lại từ dây chuyền hiện có:

- Con lăn chính (con lăn chủ động) cùng ổ đỡ

Dải đo nằm trong khoảng 30  300 tấn/h

Cân bao gồm các loadcell với sai số dưới  0,5

Sai số điều khiển thấp hơn  1,0%

Cân phải thể hiện được hệ số tải (%), tốc độ băng tải, lưu lượng (tấn/h) và tổng

số nguyên liệu

Vị trí đặt cân phải phù hợp sao cho áp lực do phễu và các phần khác gây rakhông ảnh hưởng đến độ chính xác của cân.

 Túi lọc bụi

Túi lọc mới cần phải phù hợp với điều kiện độ ẩm cao ở Việt Nam

 Phễu chứa

Phễu chứa liệu được thiết kế theo bản vẽ của nhà đầu tư

- Dung tích phễu :  40 m3 (30 tấn clinker)

- Phễu có thể lấy bụi theo kiểu quán tính

- Dộ dày các tấm ngăn  6 mm Các tấm được gia cố bởi thanh chống

- Cửa phễu đặt bên dưới theo kiểu bar-type

 Hệ thống bơm nước

Hệ thống bơm nước được cài đặt ngầm có năng lực 10m3/h Hệ thống bơm này

có khả năng tự hoạt động nhờ phao báo mức

 Thiết bị bảo vệ

Hệ thống băng tải được trang bị các thiết bị bảo vệ sau: Thiết bị phát hiện lệchbăng tải (skew detector) và chuyển mạch dừng khẩn cấp (pull-rope switch)

2.2.1.4 Các yêu cầu kỹ thuật về trang bị điện

Phạm vi công việc bao gồm cung cấp và lắp đặt các trang bị điện cho hệ thốngtiếp nhận clinker Tất cả các thiết bị điện là sản phẩm từ các nước phát triển

Phạm vi công việc bao gồm:

- Cung cấp và lắp đặt bảng điều khiển (bao gồm các thiết bị điều

khiển: biến tần, PLC, relay, )

01 bộ

- Cung cấp và lắp đặt hộp chuyển mạch cục bộ 03 bộ

- Cung cấp và lắp đặt bảng điều khiển cho túi lọc bụi 01 bộ

- Cung cấp và lắp đặt hộp điều khiển cho Bơm 01 bộ

Cung cấp và lắp đặt hệ thống cáp và ống dẫn

- Cài đặt các thiết bị và đi dây

- Chuyển lắp đặt lại hệ thống 09BF302 và các thiết bị có liên quan

đến hệ thống 09BC105 (cảm biến phát lệch băng tải, chuyển mạch

dừng khẩn cấp và chiếu sáng ) sang hệ thống băng tải mới

1 Vị trí cân băng tải trong dây chuyền sản xuất

Cân băng tải là một thiết bị rất quan trọng và được bố trí ở nhiều nơi trong dâychuyền sản xuất Nó là thiết bị vận tải liên tục dùng để chuyên chở hàng hoá,nguyên vật liệu theo phương nằm ngang hoặc theo mặt phẳng nghiêng (gócnghiêng không quá 30) Nó trợ giúp rất nhiều cho quá trình sản xuất về việcvận chuyển và điều khiển lượng liệu và được ứng dụng trong nhiều ngành nhưcông nghiệp quan trọng trong đó có sản xuất xi măng Belt scale là một loại cânbăng tải dễ dàng lắp đặt và ít phải bảo trì, bảo dưỡng Nó làm việc liên tục vàcho kết quả tương đối chính xác

Trong hệ thống cân băng tải thì động cơ truyền động băng tải là động cơ duynhất trong bốn động cơ được điều chỉnh tốc độ Để điều chỉnh tốc độ của động

cơ, ta dùng một biến tần ba pha Tín hiệu điều khiển biến tần được gửi tới từ bộtổng hợp lưu lượng clinker (bộ Integrator) Tín hiệu này sẽ điều khiển biến tầnnhằm giữ cho lưu lượng clinker là không đổi và bằng tín hiệu đặt

Sơ đồ khối sau thể hiện vị trí của băng tải trong hệ thống :

Động cơ

Sensor tốc độ

Speed Sensor

Cân băng tải

Belt Scale Bộ tổng hợp tín hiệu

Integrator

Bộ điều khiển lập trình PLC

ProgrammableLogic Controller

Băng tải

Biến tầnInverter

Hình 2.1 – Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển băng tải tiếp nhận clinker

