ĐỒ ÁN MÔN HỌC KỸ THUẬT BIẾN ĐỔI VÀ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Áp dụng khi áp lực của đường ống cấp nước bên ngoài không đảm bảo thường xuyên - trong các giờ dùng ít nước ban đêm nước cung cấp cho tất cả thiết bị sinh hoạt trong nhà và dự trữ vào ké

Mục lục

Chương 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP CẤP NƯỚC 2

1 Hệ thống cấp nước đơn giản 2

2 Hệ thống cấp nước có két nước trên mái 2

3 Hệ thống cấp nước có trạm bơm 3

4 Hệ thống cấp nước có két nước và trạm bơm 4

Chương 2 XÂY DỰNG BÀI TOÁN CẤP NƯỚC CHO TÒA NHÀ 5

I Phân tích kiến trúc tòa nhà và thiết kế bài toán cấp nước 5

II Sơ đồ cấp nước cho tòa nhà và tính toán lưu lượng nước tiêu thụ 6

Chương 3 XÂY DỰNG BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN 12

I Lựa chọn giải pháp điều khiển 12

II Xây dựng sơ đồ khối chức năng 12

III Xây dựng sơ đồ nguyên lý 13

Chương 4 GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG CẤP NƯỚC TỰ ĐỘNG 14

I Động cơ bơm 14

1.Khái niệm chung: 14

1.Phân loại bơm: 14

2.Các thông số cơ bản của bơm 15

3.Đặc tính của bơm 18

II Biến tần Omron 21

1.Các model trong họ 3G3MV 21

2.Ký hiệu 22

3.Sơ đồ đấu nối dây nguyên lý của biến tần 26

4.Hoạt động cơ bản 29

III Công tắc tơ .33

IV Cảm biến mức nước 35

Chương 5 TÍNH CHỌN CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN, THIẾT BỊ CHẤP HÀNH VÀ THIẾT BỊ BẢO VỆ 37

I Lựa chọn cảm biến mức nước 37

1.61F-G-AP 37

2.61F-G1-AP 37

II Lựa chọn thiết bị bảo vệ 38

III Lựa chọn thiết bị động lực 38

1.Bơm 38

2.Lựa chọn biến tần 38

3.Lựa chọn công tắc tơ cho mạch động lực 39

IV Chọn thiết bị điều khiển 39

Tài liệu tham khảo 39

Chương 1 CÁC PHƯƠNG PHÁP CẤP NƯỚC

1 Hệ thống cấp nước đơn giản.

Phương pháp cấp nước này được áp dụng cho các hệ thống cấp nước có áp lực

đường ống đủ cấp nước đến mọi hộ dân.

• Ưu điểm: Hệ thống đơn giản không cần bơm nước, không cần điều khiển, dễ thi công lắp đặt

• Nhược điểm: Hệ thống cung cấp nước này chỉ áp dụng cho hệ thống có áp lực đường ống đảm bảo cung cấp, nhưng điều này không thực tế do áp lực trên mạng lưới không đồng đều Áp lực của hệ thống phụ thuộc vào độ cao đài sen nhà máy nên

hệ thống bị giới hạn độ cao, phương pháp này không dùng cho nhà nhiều tầng Phương pháp này thường được áp dụng cung cấp cho các thiết bị tiêu thụ nằm với độ cao thấp so với đường ống

Hình 1.1 – Sơ đồ hệ thống cấp nước đơn giản

1: Đường dẫn nước vào nhà

2: Đồng hồ đo nước

3: Ống chính

2 Hệ thống cấp nước có két nước trên mái.

Áp dụng khi áp lực của đường ống cấp nước bên ngoài không đảm bảo thường xuyên - trong các giờ dùng ít nước (ban đêm) nước cung cấp cho tất cả thiết

bị sinh hoạt trong nhà và dự trữ vào két, còn trong các giờ cao điểm dùng nhiều nước thì két nước sẽ cung cấp cho các thiết bị sinh hoạt Két nước làm nhiệm vụ giữ nước

khi thừa (khi áp lực bên ngoài cao) và cung cấp nước cho các ngôi nhà trong giờ cao điểm (áp lực bên ngoài yếu).

