Nghiên cứu bộ biến tần trung thế ACS2000 ứng dụng cho hệ thống truyền động quạt ID trong nhà máy xi măng Long Sơn Vol. 2

tháp trao đổi nhiệt của lò là tổng của số lượng khí cháy từ lò, khí dư thừa cần để đảmbảo rằng nhiên liệu cháy hết, khí sinh ra trong quá trình nung và canxi hóa liệu, khí giảthâm nhập v

Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: “Nghiên cứu bộ biến tần trung thế ACS2000 ứng dụng cho hệ thống truyền động quạt ID trong nhà máy xi măng Long Sơn” do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS Nguyễn Mạnh Tiến Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế.

Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danhmục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác Nếuphát hiện có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm

Hà Nội, ngày 05 tháng 01 năm 2017

Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Đồng

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ i

DANH MỤC BẢNG BIỂU iv

DANH MỤC VIẾT TẮT v

LỜI NÓI ĐẦU vi

Chương 1 1

CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU ĐIỀU KHIỂN QUẠT ID TRONG DÂY CHUYỂN SẢN XUẤT XI MĂNG 1

1.1 Các công đoạn chính của quá trình sản xuất xi măng 1

1.1.1 Công đoạn nghiền liệu 2

1.1.2 Công đoạn nung luyện clinker 3

1.1.3 Công đoạn nghiền than 3

1.1.4 Công đoạn nghiền xi măng 4

1.1.5 Công đoạn đóng bao 4

1.2 Hệ thống quạt ID trong công nghệ sản xuất xi măng 4

1.2.1 Tìm hiểu công đoạn lò nung và tháp trao đổi nhiệt 4

1.2.2 Yêu cầu đối với quạt ID 8

1.2.3 Cấu tạo quạt ID 10

1.3 Hệ thống điều khiển 11

1.3.1 Đặc tính quạt 11

1.3.2 Phương pháp điều khiển lưu lượng 11

Chương 2 15

TÌM HIỂU CẤU HÌNH CỦA BIẾN TẦN TRUNG THẾ 15

2.1 Giới thiệu về biến tần trung thế 15

2.1.1 Cấu trúc chung của bộ biến tần trung thế 16

2.1.2 Các bộ biến tần của một số hãng 17

2.2 Cấu hình mạch lực của bộ biến tần trung thế 18

2.2.1 Bộ chỉnh lưu nhiều xung 18

2.2.2 Các dạng cấu trúc cơ bản của bộ nghịch lưu 20

2.2.3 Phương pháp điều khiển bộ biến tần 21

Chương 3 25

BỘ BIẾN TẦN TRUNG THẾ ACS2000 25

3.1 Giới thiệu về bộ biến tần ACS2000 25

3.2 Phân tích cấu hình mạch lực 27

3.2.1 Mạch chỉnh lưu 24 xung 27

3.2.2 Mạch nghịch lưu 29

3.3 Cấu trúc mạch điều khiển 35

3.3.1 Giới thiệu về cấu hình điều khiển biến tần ACS2000 35

3.3.2 Sơ đồ cấu trúc điều khiển 39

Chương 4 52

TỔNG HỢP THAM SỐ BỘ ĐIỀU KHIỂN VÀ MÔ PHỎNG 52

4.1 Những vấn đề chung 52

4.2 Các yêu cầu công nghệ và sơ đồ khối hệ thống điều khiển 52

4.2.1 Các yêu cầu về công nghệ 52

4.2.2 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển quạt ID 52

4.3 Tổng hợp tham số bộ điều khiển 53

4.3.1 Mô hình hóa động cơ không đồng bộ 3 pha 53

4.3.2 Mô hình hóa mạch stator 54

4.3.3 Mô hình hóa biến tần 54

4.3.4 Mô hình hóa quạt ID 55

4.3.5 Mô hình hóa khâu tạo điện áp đặt 55

4.3.6 Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống 56

4.3.7 Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh – Thiết kế bộ điều chỉnh RQ 56

4.4 Tính toán thông số bộ điều khiển lưu lượng 57

4.4.1 Các số liệu cho trên nhãn động cơ 57

4.4.2 Tính toán một số thông số cần thiết từ nhãn động cơ 58

4.4.3 Tính toán tham số của các khâu trong cấu trúc điều khiển 58

4.4.4 Tính toán tham số bộ điều khiển lưu lượng 60

4.5 Mô phỏng hệ thống 60

4.5.1 Xây dựng sơ đồ mô phỏng 60

4.5.2 Kết quả mô phỏng 62

KẾT LUẬN 64

TÀI LIỆU THAM KHẢO 65

DANH MỤC HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng 1

Hình 1.2 Sơ đồ công công nghệ khu vực nghiền liệu và lọc bụi tĩnh điện 5

Hình 1.3 Sơ đồ công nghệ ở khu vực tháp trao đổi nhiệt 6

Hình 1.4 Sơ đồ đầu vào đầu ra của buổng phân hủy 8

Hình 1.5 Hình ảnh quạt ID trong thực tế 9

Hình 1.6 Quạt ID và cánh quạt ID 10

Hình 1.7 Đồ thị đặc tính quạt gió 11

Hình 1.8 Sơ đồ đặc tính lưu lượng thay đổi góc mở van tiết lưu 12

Hình 1.9 Sơ đồ đặc tính lưu lượng khi thay đổi tốc độ quạt ID 13

Hình 1.10 Sơ đồ đặc tính lưu lượng khi thay đổi tốc độ và góc mở van 14

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc của bộ biến tần trung áp 16

Hình 2.2 Quỹ đạo dẫn dắt từ thông stato 21

Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc điều khiển trực tiếp momen động cơ không đồng bộ 23 Hình 2.4 Đặc tính tải với q=2 24