3 Cấu trúc cân băng tải.

Hình 2.2 – Cấu trúc hệ thống băng tải

Hình 2.3 – Hình ảnh của băng tải và Cấu hình một hệ thống cân băng tải

Hệ thống cân băng tải gồm có: Encoder, Cân băng tải – Belt scale và Bộ tổnghợp tín hiệu – Integrator

Cụ thể trong hệ thống tiếp nhận clinker ngoài trời của nhà máy xi măng NghiSơn, bao gồm các thiết bị là:

- Sensor tốc độ RBSS

- Cân băng tải Siemens Milltronics MSI và MMI

- Bộ tổng hợp tín hiệu Siemens Milltronics BW 100

4 Nguyên lý cân băng tải

Vật liệu được chứa trong bồn chứa liệu, được rung xuống băng tải cân đượcgắn trên một đoạn chiều dài băng tải

Lượng vật liệu cân được trong một giờ được tính theo công thức:

Q = (3600.q.v)/1000 = 3,6.q.v (T/h)Trong đó:

q: Khối lượng vật liệu trên một đơn vị chiều dài (kg/m)

q = Khối lượng trên cân / chiều dài băng tải ( Lcell/L)v: vận tốc băng tải (m/s)

Đặc tính cơ của máy sản xuất có dạng tổng quát như sau:

M c=M co+(M đm−M co)( ω

ω đm)

α

Mco - Mômen ứng với tốc độ ω = 0

ωmaxω

McPc

Ta thấy rằng tải của hệ

truyền động băng tải phối

liệu hầu như ít thay đổi

trong quá trình làm việc

5 Các phương án điều khiển hệ thống cân băng tải

Chọn phương án truyền động là dựa trên các yêu cầu công nghệ và kết quả tínhchọn công suất động cơ, từ đó tìm ra một loạt các hệ truyền động có thể thoảmãn yêu cầu đặt ra Bằng việc phân tích, đánh giá các chỉ tiêu kinh tế, kỹ thuậtcác hệ truyền động này, kết hợp tính khả thi cụ thể mà ta có thể lựa chọn đượcmột vài phương án hoặc một phương án duy nhất để thiết kế Lựa chọn phương

án truyền động tức là phải xác định được loại động cơ truyền động một chiềuhay xoay chiều, phương pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính tải, sơ đồnối bộ biến đổi đảm bảo yêu cầu truyền động

Do yêu cầu của đề bài, ta sử dụng động cơ không đồng bộ

Có các phương án thiết kế sau:

- Hệ truyền động động cơ xoay chiều điều chỉnh điện áp Stotor

- Hệ truyền động động cơ xoay chiều điều chỉnh công suất trượt

- Hệ truyền động động cơ xoay chiều điều chỉnh tần số

- Hệ truyền động động cơ xoay chiều dùng phương pháp xung điện trở rôto.

- Hệ truyền động chỉnh lưu - động cơ một chiều kích từ độc lập

5.1 Hệ điều chỉnh xung điện trở rôto :

5.1.1 Nguyên lý điều chỉnh :

Trước hết cần phải nói rằng việc điều chỉnh điện trở roto chỉ áp dụng được vớiđộng cơ roto dây quấn chứ không sử dụng được cho động cơ roto lồng sóc.Như đã biết, với động cơ roto dây quấn, ta có thể thay đổi được độ cứng củađường đặc tính cơ bằng cách đưa điện trở phụ vào mạch roto động cơ Thựcchất của phương pháp này là điều chỉnh công suất trượt; công suất trượt ở đâyđược lấy bớt ra và được biến thành tổn hao nhiệt năng vô ích trên điện trở

Vì độ trượt tới hạn tỷ lệ bậc nhất với điện trở roto nên :

(2-7)Nếu coi đoạn đặc tính làm việc của động cơ, tức là đoạn có độ trượt từ s = 0 

sth, là tuyến tính thì khi điều chỉnh điện trở roto ta có thể viết :

(2-8)Trong đó : s0 _ là độ trượt tới hạn khi điện trở roto là R2 (tức điện trở tự nhiên ởmạch roto); còn s _ là độ trượt khi điện trở roto là Rrd = R2+Rf

Theo biểu thức mô-men thì :

(2-9)Như vậy, khi thay đổi điện trở roto, nếu giữ dòng roto I2 không đổi thì mo-menkhông đổi và không phụ thuộc vào tốc độ động cơ Vì vậy, phương pháp điều

rd f th

th

R

R R R

R s

2

2 0

2 th

th 0 0

R

R.ssR

Rs

ss

2 2 2

.