• Ưu điểm: Hệ thống cung cấp nước đơn giản, không cần điều khiển, áp lực duy trì tốt Phương pháp này rất hay dùng trước đây do có nhiều ưu điểm hơn phương pháp trên

• Nhược điểm: Hệ thống do phải cần bể trên cao và thể tích bể này phụ thuộc vào số lượng căn hộ trong nhà vì vậy nhà càng nhiều tầng thì bể càng lớn Việc bể lớn ảnh hưởng đến kiến trúc xây dựng khi tòa nhà phải gánh thêm một khối lượng nước dẫn đến chi phí xây dựng cao hơn và ảnh hưởng đến kết cấu của tòa nhà

Hình 1.2 – Sơ đồ hệ thống cấp nước có két nước trên mái.

• Ưu điểm: Phương pháp này khắc phục được nhược điểm của hai phương pháp trên Hệ thống cung cấp nước ổn định hơn, và không ảnh hưởng đến kết cấu của tòa nhà

• Nhược điểm: Máy bơm cắt theo chu kỳ bằng tay hay tự động bằng công tắc áp

lực Trường hợp này không kinh tế vì tốn thiết bị, tốn điện, tốn người quản lý (nếu cắt tay) Hệ thống duy trì áp suất và lưu lượng không ổn định do dùng công tắc áp lực, dùng công tắc áp lực cơ khí nên tuổi thọ không cao chóng hỏng hay phải thay thế Bơm đôi khi phải làm việc đóng cắt trực tiếp vào lưới điện với số lần cao trong một thời gian ngắn nên tuổi thọ giảm.

Hình 1.3 – Sơ đồ hệ thống cấp nước có trạm bơm

4 Hệ thống cấp nước có két nước và trạm bơm

Hệ thống áp dụng trong trường hợp áp lực đường ống cấp nước bên ngoài hoàn toàn không đảm bảo Máy bơm làm việc theo chu kỳ chỉ cắt trong giờ cao điểm

để đưa nước đến các thiết bị sinh hoạt và dự trữ cho két nước Trong giờ dùng nước

ít, két nước sẽ cung cấp nước cho ngôi nhà Máy bơm có thể cắt bằng tay hoặc tự động

Hình 1.4: Hệ thống cấp nước có két nước và trạm bơm.

Hệ thống này tuy đã có ưu điểm hơn các phương pháp trên về cung cấp ổn định hơn lưu lượng cho các hộ tiêu thụ Nhưng vẫn còn nhiều hạn chế về tổn thất năng lượng do phải tốn năng lượng đưa một khối lượng nước lên bể cao sau đó nhờ thế năng đưa nước trở lại các tầng phía dưới, điều này là không cần thiết, làm tổn thất rất lớn về điện năng Bơm vẫn phải làm việc đóng cắt trực tiếp vào lưới điện theo mức nước trên bể nên dẫn tới tuổi thọ giảm, ảnh hưởng tới lưới điện Nếu bể nước lớn ảnh hưởng tới kết cấu xây dựng nhà, do phải đỡ thêm một khối nước lớn.

Chương 2 XÂY DỰNG BÀI TOÁN CẤP NƯỚC CHO TÒA

+) Diện tích cầu thang: 221,0 m2

+) Diện tích sảnh, hành lang và các khu phụ trợ khác: 664,8 m2

+) Diện tích khu vệ sinh: 73,4 m2

- Tầng 2 đến tầng 14: Mỗi tầng được chia thành các căn hộ Mỗi tầng có 10 căn

hộ, mỗi căn hộ trung bình có 4 người

- Tầng áp mái: Được dùng làm Bar café, nhà hàng, kho,

Diện tích sàn: 1975,0 m2

- Chiều cao của toà nhà là 55.5 m, chiều cao giữa các tầng dao động trong khoảng 3.3 – 3.6 m