Hình 3.1 Cấu trúc bộ biến tần ACS2000 25

Hình 3.2 Sơ đồ tủ biến tần ACS2000-060-AO4C-J4-010 27

Hình 3.3 Sơ đồ chỉnh lưu 24 xung 28

Hình 3.4 Đồ thị dòng điện quy đổi về sơ cấp 28

Hình 3.5 Đồ thị quan hệ TDH với Ls 29

Hình 3.6 Sơ đồ thể hiện 9 mức điện áp dây của biến tần ACS2000 29

Hình 3.7 Sơ đồ cấu trúc mạch nghịch lưu 5 mức sử dụng diode kẹp…………30

Hình 3.8 Trạng thái chuyển mạch và điện áp đầu ra của pha A với dạng sóng

mang POD 32

Hình 3.9 Đồ thị điện áp ra ở mỗi pha và điện áp dây UAB 33

Hình 3.10 Chiều dòng điện ở các pha trong khoảng thời gian t1……… 34

Hình 3.11 Chiều dòng điện ở các pha trong khoảng thời gian t2……… 35

Hình 3.12 Các phương pháp điều khiển của biến tần ACS2000 36

Hình 3.13 Sơ đồ chế độ cấu hình biến tần 36

Hình 3.14 Các sự kết nối điều khiển xác định cho Factory macro 38

Hình 3.15 Sơ đồ cấu trúc điều khiển biến tần 39

Hình 3.16 Khối lựa chọn MOP 40

Hình 3.17 Trạng thái trong khối lựa chọn MOP 40

Hình 3.18 Khối lựa chọn nguồn tốc độ 1 41

Hình 3.19 Lựa chọn nguồn đặt tốc độ 2 42

Hình 3.20 Khâu hiệu chỉnh tốc độ đặt 43

Hình 3.21 Khối phản hồi tốc độ động cơ 44

Hình 3.22 Khối tính toán sai lệch tốc độ 45

Hình 3.23 Khối bộ điều khiển tốc độ 46

Hình 3.24 Điều chỉnh các tham số Kp và KI 46

Hình 3.25 Điều chỉnh Kp dựa vào momen đặt 47

Hình 3.26 Khối lựa chọn giá trị đặt cho bộ điều khiển momen 48

Hình 3.27 Khối lựa chọn chế độ vận hành 48

Hình 3.28 Khối giới hạn momen 49

Hình 3.29 Khối lựa chọn giá trị momen đặt 50

Hình 3.30 Bộ điều khiển momen 51

ii

Hình 4.1 Sơ đồ khối hệ thống điều khiển quạt ID 52

Hình 4.2 Sơ đồ cấu trúc tuyến tính xung quanh điểm làm việc của động cơ 54

Hình 4.3 Sơ thay thế động cơ không đồng bộ 54

Hình 4.4 Sơ đồ cấu trúc điều khiển hệ thống 56

Hình 4.5 Mạch vòng điều chỉnh với bộ điều chỉnh lưu lượng RQ(p) 57

Hình 4.6 Sơ đồ ghép nối các khối chức năng mô phỏng trong Simulink 61

Hình 4.7 Đồ thị thể hiện lưu lượng 62

Hình 4.8 Đồ thị thể hiện momen 62

Hình 4.9 Đồ thị thể hiện tốc độ 63

DANH MỤC BẢNG BIỂ

Bảng 2.1 Các loại biến tần của một số hãng 17

Bảng 2.2 Bảng so sánh các bộ chỉnh lưu nối tiếp 19

Bảng 2.3 Bảng so sánh các loại nghịch lưu .20

Bảng 2.4 Bảng chọn vector điện áp khi điều khiển trực tiếp momen 22

Bảng 3.1 Đặc tính kỹ thuật biến tần ACS2000-060-AO4C-J4-010 26

Bảng 3.2 Trạng thái đóng ngắt các khóa ở mỗi pha( với x là pha a,b,c) 31 Y

iv

DANH MỤC VIẾT TẮT

ID Induced Draft Fans Quạt hút

PWM Pulse width modulation Điều chế độ rộng xung

THD Total harmonic distortion Đánh giá tổng thành phần sóng hàiEXT External control location Vị trí điều khiển từ xa

AI Analog input Đầu vào tương tự

DI Digital input Đầu vào số

DTC Direct Torque Control Điều khiển trực tiếp momenMOP Motor potentiometer Chiết áp động cơ

PID Proportional Integral Derivative Bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệNPC Neutural Point Clamped Multilevel Inverter Nghịch lưu diode kẹp

LỜI NÓI ĐẦU

Trong những năm gần đây quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa ngày càng

phát triển mạnh mẽ Ở nước ta, lĩnh vực tự động hóa được Đảng và nhà nước quan tâm

đầu tư rất lớn, cùng với các lĩnh vực công nghiệp chuyển dịch nên kinh tế theo hướng

công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước

Cùng với các ngành như nhiệt điện, thủy điện, dầu khí…, ngành công nghiệp xi

măng cũng có mức độ tự động hóa ngày càng cao Các nhà máy xi măng ở nước ta

hiện nay đều là những nhà máy có quy mô lớn với những động cơ có công suất cao để

phục vụ các công đoạn trong quá trình sản xuất xi măng Một trong những động cơ

điện không thể thiếu trong nhà máy xi măng đó là quạt ID Vì vậy em đã chọn đề tài

“Nghiên cứu bộ biến tần trung thế ACS2000 ứng dụng cho hệ thống truyền động

quạt ID trong nhà máy xi măng Long Sơn” Nội dung đồ án gồm 4 chương:

Chương 1: Tìm hiểu về công nghệ và điều khiển quạt ID

Chương 2: Tìm hiểu cấu hình bộ biến tần trung thế

Chương 3: Tìm hiệu bộ biến tần trung thế ACS2000 trong nhà máy xi măng

Chương 4: Tổng hợp tham số bộ điều khiển và mô phỏng

Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Mạnh Tiến đã tận tình

hướng dẫn, góp ý hoàn thành cuốn đồ án này Do thời gian hoàn thành đồ án và tầm

hiểu biết có hạn nên trong quá trình thực hiện chắc chắc không thể tránh khỏi những

thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy giáo để đề tài được hoàn thiện

Chương 1 CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU ĐIỀU KHIỂN QUẠT ID TRONG DÂY CHUYỂN SẢN XUẤT XI MĂNG

1.1 Các công đoạn chính của quá trình sản xuất xi măng

Hình 1.1 Sơ đồ công nghệ sản xuất xi măng

Dây chuyền xản xuất của nhà máy có 2 loại nguyên liệu chính là đá vôi và đásét với các nguyên liệu bổ sung là silicat và quặng pyrite Toàn bộ dây chuyền côngnghệ sản xuất của nhà máy gồm có 05 công đoạn chính:

Công đoạn 1: Công đoạn nghiền liệu

Công đoạn 2: Công đoạn nung luyện clinker

Công đoạn 3: Công đoạn nghiền than

Công đoạn 4: Công đoạn nghiền xi măng

Công đoạn 5: Công đoạn đóng bao

1.1.1 Công đoạn nghiền liệu

a Công đoạn chuẩn bị nguyên liệu

Đá vôi là thành phần chiếm tỷ trọng lớn nhất trong clinker, nó được khai thác

và trữ trong một kho riêng biệt Nhà máy được xây rất gần các núi đá vôi, và hiện tại

đá vôi được sử dụng đều đang được khai thác tại các núi đá vôi ở địa phương bằngphương pháp nổ mìn cắt tầng, rồi ủi bằng xe ủi hạng lớn xuống chân núi Sau đó đávôi có kích thước nhỏ hơn 1500mm được xúc lên, rồi vận chuyển trên các ôtô tải 32đến 36 tấn Mỗi lần chở vận chuyển được từ 35 đến 39 tấn đá vôi tới phễu (két) tiếp

liệu của công đoạn đập đá vôi.Tại đây đá vôi được đập sơ bộ bằng hệ thống máy nghiền con lăn, đưa về kích thước tương đối, loại bỏ những viên quá to Sau đó được

vận chuyển về kho chứa đồng nhất sơ bộ bằng hệ thống băng tải cao su sau đó máy rảiliệu di động tại kho đồng nhất rải đá vôi thành hai đống với khối lượng mỗi đống 1100tấn