2 1

2 2 1

.3])

'.[(

'.3

s

R I X

s

R R

s

R U

m n

M

H 4.1 : Sơ đồ nguyên lý, hoạt động và các đặc tính điều chỉnh bằng phương pháp xung điện trở roto

chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện trở roto rất thích hợp với hệ

truyền động có mô-men tải không đổi (x=0) Thực tế, việc thay đổi điện trở

roto dùng cấp điện trở ngày nay ít dùng, vì vừa có hiệu suất thấp, độ trơn điều

chỉnh kém, đặc tính điều chỉnh lại dốc Vì thế điều chỉnh xung điện trở roto

dùng van bán dẫn với các mạch vòng điều chỉnh sẽ tạo được đặc tính điều

chỉnh cứng và đủ rộng; mặt khác lại dễ tự động hoá việc điều chỉnh

Nguyên lý cơ bản của bộ điều chỉnh xung điện trở roto như sau :

Hoạt động đóng cắt của khoá bán dẫn S tương tự như mạch điều chỉnh xung áp

một chiều :

- Khi S đóng : R0 bị loại ra khỏi mạch phần ứng, dòng roto tăng lên

- Khi S ngắt : R0 được đưa vào mạch, dòng roto lại giảm

Với tần số đóng cắt nhất định, nhờ điện cảm L mà dòng roto coi như không đổi

và ta có một giá trị điện trở tương đương Rtd trong mạch

(2-11)Điện trở tương đương Rtd trong mạch một chiều được tính quy đổi về mạchxoay chiều ba pha ở roto theo nguyên tắc bảo toàn công suất Kết quả tính quyđổi được:

(2-12)Như vậy, điều chỉnh chu kỳ đóng ngắt của S ta thay đổi được  và từ đó thayđổi được Rf Cho =0  1, ta dựng được họ các đặc tính cơ tương ứng quét gầnnhư mặt phẳng giới hạn bởi đặc tính tự nhiên và đặc tính cơ có điện trở phụ

mô Tuy vậy, như đã đề cập ở trên, thực chất của phương pháp cũng dựa vào việcđiều chỉnh công suất trượt nên tổn hao trong khi điều chỉnh không thể tránhkhỏi So với phương pháp nối cấp nó có cấu trúc đơn giản hơn, ít vốn đầu tư

0 0

T

t R t t

t R R

ck

d ng

1

td

hơn, nhưng lại có tổn thất khi điều chỉnh lớn hơn lại bị tiêu hao vô ích nên nóchỉ sử dụng cho các động cơ có công suất nhỏ và trung bình (dưới 100kW)

5.2 Hệ truyền động động cơ xoay chiều điều chỉnh tần số

Trường hợp tần số giảm f1 < f1đm nếu giữ nguyên điện áp thì mômen động cơ rất

do dòng điện động cơ sẽ rất lớn (tổng trở của động cơ giảm theo tần số) Dovậy khi giảm tần số cần phải giảm điện áp theo quy luật nhất định Thông

thường khi giữ từ thông Φ = const (hoặc gần đúng giữ

f1 = const ) thì Mth

được giữ không đổi Ở vùng f > f1 mômen tới hạn Mth tỷ lệ nghịch với bìnhphương tần số Sơ đồ đặc tính của động cơ khi điều chỉnh tần số:

5.2.2 Đánh giá về phương pháp

Từ đồ thị đặc tính của động cơ không đồng bộ khi điều chỉnh điện áp tần số tathấy rằng nếu giữ được luật điều chỉnh tần số điện áp thì các đặc tính cơ trongvùng nhỏ hơn mômen tới hạn gần giống với đặc tính làm việc của động cơ điệnmột chiều Như vậy việc điều chỉnh tần số kết hợp với điều chỉnh điện áp stato

sẽ đem đạt được các đặc tính mong muốn củađộng cơ không đồng bộ

- Phương pháp này khi điều chỉnh sẽ cho tổn thất là thấp nhất so với phương án

kể trên

- Vì điều chỉnh tần số phải điều chỉnh cả điện áp nên việc tìm ra quy luật điềuchỉnh và trang thiết bị điều chỉnh, biến đổi công suất phức tạp nên nói chungviệc điều chỉnh bằng tần số đắt hơn các phương pháp khác

5.3 Hệ điều chỉnh điện áp stator động cơ

Hình 4.3 Sơ đồ nguyên lý của hệ điều chỉnh điện áp stator động cơ.

s.Xs

'RR

'R.U.3M

2 m n

2 2 1 1

2

2 1 f

Thực tế, hầu hết các động cơ KĐB có tốc độ trượt tới hạn (ứng với đặc tính cơ

tự nhiên) nhỏ, khi dùng điều chỉnh tốc độ sẽ bị hạn chế vì dải điều chỉnh hẹp.Ngoài ra, khi giảm áp, mô-men động cơ còn bị giảm nhanh theo bình phươngđiện áp Vì lý do này mà phương pháp này ít được dùng cho động cơ KĐB rotolồng sóc mà thường kết hợp với việc điều chỉnh mạch roto đối với động cơKĐB roto dây quấn nhằm mở rộng dải điều chỉnh