II Sơ đồ cấp nước cho tòa nhà và tính toán lưu lượng nước tiêu thụ

Từ việc phân tích sơ đồ kiến trúc của tòa nhà như trên chúng em đưa ra sơ đồ cấp nước cho chung cư như hình sau:

Hình 2.2 – Sơ đồ nguyên lý hệ thống cấp nước

- Trạm bơm cấp nước cho tòa nhà sử dụng phương pháp cấp nước có sử dụng biến tần, có két nước trên mái

Muốn thiết kế một hệ thống cấp nước cần xác định tổng lưu lượng theo tiêu chuẩn trong tiêu chuẩn cấp nước hiện hành (bảng 2-1) TCXD -33-68

Trang bị tiện nghi trong nhà

Tiêu chuẩn dùngNước trung bình(lit/người ngày đêm)

Hệ sốkhông điềuhoà giờ (Kg)Loại I Các nhà bên trong không có hệ thống cấp

thoát nước và dụng cụ vệ sinh Nước

dùng thường ngày lấy từ vòi nước công

Loại II Các nhà bên trong chỉ có vòi lấy nước

không có dụng vụ vệ sinh 80 - 100 2 - 1,8Loại III Các nhà bên trong có hệ thống cấp thoát

nước, có dụng cụ vệ sinh nhưng không

Loại IV Các nhà bên trong có hệ thống cấp thoát

nước, có dụng cụ vệ sinh và có thiết bị

Loại V Các nhà bên trong có hệ thống cấp thoát

nước, có dụng cụ vệ sinh có chậu tắm và

Bảng 2 -1: Tiêu chuẩn cấp nước( giáo trình cấp thoát nước)

Từ tiêu chuẩn cấp nước ở trên ta có thể tính được lưu lượng tiêu thụ nước lớn nhất của 1 căn hộ theo công thức sau(giáo trình cấp thoát nước):

Qmax.ngày =

1000

N K ngày q

( m3/ngày )

Trong đó:

+ q: Tiêu chuẩn dùng nước của một người ( lit/người.ngày )

+ N: Số nhân khẩu trong nhà

+ Kngày: Hệ thống không điều hòa ngày, đối với các nhà ở Kngày = 1.1 – 1.3

Mặt khác ta có công thức tính lưu lượng đối với nhà công cộng, khách sạn, bệnh viện, cơ quan như sau(giáo trình cấp thoát nước):

Q = 0.2α N ( l/s )

Trong đó:

+ Q: Lưu lượng tính toán, ( l/s )

+ N: Tổng đương lượng của các thiết bị vệ sinh trong đoạn ống tính toán, lấy theo bảng 2.2

+ α: Hệ số phụ thuộc vào chức năng ngôi nhà, lấy theo bảng 2.3

Loại TBVS Trị số đương

lượng N

Lưu lượng tính toán [l/s]

Đường kính ống nối [mm]

Vòi nước chậu rửa nhà bếp,

chậu giặt

Vòi nước âm tiểu 0.17 0.035 10 – 15

Ống nước rửa máng tiểu cho

1m dài

Vòi trộn chậu tắm đun nước cục

Một vòi tắm hương sen đặt

trong phòng riêng của từng căn

Nhà ăn dưỡng

Khách sạn, nhà tập thể

Bảng 2.3: Trị số α

Áp dụng các công thức trên ta tính toán lưu lượng tiêu thụ cho tòa nhà 15 tầng

• Tính toán lưu lượng tiêu thụ

- Lưu lượng nước tiêu thụ tầng 1:

Q1 = 0.2α N

+ Lấy α = 2.5 ( theo bảng 2.3 )

+ Tính N

Tổng đương lượng của các thiết bị vệ sinh cho tầng 1:

+ Tầng 1 bao gồm 2 phòng vệ sinh nam, 2 phòng vệ sinh nữ Phòng vệ sinh nam bao gồm 2 chậu rửa mặt, 4 bồn âm tiêu, 2 bồn xí Phòng vệ sinh nữ bao gồm 2 chậu rửa mặt, 4 bồn vệ sinh nữ, 2 bồn xí

+ Dựa vào bảng 2.2 ta tính được:

Tổng đương lượng của 1 phòng vệ sinh nam là:

1× ×

tt Q

=

1000

24360057

= 308 ( m3/ngày)

- Từ thống kê lưu lượng nước tiêu thụ nước theo các giờ theo thứ tự trong ngày

ta có kết quả như trong bảng 2.4:

Bảng 2.4 – Bảng thống kê lưu lượng nước tiêu thụ theo các giờ trong ngày

⇒ Lưu lượng tiêu thụ max tại các giờ cao điểm là:

Qmax.h =

8

5.29575

= 27,7 ( m3/h )

=> Từ đây ta có công suất của bơm:

+) Công suất hữu ích của bơm:

Pi = γ.Qmax.h.H.10-3Trong đó:

+)γ : Trọng lượng riêng của nước, γ = 10000 (N/m3)

+) H: Chiều cao của tòa nhà, H = 55.5 ( m)

x 27.7

x

= 4,27 ( kW )+ Công suất tại trục của bơm: Pt = ηi

P

=

86.0

27.4

= 4.96( kW )

Ta sử dụng bơm có công suất Pđm =5.5 kW

Chương 3 XÂY DỰNG BÀI TOÁN ĐIỀU KHIỂN

I Lựa chọn giải pháp điều khiển

Đối với phương án cấp nước dùng két nước trên nhà thì ta dùng một bơm chính khởi động và bảo vệ bằng biến tần sử dụng Rơle trung gian điều khiển đóng hay ngắt bơm tùy thuộc vào mức nước trong bể và một bơm dự phòng đóng cắt trực tiếp

II Xây dựng sơ đồ khối chức năng

III Xây dựng sơ đồ nguyên lý

Cần đưa thêm: Khảo sát chế độ tĩnh và chế độ động quá trình làm việc của hệ thống truyền động điện

Chương 4 GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ SỬ DỤNG TRONG

HỆ THỐNG CẤP NƯỚC TỰ ĐỘNG

I Động cơ bơm

1.Khái niệm chung:

Bơm là máy thủy lực dùng để hút và đẩy chất lỏng từ nơi này đến nơi khác Chất lỏng dịch chuyển trong đường ống nên bơm phải tăng áp suất chất lỏng ở đầu

đường ống để thắng trở lực trên đường ống và thắng hiệu áp suất ở hai đầu đường

ống Năng lượng bơm cấp cho chất lỏng lấy từ động cơ điện hoặc từ các nguồn động lực khác (máy nổ, máy hơi nước )

Điều kiện làm việc của bơm rất khác nhau trong nhà, ngoài trời, độ ẩm nhiệt độ…) và bơm phải chịu được tính chất lý hóa của chất lỏng cần vận chuyển

1 Phân loại bơm:

• Phân loại bơm theo nguyên lý làm việc hay cách cấp năng lượng:

- Bơm thể tích: bơm loại này khi làm việc thì thể tích không gian làm việc thay đổi nhờ chuyển động tịnh tiến của pittong (bơm pittong) hay nhờ chuyển động quay của rotor (bơm rotor) Kết quả thế năng và áp suất chất lỏng tăng lên nghĩa là bơm cung cấp áp năng cho chất lỏng

- Bơm động học: Trong bơm loại này chất lỏng được cung cấp động năng từ bơm và áp suất tăng lên Chất lỏng qua bơm, thu được động lượng nhờ va đập của các cánh quạt (bơm ly tâm và bơm hướng trục) hoặc nhờ ma sát của tác nhân làm việc (bơm xoáy lốc, bơm tia, bơm chấn động, bơm vít xoắn, bơm sục khí) hoặc nhờ tác dụng của trường điện từ (bơm điện từ) hay các trường lực khác

• Phân loại theo cấu tạo:

- Bơm cánh quạt: trong loại này bơm ly tâm chiếm đa số và thường gặp nhất (bơm nước)

- Bơm pittong: (bơm nước, bơm dầu)

Hình 2.1: Hình ảnh bơm pittong

- Bơm rotor: (bơm dầu, hóa chất, bùn)

Thuộc loại này có bơm bánh răng, bơm cánh trượt (lá gạt)

Hình 2.2: Bơm bánh răngNgoài ra còn có các loại đặc biệt như bơm màng cánh (bơm xăng trong ôtô), bơm phun tia (tạo chân không trong các bơm lớn nhà máy nhiệt điện) …

2 Các thông số cơ bản của bơm

Cột áp H (hay áp suất bơm) đó là lượng tăng năng lượng riêng trong một đơn vị trọng lượng của chất lỏng chảy qua bơm (từ miệng hút đến miệng đẩy của bơm)

Cột áp H thường được tính bằng mét cột chất lỏng (hay mét cột nước) hoặc tính đổi ra áp suất của bơm

P=γ.H=ρ.g.HTrong đó :

γ : Là trọng lượng riêng của chất lỏng được bơm (N/m3 )

ρ : Là khối lượng riêng của chất lỏng (kg/m3 )

1 2 1 2

ργ

.2

2 1

g

V V

.2

2 1

2

h h

h h h d

l g

2

đ đ

đ đ d

l g

2

đ đ

đ đ d

l g

V

ξ

λđ +ΣTrong đó:

• Công suất bơm P (hoặc N)

Trong một tổ máy bơm cần phân biệt 3 loại công suất

Công suất làm việc Ni (công suất hữu ích) là công để đưa một lượng Q chất lỏng lên độ cao H trong một đơn vị thời gian (s)

Ni = γ.Q.H.10-3, [kw]

tđ b

k

ηη

ηQ : Hiệu suất lưu lượng ( hay hiệu suất thể tích ) do tổn thất lưu lượng vì rò rỉ.

ηH : Hiệu thủy lực ( hay hiệu suất cột áp ) do tổn thất vì ma sát trong nội bơm

ηm : Hiệu suất cơ khí do tổn thất vì ma sát giữa các bộ phận cơ khí ( ổ bi, gối trục ) và bề mặt ngoài của guồng động ( bánh xe công tác) với chất lỏng (bơm ly tâm)

3 Đặc tính của bơm

Ở đây chúng em đi sâu tìm hiểu về bơm ly tâm vì loại bơm này đáp ứng được sử yêu cầu về lưu lượng và cột áp tính toán

Hình 3.1: Chiều cao cột áp

Hình 3.2: Đường cong biểu diễn lưu lượng và chiều cao cột áp

Bơm ly tâm là loại bơm động học, có cánh quạt, nó được sử dụng rất rộng rãi và được kéo bằng động cơ điện Bơm ly tâm phổ biến vì nó bơm được nhiều loại chất lỏng khác nhau (nước lạnh, nước nóng, axit, kiềm, dầu, bùn….) giải lưu rộng (từ vài l/ph đến vài m3 /S), cột áp kém hơn pittong nhưng đủ đáp ứng trong rất nhiều lĩnh vực sản xuất (từ dưới 1m đến cỡ 1000mH2O (tương ứng với áp suất 100 at), cấu tạo đơn giản, gọn, chắc chắn và rẻ

Bơm ly tâm trước khi chạy phải mồi nước, khi động cơ kéo bơm quay, guồng động cơ có các cánh cong gây ra lực ly tâm làm chất lỏng trong các rãnh bị nén và đẩy ra về phía đuôi các cánh cong vào buồng trôn ốc

Do diện tích mặt cắt buồng trôn ốc tăng dần nên tốc chất lỏng giảm dần và một phần động năng của chất lỏng biến thành áp năng, dồn chất lỏng vào ống đẩy Nhược điểm của bơm ly tâm là không có khả năng hút nước ban đầu (phải mồi) và lưu lượng

Q phụ thuộc vào cột áp H

Lý thuyết và thực nghiệm cho thấy: khi tốc quay n của bơm giữ nguyên thì cột

áp H, công suất N và hiệu suất η là hàm số của lưu lượng Q

Quan hệ H=H(Q), N=N(Q) và η = η(Q) gọi là các đặc tính riêng của bơm Đường cong H=H(Q), Q=Q(H) cho biết khả năng làm việc của bơm nên còn gọi là đặc tính làm việc của bơm

Các dạng đường đặc tính của bơm thể hiện trong hình 4.3:

Hình 4.3: Đường đặc tính của bơm ly tâm

Trong đó:

N: công suất bơm ( ký hiệu tương đương P)

H: Cột áp

Q: lưu lượng nước

Nhận xét: Đường đặc tính N(Q) ta thấy có công suất N có trị số cực tiểu khi lưu lượng bằng 0 Lúc này động cơ truyền động mở máy dễ dàng, do vậy động tác hợp lý khi mở máy là khóa van trên ống đẩy để cho Q=0 Sau một hai phút thì mở van ngay

để tránh bơm và chất lỏng bị quá nóng do công suất động cơ chuyển hoàn toàn thành nhiệt năng Hơn nữa lúc mở máy, dòng động cơ lại lớn nên Q≠0 sẽ làm dòng khởi động quá lớn có thể gây nguy hiểm cho động cơ điện

II Biến tần Omron

1 Các model trong họ 3G3MV

Điện áp

danh định

Cấu trúc bảo vệ Công suất tải

động cơ tối đa

Model

3 Pha

200VAC

Loại lắp trên bảng( chuẩn bảo vệ IP20

)

0.1 (0.1) kW

3G3MV-A20010.25 (0.2)

kW

A20020.55 (0.4)

3G3MV-kW

A20041.1 (0.75)

3G3MV-kW

A20071.5 (1.5) kW 3G3MV-

3G3MV-A20152.2 (2.2) kW 3G3MV-

A20223.7 (3.7) kW 3G3MV-

A2037Loại kín lắp trên

tường ( NEMA1 và

IP20 )

5.5 (5.5) kW

3G3MV-A20557.5 (7.5) kW 3G3MV-

A2075

1 pha 200

VAC

Loại lắp trên tủ( chuẩn bảo vệ IP20

)

0.1 (0.1) kW

3G3MV-AB0010.25 (0.2)

kW

AB0020.55 (0.4)

3G3MV-kW

AB0041.1 (0.75)

3G3MV-kW

AB0071.5 (1.5) kW 3G3MV-

3G3MV-AB0152.2 (2.2) kW 3G3MV-

AB0223.7 (3.7) kW 3G3MV-

AB0370.37 (0.2)

kW

A40020.55 (0.4)

3G3MV-kW

A40041.1 (0.75)

3G3MV-kW

A40071.5 (1.5) kW 3G3MV-

3G3MV-A40152.2 (2.2) kW 3G3MV-

A40223.7 (3.7) kW 3G3MV-

A4037Loại kín lắp trên

tường ( NEMA1 và

IP20 )

5.5 (5.5) kW

3G3MV-A40557.5 (7.5) kW 3G3MV-

A4075

2 Ký hiệu

* Trên mặt

* Bộ giao diện hiển thị

Hiển thị dữ liệu Hiển thị các dữ liệu liên quan

như tần số chuẩn, tần số ra, và các giá trị đặt cho các tham số

Núm chỉnh tần số Đặt tần số chuẩn trong khoảng từ

0Hz đến tần số tối đa