Đất sét được khai thác tại mỏ, đá sét có kích thước lớn nhất là 500mm đượcchuyển ra cảng xuất bằng ôtô tự đổ có tải trọng 1618 tấn và đưa xuống sà lan đểchuyển về cảng nhập tại nhà máy Qua băng cào mặt sườn sét được cào vào băng tảivận chuyển đến két chứa của cân băng định lượng

Như đất sét, các nguyên liệu điều chỉnh thành phần hóa như silica, quặng sắtđưa về nhà máy Tại cảng nhập được luân phiên bốc lên két chứa Qua hệ thống cán sơ

bộ hai cấp, qua hệ thống băng và máy rải di động rải đống trong kho đồng nhất cùngvới kho đất sét Khối lượng cả đống silica 1 x 4200 tấn quặng sắt 1 x 2400 tấn Qua hệ

thống băng cào mặt sườn vào băng tải cao su đưa lên két chứa của cân băng địnhlượng.

b Nghiền nguyên liệu

Từ các két chứa nguyên liệu được tháo qua hệ thống cân băng định lượng Tỷ lệphối liệu phụ thuộc vào các điểm đặt cấp liệu Qua hệ thống van cấp liệu quay nguyênliệu được cấp vào hệ thống sấy nghiền liên hợp năng suất 300 tấn/h

Máy nghiền là loại nghiền đứng 3 con lăn có phân ly khí động Việc nghiềnđược thực hiện do lực trà ép của con lăn trên bàn nghiền Những hạt mịn được đưa lênphân ly nhờ hệ thống quạt hút máy nghiền đưa tới các cylon lắng Sản phẩm thu hồiđược thu hồi được ở đáy cylon qua hệ thống máng khí động, nhờ hệ thống gầu đổ vàosilo đồng nhất Những hạt không đủ kích cỡ đập vào cánh phân ly hồi lưu trở lại máynghiền để nghiền tiếp Khí ra khỏi cylon được tuần hoàn lại máy nghiền và 1 phần dưđược làm sạch trong lọc bụi tĩnh điện và thải ra ngoài môi trường

1.1.2 Công đoạn nung luyện clinker

Các thiết bị chính trong công đoạn bao gồm: Một tháp trao đổi nhiệt 5 tầngcylon cao 114m và một lò nung

Bột liệu từ silo đồng nhất qua hệ thống gầu, máng khí động, qua van cấp liệuquay được cấp vào hệ thống sấy 5 tầng Nhiệt độ của bột liệu trước khi vào lò từ 800đến 1000 0C Qua hệ thống lò nung bột liệu được nung luyện ở zon nung tạo pha lỏng

1450 0C Sau đó dùng hệ thống giàn ghi để đẩy clinker thành từng lớp theo phươngngang từ phía trục đầu lò Với nguyên lý làm việc là dòng khí làm lạnh từ hệ thốngquạt gió thổi qua các dầm ngang, song thổi vuông góc lên bề mặt giàn ghi vào lớpclinker do sự chuyển động của các tấm ghi động trượt trên tấm ghi tĩnh đặt song songcách đều nhau khoảng 30mm, được bố trí gối đầu lên nhau Áp lực khí tại đầu của cáctấm guốc truyền khí phải đủ lớn để clinker được làm nguội nhanh khi ra khỏi giàn ghitới silô ủ thì nhiệt độ còn khoảng 80-100oC Những tảng và hòn to ≥ 30 cmm trên ghiđược hệ thống băng xích gạt vào máy đập búa Clinker được vận chuyển bằng băngtấm lên silo chính phẩm sức chứa 30.000 tấn

1.1.3 Công đoạn nghiền than

Than được vận chuyển về kho đồng nhất sơ bộ Tại đây nhờ máy rải liệu được rải theo kiểu rải mô, than được rải thành các đống Qua hệ thống máy cào cào lên băngtải cao su vận chuyển vào két than thô đầu máy nghiền

Bột than sau khi nghiền qua hệ thống phân ly trên đỉnh máy nghiền Đây là loạiphân ly với động cơ biến tần có thể điều chỉnh độ mịn theo yêu cầu Các hạt to khôngđạt yêu cầu quay trở lại bàn nghiền Khí nóng dùng để sấy trong máy nghiền được lấy

từ sau lọc bụi tĩnh điện của hệ thống làm nguội clinker hoặc từ lò đốt phụ Các hạt mịn

ra khỏi phân ly được tách khỏi dòng khí nhờ hệ thống cyclon lắng và lọc bụi tĩnh điện.Sản phẩm than cuối cùng được đưa vào cân cấp than để cấp liệu cho lò và tháp 5 tầng

1.1.4 Công đoạn nghiền xi măng

Từ kho chứa phụ gia, thạch cao từ két chứa qua hệ thống cân bằng định lượng

và kết hợp với Clinker được cấp vào máy nghiền đứng CKP là máy nghiền sơ bộ Loạinghiền đứng này khác với nghiền đứng con lăn cho công đoạn nghiền bột liệu vànghiền than Không có hệ thống khí nén thổi ngược từ dưới lên mà sau khi nghiền sơ

bộ clinker sẽ theo cánh dẫn hướng chảy xuống hệ thống gầu nâng và van phân liệu Sốnguyên liệu không đạt tiêu chuẩn sẽ quay trở lại máy nghiền sơ bộ Số nguyên liệu đạttiêu chuẩn được chuyển đến máy nghiền bi

1.1.5 Công đoạn đóng bao

Xi măng sau khi nghiền xong đạt độ mịn theo quy định đổ vào silo theo mácquy định Đây là silo hai lõi chứa hai loại xi măng có chất lượng khác nhau Qua hệthống van xi măng đổ vào hai két chứa sau đó nhờ hệ thống gầu đổ vào sàng rungxuống két chứa của máy đóng bao Hệ thống đóng bao gồm 4 máy đóng bao loại máyđóng bao 8 vòi theo thiết kế của hãng Ventomatic Năng suất 1 máy 100 tấn/h

1.2 Hệ thống quạt ID trong công nghệ sản xuất xi măng

1.2.1 Tìm hiểu công đoạn lò nung và tháp trao đổi nhiệt

Công đoạn lò nung và tháp trao đổi nhiệt đóng vai trò rất quan trọng trong quátrình tạo clinker, nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩn của xi măng Hình1.2 và 1.3 dưới đây thể hiện nguyên lý và quá trình hoạt động tạo clinker ở khu vực lònung và tháp trao đổi nhiệt nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, tăng hiệu quả kinh tế