độ động cơ càng thấp (s càng lớn), nhất là trong trường hợp điều chỉnh sâu tốc

độ, thì tổn hao công suất trượt càng lớn

Do có nhiều hạn chế như trên nên vấn đề điều chỉnh điện áp stato để điều khiểntốc độ động cơ chỉ được ứng dụng hạn hẹp Hiện nay, nó thường ứng dụng làm

bộ khởi động mềm (softstart) với mục đích thay thế các bộ khởi động có cấpdùng rơ-le, công-tắc-tơ cho các động cơ công suất lớn và rất lớn so với lưới tiêuthụ chung Trong phạm vi này nó cho phép tạo ra các đường đặc tính khởi động

êm, tránh việc gây sụt áp lưới, làm ảnh hưởng đến các tải khác khi các động cơcông suất lớn khởi động Trong ứng dụng vào điểu chỉnh nó chỉ phù hợp với hệtruyền động với các phụ tải có mô-men là hàm tăng theo tốc độ (như quạt gió,bơm ly tâm)

s P M

5.4 Hệ điều chỉnh công suất trượt động cơ

5.4.1 Nguyên lý điều chỉnh

Theo kết quả nghiên cứu máy điện không đồng bộ thì công suất điện lấy ra từmạch roto, được gọi là công suất trượt, tỷ lệ với độ trượt s Theo cách tính tổnthất khi điều chỉnh thì công suất này bằng :

(2-6)

=>

Như vậy theo biểu thức trên thì nếu ta bảo đảm giữ công suất đưa vào mạchstato là không đổi, thì công suất điện từ Pđt cũng không đổi Khi đó bằng cáchnào đó ta thay đổi được tổn hao công suất trong mạch roto thì ta sẽ thay đổiđược độ trượt s; tức là ta điều chỉnh được tốc độ động cơ Đây chính là phươngpháp của việc điều chỉnh công suất trượt

Trong thực tế việc thay đổi Ps có nhiều cách, đơn giản nhất là sử dụng điện trởphụ đưa và mạch roto làm tăng tổn thất Việc này đối với các hệ thống truyềnđộng công suất nhỏ thì không có vấn đề gì, nhưng với hệ truyền động công suấtlớn thì các tổn hao là đáng kể Vì vậy để tận dụng công suất trượt người ta dùngcác sơ đồ nối tầng nhằm đưa công suất trượt trở lại lưới hoặc biến thành cơnăng hữu ích quay trục động cơ nào đó, khi đó ta có hệ truyền động nối cấpđồng bộ Dưới đây là sơ đồ nguyên lý của một hệ nối cấp:

s P s M M

s

Hình 4.4 Sơ đồ nguyên lý hệ điều chỉnh công suất trượt động cơ.

Trong sơ đồ này thì sức điện động roto được chỉnh lưu thành điện áp một chiềuqua bộ chỉnh lưu cầu diode và qua điện kháng lọc cho nguồn dòng cấp cho bộnghịch lưu phụ thuộc.Nghịch lưu làm việc với góc điều khiển từ 90o đếnkhoảng 140o, điều chỉnh góc điều khiển  trong khoảng này ta sẽ điều chỉnhđược sức điện động chỉnh lưu trong mạch roto; tức là điều chỉnh được tốc độkhông tải lý tưởng của động cơ Đặc tính cơ điều chỉnh của hệ nối tầng vanđiện được dụng qua việc thay đổi góc điều khiển  của nghịch lưu được dựngnhư hình vẽ; trong đó do ảnh hưởng của điện trở stato, điện trở mạch một chiều

và điện kháng tản của máy biến áp (MBA) cũng như sụt áp do chuyển mạchcủa nghịch lưu và chỉnh lưu nên các đặc tính có độ cứng và mô-men tới hạnnhỏ hơn độ cứng và mô-men tới hạn của đặc tính tự nhiên

5.4.2 Đánh giá và phạm vi ứng dụng

- Như đã phân tích ở trên việc sử dụng sơ đồ nối cấp chỉ có ý nghĩa trong hệtruyền động với công suất lớn (thường cỡ trên 400kW), vì khi đó công suấttrượt đưa về mới là đáng kể và việc đầu tư cho các bộ biến đổi mới không lãngphí