Hình 1.2 Sơ đồ công công nghệ khu vực nghiền liệu và lọc bụi tĩnh điện

Chất lượng của xi măng trước hết phụ thuộc vào chất lượng clinker mà chấtlượng clinker quyết định bởi chất lượng phối liệu Do đó độ ẩm của phối liệu rất quantrọng: Nếu liệu quá khô viên liệu nhỏ bở, còn nếu quá ẩm viên liệu lớn quá cỡ dẻo lúcrơi và gầu nạp liệu sẽ bị dính bết vào nhau Liệu khô hay ẩm thất thường chắc chắn sẽảnh hưởng đến chế độ nhiệt của lò nung làm cho lò nung chạy không ổn định

Tác nhân sấy là hơi nóng được lấy từ hệ thống tháp sấy tầng hoặc vòi đốt phụ.Khí thổi qua máy nghiền và vận chuyển nguyên liệu vào phân ly nhờ quạt hút khí đặtgần bộ phận lọc bụi tĩnh điện Dòng khí được điều chỉnh nhờ hệ thống cánh van Sau

đó dòng khí này sẽ được tuần hoàn lại máy nghiền hoặc qua máy lọc bụi tĩnh điện rồi

xả ra môi trường bên ngoài để đảm bảo các yêu cầu về an toàn môi trường

Các quá trình tạo ra khí sấy này được tận dùng khí từ quạt ID đặt phía ngay sautháp trao đổi nhiệt Khí sau khi đi ra từ quạt sẽ tạo ra một phần sẽ qua máy nghiền đểsấy liệu và một phần còn lại sẽ qua lọc bụi tĩnh điện

Trên các cửa đổ chuyển hướng của băng tải đều có các hệ thống lọc bụi tay áothời gian giũ bụi được cài đặt tại bảng điều khiển đặt ngay tại chân thiết bị, và hệthống đối trọng để giữ thăng bằng

Mục đích của cyclone tháp trao đổi nhiệt là đưa dần nhiệt độ của nguyên liệulên đến gần nhiệt độ canxi hóa tại từng thấp nhất của tháp trao đổi nhiệt Nguyên liệuthường được đưa vào ống giữa tầng cyclone thứ nhất và tầng cyclone thứ hai Nguyênliệu được treo trên khí và rời cyclone qua van côn đáy Nó chảy qua van lật và chuyểntới ống đứng dẫn đến tầng cyclone thứ hai tại đây quá trình này được lặp lại Bằngcách này chuyển dần từng bước quá các cyclone đồng thời với quá trình trao đổi nhiệtvới khí nóng

Buồng phân hủy với mục đích chính là để cho quá trình canxi hóa liệu xảy rangoài lò quay Điều này dẫn đến sự giảm đáng kể tải nhiệt của zone nung, làm tăng sảnlượng gấp hai lần đối với cỡ lò nhất định khi so sánh với lò khô bình thường có tháptrao đổi nhiệt treo Vì vậy buồng phân hủy được gọi là canxiner Hơn nữa buồng phânhủy có khả năng sử dụng nhiên liệu có chất lượng thấp hơn lò bình thường, do vậygiảm chi phí nhiên liệu Buồng phân hủy có 3 đầu vào và 1 đầu ra:

 Đầu vào là nhiên liệu, nguyên liệu(được nung nóng trước khoảng 800℃) và khínóng từ bộ làm nguội ≈800℃

 Đầu ra là khí nóng gồm các sản phẩm cháy được và CO2 tạo ra trong quá trình canxi hóa và nguyên liệu ở dạng bụi với khí nóng

Hình 1.4 Sơ đồ đầu vào đầu ra của buổng phân hủyHỗn hợp liệu và khí sau đó được dẫn tới cyclone, tại đó khí và nguyên liệuđược tách ra Nguyên liệu được chuyển đến lò quay, và khí nóng tiếp tục đi lên tớicyclone trao đổi nhiệt, tại đây hầu hết nhiệt lượng bị thu hồi thông qua quá trình traođổi nhiệt với nguyên liệu mới đang được chuyển vào quá trình Lượng gió sẽ đượckiểm soát bằng van tiết lưu hoặc bằng tốc độ quạt, trong trường hợp luồng gió thayđổi

1.2.2 Yêu cầu đối với quạt ID

Quạt gió (ID) được đặt sau tháp trao đổi nhiệt tạo ra áp suất âm ở đỉnh tháp vàcuốn gió vào lò buồng phân hủy

Gió để cung cấp cho hệ thống lò bao gồm gió 1 qua vòi đốt bằng quạt gió 1 vàgió 2 bị cuốn vào lò, gió 3 vào buồng phân hủy do sức hút của quạt ID tạo ra Trong

đó gió 1 là gió lạnh từ môi trường tỉ lệ trực tiếp với than cấp, còn gió 2 và gió 3 là giónóng qua trao đổi nhiệt với clinker ở bộ làm nguội Lưu lượng khí thoát ra từ nhánh

tháp trao đổi nhiệt của lò là tổng của số lượng khí cháy từ lò, khí dư thừa cần để đảmbảo rằng nhiên liệu cháy hết, khí sinh ra trong quá trình nung và canxi hóa liệu, khí giảthâm nhập vào hệ thống qua chỗ rò rỉ tháp trao đổi nhiệt của lò.

Như vậy để điều khiển lượng các gió trên ta chỉ cần điều chỉnh quạt ID để đảmbảo các yêu cầu về an toàn và chất lượng của sản phẩm:

 Cung cấp lượng oxy cần thiết để nhiên liệu cháy hoàn toàn Nếu gió không đủ,lượng oxy cung cấp bị thiếu, nhiên liệu được cung cấp sẽ không cháy hết Mặtkhác, nếu lượng gió cung cấp là quá nhiều thì nhiên liệu cháy quá nhanh và gâylãng phí Gió đưa vào sẽ làm thay đổi áp suất khí trong lò, ảnh hưởng tới nhiệt

độ trong lò và ảnh hưởng tới chất lượng clinker

 Quá trình hoạt động của quạt ID ở sau tháp trao đổi nhiệt sẽ tạo ra một áp suất

âm ở trên đỉnh của tháp trao đổi nhiệt cũng như lò để đảm liệu không phì rangoài gây ảnh hưởng đến con người và các thiết bị

 Lượng khí sau khi ra khỏi tháp trao đổi nhiệt sẽ được tận dụng để sấy ở máynghiền liệu và một phần sẽ qua máy lọc bụi tĩnh điện để giảm chi phí, tăng chấtlượng sản phẩm và cũng như các vấn đề về an toàn môi trường

Hình 1.5 Hình ảnh quạt ID trong thực tế

1.2.3 Cấu tạo quạt ID

Quạt là thiết bị cơ khí đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực với nhiềukiểu dạng khác nhau nhằm vận chuyển không khí từ nơi này đến nơi khác đáp ứng cácyêu cầu trong sinh hoạt thường ngày, các quá trình chế biến trong nông công nghiệp,trong các thế thống nung nóng và làm mát, và trong các nhà máy nhiệt điện Và ởtrong dây chuyền sản xuất xi măng của nhà máy Long Sơn thì quạt công suất lớn được

sử dụng ở đây là quạt ID nằm sau tháp điều hòa và có thể tạo ra lưu lượng tối đa là Q

= 1080000 [m3

/h]

Cấu tạo của quạt ID gồm 2 bộ phần chính đó là cánh roto để tạo áp lực vàchuyển khí vào máy, bộ phận chính thứ hai là vỏ quạt dùng để hội tụ và chuyển hướngdòng khí, với quạt nhỏ vỏ có thể gắn với quạt và với quạt lớn vỏ phải đặt lên bệ đỡriêng của nó

Cấu tạo của rotor gồm có dĩa sau, cánh, dĩa trước Dĩa trước có thể côn, phẳnghoặc không tùy theo công dụng, dĩa sau phẳng hoặc không có, cánh có hoặc không cógân tăng cứng(bền)

Các cánh của rô-to của quạt ID được giữ chặt bởi mặt đỡ và vòng giữ đỡ Rô-tonằm trong vỏ quạt với chu vi theo dạng xoắn ốc Không khí vào từ miệng hút qua vòng

đỡ được các cánh ly tâm ra vỏ quạt, và dòng vỏ thoát ở cửa ra Như vậy, phương củadòng khí vào thằng với góc phương của dòng khí ra

Mc = MC0 + (MCđm – MC0).( ω C

ω Cđm)2

Momen tỉ lệ với bình phương tốc độ nên momen động cơ càng lớn thì tốc độquạt càng tăng

1.3.2 Phương pháp điều khiển lưu lượng

Yêu cầu quan trọng của công nghệ nung luyện clinker là phải giữ được nhiệt độ

và ngọn lửa zone nung ở lò quay ổn định khoảng 1350℃ và cung cấp lượng nhiệt đủlớn ở các cyclone của tháp năm tầng để đảm bảo quá trình tạo clinker được tốt, do đóđiều khiển lưu lượng gió là một vấn đề rất quan trọng và nó ảnh hưởng trực tiếp đếnchất lượng của clinker trong công đoạn sản xuất xi măng của nhà máy

Lượng gió đi vào canxiner gồm có gió 1 đi vào buồng phân hủy từ ống phunnhiên liệu, gió 3 vào canxiner được trích từ gió làm nguội clinker ở đầu ra của lò nung.Mục đích của gió 3 là tận dụng nhiệt từ gió làm mát clinker để sấy nguyên liệu trong

canxiner và trong nhánh tháp trao đổi nhiệt, đồng thời cũng cung cấp Oxy cho quátrình cháy trong buồng phân hủy Khi nồng độ Oxy trong nhánh tháp trao đổi nhiệtthấp, tức là lượng Oxy cung cấp cho buồng phân hủy không đủ để cho than cháy hếthoàn toàn thì ta phải điều chỉnh lưu lượng gió qua hệ thống điều khiển van gió hoặc làđiều khiển quạt ID đặt phía sau của nhánh tháp trao đổi nhiệt.

Tỷ lệ gió có thể thay đổi trong một dải sai số điều khiển Nếu một hệthống với việc điều chỉnh gió quá thấp so với yêu cầu sẽ gây thiếu gió để đốtcháy nhiên liệu, nếu lượng gió quá lớn sẽ làm quá trình cháy xảy ra với tốc độnhanh và nhiên liệu gây lãng phí, ảnh hưởng tới quá trình nhiệt trong lò Hệthống phân tích thành phần Oxy trong khí thải lò được sử dụng trong chiếnlược điều khiển tỷ lệ gió để duy trì một lượng khí thừa nhất định đảm bảo quátrình nhiên liệu trong lò được cháy hết

Để điều chỉnh lưu lượng gió người ta có 2 phương pháp: điều khiển van tiết lưuhoặc là điều khiển tốc độ quay của quạt

a Điều khiển van tiết lưu

Điều chỉnh van tiết lưu tức là thay đổi góc mở van và tốc độ của quạt ID bằnghằng số và bằng giá trị định mức

Giả sử ban đầu góc mở van là α1(QA,pA) sau đó thay đổi góc mở van thành α2

(QB,pB) với α1>¿α2, khi đó lưu lượng QA > QB và áp suất pA< pB

Hình 1.8 Sơ đồ đặc tính lưu lượng thay đổi góc mở van tiết lưu

Hình 1.9 Sơ đồ đặc tính lưu lượng khi thay đổi tốc độ quạt ID

c Ưu điểm điều khiển lưu lượng bằng tốc độ

Ta có công suất động cơ là P = M.ω mà ta lại có M tỷ lệ thuận với p và Q tỷ lệthuận với ω nên công suất động cơ được tính bằng công thức:

P = p.Q

Xét hai trường hợp sau:

 Trường hợp điều khiển van tiết lưu với góc mở van là α2 và với tốc độ định mức

là ω q 1 thì công suất thu được :

PV = QB.pB = SOFBD

Với SOFBD là diện tích hình OFBD

 Trường hợp điều khiển lưu lượng bằng cách thay đổi tốc độ với góc mở van α1

là hằng số và với tốc độ là ω q 2 thì thu được công suất:

Pn = QC.pC= SOFCE

Với SOFCE là diện tích hình OFCE.

So sánh hai trường hợp trên ta có:

Chương 2 TÌM HIỂU CẤU HÌNH CỦA BIẾN TẦN TRUNG THẾ

2.1 Giới thiệu về biến tần trung thế

Ngày nay, quá trình công nghiệp hóa hiện đại hóa đang dần phát triển nhanhchóng để đạt được điều đó thì khoa học kỹ thuật là yếu tố quyết định chính đến quátrình công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Trong sản xuất công nghiệp hiện đại, đểnâng cao hiệu suất sử dụng của máy, nâng cao chất lượng sản phẩm và các phươngpháp tự động hóa dây chuyển sản xuất thì hệ thống truyền động điện có điều chỉnh tốc

độ là không thể thiếu Với những kỹ thuật ngày càng tinh vi như hiện nay thì càng cónhiều sự lựa chọn thiết bị cho các nhà sản xuất Do có nhiều ưu điểm trong các phươngpháp điều khiển mà bộ biến tần trung áp ngày càng được sử dụng nhiều cho các ứngdụng công suất lớn trong các ngành công nghiệp khác nhau Chúng đang thay thế dầncác bộ biến tần cũ bởi những ưu điểm là nó có điện áp cao, công suất lớn nên dùngnghịch lưu một pha ghép nối tiếp nhau để tạo ra nhiều mức điện áp thích hợp

Trong các hệ thống điều khiển tốc độ động cơ là khâu quan trọng quyết địnhđến chất lượng của hệ thống truyền động Phụ thuộc vào phạm vi điều chỉnh, vàophạm vi công suất truyền động và biến tần là một sự lựa chọn tối ưu cho việc này.Trước đây, các hệ truyền động dùng biến tần trực tiếp do chất lượng điện áp đầu rathấp nên thường dùng ở lĩnh vực công suất lớn, nơi chỉ tiêu hiệu suất được đặt lênhàng đầu Ngày nay, với sự phát triển của điện tử công suất và kỹ thuật vi điều khiển,phương pháp điều khiển biến tần ma trận cho chất lượng điện áp ra cao, giảm ảnhhưởng xấu đến lưới điện nên phạm vi đang ngày càng được mở rộng Được ứng dụngnhiều nhất hiện nay vẫn là các hệ điều khiển tốc độ biến tần dùng bộ biến tần gián tiếp,các bộ biến tần loại này có thể khống chế theo các phương pháp khác nhau: điều chế

độ rộng xung(PWM); điều khiển vector; điều khiển trực tiếp momen Sự tiên tiến trongkhoa học biến tần đa mức ra đời, 2 sản phẩm tiêu biểu là biến tần 2 mức và biến tầndiode kẹp với những ưu điểm: Cách đấu nối các bộ nghịch lưu cho phép điện áp ra tảicao trong khi điệp áp của từng khối nghịch lưu cầu thấp(do đó tránh được đấu nối cácvan mà thường đòi hỏi phải có vạch chia phức tạp và không an toàn), với luật điều

khiển giữa phối hợp giữa các bộ nghịch lưu cơ sở của một pha cho phép tạo điện áppha hình bậc thang nhiều cấp gần đến sin hơn, khả năng bảo vệ bên trong( dòng sẽ bịngắt lập tức khi xảy ra lỗi nhờ IGBT), hao phí tối thiểu vì IGBT không cần bộ giảmxóc và chỉ cần năng lượng nhỏ để đóng ngắt.

Chính vì vậy mà theo thống kê thì biến tần trung áp được sử dụng nhiều trongcông nghiệp với những hoạt động khác nhau

2.1.1 Cấu trúc chung của bộ biến tần trung thế

Hình 2.1 Sơ đồ cấu trúc của bộ biến tần trung áp

 Nguồn cung cấp: Nguồn cung cấp cho hệ thống là sử dụng nguồn điện xoay

chiều ba pha với các cấp điện áp tùy thuộc vào các điều kiện thực tế

 Bộ lọc: Bộ lọc có chức năng là giữ cho điện áp ra và dòng điện ra là không đổi.

Bộ lọc bao gồm một tụ điện C có chức năng là để giữ điện áp cho C không đổi

và dòng điện L giữ cho dòng không đổi

 Biến áp: Máy biến áp có chức năng là tạo ra từng mức điện áp phù hợp với các

van bán dẫn, làm giảm tốc độ tăng vòng giữa các van bán dẫn và cách mạchđộng lực với lưới điện Đối với 6 xung thông thường tác dụng tạo ra điện áp cầnthiết cấp cho bộ chỉnh lưu Còn với 12,18 xung thì máy biến áp tác dụng tạo racác góc lệch pha cân bằng 30°,20°,15° làm tăng mức công suất cho toàn hệthống

 Bộ chỉnh lưu: Biến đổi điện áp xoay chiều ba pha từ lưới thành điện áp một

chiều

 Bộ nghịch lưu: Biến đổi điện áp một chiều từ đầu ra của bộ chỉnh lưu thành

điện áp xoay chiều ba pha cung cấp cho tải ba pha có yêu cầu tần số ngõ vàothay đổi

2.1.2 Các bộ biến tần của một số hãng

Ngày nay, trên thị trường có sẵn các thiết bị truyền động trung áp Các thiết bịnày kèm theo những thiết kế khác nhau nhằm tạo tạo ra các bộ biến tần phù hợp vớicác yêu cầu sử dụng trong thực tế Mỗi thiết kế đều cung cấp một số tính năng độc đáonhưng mà bên cạnh đó vẫn còn có một số hạn chế, việc cung cấp đa dạng về các bộbiến tần này thúc đẩy sự tiến bộ trong công nghệ truyền động và thúc đẩy mức cạnhtranh trong thị trường lên cao

Bảng 2.1 Các loại biến tần của một số hãngCấu hình biến tần Thiết bị chuyển mạch Dải công suất

IGBT

0.3–5 3–20 0.6–7.2

0.3–2.4

ABB (ACS1000) General Electric Siemens (SIMOVERT-

MV) General Electric- Toshiba (Dura-Bilt5 MV)

MV) General Electric (Innovation MV-GP Type H)

Bộ nghịch lưu với tụ

bay

Symphony)Bảng 2.1 đã cung cấp được bản tóm tắt về một số sản phẩm biến tần trung thếchính trên thế giới hiện nay Dãy sản phẩm biến tần này cho ta các nhìn nhận cụ thể

các ứng dụng điện áp trung thế và cho phép chọn biến tần đáp ứng tốt nhất các yêu cầu

kỹ thuật

Sự phát triển của các thiết bị chuyển mạch bán dẫn thực chất là một tìm kiếmcho sự chuyển đổi lý tưởng Các nỗ lực đã được thực hiện để giảm tổn thất điện năngcủa các thiết bị, tăng khả năng chuyển đổi tần số, và đơn giản hóa các mạch điềukhiển Sự phát triển của các thiết bị chuyển mạch dẫn tới tốc độ phát triển của các bộbiến tần công suất lớn, và trong khoảng thời gian đó mở rộng ứng dụng cho các bộbiến tần công suất lớn ở trong hệ truyền động công nghiệp

2.2 Cấu hình mạch lực của bộ biến tần trung thế

2.2.1 Bộ chỉnh lưu nhiều xung

Bộ chỉnh lưu có nhiệm vụ biến đổi nguồn xoay chiều f1 = 50(Hz) thành nguồnđiện một chiều, cấp cho bộ nghịch lưu để điều khiển tốc độ động cơ Do có sự khácnhau trong việc sử dụng van nên các van bán dẫn được chia thành ba loại chính như

sau: Chỉnh lưu có điều khiển, chỉnh lưu không điều khiển, chỉnh lưu bán điều khiển.

Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha có 6 van, nên tạo số xung ảnh hưởng cũng bằng 6.Trong truyền động trung áp người ta thường ghép các bộ chỉnh lưu 6 xung này vớinhau thành các bộ chỉnh lưu 12 xung, 18 xung, 24 xung Các chỉnh lưu trên 30 xungthì ít được sử dụng do chi phí máy biến áp tăng và sự cải tiến thì không được pháttriển

Bộ chỉnh lưu nhiều xung có thể được chia làm hai loại: Các bộ chỉnh lưu nốitiếp, các bộ chỉnh lưu riêng biệt

Đánh giá tổng thành phần sóng hài(Total harmonic distortion) bằng công thức:

TDH% =√I a2

−I a 12

I a x 100

Trong đó : Ia: Giá trị hiệu dụng của dòng điện lưới

Ia1: Giá trị hiệu dụng thành phần bậc 1 của dòng điện lưới

Bảng 2.2 Bảng so sánh các bộ chỉnh lưu nối tiếp

Chỉnh lưu

6 xung

Sơ đồ gồm 6 diode, tại thời điểm chỉ có 2 van được dẫn Điện áp chỉnh lưu V d =2.34V f Dòng điện tăng thì tổng thành phần sóng hài giảm: Với thành phần bậc 1 I a1 = 0,2pu, THD = 75,7%; I a1 = 1pu; TDH=32,7%.

sẽ bị triệt tiêu Tổng sóng hài THD của dòng phía sơ cấp (i A ) là 8,38%.

°), Z(30°).

Triệt tiêu được 6 thành phần sóng hài 5, 7, 11,13, 17, 19 THD của dòng điện sơ cấp là 1.49%.

Từ bảng 2.2 thấy rằng bộ chỉnh lưu 24 xung có hiệu quả triệt tiêu các thànhphần sóng hài rất tốt, làm cho dòng điện phía lưới sin hơn các bộ chỉnh lưu khác

2.2.2 Các dạng cấu trúc cơ bản của bộ nghịch lưu

Bộ nghịch lưu có nhiệm vụ chuyển đổi năng lượng từ nguồn điện một chiềukhông đổi sang dạng năng lượng điện xoay chiều để cung cấp cho tải xoay chiều

Bảng 2.3 Bảng so sánh các loại nghịch lưu

+ Điện áp đầu ra có dạng sin hơn.

+ Số lượng diode tăng lên đáng kể so với cấp điện áp.

Nghịch lưu cầu H nối

tầng 5 mức

+ Dễ dàng thiết kế từng module lắp rắp, dễ dàng tăng số mức.

+ Đối với hệ thống cung cung cấp nguồn xoay chiều, các diode chỉnh lưu đóng vai trò là mạch cầu xung làm giảm méo dòng điện do nguồn cung cấp.

+ Dạng sóng đầu ra có thành phần sóng hài thấp mặc dù tần số đóng cắt khóa là thấp Do vậy dạng này được được sử dụng rộng rãi và thông dụng nhất.

+ Nhược điểm chính là đòi hỏi sử dụng nguồn DC độc lập Trong trường hợp phải sử dụng máy biến thế, ví dụ như một bộ nghịch lưu 5 mức dạng Cascade sẽ dẫn tới 1 máy biến áp 1 đầu và 2 đầu

ra, tổng cộng 3 pha sẽ là 6 đầu ra Như vậy sẽ tăng kích thước và giá thành tăng lên rất nhiều, tổn hao trên máy biến áp là rất lớn.

+ Số lượng tụ công suất lớn tham gia trong chuyển mạch nhiều, dẫn đến giá thành tăng

và độ tin cậy giảm

+ Việc điều khiển sẽ rất khó khăn khi số bậc của biến tần tăng cao.

Các bộ nghịch lưu tạo thành bộ phận chủ yếu trong cấu tạo của biến tần Bảng2.3 đã trình bày các dạng nghịch lưu chủ yếu trong hệ truyền động trung áp Trongthực tế tùy theo các yêu cầu sản xuất mà người ta sẽ lựa chọn các bộ biến tần tươngứng phù hợp nhất để đảm bảo các tiêu chí kỹ thuật

2.2.3 Phương pháp điều khiển bộ biến tần

a Phương pháp điều khiển trực tiếp momen DTC

Nguyên lý điều khiển trực tiếp momen DTC cho phép điều khiển trực tiếpmomen điện từ bởi một nguyên lý đơn giản, từ công thức:

M= 32.p p φ´s ´i s

 M= 32.p p L m

L s L r−L2m φ´r.φ´s= km.|φ´s|.|φ´r|sinδδ Với δ là góc giữa φ´s và ´φ r, km là hằng sô phụ thuộc vào hệ số của động cơ

Do φ´r biến thiên chậm hơn φ´s nên có thể đạt được giá trị momen yêu cầu bằngcách quay vector từ thông stator càng nhanh càng tốt theo hướng nào đó, từ đó làmthay đổi góc δ dẫn đến momen thay đổi

Phương trình điện áp stator:

U´ s= Rs.´i s+d ´φ s

dt Nếu bỏ qua sụt áp trên điện trở thuần Rs thì:

Hình 2.2 Quỹ đạo dẫn dắt từ thông statoCác góc I…VI được chọn lệch 30° so với các góc vector điều chế điện áp Bộđiều khiển từ thông có chức năng là tăng hay giảm từ thông, còn bộ điều khiển momen

là bộ điều khiển ba điểm sẽ chọn sang vector không U´0,7 (các vị trí chấm tròn trên quỹđạo) nếu momen quay đạt tới ngưỡng giới hạn sai lệch cho phép

Giả sử φ´s đang nằm ở góc thứ VI như hình 2.2 thì khi đó sẽ phải điều chỉnh saocho từ thông φ´s nằm trong giá trị định mức, tức là không vượt ra khỏi giới hạn Lúc đó

có thể thay đổi φ´s bằng cách dùng U´ 1 hoặc U´5 để tăng từ thông, U´2 hoặc U´ 4 để giảm từthông, U´1 để tăng từ thông và tăng momen, U´4 để tăng từ thông và giảm momen.Ngoài ra khi muốn giữ nguyên từ thông thì cũng có thể dùng U´0 hoặc U´7, việc chọn U´0

hay U´ 7 sao cho số lần chuyển mạch van là ít nhất

Bảng 2.4 Bảng chọn vector điện áp khi điều khiển trực tiếp momen

Ở bộ điều khiển từ thông nếu có giá trị “1” là tăng từ thông stator, “0” là giảm

từ thông stator Bộ điều khiển momen tăng momen khi có giá trị là “1”, giảm nhanhmomen khi có giá trị “-1” và giảm momen bằng vector zero U´ 0,7 khi có giá trị là “0”

Sơ đồ cấu trúc điều khiển trực tiếp momen động cơ được thể hiện ở hình 2.3,với m* và φ¿

s là momen đặt và từ thông đặt Các giá trị này sẽ được so sánh với giá trịmomen thực và từ thông thực để tạo ra sai lệnh Tại bộ điều khiển momen và bộ điềukhiển từ thông sẽ dựa vào sai lệch này để chọn vector điện áp U´ s phù hợp để đảm bảotriệt tiêu lượng sai lệch này

Hình 2.3 Sơ đồ cấu trúc điều khiển trực tiếp momen động cơ không đồng bộ

b Phương pháp điều khiển vô hướng

Điều chỉnh điện áp – tần số hay được gọi là điều chỉnh vô hướng trong hệ thốngbiến tần động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc Nếu giả thiết điện áp và dòng điện đầu

ra của các bộ biến tần là hình Sin, có biên độ và tần số điều khiển được thì nhìn vàocác sơ đồ thay thế và các biểu thức tính dòng điện và mômen có thể thấy rằng: khi điềuchỉnh tần số thì trở kháng của động cơ có thể thay đổi dẫn đến dòng điện, từ thông,momen, thay đổi, do đó khi điều chỉnh tần số thì nhất thiết phải điều chỉnh cả điện áp

động cơ để đảm bảo một mặt động cơ không bị quá dòng, mặt khác đảm bảo được khảnăng sinh mômen theo yêu cầu đặc tính mômen tải.

Đối với hệ biến tần nguồn áp thường có những yêu cầu giữ khả năng giữ quá tải

về mômen của động cơ là không đổi trong suốt dải điều chỉnh tốc độ Mômen lớn nhất

mà động cơ không đồng bộ có thể sinh ra được(ứng với điện áp và tần số nhất định)

chính là mômen tới hạn, như vậy khả năng quá tải về mômen sẽ là: λ M=M th

M c Nếu bỏqua điện trở dây quấn stator thì biểu thức mômen tới hạn có thể được tính như sau:

M th=K th (U f )2trong đó Kth là hằng số, phụ thuộc vào thông số của động cơ.Điều kiện để giữ hệ số quá tải về mômen không đổi là:

Từ đó ta có U f 1

1= U 1 đm

f đm √ M c

M cđm với Mc phục thuộc vào các dạng tải khác nhau

Để điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số thì ta phải thay đổi điện

áp sao cho đảm bảo điều kiện là λ M= const nhưng lại phụ thuộc vào các dạng tải khácnhau Ở hệ thống quạt ID thì có đặc tính tải ứng với q=2 nên khi sử dụng phương pháp

điều khiển vô hướng thì sẽ điều khiển theo quy luật U1

f21= const

Hình 2.4 Đặc tính tải với q=2

Chương 3

BỘ BIẾN TẦN TRUNG THẾ ACS2000

3.1 Giới thiệu về bộ biến tần ACS2000

Hình 3.1 Cấu trúc bộ biến tần ACS2000Biến tần trung thế ACS2000 thuộc dòng sản phẩm biến tần công nghiệp củaABB phù hợp với những ứng dụng trong các ngành công nghiệp Dòng sản phẩm biếntần trung thế công nghiệp của ABB bao gồm các tính năng và chương trình phù hợpvới các yêu cầu trong công nghiệp Biến tần ABB giúp hỗ trợ nâng cao hiệu quả củasản xuất quá trình Biến tần ABB là sự khẳng định về hiệu quả, kinh nghiệm sản xuất

và chất lượng Ứng dụng của biến tần trung thế ABB cho các ngành công nghiệp như:khai khoáng, xi măng, nhà máy điện, hóa chất, dầu khí,nước và thực phẩm,… với côngsuất 250 KW-3.2MW và điện áp ra là 4.0-6.9KV Và nó đem lại nhiều lợi ích như:Hiệu quả về năng lượng, độ tin cậy cao với các thiết kế tối ưu về kỹ thuật, nâng caonăng suất nhờ vào điều khiển chính xác các quá trình, thiết kế linh hoạt, dễ dàng choviệc lắp đặt, thích hợp với nhiều loại động cơ

Biến tần ACS2000-060-AO4C-J4-010 cũng có sẵn với một biến áp đầu vào tíchhợp cho phép lắp đặt nhanh chóng và dễ dàng và vận hành thử Do Biến tần sử dụngchỉnh lưu điot (DFE) nên sóng hài thấp, đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt nhất về méo

hài theo quy định của tiêu chuẩn có liên quan Điều này tránh sự cần thiết phải phântích sóng hài hoặc cài đặt các bộ lọc trên lưới

Bộ biến tần ACS2000 ở nhà máy xi măng Long Sơn là loại AO4C-J4-010 có đặc tính kỹ thuật tổng quan như bảng 3.1:

ACS2000-060-Bảng 3.1 Đặc tính kỹ thuật biến tần ACS2000-060-AO4C-J4-010

Cấu hình đầu vào Chỉnh lưu diode 24 xung Tần số đầu vào 50HZ

Điện áp đầu vào 1930V Đầu vào Tần số dao động đầu vào cho

phép

<5%

Hệ số công suất 0,96 Sóng hài <5% theo tiêu chuẩn IEC

61000 Công suất đầu ra 4000KVA Điện áp đầu ra 6900V

Loại động cơ Không đồng bộ Hiệu suất biến tần 97.5%

Sóng hài ra động cơ <5% THD

Biến tần ACS2000 có các cấu hình riêng biệt để đáp ứng được các yêu cầu vềứng dụng cũng như môi trường công nghiệp Biến tần này có thể cấu hình trực tiếp nốivới lưới, cấu hình với biến áp ngoài, cấu hình với biến áp cách ly… Hình 3.2 là hìnhảnh các tủ biến tần ACS2000 tích hợp máy biến áp được biểu diễn dưới dạng ngăn kéotrong thực tế

Hình 3.2 Sơ đồ tủ biến tần ACS2000-060-AO4C-J4-010

3.2 Phân tích cấu hình mạch lực

3.2.1 Mạch chỉnh lưu 24 xung

Khi điều chỉnh các truyền động trung áp cho các nhà máy công suất lớn, người

ta nhận thấy các bộ chỉnh lưu 6, 12,18 xung chỉ làm việc tốt ở một số bậc sóng hài.Còn khi công suất của động cơ hoặc biến tần tăng lên thì ảnh hưởng của các bậc sónghài khác với bộ chỉnh lưu là quá lớn… Các nhà khoa học đã khắc phục bằng cách ghépbốn bộ chỉnh lưu 6 xung vào với nhau tạo thành chỉnh lưu 24 xung

Sơ đồ bộ chỉnh lưu 24 xung được biểu diễn ở hình 3.3 Sơ đồ gồm máy biến áp

để cung cấp năng lượng cho bốn bộ chỉnh lưu sáu xung Máy biến áp ở cuộn sơ cấpđược đấu hình sao, ở thứ cấp gồm có 4 cuộn dây được đấu lệch nhau 15°, ở cuộn dây