- Việc tái sử dụng công suất trượt rõ ràng làm tăng hiệu suất của hệ thống lên,việc điều chỉnh tốc độ bằng cách điều chỉnh lượng công suất đưa về có thể đạtđược những chỉ tiêu điều chỉnh tốt như êm,dải điều chỉnh khá rộng; tuy có hạnchế là mô-men tới hạn có suy giảm so với tự nhiên, mô-men của động cơ bịgiảm khi tốc độ thấp

- Một vấn đề nữa là đối với các hệ thống công suất lớn vấn đề quan trọng là khởiđộng động cơ, thường dùng điện trở phụ kiểu chất lỏng để khởi động động cơđến vùng tốc độ làm việc sau đó mới chuyển sang chế độ điều chỉnh công suấttrượt Vì vậy mà việc sử dụng hệ thống này chỉ phù hợp với các hệ truyềnđộng có số lần khởi động, dừng máy và đảo chiều ít hoặc tốt nhất là không cóđảo chiều

6 Tổng hợp hệ thống điều khiển

6.1 Đặt vấn đề.

Trước đây ta đã đề cập đến vấn đề điều khiển động cơ không đồng bộ theocông thức: mM = Kmψrdisq để có thể điều khiển được chính xác tương tự nhưđộng cơ một chiều (điều khiển độc lập thành phần kích từ r và thành phầndòng phần ứng is)

Hình 5.1: Mô hình điều khiển động cơ một chiều.

Ta sẽ xây dựng một d là trục thực trùng với véc tơ r và khi đó thành phần từthông theo trục q sẽ mất đi để điều khiển tương tự cho động cơ không đồng bộnhưng trên toạ độ dq trong đó Như vậy động cơ cũng phải biểu diễn trên dq,lượng đặt là  và isd

Hình 5.2: Mô hình điều khiển ĐCKĐB.

Nhưng trong hệ thống thực, nguồn cung cấp cho động cơ là ba pha abc và cácđại lượng dòng phản hồi đo về được cũng là trên toạ độ abc, vậy giữa hai hệ toạ

độ đó phải có các bộ chuyển đổi toạ độ, cụ thể là từ bộ điều chỉnh lượng đặt đểthành tín hiệu đưa vào biến tần nuôi động cơ phải có một bộ chuyển đổi dq/abc

từ các đại lượng dòng đo được đem phản hồi có một bộ chuyển đổi ngược từabc/dq

Vấn đề nảy sinh là khi chuyển đổi giữa hai toạ độ cần phải có góc lệch giữachúng (s) Từ đây có hai giải pháp:

- Lấy s bằng cách tích phân tốc độ quay s của dòng, áp stato hoặc của từthông rôto

- Vì hệ toạ độ quay dq có trục thực gắn với r nên góc s có thể xác định bằngcách tính góc của r trên hệ toạ độ 

Từ phân tích trên ta có hệ thống điều khiển như hình vẽ:

Hình 5.3: Sơ đồ hệ thống điều chỉnh dòng điện và tốc độ của động cơ trên dq

Góc s dùng để chuyển toạ độ từ tĩnh sang quay theo chiều thuận hoặc ngược(dq hoặc dq ) s có thể được tính trực tiếp s = arctg(r) hoặc giántiếp: s = s.t + 0

Tuỳ theo cách xác định góc quay từ trường s mà ta có hai phương pháp điềukhiển vectơ: phương pháp điều khiển trực tiếp và phương pháp điều khiển giántiếp

5.2 Các phương pháp điều khiển vectơ

Các kí hiệu quy ước:

Chỉ số f viết bên phải trên

cao là đại lượng mô tả trên

hệ tọa độ tựa theo từ thông

(hệ tọa độ dq quay đồng bộ

với vector từ thông)

Chỉ số viết bên phải phía

dưới: s: đại lượng mạch

stato, r đại lượng mạch rotor

Hình 5.4: Đồ thị góc pha của phương pháp điều khiển vectơ gián tiếp

Ở phương pháp này, góc s được tính toán dựa vào các đại lượng đầu cực củađộng cơ từ đó tính ra các phần tử quay cos, sin

Theo đồ thị trên, góc pha được tính như sau: s =sdt + o

s: tốc độ quay của vectơ dòng điện stato, từ thông rôto và là tốc độ quay của

Với Lm là hỗ cảm giữa stato và roto, Lr là điện cảm stato.

Thay (5-1) vào (5-2) được

6.2 Xây dựng mô hình động cơ trên hệ tọa độ dq

Từ mô phương trình mô tả động cơ, khi chiếu trên hệ toạ độ dq thì các phươngtrình từ thông vẫn không đổi, chỉ có các phương trình điện áp thay đổi như sau: