Đồ án Các phương pháp khởi động động cơ xoay chiều ba pha-Nghiên cứu bộ khởi động mềm PST 710 hãng ABB

80 trang huongle 1850

Download

Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Đồ án Các phương pháp khởi động động cơ xoay chiều ba pha-Nghiên cứu bộ khởi động mềm PST 710 hãng ABB", để tải tài liệu gốc về máy bạn click vào nút DOWNLOAD ở trên

Tài liệu đính kèm:

do_an_cac_phong_phap_khoi_dong_dong_co_xoay_chieu_ba_pha_ngh.pdf

Nội dung text: Đồ án Các phương pháp khởi động động cơ xoay chiều ba pha-Nghiên cứu bộ khởi động mềm PST 710 hãng ABB

MỤC LỤC Trang LỜI MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG 1. CÁC PHƢƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA 2 1.1 ĐẶT VẤN ĐỀ 2 1.2. KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA 3 1.2.1. Khởi động động cơ không đồng bộ 3 1.2.1.1. Khởi động trực tiếp 3 1.2.1.2. Khởi động dùng phƣơng pháp giảm dòng khởi động 4 1.2.1.3. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ 22 1.2.2. Khởi động động cơ đồng bộ 31 1.2.2.1. Khởi động bằng máy ngoài 31 1.2.2.2. Phƣơng pháp khởi động dị bộ 32 1.2.2.3. Khởi động bằng phƣơng pháp tần số 35 CHƢƠNG 2. PHƢƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG MỀM 36 2.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 36 2.2. NGUYÊN LÝ KHỞI ĐỘNG MỀM 36 2.2.1. Khái niêm về khởi động mềm 36 2.2.2. Nguyên lý hoạt động của khởi động mềm 41 2.2.2.1. Kỹ thuật khởi động và dừng 41 2.2.2.2. Các đặc tính 41 2.3. ĐÁNH GIÁ VỀ KHỞI ĐỘNG MỀM 46 2.4. MỘT SỐ LOẠI KHỞI ĐỘNG MỀM 47 2.5. CÁC KHÁI NIỆM VỀ CÔNG SUẤT KHỞI ĐỘNG MỀM 53 1
CHƢƠNG 3. NGHIÊN CỨU BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM PST 710 HÃNG ABB 55 3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ 55 3.2. THIẾT KẾ MẠCH KHỞI ĐỘNG HAI ĐỘNG CƠ CÓ CÔNG SUẤT 800KWSỬ DỤNG BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM PST 710 HÃNG ABB 57 3.2.1. Đề suất sơ đồ hệ thống 57 3.2.2. Thiết kế mạch động lực 60 3.2.3. Tính chọn mạch động lực 63 3.2.4. Thiết kế mạch điều khiển 63 3.2.5. Kiểm nghiệm đánh giá thiết kế 76 KẾT LUẬN 77 TÀI LIỆU THAM KHẢO 78 2
LỜI NÓI ĐẦU Trong các ngành công nghiệp, động cơ điện không đồng bộ đƣợc sử dụng phổ biến bởi tính chất đơn giản và tin cậy trong thiết kế chế tạo và sử dụng. Tuy nhiên khi sử dụng động cơ không đồng bộ trong sản xuất đặc biệt với các động cơ có công suất lớn ta cần chú ý tới quá trình khởi động động cơ do khi khởi động rotor ở trạng thái ngắn mạch, dẫn đến dòng điện khởi động và momen khởi động lớn, nếu không có biện pháp khởi động thích hợp có thể không khởi động đƣợc động cơ hoặc gây nguy hiểm cho các thiết bị khác trong hệ thống điện. Vấn đề khởi động động cơ điện không đồng bộ đã đƣợc nghiên cứu từ lâu với các biện pháp khá hoàn thiện để giảm dòng điện cũng và moment khởi động. Đề tài tốt nghiệp: “Các phƣơng pháp khởi động động cơ xoay chiều ba pha. Nghiên cứu bộ khởi động mềm PST 710 hãng ABB”. Đƣợc trình bày trình bày trong ba nội dung : Chƣơng 1 : Các phƣơng pháp khởi động động cơ xoay chiều ba pha. Chƣơng 2 : Phƣơng pháp khởi động mềm. Chƣơng 3 : Nghiên cứu bộ khởi động mềm PST 710 hãng ABB. Cuối cùng em xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS. TS Nguyễn Tiến Ban đã tận tình giúp đỡ em hoàn thành đồ án này. Hải Phòng, ngày 22 tháng 10 năm 2011. Sinh viên thực hiện Nguyễn Anh Tuấn 3
CHƢƠNG 1 CÁC PHƢƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA. 1.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Theo yêu cầu của sản phẩm, động cơ điện lúc làm việc thƣờng phải khởi động và dừng máy nhiều lần. Tùy theo tính chất của tải và tình hình của lƣới mà yêu cầu về khởi động đối với động cơ điện khác nhau. Có khi yêu cầu mômen khởi động dòng lớn, có khi cần hạn chế dòng điện khởi động và có khi cần cả 2. Những yêu cầu trên đòi hỏi phải có tính năng khởi động thích ứng. Trong nhiều trƣờng hợp do phƣơng pháp khởi động hay do chọn động cơ có tính năng khởi động không thích đáng nên thƣờng gây nên những sự cố không mong muốn. Nói chung khi khởi động một đƣợc cần xét đến để thích ứng với đặc tính cơ của tải. - Phải có mômen khởi động đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải - Dòng điện khởi động càng nhỏ càng tốt - Phƣơng pháp khởi động và thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn - Tổn hao công suất trong quá trình khởi động càng thấp càng tốt. Những yêu cầu trên thƣờng mâu thuẫn với nhau, khi yêu cầu dòng điện khởi động nhỏ thƣờng làm cho mômen khởi động giảm theo hoặc cần các thiết bị phụ tải đắt tiền. Vì vậy căn cứ vào điều kiện làm việc cụ thể mà chọn phƣơng pháp khởi động thích hợp. 4
Với động cơ không đồng bộ hiện nay có các phƣơng pháp sau : + Khởi động trực tiếp + Khởi động Khëi ®éng b»ng ph•¬ng ph¸p h¹ ®iÖn ¸p ®Æt vµo stator ®éng c¬ : . Ph•¬ng ph¸p khëi ®éng sö dông cuén kh¸ng . Ph•¬ng ph¸p khëi ®éng sö dông biÕn ¸p tù ngÉu . Ph•¬ng ph¸p khëi ®éng ®æi nèi Sao – Tam gi¸c + Ph•¬ng ph¸p khëi ®éng ®éng c¬ K§B rotor d©y quÊn + Khëi ®éng b»ng ph•¬ng ph¸p tÇn sè 1.2. KHỞI ĐỘNG ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU BA PHA 1.2.1. Khởi động động cơ không đồng bộ 1.2.1.1. Khởi động trực tiếp Khởi động là quá trình đƣa động cơ đang ở trạng thái nghỉ (đứng im) vào trạng thái làm việc quay với tốc độ định mức. Khởi động trực tiếp, là đóng động cơ vào lƣới không qua một thiết bị phụ nào. Việc cấp một điện áp định mức cho stato động cơ dị bộ rô to lồng sóc hoặc động cơ dị bộ ro to dây quấn nhƣng cuộn dây rô to nối tắt, khi rô to chƣa kịp quay, thực chất động cơ làm việc ở chế độ ngắn mạch. Dòng động cơ rất lớn, có thể gấp dòng định mức từ 4 đến 8 lần. Tuy dòng khởi động lớn nhƣ vậy nhƣng mô men khởi động lại nhỏ do hệ số công suất cos 0 rất nhỏ (cos 0 = 0,1- 0,2), mặt khác khi khởi động, từ thông cũng bị giảm do điện áp giảm làm cho mô men khởi động càng nhỏ. Dòng khởi động lớn gây ra 2 hậu quả quan trọng: - Nhiệt độ máy tăng vì tổn hao lớn, nhiệt lƣợng toả ra ở máy nhiều (đặc biệt ở các máy có công suất lớn hoặc máy thƣờng xuyên phải khởi động) Vì thế trong sổ tay kỹ thuật sử dụng máy bao giờ cũng cho số lần khởi động tối đa, và điều kiện khởi động. 5
- Dòng khởi động lớn làm cho sụt áp lƣới điện lớn, gây trở ngại cho các phụ tải cùng làm việc với lƣới điện. Vì những lý do đó khởi động trực tiếp chỉ áp dụng cho các động cơ có công suất nhỏ so với các công suất của nguồn, và khởi động nhẹ (moment cản trên trục động cơ nhỏ). Khi khởi động nặng ngƣời ta không dùng phƣơng pháp này. 1.2.1.2. Khởi động dùng phƣơng pháp giảm dòng khởi động. Dòng khởi động của động cơ xác định bằng biểu thức: U1 I ngm (1.1) 2 2 R1 R'2 X 1 X '2 Từ biểu thức này chúng ta thấy để giảm dòng khởi động ta có các phƣơng pháp sau: - Giảm điện áp nguồn cung cấp - Đƣa thêm điện trở vào mạch rô to - khởi động bằng thay đổi tần số. a. Khởi động động cơ dị bộ rô to dây quấn Với động cơ dị bộ rô to dây quấn để giảm dòng khởi động ta đƣa thêm điện trở phụ vào mạch rô to. Lúc này dòng ngắn mạch có dạng: U1 I ngm (1.2) 2 ' 2 R1 R2 Rp X1 X 2 Việc đƣa thêm điện trở phụ Rp vào mạch rô to ta đựoc 2 kết quả: làm giảm dòng khởi động nhƣng lại làm tăng moment khởi động. Bằng cách chọn điện trở Rp ta có thể đạt đƣợc mô men khởi động bằng giá trị mô men cực đại hình (1.1b) 6
a) b) Hình 1.1. Khởi động cơ dị bộ rotor dây quấn a) Sơ đồ b) Đặc tính cơ Khi mới khởi động, toàn bộ điện trở khởi động đƣợc đƣa vào rô to, cùng với tăng tốc độ rô to, ta cũng cắt dần điện trở khởi động ra khỏi rô to để khi tốc độ đạt giá trị định mức, thì điện trở khởi động cũng đƣợc cắt hết ra khỏi rô to, rô to bây giờ là rô to ngắn mạch. Phƣơng pháp này chỉ sử dụng cho động cơ rotor dây quấn vì điện trở ở ngoài mắc nối tiếp với cuộn dây rotor. Hình 1.6 trình bày một sơ đồ mở máy qua 3 cấp điện trở phụ R1 , R2 và R3 ở cả ba pha ở rotor. Đây là một sơ đồ mở máy với các điện trở rotor đối xứng. 7
a) b) Hình 1.2. Sơ đồ khởi động động cơ không đồng bộ qua 3 cấp điện trở a) , b) Đặc tính khởi động Lúc bắt đầu khởi động các tiếp điểm của công tắc tơ 1 , 2 , 3 đều mở, cuộn dây rotor đƣợc nối vào cả 3 điện trở phụ (R1+ R2+ R3) nên đƣờng đặc tính cơ là đƣờng 1, động cơ đƣợc khởi động với moment khởi động Mmn > M1 và bắt đầu tăng tốc từ điểm a trên đƣờng đặc tính 1. Tới điểm b tốc độ động cơ đặt b và moment giảm còn M2, các tiếp điểm 1 đóng lại cắt các điện trở phụ R1 ra khỏi mạch rotor. Động cơ đƣợc tiếp tục khởi động với các điện trở phụ (R2+ R3) trong mạch rotor và chuyển ngang sang làm việc tại điểm c trên đặc tính 2 ít dốc hơn, moment tăng từ M2 lên M1 và tốc độ động cơ lại tiếp tục tăng. Động cơ làm việc trên đƣờng đặc tính 2 từ c đến d. Lúc này các tiếp điểm 2 đóng lại, nối tắt các điện trở R2 . Động cơ chuyển sang khởi động với điện trở R3 trong mạch rotor trên đặc tính 3 tại điểm e và tiếp 8
tục tăng tốc tới điểm f. Lúc này các tiếp điểm 3 đóng lại, điện trở R3 trong mạch rotor bị loại, động cơ chuyển sang làm việc trên đƣờng đặc tính cơ tự nhiên tại g và tăng tốc tới điểm làm việc A ứng với moment cần Mc , quá trình khởi động kết thúc. Để đảm bảo cho quá trình khởi động nhƣ đã xét sao cho các điểm chuyển đặc tính ứng với cùng một moment M2 , M1 thì các điện trở phụ tham gia vào mạch rotor lúc khởi động phải đƣợc tính chọn cẩn thận theo các phƣơng pháp riêng. Ngoài sơ đồ khởi động với điện trở đối xứng ở mạch rotor, trong thực tế còn dùng sơ đồ khởi động với điện trở không đối xứng ở mạch rotor, nghĩa là điện trở khởi động đƣợc cắt giảm không đều trong các pha rotor khi khởi động. Giả sử động cơ rotor đƣợc khởi động với 4 cấp điện trở nhƣ hình 1.3 với các điện trở khởi động R1, R2, R3, R4, R5 bố trí không đối xứng trong mạch rotor. 9
Hình 1.3. Sơ đồ khởi động với 4 cấp điện trở không đối xứng ở mạch rotor 10
Lúc mới đóng điện toàn bộ các điện trở đƣợc đƣa vào mạch rotor (h.a). Điện trở không đối xứng trong các pha tạo ra dòng điện ba pha không đối xứng trong mạch rotor. Dòng điện này có thể phân tích thành hai hệ thống đối xứng thứ tự thuận và thứ tự ngƣợc. Dòng điện ba pha thứ tự thuận tạo ra từ trƣờng quay thuận cùng chiều với rotor, còn dòng điện ba pha thứ tự ngƣợc tạo ra từ trƣờng quay ngƣợc với chiều rotor. Tốc độ của từ trƣờng thuận th và từ trƣờng ngƣợc so với rotor là: 0 r và 0 r Vậy: th r 0 r 0 ng r 0 r 0 2r 0 2 1 s 0  0 1 2s (1.3) Trong đó : 0 : tốc độ đồng bộ r : tốc độ rotor th, ng: tốc độ từ trƣờng quay thứ tự thuận và tốc độ từ trƣờng quay thứ tự ngƣợc. Từ trƣờng thuận quay trong không gian với tốc độ đồng bộ cùng chiều quay với rotor nên so với từ trƣờng quay của stator thì coi nhƣ đứng yên ( hai từ trƣờng cùng quay với một tốc độ thì coi nhƣ không chuyển động với nhau). Do đó, từ trƣờng thuận tạo ra moment quay giống nhƣ trƣờng hợp nối các điện trở đối xứng nhƣ ở mạch rotor ( đƣờng đặc tính 1 trên hình 1.4). Xứng ở mạch rotor. Từ trƣờng ngƣợc quay với stator một tốc độ là 0(l- 2s) sẽ sinh ra một sức điện động tần số: fng = f1(l- 2s) Trong đó: f1 - Tần số điện lƣới 11
Dòng điện cảm ứng trong rotor do thành phần từ trƣờng ngƣợc tạo ra sẽ bị chính từ trƣờng tác dụng một từ lực và tạo ra moment phụ ngƣợc lại (đƣờng 2 hình 1.8) 1 Moment ngƣợc bằng 0 tại s = vì khi s =2, tốc độ từ trƣờng ngƣợc 2 ng = 0 và không thể có suất điện động. Đƣờng moment ngƣợc có vùng M s > 0,5) và vùng M > 0 (0,5 > s > 0) nên đƣờng moment tổng (đường 3 hình 8) có vùng lõm. Thực nghiệm chứng tỏ, khoảng lõm moment càng lớn khi điện trở rotor các pha khác nhau càng nhiều. Nếu moment cản MC Mlõm thì động cơ khởi động từ điểm A theo đƣờng 3 tới điểm B thì moment động cơ cân bằng với moment cản (MD = 12
M ) nên động cơ sẽ làm việc tại điểm B với tốc độ = 0 . Muốn động cơ tiếp C 2 tục tăng đến lên 0 thì phải đƣa các điện trở về đối xứng và cuối cùng loại bỏ tất cả ra khỏi mạch rotor. Phƣơng pháp giảm và giữ động cơ chạy ở tốc độ thấp ( # 0/2) đƣợc dùng trong trƣờng hợp điện trở không đối xứng ở mạch rotor để tiến hành dừng chính xác động cơ. Phƣơng pháp khởi động và thay đổi  nhờ nối điện trở không đối xứng ở mạch rotor thƣờng dùng với các bộ khống chế có thể tạo ra nhiều cấp tốc độ với số điện trở không nhiều. Nhƣ trƣờng hợp khởi động với bốn cấp điện trở ở hình 1.3.f trong khi dùng phƣơng pháp điện trở không đối xứng chỉ cần tối thiểu 4 điện trở. Sơ đồ hình 1.3.a dùng 5 điện trở và khi khởi động, lần lƣợt các điện trở đƣợc cắt khỏi mạch rotor R2 , R4 , R1 và R3 , R5 . Hai điện trở R3 , R5 đƣợc cắt khỏi mạch rotor cùng một lúc và thuộc cùng một cấp điện trở mở máy. Cắt các điện trở là nhờ các tiếp điểm K1 K5 đóng lại. Ưu điểm : Dùng động cơ rotor dây quấn có thể đạt đƣợc moment khởi động lớn, đồng thời có dòng điện khởi động nhỏ nên những nơi nào khởi động khó khăn thì dùng loại này. Nhược điểm : Động cơ điện rotor dây quấn là rotor dây quấn chế tạo phức tạp hơn rotor dây quấn lồng sóc nên đắt hơn, bảo quản chúng khó khăn hơn, hiệu suất của máy cũng thấp hơn. b. Khởi động động cơ dị bộ rô to ngắn mạch Với động cơ rô to ngắn mạch do không thể đƣa điện trở vào mạch rô to nhƣ động cơ dị bộ rô to dây quấn để giảm dòng khởi động ta thực hiện các biện pháp sau: - Giảm điện áp 13
Ngƣời ta dùng các phƣơng pháp sau đây để giảm điện áp khởi động:dùng cuộn kháng, dùng biến áp tự ngẫu và thực hiện đổi nối sao-tam giác. Sơ đồ các loại khởi động này biểu diễn trên hình 1.5 Đặc điểm chung của các phƣơng pháp giảm điện áp là cùng với việc giảm dòng khởi động, mô men khởi động cũng giảm. Hình 1.5. Các phƣơng pháp giảm điện áp khi khởi động động cơ dị bộ a) Dùng cuộn kháng, b) dùng biến áp tự ngẫu (BATN), c) dùng đổi nối sao- tam giác. Vì mô men động cơ tỷ lệ với bình phƣơng điện áp nguồn cung cấp, nên khi giảm điện áp mô men giảm theo tỷ lệ bình phƣơng, ví dụ điện áp giảm 3 lần thì mô men giảm đi 3 lần. Việc thực hiện đổi nối sao tam giác chỉ thực hiện đƣợc với những động cơ khi làm việc bình thƣờng thì cuộn dây stato nối tam giác. Do khi khởi động cuộn dây stato nối sao, điện áp đặt lên stato nhỏ hơn lần khi chuyển sang nối tam giác, dòng điện giảm lần mô men giảm đi 3 lần. Khi khởi động bằng biến áp, nếu hệ số biến áp là ku thì điện áp trên tụ đấu dây của động cơ giảm đi ku lần so với điện áp định mức, 14
2 dòng khởi động giảm đi ku , moment khởi động sẽ giảm đi ku lần.Tất cả các phƣơng pháp khởi động bằng giảm điện áp, chỉ thực hiện đƣợc ở những động cơ có khởi động nhẹ, còn động cơ khởi động nặng không áp dụng đƣợc, ngƣời ta khởi động bằng phƣơng pháp „nhớm‟. Phƣơng pháp sử dụng cuộn kháng Hình 1.6. Khởi động động cơ không đồng bộ bằng cuộn kháng Khi khởi động trong mạch điện stator đặt nối tiếp một điện kháng. Sau khi khởi động xong bằng cách đóng cầu dao D2 thì điện kháng này bị nối ngắn mạch. Điều chỉnh trị số của điện kháng đƣợc dòng điện khởi động cần thiết. Do điện áp sụt trên điện kháng nên điện áp khởi động trên đầu cực động cơ điện U‟ sẽ nhỏ hơn điện áp lƣới U1. Gọi dòng điện khởi động và moment khởi động khi khởi động trực tiếp Ik và Mk , sau khi thêm điện kháng vào dòng điện khởi động còn lại I‟k = k.Ik trong đó k<1. Nếu cho rằng khi hạ điện áp khởi động, tham số của máy điện vẫn giữ không đổi thì dòng điện khởi động nhỏ đi, điện áp đầu cực động cơ điện sẽ là U‟k = k.Uk . Vì moment khởi động 15
tỉ lệ với bình phƣơng của điện áp nên lúc đó moment khởi động sẽ bằng M‟k = 2 k .Mk . Ưu điểm : Là thiết bị đơn giản Nhược điểm : Khi giảm dòng điện khởi động thì moment khởi động cũng giảm xuống bình phƣơng lần. Sử dụng phƣơng pháp tự ngẫu Hình 1.7. Khởi động cơ không đồng bộ bằng biến áp tự ngẫu Sơ đồ lúc khởi động nhƣ hình 1.7, trong đó là T là biến áp tự ngẫu, bên cao áp nối với lƣới điện, bên hạ áp nối với động cơ điện, sau khi khởi động xong thì cắt T ra (bằng cách đóng cầu dao D2 và mở cầu dao D3 ra). Gọi tỉ số biến đổi của may biến áp tự ngẫu là kt (kt<1) thì U‟k = kt * U1, đó dòng điện khởi động và moment khởi động của động cơ điện sẽ là : I‟K = KT * IK và M‟K 16
2 = K T * MK , gọi dòng điện lấy từ lƣới vao là I1 (dòng điện sơ cấp của máy 2 biến áp tự ngẫu) thì dòng điện đó bằng I1 = KT * IK = K T * I‟K Ưu điểm : so với phƣơng pháp trên ta thấy, khi ta chọn KT = 0,6 thì moment mở máy vẫn bằng M‟K = 0,36 MK nhƣng dòng điện khởi động lấy từ lƣới điện vào nhỏ hơn nhiều : I1 = 0,36 IK , ngƣợc lại khi ta lấy từ lƣới vào một dòng điện khởi động bằng dòng điện khởi động của phƣơng pháp trên thì phƣơng pháp này ta có moment khởi động lớn hơn. Đó là ƣu điểm của phƣơng pháp dùng biến áp tự ngẫu hạ thấp điện áp khởi động. Nhược điểm : Moment có các bƣớc nhảy do sự chuyển đổi giữa các điện áp. Chỉ có thể một số lƣợng các điện áp do đó dẫn đến sự chọn lựa các dòng điện không tối ƣu. Không có khả năng cung cấp một điện áp khởi động có hiệu quả đối với tải trọng thay đổi. Trong một số điều kiện khởi động đặc biệt giá thành của bộ khởi động thƣờng rất cao. Khởi động bằng phƣơng pháp nối sao-tam giác (- ) Phƣơng pháp khởi động (- ) thích ứng với những máy làm việc bình thƣờng đấu tam giác. Khi khởi động ta đổi thành Y, nhƣ vậy điện áp đƣa vào U1 mỗi pha chỉ còn . 3 Sau khi máy đã chạy, đổi thành đấu . Sơ đồ cách đấu dây nhƣ hình 1.4, khi khởi động thì đóng cầu dao D1, còn cầu dao D2 thì đóng về phía dƣới, nhƣ vậy máy đấu Y, khi máy đã chạy rồi thì đóng cầu dao D2 về phía trên, máy đấu theo . Theo phƣơng pháp (- ) thì khi dây quấn đấu Y điện áp pha trên dây là : 1 U = U1 (1.4) kf 3 17
1 1 I = I và M‟ = M kf 3 k k 3 k Khi đấu Y If = Id (khi ấy Ukf = U1 và Ik = 3 Ikf) cho nên khi khởi 1 1 động đấu Y thì dòng điện bằng I = I‟ = I = I nghĩa là dòng điện và 1 kf 3 kf 3 k 1 moment khởi động đều bằng moment khởi động trực tiếp. Trên thực tế 3 trƣờng hợp này cũng nhƣ dùng một máy biến áp tự ngẫu để khởi động mà tỉ 1 số biến đổi điện áp K = T 3 Trong các phƣơng pháp hạ điện áp khởi động nói trên, phƣơng pháp khởi động - là tƣơng đối đơn giản nên đƣợc dùng rộng rãi đối với các động cơ khi làm việc đấu tam giác. Hình 1.8, ta thấy dòng khởi động bằng 1,4 đến 2,6 lần dòng định mức. Ưu điểm : Tƣơng đối đơn giản nên đƣợc sử dụng rộng rãi với những động cơ điện đấu tam giác. Nhược điểm : Mức độ giảm của cƣờng độ và moment không thể điều khiển đƣợc và 1 tƣơng đối cố định bằng giá trị định mức. 3 Có bƣớc nhảy lớn về cƣờng độ và moment khi bộ khởi động chuyển đổi sao tam giác. Chính các bƣớc nhảy này tạo ra các ứng suất cơ khí và đột biến về điện làm cho hệ thống dễ bị hƣ hỏng. Bƣớc nhảy này cuất hiện do khi động cơ đang hoạt động nguồn điện bị ngắt động cơ sẽ chuyển sang chế độ máy phát với nguồn điện đƣợc tạo ra có giá trị tƣơng đƣơng với nguồn cung cấp. Giá trị điện áp này vẫn đƣợc duy trì khi động cơ nối lại với nguồn ở chế độ đấu sao, tại đây xảy ra hiện tƣợng xung pha. Kết quả tạo ra một dòng điện 18
có cƣờng độ lên đến gấp 2 lần giá trị dòng khởi động và moment lên đến 4 lần giá trị moment khởi động. Hình 1.9. trình bày quá trình này. a) b) c) Hình 1.8. .a) Khởi động sao-tam giác ; b) Dòng khởi động ; c) Moment khởi động 19
Hình1.9. Điện áp, cƣờng độ dòng điện khi chuyển từ sao sang tam giác Khởi động bằng phƣơng pháp tần số. Do sự phát triển của công nghệ điện tử, ngày nay ngƣời ta đã chế tạo đƣợc các bộ biến tần có tính chất kỹ thuật cao và giá thành rẻ, do đó ta có thể áp dụng phƣơng pháp khởi động bằng tần số. Thực chất của phƣơng pháp này nhƣ sau: Động cơ đƣợc cấp điện từ bộ biến tần tĩnh, lúc đầu tần số và điện áp nguồn cung cấp có giá trị rất nhỏ, sau khi đóng động cơ vào nguồn cung cấp, ta tăng dần tần số và điện áp nguồn cung cấp cho động cơ, tốc độ động cơ tăng dần, khi tần số đạt giá trị định mức, thì tốc độ động cơ đạt giá trị định mức. Phƣơng pháp khởi động này đảm bảo dòng khởi động không vƣợt quá giá trị dòng định mức. c. Khởi động động cơ có rãnh sâu và động cơ 2 rãnh. Nhƣ chúng ta đã biết khởi động động cơ dị bộ bằng đƣa điện trở vào mạch rô to là tốt nhất, tuy nhiên với động cơ dị bộ rô to lồng sóc thì không 20
làm điều đó đƣợc. Song chúng ta có thể thực hiện khởi động động cơ dị bộ rô to lồng sóc có đƣa điện trở phụ vào bằng dùng những động cơ ngắn mạch đặc biệt : Động cơ rãnh sâu và động cơ 2 rãnh. Động cơ rotor lồng sóc 2 rãnh. Để cải thiện khởi động đối với động cơ dị bộ lồng sóc, ngƣời ta chế tạo động cơ lồng sóc 2 rãnh: rãnh công tác làm bằng vật liệu bình thƣờng, còn rãnh khởi động làm bằng đồng thau là kim loại có điện trở riêng lớn. (Hình 1.10). n n0 1 h1 2 3 1 hN 2 M 0 Hình 1.10. Động cơ rô to lồng Hình 1.11. Đặc tính cơ của động sóc 2 rãnh cơ dị bô 1-Rãnh khởi động,2 Rãnh công bộ 2 rãnh tác. Từ hình vẽ ta thấy rằng, độ dẫn từ của từ thông tản rãnh dƣới lớn hơn của rãnh ngoài (trên). Nhƣ vậy trở kháng của các rãnh này rất khác nhau: trở kháng của rãnh dƣới lớn hơn trở kháng của rãnh trên rất nhiều. Khi mới bắt đầu khởi động (s=1) trở kháng của rãnh dƣới lớn, nên dòng điện bị đẩy lên rãnh trên, dòng điện chạy trong nó nhỏ. Ở rãnh trên trở kháng nhỏ nhƣng điện trở thuần lại lớn, kết quả làm cho dòng khởi động nhỏ - đó là hậu quả của việc đƣa thêm điện trở vào rotor . Khi tốc độ rotor tăng lên, s giảm đi, trở kháng rãnh dƣới giảm, dòng điện lại 21
chạy từ rãnh trên xuống rãnh dƣới. Khi tốc độ đạt giá trị định mức, thì dòng điện chạy trong thanh trên rất nhỏ. Nhƣ vậy thanh trên chỉ hoạt động khi khởi động nên đƣợc gọi là thanh khởi động. Để xác định đặc tính cơ của động cơ 2 rãnh, ta giả thiết rằng 2 rãnh hoạt động độc lập với nhau. Rãnh trên có điện trở lớn nên đặc tính cơ là đặc tính 1 trên hình 1.11 còn rãnh dƣới có đặc tính cơ nhƣ đƣờng 2. Tổng của 2 đặc tính là của động cơ 2 rãnh (đường 3). . Động rotor lồng sóc rãnh sâu Động cơ rãnh sâu có cấu trúc khác với động cơ rãnh thƣờng. Chiều cao h của rãnh động cơ rãnh sâu thƣờng gấp 15-20 lần chiều rộng của rãnh (hình 1.12). Rãnh có nhiều dạng khác nhau: Chữ nhật, hình thang hay tròn dƣới, trên chữ nhật b h h h J k c) a) b) Hình 1.12. a) Rãnh của động cơ lồng sóc rãnh sâu; b) Sự phân bố độ dẫn từ theo chiều cao rãnh, c) Độ phân bố mật độ dòng điện theo chiều cao rãnh. Để nghiên cứu tính chất của máy điện rãnh sâu ta chia rãnh ra từng lớp với chiều cao hi. Do trong rãnh có nhôm, nên độ dẫn từ thông tản quyết định bởi độ dẫn từ trong rãnh. 22
Độ dẫn từ của lớp 1 biểu diễn bởi: h l  1 ch (1.5) 1 b 1 Lớp k tính nhƣ sau: h l  k ch (1.6) k b k Trong đó l - độ dài lõi của rotor. Từ biểu thức này ta thấy rằng, độ dẫn từ thông tản lớn nhất ở lớp dƣới cùng, còn nhỏ nhất ở lớp trên cùng. Trở kháng tản của mỗi lớp xác định nhƣ sau : X k 2 Lk Ck f 2 (1.7) Đến đây, ta có thể nói về sự phân bố mật độ dòng điện theo chiều cao của thanh dẫn. Giá trị dòng điện chạy trong mỗi lớp phụ thuộc vào điện áp và tổng trở của mỗi lớp. Do sđđ cảm ứng bởi từ thông chính trong các lớp nhƣ nhau do đó sự phân bố dòng điện các lớp phụ thuộc vào tổng trở của lớp. Khi động cơ mới đóng vào lƣói, tần số f2 = f1 nên Xk lớn hơn Rk rất nhiều, ngƣợc lại khi rô to quay với tốc độ gần bằng tốc độ định mức thì tần số f2 rất nhỏ nên Xk << Rk. Do đó khi mới khởi động, dòng điện chạy trong các lớp dƣới rất nhỏ, ngƣợc lại khi rô to quay với tốc độ gần định mức thì dòng điện chạy ở lớp trên rất nhỏ. Sự phân bố độ dẫn từ và mật độ dòng điện biểu diễn trên hình 1.12.b và 1.12.c. Ta thấy có hiện tƣợng đẩy dòng lên lớp trên, do đó dòng khởi động nhỏ, ta có hiện tƣợng giống nhƣ đƣa điện trở ngoài vào mạch rô to (vì dòng điện bị đẩy lên lớp trên diện tích dẫn nhỏ, nên điện trở lớn). Nhƣ vậy khởi động với động cơ rãnh sâu mô men khởi động lớn (Mkđ =1,2 - 1,6)Mđm Trên hình 1.13. biểu diễn đặc tính moment và dòng điện của động cơ rãnh sâu, còn trên hình 1.14. biểu diễn đặc tính cơ của 3 loại động cơ : dây quấn, lồng sóc thƣờng và lồng sóc rãnh sâu. Do động cơ lồng sóc rãnh sâu có mô men khởi động lớn nên nó đƣợc dùng cho các hệ truyền động có khởi động nặng ví dụ: cần cẩu. So với động 23
cơ dị bộ rô to dây quấn, thì động cơ lồng sóc rãnh sâu có cấu tạo nhẹ hơn, rẻ tiền hơn. Hình 1.13. Đặc tính cơ và đặc tính dòng điện của động cơ rãnh sâu Hình 1.14. Đặc tính cơ của động cơ dị bộ 1) Động cơ dây quấn, 2) Động cơ rotor lồng sóc thƣờng 1.2.1.3. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ a. Thống kê năng lƣợng của động cơ Về nguyên lý, máy điện không đồng bộ có thể làm việc nhƣ máy phát điện hoặc động cơ không đồng bộ. Ở chế độ làm việc động cơ, năng lƣợng 24
điện đƣợc cung cấp từ lƣới điện và chuyển sang rô to bằng từ trƣờng quay. Dòng năng lƣợng đƣợc biểu diễn nhƣ sau : - Công suất nhận từ lƣới điện: (1.8) P1 m1U1I1 cos 1 Ở stato, năng lƣợng bị mất một phần do tổn hao ở điện trở cuộn dây ( PCu1) và trong lõi thép ( PFe1). Vậy công suất điện từ chuyển từ stato sang rô to nhƣ sau: (1.9) Pđt P1 PCu1 PFe1 2 2 Trong đó PCu1=m1I1 R , PFe1=m1IFe RFe. Tổn hao thép phụ thuộc vào tần số. Tổn hao lõi thép phía rô to bỏ qua, vì khi làm việc định mức tần số f2 = (1 - 3)Hz. Công suất điện từ chuyển sang rô to sẽ ứng với công suất tác dụng sinh ra ở điện trở R2‟/s vậy: R' 2 2 1 s P m I' 2 m I' R' m I' R' (1.10) đt 1 2 s 1 2 2 1 2 2 s Thành phần thứ nhất là tổn hao đồng ở cuộn dây rô to: 2 2 Pcu2 m1I'2 R'2 m2 I 2 R2 (1.11) Phần công suất còn lại đƣợc chuyển sang công cơ học trên trục động cơ vậy: 1 s 1 s P m I' 2 R' m I 2 R (1.12) co 1 2 2 s 1 2 2 s Công suất cơ đƣợc chuyển sang công suất hữu ích P2 và tổn hao cơ các loại ( PCơ) nhƣ: ma sát ổ bi, quạt gió, ma sát rô to với không khí v.v. ngoài ra còn tổn hao phụ do sóng bậc cao, do mạch từ có răng ( Pp). Tổn hao phụ rất nhỏ ( Pp 0,005P1). Vậy công suất hữu ích tính nhƣ sau: P2 Pco PCo Pp (1.13) 25
Tổng tổn hao của động cơ có giá trị: (1.14) P PCu1 PFe1 PCu2 PCo PP Hiệu suất của động cơ: P P P P  = 2 1 1 (1.15) P1 P1 P1 Sơ đồ năng lƣợng của máy điện dị bộ biểu diễn trên hình 1.15 PCu1 PFe Từ PCu2 trƣờng PCơ+ Pp P1 Pđt P2 Hình 1.15. .Sơ đồ năng lƣợng của động cơ di bộ b. Moment quay (moment điện từ) của động cơ dị bộ. Công suất cơ học của máy điện không đồng bộ phụ thuộc vào tốc độ quay của rô to (tốc độ cơ): Pcơ = Mcơ .(1.16) Do đó mô men điện từ của máy điện không đồng bộ có thể tính đƣợc bằng biểu thức: P M = dt ( 1.17) co 2 n tt 2 f1 Ở đây cơ = , trong đó n- tốc độ quay của rô to tính 60 p p bằng vòng phút, tt - tốc độ góc quay của từ trƣờng đo bằng rad/giây, p- số đôi cực. Thay công suất điện từ bằng ta đƣợc: ' ' 2 R2 1 M m1I 2  (1.18) s co 26
Biểu thức mô men điện từ của máy điện không đồng bộ còn có thể nhận đƣợc ở dạng khác nhƣ sau: Thay vào một giá trị của I2‟ bằng biểu thức và lƣu ý E‟2 có giá trị nhƣ còn cos 2 tính từ đồ thị véc tơ (hình trên) có giá trị: ' ' 1 s R2 R2 ' s R2 cos 2= (1.19) 2 ' 2 ' 2 2 ' ' 1 s ' R2 X 2 s R2 R2 X 2 s Ta nhận đƣợc: ' ' pm1 E2s ' R2 4,44kcd1W11 f1m1 p M= 2 I2 = I‟2cos 2 (1.20) 2 tt ' 2 s 2 f1 R2 X '2 Hay: M = kI‟2cos 2 (1.21) Có dạng của mô men máy điện dòng một chiều, trong đò k 4,44k W m p = cd1 1 1 1 . Chúng ta còn có cách khác để tính mô men điện từ của mấy 2 điện không đồng bộ. Trƣớc hết tính dòng I2‟. Ta dùng sơ đồ tƣơng đƣơng gần đúng. Theo sơ đồ ta có: U1 I2‟ = (1.22) 2 R' 2 2 R1 X1 X '2 s Thay vào (công thức trên) ta đƣợc: pm U 2 R' M= 1 1 2 (1.23) ' 2 tt R s 2 2 R1 X1 X '2 s Đây là biểu thức mô men điện từ của máy điện không đồng bộ, có giá trị đo bằng [Nm]. c. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha. Đặc tính cơ đƣợc định nghĩa là mối quan hệ hàm giữa tốc độ quay và mô men điện từ của động cơ n= f(M). 27
Để dựng đƣợc mối quan hệ này, trƣớc hết ta nghiên cứu công thức là mối quan hệ M= f(s) và đƣợc gọi là đặc tính tốc độ của động cơ. Từ biểu thức ta nhận thấy mối quan hệ giữa mô men và độ trƣợt là mối quan hệ phi tuyến. Để khảo sát chúng ta hãy tìm cực trị . Đầu tiên ta tính: dM = 0 (1.24) ds Sau khi tính đạo hàm mô men rồi, cho bằng 0 ta tìm đƣợc độ trƣợt tới hạn có giá trị sau: ' R2 sth= , (1.25) R1 (X1 X 2 ) Ở đây sth- là độ trƣợt tới hạn, tức là giá trị độ trƣợt ở đó xuất hiện mô men cực đại và cực tiểu. Dấu‟+‟ ứng với chế độ động cơ còn dấu „-„ ứng với chế độ máy phát. Thay sth vào (công thức trên) ta có: 2 3pU1 Mmax= (1.26) 2 R R 2 X X ' 2 tt 1 1 1 2 Dấu “+” cho chế độ động cơ, còn dấu trừ cho chế độ máy phát. Để ' R2 dựng đặc tính M= f(s) ta nhận thấy, khi s nhỏ thì R >> X1+X‟2 do đó có 1 s thể bỏ qua X1+X‟2 ta có mối quan hệ tuyến tính (hình 9.8), còn khi s lớn thì << X1+X‟2 nên nhận = 0, ta đƣợc M= K/s, nó là một đƣờng hypecbon (hình 1.16). Đƣờng M= f(s) là đƣờng 3 trên hình 1.16. Giữa M và độ trƣợt còn có thể biểu diễn bời biểu thức sau: 2M M = max (1.27) s s th sth s Để dựng đặc tính tốc độ ngƣời ta thƣờng dùng công thức này và có tên là công thức Kloss. 28
Hệ số quá tải là tỷ số giữa mô men cực đại đối với mô men định mức : M max Kqt = (1.28) M đm Hình 1.16. đặc tính M= f(s) khi U1= const, f1= const Ta hãy xét ảnh hƣởng của một số thông số lên mô men động cơ: - Ảnh hƣởng của sự thay đổi điện áp mạng cấp U1 Từ biểu thức trên ta thấy khi điện áp U1 giảm thì mô men cực đại và mô men giảm theo tỷ lệ bình phƣơng, điều đó rất dễ làm cho động cơ dừng dƣới điện.(hình 1.17) Hình 1.17. Ảnh hƣởng của điện áp nguồn nạp đối với mô men động cơ 29
Hình1.18. Ảnh hƣởng của điện trở rotor lên mô men động cơ. Khi thay đổi điện trở X ở mạch stato, hậu quả nhƣ giảm điện áp nguồn vì điện áp đặt lên động cơ bằng điện áp nguồn trừ đi độ sụt áp trên điện trở X. Trên hình 1.18. biểu diễn sự thay đổi của mô men khi thay đổi điên trở của rô to động cơ. Khi thay đổi điện trở R‟2 sẽ làm thay đổi độ trƣợt tới hạn, nhƣng không thay đổi mô men cực đại. Đặc tính cơ: Để có đƣợc đặc tính cơ M= f(n) ta dựa vào mối quan hệ n= ntt(1-s) Cho s những giá trị khác nhau ta có giá trị của n, từ ta tính M, lập bảng mối quan hệ n= f(M) rối dựng đồ thị mối quan hệ này hình 1.19 n 0 a nth b Mô men khởi động c 0 Mmax M Hình 1.19. đặc tính cơ động cơ dị bộ 30
Từ đặc tính cơ ta có nhận xét: đặc tính cơ chia làm 2 đoạn: đoạn a-b và đoạn b-c. Đoạn ab là đoạn làm việc ổn định, vì trên đoạn này mỗi khi chế độ ổn định cũ bị phá vỡ thì nó lại thiết lập chế độ ổn định mới. Trên đoạn b-c ta không có đƣợc tính chất đó. Từ đặc tính cơ ta thấy có 2 chế độ đặc trƣng: - Khi M=0 thì có n=n0 (n0- là tốc độ không tải có giá trị bằng tốc độ từ trƣờng quay). Chế độ này thực tế không có, để nghiên cứu ta phải gắn máy lai ngoài với động cơ rồi quay rô to với tốc độ bằng tốc độ quay của từ trƣờng, ta gọi chế độ này là chế độ không tải lý tƣởng. - Khi n= 0. Đây là chế độ khi vừa đƣa động cơ vào lƣới cung cấp, động cơ chƣa kịp quay, ta gọi là chế độ khởi động , ứng với chế độ khởi động có mô men khởi động. Ngoài ra động cơ còn có tốc độ n= 0 trong trƣờng hợp động cơ không làm việc, không có điện áp cung cấp cho stato. Lúc này không có gì xảy ra, chúng ta không bàn tới. d. Đặc tính cơ tự nhiên và đặc tính cơ nhân tạo Đặc tính cơ tự nhiên: đây là đặc tính cơ đƣợc xây dựng khi các thông số của máy nhƣ điện áp, điện trở, tần số có giá trị định mức. Còn đặc tính cơ nhân tạo là dặc tính cơ khi có một trong các thông số trên thay đổi, các thông số khác không đổi. Trên hình 1.20. biểu diễn đặc tính cơ cho các trƣờng hợp thay đổi điện áp, thay đổi số đôi cực, thay đổi tần số nguồn cung cấp và thay đổi điện trở rô to. 31
n n n a 0 U1< U2< n 01 p U3 nt b U1 h U2 U3 2p n02 M 0 c Mmax M Mô men 0 khởi động a) b) n n n R11 R11<R12<R13 01 f1 f1<f2<f3 n02 R12 f2 R13 n03 f3 M M 0 0 Mmax c) d) Hình 1.20. Đặc tính cơ nhân tạo của động cơ dị bộ Qua đặc tính chúng ta thấy: khi U1= var thì mô men cực đại thay đổi, còn khi số đôi cực thay đổi, tốc độ không tải thay đổi, mô men cực đại cũng thay đổi. Khi thay đổi tần số, tốc độ không tải thay đổi, ở phạm vi f= fđm nếu điều chỉnh tần số theo nguyên tắc U1/f1= const thì mô men cực đại không đổi, còn ở ngoài phạm vi trên mặc dầu điều chỉnh tần số theo nguyên tắc U1/f1= const vẫn làm cho mô men cực đại giảm. Thay đổi điện trở rô to thì mô men cực đại không thay đổi. 32
1.2.2. Khởi động động cơ đồng bộ Trƣớc hết ta hãy xét một máy điện đồng bộ không có một thiết bị phụ đặc biệt nào. Cuộn kích từ đƣợc nối vào nguồn 1 chiều, còn cuộn phần ứng 60f đƣợc nối vào lƣới điện 3 pha tạo ra từ trƣờng quay với tốc độ n = tt p . Trong điều kiện này ở trong máy đồng bộ xuất hiện mômen biến đổi hình 1.21 M Mtb=0 t T M Hình 1.21. Moment máy đồng bộ khi rotor không quay Chu kỳ biến đổi của mômen xác định: 1 60 1 TM (1.29) f M p nttn f nttn ntt Trong đó: n - Tốc độ tức thời của rôto; dấu “-“ khi nó quay thuận chiều quay, còn dấu “+” khi quay ngƣợc chiều quay. Khi n= 0 thì fM = f1 = 50HZ. Một mômen biến đổi với tần số nhƣ vậy thì do rô to có quán tính lớn sẽ không chuyển động. Có thể nói gọn lại là máy điện đồng bộ không có moment khởi động (Mtb = 0). Do đó ta phải tìm cách khởi động động cơ đồng bộ. 1.2.2.1. Khởi động bằng máy ngoài Thực chất của quá trình này là đồng bộ hoá hay tự đồng bộ. Ta dùng một máy lai ngoài (động cơ dị bộ, hoặc động một chiều, ) quay rôto động cơ đồng bộ tới tốc độ cần thiết để hoà vào lƣới. Phƣơng pháp này có nhƣợc điểm là cần dùng một động cơ ngoài nên tốn kém vì vậy ít đƣợc dùng. 33
1.2.2.2 Phƣơng pháp khởi động dị bộ Đây là phƣơng pháp giống nhƣ khởi động động cơ dị bộ. Để thực hiện đƣợc phƣơng pháp này ngƣời ta đặt ở mặt cực một cuộn dây ngắn mạch làm bằng các thanh đồng (đồng thƣờng hay đồng đỏ) giống nhƣ cuộn dây của máy điện không đồng bộ rô to ngắn mạch. Nếu bỏ qua cuộn kích từ thì khi nối cuộn dây 3 pha vào lƣới sẽ có dòng 3 pha chạy vào và tạo ra từ trƣờng quay làm rôto quay nhƣ máy điện dị bộ. Khi đã đạt đƣợc tốc độ nhất định nếu ta cấp dòng kích từ cho cuộn kích từ thì giữa từ trƣờng một chiều và từ trƣờng quay sẽ tác động lên nhau và tạo ra mômen có biên độ tăng dần. Chu kỳ TM của mô men này khi độ trƣợt nhỏ có giá trị lớn (ví dụ f = 50HZ, s = 0,005 thì TM = 4s), nên mô men sinh ra trong máy đồng bộ có thể giúp cho rôto tăng tốc để bƣớc vào đồng bộ. Cuộn dây khởi động của máy có thể là bản thân các lá thép cực từ với kích thƣớc nhất định, khi từ trƣờng biến thiên trong nó sẽ xuất hiện dòng xoáy và tạo ra mômen đủ lớn để khởi động máy. Để giảm dòng khời động ngƣời ta sử dụng các phƣơng pháp nhƣ ở máy dị bộ. Cho tới lúc này chúng ta đã bỏ qua cuộn kích từ. Nếu cuộn kích từ hở mạch thì ở thời kỳ đầu của quá trình khởi động, từ trƣờng quay do stato tạo ra sẽ quay so với rotor một tốc độ rất lớn (ntt – n = sntt) sẽ cảm ứng trong cuộn kích từ hở một sđđ có giá trị rất lớn gây nguy hiểm cách điện cuộn kích từ và cho ngƣời vận hành. Để tránh hiện tƣợng quá điện áp ta nối cuộn dây qua một điện trở thích hợp. Việc nối điện trở này lại tạo ra một hiện tƣợng khác gọi là hiện tƣợng Gorgesa. Bản chất hiện tƣợng này nhƣ sau: - Từ trƣờng quay của stato làm xuất hiện dòng xoay chiều ở mạch kích từ có tần số: p(n n) f tt f s (1.30) 2 60 1 Dòng biến đổi này tạo ra một từ trƣờng biến đổi mà theo nguyên tắc ta có thể tách ta làm 2 từ trƣờng quay bằng nhau có cùng tốc độ nhƣng chiều 34
quay ngƣợc nhau. Một từ trƣờng quay có chiều quay cùng chiều rôto còn từ trƣờng kia ngƣợc chiều (xem động cơ dị bộ 1 pha). Tốc độ 2 từ trƣờng đó so với rôto nhƣ sau: Từ trƣờng cùng chiều quay rotor : n = 60f2 (1.31) 2q p Từ trƣờng ngƣợc: n' = - 60f2 (1.32) 2q p Và so với stato: Từ trƣờng quay thuận: nqs = n + n2q = ntt Từ trƣờng quay ngƣợc: n‟qs = n + n‟2q = n – ntt + n = 2n - ntt Ta thấy từ trƣờng thuận có tốc độ so với stato không đổi, vậy nó tạo ra mômen dị bộ tác động lên rôto theo chiều của mômen do cuộn khởi động tạo ra. Từ ta thấy tốc độ của từ trƣờng ngƣợc n‟qs phụ thuộc vào tốc độ quay của rôto, nó có giá trị và hƣớng thay đổi. Qua phân tích thấy rằng: Ở phạm vi 0 n ntt từ trƣờng ngƣợc quay so với stato sang trái moment do nó tạo ra 2 có chiều sang phải trùng với chiều mômen dị bộ và mômen tạo ra bởi từ trƣờng thuận. Khi n = ntt từ trƣờng ngƣợc ở trạng thái không chuyển động so 2 với ststo nên trong cuộn dây không cảm cảm ứng một sđđ nào cả và không tạo ra mômen phụ. Khi n > ntt hƣớng quay của từ trƣờng ngƣợc so với stato 2 sẽ ngƣợc với trƣờng hợp n < ntt nên mômen do nó sinh ra sẽ ngƣợc với chiều 2 của mômen tạo ra do cuộn khởi động và từ trƣờng thuận. Trên hình 1.21. biểu diễn đặc tính cơ của các loại từ trƣờng tạo ra. Đặc tính mômen do từ trƣờng 35
ngƣợc tạo ta có: Khi n = ntt thì M = 0, khi n 0 và khi n > 2 q‟s 2 as ntt thì M < 0. 2 q‟s M M a) M b) M A A‟ M M n n ‟ n1 n n1/2 n1 n1/2 A nA Hình 1.21. Đặc tính mô men khi khởi động động cơ đồng bọ bằng phƣơng pháp dị bộ a) Mạch kích từ bị nối tắt, b) mạch kích từ nối qua một điện trở. Đặc tính khởi động sẽ là tổng mômen ấy. Từ đồ thị ta thấy đặc tính cơ khởi động có vùng yên ngựa (hiện tƣợng Gorgesa). Nếu vùng yên ngựa lớn (do dòng xoay chiều cuộn kích từ lớn) thì có thể xảy ra trƣờng hợp mômen khởi động nhỏ hơn mômen cản hình 1.21.a, khởi động không thành công. Để giảm sự tác động của từ trƣờng ngƣợc, ta đƣa vào cuộn kích từ một điện trở phụ có giá trị khoảng 10 lần giá trị điện trở mạch kích từ: Rp 10Rkt (hình 1.21.) . Nếu chọn Rp lớn quá sẽ gây xuyên thủng cách điện, còn nếu chọn Rp nhỏ quá thì không giảm đƣợc hiện tƣợng Gorges, gây dừng máy không khởi động đƣợc. 36
Hình 1.22. Sơ đồ nối dây khởi động động cơ đồng bộ bằng phƣơng pháp dị bộ Nắm đƣợc tính chất này của máy đồng bộ sẽ có lợi cho trƣờng hợp động cơ dị bộ 3 pha dây quấn bị đứt một pha ở rô to. Khi động cơ dị bộ 3 pha dây quấn đứt 1 pha ở rôto có hiện tƣợng giống nhƣ trƣờng hợp vừa nghiên cứu. 1.2.2.3. Khởi động bằng phƣơng pháp tần số Nếu ta cấp cho stator một nguồn điện có khả năng điều chỉnh tần số, khi tăng dần tần số nguồn điện cung cấp từ 0 đến tần số đồng bộ, nếu mạch kích từ của động cơ đồng bộ đƣợc cấp dòng thì cùng với tăng tần số nguồn cung cấp, tốc độ động cơ cũng tăng, đến khi đạt tốc độ đồng bộ ta nối động cơ vào lƣới và ngắt nguồn cung cấp có tần số ra khỏi động cơ. 37
CHƢƠNG 2 PHƢƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG MỀM 2.1. ĐẶT VẤN ĐỀ Động cơ không đồng bộ 3 pha dùng rộng rãi trong công nghiệp, vì chúng có cấu trúc đơn giản, làm việc tin cậy, nhƣng có nhƣợc điểm dòng điện khởi động lớn, gây ra sụt áp trong lƣới điện. Phƣơng pháp tối ƣu hiện nay là dùng bộ điều khiển điện tử để hạn chế dòng điện khởi động, đồng thời điều chỉnh tăng mô men mở máy một cách hợp lý, vì vậy các chi tiết của động cơ chịu độ dồn nén về cơ khí ít hơn, tăng tuổi thọ làm việc an toàn cho động cơ. Ngoài việc tránh dòng đỉnh trong khi khởi động động cơ, còn làm cho điện áp nguồn ổn định hơn không gây ảnh hƣởng xấu đến các thiết bị khác trong lƣới. 2.2. NGUYÊN LÝ KHỞI ĐỘNG MỀM 2.2.1. Khái niệm về khởi động mềm Khởi động mềm là phƣơng pháp thƣờng dùng cho động cơ có công suất trung và lớn. Có nhiều cách nhƣng chủ yếu nhất là điều áp xoay chiều và biến tần. Ƣu điểm là điều chỉnh trơn, phạm vi điều chỉnh rộng, có thể sử dụng dừng mềm, hiện nay với phát triển của điện tử công suất thì giá cũng không cao lắm và hoạt động cũng khá ổn định, có thể dùng kết hợp để điều chỉnh tốc độ động cơ. Nhƣợc điểm là khó thi công, khó bảo trì bảo dƣỡng, điện áp và dòng điện sau điều chỉnh không sin hoàn toàn, càng điều chỉnh càng bị méo và biên độ sóng hài củng cao hơn. Phƣơng pháp khởi động đƣợc áp dụng ở đây là cần hạn chế điện áp ở đầu cực động cơ, tăng dần điện áp theo một chƣơng trình thích hợp để điện áp tăng tuyến tính từ một giá trị xác định đến điện áp định mức. Đó là quá trình khởi động mềm (ramp) toàn bộ quá trình khởi động đƣợc điều khiển đóng mở thyristor bằng bộ vi sử lý 16 bit với các cổng vào ra tƣơng ứng, tần số giữ không đổi theo tần số điện áp lƣới. Ngoài ra còn cung cấp cho chúng ta những giải pháp tối ƣu nhờ nhiều chức năng nhƣ khởi động mềm và dừng mêm, 38
dừng đột ngột, phanh dòng trực tiếp, tiết kiệm năng lƣợng khi non tải. Có chức năng bảo vệ động cơ nhƣ bảo vệ quá tải, mất pha H×nh 2.1. §•êng cong m«men vµ dßng ®iÖn t¹i mçi gi¸ trÞ h»ng cña dßng ®iÖn. H×nh 2.2. §iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn cña ®éng c¬ khi khëi ®éng mÒm cã ramp ®iÖn ¸p 39
H×nh2.3. §iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn cña ®éng c¬ khi khëi ®éng mÒn cã h¹n chÕ ®iÖn ¸p H×nh 2.4. §iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn cña ®éng c¬ khi khëi ®éng mÒm cã ramp ®iÖn ¸p vµ h¹n chÕ ®iÖn ¸p. 40
H×nh 2.5. §iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn cña ®éng c¬ khi khëi ®éng mÒm cã ramp ®iÖn ¸p vµ h¹n chÕ dßng ®iÖn H×nh 2.6. §iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn cña ®éng c¬ khi khëi ®éng sung cã ramp ®iÖn ¸p vµ h¹n chÕ dßng ®iÖn H×nh 2.6. §iÖn ¸p vµ dßng ®iÖn cña ®éng c¬ khi khëi ®éng sung cã h¹n chÕ ®iÖn ¸p 41
H×nh 2.7. §•êng cong tèc ®é ®éng c¬ víi c¸c chøc n¨ng 1. H·m ®éng n¨ng; 2 dõng tù do; 3. Dõng mÒm H×nh2.8. §iÖn ¸p ®éng c¬ H×nh 2.9. §iÖn ¸p ®éng c¬ khi dõng mÒm khi dõng tù do Những ứng dụng điển hình của bộ khởi động mềm : - Động cơ điện cho chuyên chở vật liệu. - Động cơ bơm. - Động cơ vân hành non tải lâu dài. 42
- Động cơ có bộ chuyển đổi (ví dụ hộp số, băng tải ) - Động cơ có quán tính lớn (quạt, máy nén, bơm, băng truyền, thang máy, máy nghiền, máy ep, máy khuấy, máy dệt Những đặc điểm khác : - Bền vững tiết kiệm không gian lắp đặt. - Có chức năng điều khiển và bảo vệ. - Khoảng điện áp sử dụng 200 – 500 V, tần số 45 – 65 Hz. - Có phần mềm chuyên dụng đi kèm. - Lắp và đặt chức năng dễ dàng. 2.2.2. Nguyên lý hoạt động của khởi động mềm 2.2.2.1. Kĩ thuật khởi động và dừng a. Những nét chính Mạch lực của hệ thống khởi động mềm gồm 3 cặp thyristor đấu song song ngƣợc cho 3 pha. Vì mô men động cơ tỉ lệ với bình phƣơng điện áp, dòng điện tỉ lệ với điện áp, mô men gia tốc và dòng điện khởi động đƣợc hạn chế thông qua điều chỉnh trị số hiệu dụng của điện áp. Quy luật điều chỉnh này trong khi khởi động và dừng nhờ điều khiển pha (kích, mở 3 cặp thyristor song song ngƣợc) trong mạch lực. Nhƣ vậy, hoạt động của bộ khởi động mềm hoàn toàn dựa trên việc điều khiển điện áp khi khởi động và dừng, tức là trị số hiệu dụng của điện áp là thay đổi. Nếu dừng động cơ, mọi tín hiệu kích mở thyristor bị cắt và dòng điện dừng tại điểm qua không kế tiếp của điện áp nguồn. 43
Giải thích : IA – Dòng điện ban đầu khi khởi động trực tiếp. IS – Dòng điện bắt đầu có ramp điện áp. In – Dòng điện định mức của động cơ. U¬s¬ – Điện áp bắt đầu ramp. Un – Điện áp định mức của động cơ. tr - Thời gian ramp. n - Tốc độ động cơ. Nếu phát hiện động cơ đạt tốc độ yêu cầu trƣớc khi hết thời gian đặt của bộ khởi động mềm, điện áp vào lập tức đƣợc tăng lên 100% điện áp lƣới, đó chính là chức năng phát hiện tăng tốc. b. Dừng tự do theo quán tính Nếu điện áp cấp bị cắt trực tiếp, động cơ chạy theo quán tính cho tới khi dừng trong khoảng thời gian xác định. Thời gian dừng với mômen quán tính nhỏ có thể rất ngắn, cần tránh trƣờng hợp này đề phòng sự phá huỷ về cơ và sự dừng tải đột ngột không mong muốn. c. Dừng mềm 44
Không nên cắt trực tiếp các động cơ có mômen quán tính nhỏ nhƣ băng truyền, thang máy, máy nâng để đảm bảo không nguy hiểm cho ngƣời, thiết bị và sản phẩm. Nhờ chức năng dừng mềm mà điện áp động cơ đƣợc giảm từ từ trong khoảng từ 1 đến 20 giây tuỳ thuộc vào yêu cầu. Điện áp ban đầu cho dừng mềm Ustop = 0,9Un và điện áp cuối quá trình vào khoảng 0,85 điện áp ban đầu. Thời gian ramp điện áp tới 1000 giây cùng điện áp đầu và cuối quá trình dừng mềm đặt theo chƣơng trình. Nhƣ vậy, thực chất dừng mềm là cố ý kéo dài quá trình dừng bằng cách giảm từ từ điện áp nguồn cung cấp vào động cơ. Nếu trong quá trình dừng mà có lệnh khởi động, thì quá trình dừng này lập tức bị huỷ bỏ và động cơ đƣợc khởi động trở lại. d. Tiết kiệm năng lƣợng khi non tải Nếu động cơ điện vận hành không tải hay non tải, trong trƣờng hợp này khởi động mềm giúp tiết kiệm điện năng nhờ giảm điện áp động cơ tới gia trị U0, việc giảm điện áp do đó làm giảm dòng điện, dẫn đến giảm bớt cả tổn hao đồng và tổn hao sắt %. 45
Theo mình biết thì khởi động động cơ có 2 phƣơng pháp là khởi động cứng và khởi động mềm. - Khởi động cứng là phƣơng pháp thƣờng thấy ở những động cơ có công suất nhỏ (đổi nối sao/tam giác, khởi động bằng điện trở ). Ƣu điểm là rẻ tiền, dễ kiểm tra, đấ nối, bảo trì bảo dƣỡng, lắp đặt, hoạt động ổn định, dòng điện còn dạng sin. Nhƣợc điểm là chỉ dùng cho đ/c công suất nhỏ, phạm vi hạn dòng khởi động không rông, dòng điện khởi động đƣợc điều chỉnh có cấp, không trơn. - Khởi động mềm là phƣơng pháp thƣờng dùng cho đ/c có công suất trung và lớn. Có nhiều cách nhƣng chủ yếu nhất là điều áp xoay chiều và biến tần. Ƣu điểm là điều chỉnh trơn, phạm vi điều chỉnh rộng, có thể sử dụng dừng mềm, hiện nay với phát triển của điện tử công suất thì giá cũng không cao lắm và hoạt động cũng khá ổn định, có thể dùng kết hợp để điều chỉnh tốc độ động cơ. Nhƣợc điểm là khó thi công, khó bảo trì bảo dƣỡng, điện áp và dòng điện sau điều chỉnh không sin hoàn toàn, càng điều chỉnh càng bị méo và biên độ sóng hài củng cao hơn. - Với khởi động mềm, nguyên lý điều khiển là điều chỉnh góc mở của van để điều chỉnh dòng điện cung cấp cho đ/c và góc điều chỉnh này giảm dần đến khi góc mở của van = 0 tƣơng ứng với dòng điện cấp cho đ/c là lớn nhất (dừng mềm thì ngƣợc lại). Mình nói sơ về điều áp xoay chiều nhé. sơ đồ điều khiển có 2 nguyên tắc là điều khiển hàng ngang và điều khiển dọc. Điều khiển dọc và cũng là thông dụng nhất theo sơ đồ sau: - Với nguyên tắc này, tín hiệu đồng bộ đƣợc lấy qua biến áp đồng pha (hoặc opto) để tạo tín hiệu đồng bộ sau đó đƣợc điều chế tạo điện áp tựa. Điện áp 46
tựa này đƣợc so sánh với mạch tạo điện áp điều khiển (thƣờng đƣợc xây dựng trên mạch PI) cho ra điện áp so sánh để làm tín hiệu cho mạch tạo xung đơn (có trƣờng hợp là xung chùm). Xung đơn đƣợc tạo ra này là xung quyết định thời điểm mở của van. Nếu dùng điều áp xoay chiều là 6 SCR đấu // ngƣợc thì cần có xung kép do đó có thêm mạch tạo xung kép. Khi có xung kép thì toàn bộ đƣợc khuếch đại, qua biến áp xung và điều khiển góc mở của van. - Sơ lƣợc là vậy, còn về công suất thì với đ/c từ khoảng vài chục k trở lên. Nhƣng trong cuộc sống hàng ngày, chính cái dimmer điều chỉnh quạt trần hay đèn củng là 1 bộ điều áp xoay chiều rồi đó. 2.2.2.2. Các đặc tính Các đặc tính tổng quát: - Khởi động và hãm mềm động cơ theo phƣơng pháp điều khiển mo-men TCSBảo vệ quá nhiệt cho động cơ - Bảo vệ cho động cơ khỏi qua tải và non tải với ngƣỡng bảo vệ và thời gian có thể hiệu chỉnh đƣợc, bảo vệ trƣờng hợp Roto bị khoá, điều khiển chiều quay (thứ tự pha) Đã cài đặt sẵn các tham số ngầm định để có thể khởi động ngay Có thể cài đặt thông số theo yêu cầu một cách đơn giản qua màn hình tích hợp sẵn hoặc bằng phần mềm (Powersuite) Điều khiển kết hợp Contactor nối tắt khi khởi động xong để tránh tổn hao nhiệt Có thể kết nối dạng cấu hình kép (2 động cơ) Các ngõ vào/ra đa chức năng Có thể khởi động và hãm mềm nhiều động cơ (dạng nối tầng) Tích hợp hình thức giao tiếp mạng kiểu Modbus Giao tiếp mạng kiểu FIPIO, Profibus DP, DeviceNet, Ethernet. 47
2.3. Đánh giá về khởi động mềm Khởi động mềm và tiết kiệm điện năng Về mặt công nghệ, có thể dễ dàng tích hợp vào khởi động mềm chức năng dịch lui pha của sóng điện áp để tiết kiệm điện năng khi động cơ làm việc ở chế độ nhẹ tải. Tuy nhiên, trên thực tế động cơ có thể tiêu tốn nhiều điện năng hơn khi sử dụng chức năng này. Chức năng tiết kiệm điện năng của khởi động mềm, nếu có, thực chất là nhằm vào việc cải thiện hiệu suất động cơ. Thực tế chế độ làm việc ảnh hƣởng đến phân nửa tổn hao của động cơ, nửa kia là tổn hao cơ (ma sát và thông gió). Nhƣ vậy, với động cơ có hiệu suất 95%, điện năng tiết kiệm đƣợc tối đa là 2.5%. Theo kết quả thực nghiệm, để đạt đƣợc mức tiết kiệm trên, động cơ phải giảm xuống dƣới 50% tải trong ít nhất 25% khoảng thời gian của chu trình làm việc. Những thiết bị cần thiết phải tiết kiệm điện năng nhƣ quạt và bơm lại hiếm khi làm việc dƣới 80% tải. Trong những ứng dụng này, việc tiết kiệm điện năng thực sự chỉ đạt đƣợc bằng cách giảm tốc độ động cơ. Đối với những ứng dụng khác mà việc tiết kiệm điện năng có thể cần tính đến nhƣ máy nén khí và băng tải, chu trình vận hành thƣờng có xu hƣớng buộc động cơ đột ngột quay lại trạng thái đầy tải. Việc áp toàn mômen tải lên trục động cơ lập tức nhƣ vậy có thể làm cho động cơ đang ở trạng thái non kích từ (để tiết kiệm điện năng) hút dòng lớn trong quá trình phục hồi mômen điện từ. Do đó, một phần hoặc tất cả điện năng đƣợc tiết kiệm trong lúc non tải sẽ tiêu hao trong quá trình quá độ này. Ngoài ra, để chức năng tiết kiệm điện năng hoạt động, chúng ta không thể sử dụng công tắc tơ nối tắt phần điện tử công suất trong khởi động mềm và do đó chịu thêm tổn hao và ảnh hƣởng của hòa tần bậc cao. Thông thƣờng khởi động mềm tiêu tán 3 watt cho mỗi ampe của dòng động cơ và cần phải trừ đi tổn hao này từ phần điện năng tiết kiệm đƣợc khi tính hiệu quả thực. 48
Nhƣ vậy, mặc dù nhiều nhà sản xuất giới thiệu chức năng tiết kiệm điện năng của khởi động mềm, thực tế rất khó đánh giá và hiệu quả kinh tế khi đƣa vào vận hành vẫn cần xem xét lại. 2.4. Một số loại khởi động mềm Thuật ngữ “khởi động mềm” đƣợc sử dụng rộng rãi cho nhiều công nghệ khác nhau. Các công nghệ này đều có một điểm chung là khởi động động cơ, tuy nhiên chúng có những điểm khác nhau rất lớn ở phƣơng pháp sử dụng và các ƣu điểm cũng khác nhau. Các khởi động mềm có thể đƣợc chia làm các loại sau đây : + Các bộ điều khiển mômen. + Các bộ điều khiển điện áp vòng lặp hở. + Các bộ điều khiển điện áp vòng lặp kín. + Các bộ điều khiển dòng điện vòng lặp kín. Các bộ điều khiển mômen tạo ra mômen khởi động thấp. Tùy thuộc vào thiết kế mà chúng chỉ điều khiển một hay hai pha. Do đó nó không có khả năng điều khiển dòng khởi động nhƣ thƣờng thấy trong các bộ điều khiển hiện đại. Các bộ điều khiển mômen một pha phải đƣợc sử dụng với một bộ tiếp điểm và bộ điều khiển quá tải động cơ. Chúng thích hợp cho các ứng dụng nhẹ cho tần số khởi động thấp và trung bình. Điều khiển ba cần đƣợc sử dụng cho các khởi động lặp hoặc đối với các tải trọng có quán tính lớn vì bộ điều khiển một pha sẽ tạo ra hiện tƣợng tăng nhiệt độ của động cơ trong quá trình khởi. Quá trình này xảy ra do dòng điện trong cuộn dây động cơ không đƣợc bộ điều khiển một pha kiểm soát. Các bộ điều khiển mômen hai pha phải đƣợc sử dụng với bộ bảo vệ quá tải động cơ nhƣng có thể khởi động và dừng động cơ không qua công tắc từ. Tuy nhiên điện áp vẫn điện áp vẫn còn tác động lên động cơ ngay cả khi 49
động cơ không hoạt động. Nếu lắp đặt theo phƣơng pháp này cần phải bảo đảm độ an toàn cần thiết và chỉ cho phép vận hành theo các quy định. Bộ điều khiển điện áp hở điều khiển tất cả ba pha và có tất cả các ƣu điểm về mặt điện và cơ khí. Các hệ thống này điều khiển điện áp đƣa vào động cơ các thông số đã đƣợc xác lập trƣớc và không có tín hiệu phản hồi của dòng khởi động. Hệ thống cung cấp cho ngƣời sử dụng khả năng điều khiển các tính năng khởi động cung cấp bằng cách thiết kế các điện áp khởi động, thời gian tăng tốc, thời gian giảm tốc. Dừng mềm cung cấp cho ngƣời thiết kế khả năng mở rộng việc dừng motor. Các bộ điều khiển điện áp vòng lặp hở phải đƣợc dùng chung với bộ vảo vệ quá tải động cơ và nếu cần thiết kế phải sử dụng công tắc từ để tạo thành một bộ tích hợp điều khiển động cơ. Các bộ điều khiển điện áp vòng lặp kín là một cải tiến của vòng lặp hở, hệ thống nhận tín hiệu phản hồi từ dòng khởi động và sử dụng tín hiệu này để ngừng việc giảm điện áp khi ngƣời sử dụng xác định giá trị tới hạn của dòng điện. Phƣơng thức cài dặt cũng tƣơng tự đối với điều khiển vòng hở nhƣng ngƣời sử dụng phải xác định thêm giá trị giới hạn dòng. Các thông số về cƣờng độ dòng điện đƣợc hệ thống sử dụng cho nhiều mục đích bảo vệ khác nhau. Các chức năng này bao gồm khả năng bảo vệ: quá tải động cơ, các pha không cân bằng, dòng điện yếu Và khi đó hệ thống cung cấp cả hai chức năng khởi động/ ngừng và bảo vệ động cơ. Điều khiển cƣờng độ dòng điện vòng lặp kín là phƣơng pháp hiện đại nhất cho các loại khởi động mềm. Không giống nhƣ các bộ điều khiển trên cơ sở điện áp, điều khiển cƣờng độ vòng lặp kín sƣ dụng cƣờng độ dòng điện nhƣ là một giá trị tham chiếu sơ cấp. Các ƣu điểm của phƣơng pháp này là khả năng điều khiển chính xác dòng khởi động và dễ điều chỉnh. Nhiều chế độ do ngƣời sử dụng xác lập trong hệ thống điều khiển điện áp vòng lặp kín có thể sử dụng cho các hệ thống điều khiển dựa trên cƣờng độ dòng điện. 50
Khởi động mềm ATS48 soft starter Altistar 48 Với giải pháp điều khiển mô-men TCS đƣợc cấp bằng phát minh độc quyền, Altistart 48 là một giải pháp lý tƣởng cho một hệ thống máy yêu cầu khả năng điều khiển hoàn hảo quá trình khởi động và hãm,đặc biệt cho hệ thống máy bơm và máy quạt. Altistart 48 hạn chế tổn hao năng lƣợng và giảm sự phát nóng của động cơ. Ngoài ra Altistart 48 còn dễ dàng tích hợp vào các hệ thống tự động hoá. Cho các ứng dụng trong dãy công suất từ 4 đến 1200kW - Bộ khởi động và dừng mềm, từ 17A đến 1200A - Tích hợp nhiều chức năng và giao thức truyền thông - Điện áp cung cấp: 220 đến 415VAC Hệ thống máy bơm Hệ thống máy quạt và các loại máy có quán tính lớn Máy nén khí Băng chuyền Các đặc tính tổng quát 51
Khởi động và hãm mềm động cơ theo phƣơng pháp điều khiển mo-men TCS. Bảo vệ quá nhiệt cho động cơ Bảo vệ cho động cơ khỏi qua tải và non tải với ngƣỡng bảo vệ và thời gian có thể hiệu chỉnh đƣợc, bảo vệ trƣờng hợp Roto bị khoá, điều khiển chiều quay (thứ tự pha) Đã cài đặt sẵn các tham số ngầm định để có thể khởi động ngay. Có thể cài đặt thông số theo yêu cầu một cách đơn giản qua màn hình tích hợp sẵn hoặc bằng phần mềm (Powersuite) Điều khiển kết hợp Contactor nối tắt khi khởi động xong để tránh tổn hao nhiệt Có thể kết nối dạng cấu hình kép (2 động cơ) Các ngõ vào/ra đa chức năng Có thể khởi động và hãm mềm nhiều động cơ (dạng nối tầng) Tích hợp hình thức giao tiếp mạng kiểu Modbus Giao tiếp mạng kiểu FIPIO, Profibus DP, DeviceNet, Ethernet. Ứng dụng: Hệ thống máy bơm Khử bỏ các hiện tƣợng quá áp suất và áp lực tác động lên hệ thống Bảo vệ chống vận hành khô (không tải), mất pha, đảo thứ tự pha hoặc ngay cả trong trƣờng hợp hiện tƣợng Roto bị kẹt Giảm sự phát nóng động cơ: tự động chuyển sang chế độ dừng tự nhiên khi lƣu lƣợng bơm giảm xuống mức thấp Hệ thống máy quạt và máy có quán tính lớn Khởi động mềm, giảm độ căng của giây xích truyền động hoặc hiện tƣợng trƣợt dây cua-roa Hạn chế hiện tƣợng quá dòng và sụt áp lúc khởi động 52
Nhận biết đƣợc trƣờng hợp Roto quay ngƣợc để có quá trình khởi động thích hợp Tạo mô-men hãm khi hãm dừng Khởi động mềm loại PSR Khởi động mềm loại PSR cho motor từ 3 đến 105 A Dòng định mức 3,9 đến 45A 1,5 đến 55kW tại 400 V. Điện áp motor 208 đến 600 V. Điện áp điều khiển 24 V DC hoặc 100 đến 240 V AC. Kết hợp Contactor By-pass. Công suất động cơ : - 1 pha 230V : 0,75kW-11kW. - 3pha 400V : 1,5kW-22kW. - 500V : 2,2kW-30kW. Khởi động và dừng mềm với khoảng điều chỉnh Start Ram : 1 10s ; Stop Ram : 0 20s. 53
Thực hiện 10 lần khởi động/giờ và 20 lần/giờ nếu có quạt làm mát. Cấp bảo vệ IP20. Dễ dàng lắp đặt và điều chỉnh. Lắp tay vis hay trên DIN rail. Khởi động mềm loại PSS Giải điện áp rộng 208-690 V AC. Điện áp điều khiển 100-120 và 220-240 V AC. Dòng làm việc 18 300 A (trực tiếp) và 30 515A (sao-tam giác). Có thể sử dụng khởi động trực tiếp hay sao-tam giác. Bao gồm chức năng đặt điện áp khởi động, thời gian khởi động, thời gian dừng. Chức năng cài đặt giới hạn dòng. 54
2.5. CÁC KHÁI NIỆM VỀ CÔNG SUẤT KHỞI ĐỘNG MỀM Công suất cực đại của khởi động mềm đƣợc tính toán sao cho nhiệt độ của linh kiện công suất (SCR) không vƣợt quá 125o. Năm thông số hoạt động tác động đến nhiệt độ của SCR là cƣờng độ dòng điện của motor, dòng điện khởi động, thời gian khởi động, số lần khởi động trong một thời gian, thời gian tắt. Công suất hiệu dụng của khởi động mềm phải đƣợc xem xét dựa trên tất cả các yếu tố này. Bản thân chỉ một yếu tố về cƣờng độ dòng điện không thể hiện đƣợc đầy đủ khả năng của khởi động mềm. Tiêu chuẩn IEC 60947-4-2 mô tả loại khởi động mềm AC53. Có hai loại AC53 nhƣ sau: 1. AC53a : Đối với khởi động mềm sử dụng không có công tắc mạch vòng (bypass). Ví dụ, AC53a sau mô tả một khởi động mềm có khả năng cung cấp một dòng điện cƣờng độ 256A và dòng khởi động 4.5xFLC (dòng điện đầy tải) trong 30s, mƣời lần khởi động trong 1 giờ khi motor chạy 70% của mỗi chu kỳ hoạt động (chu kỳ hoạt động = 60 phút/ số lần khởi động trong 01 giờ). Cƣờng độ dòng điện định mức : cƣờng độ dòng điện định mức cực đại khi đầy tải của motor khi kết nối với khởi động mềm đƣợc cho theo các thông số quy định trong mã AC53a. Dòng điện khởi động : dòng điện khởi động cực đại. Thời gian khởi động : thời gian motor tăng tốc. Chu kỳ tải: phần trăm của mỗi chu kỳ hoạt động của khởi động mềm. Số lần khởi động trong một giờ: số chu lỳ hoạt động trong một giờ 2. AC53b: Đối với các loại khởi động mềm sử dụng công tắc bypass. Ví dụ: mã số AC53b mô tả một khởi động mềm có khả năng bypass, cung cấp 55
một dòng điện 145A và dòng khởi động 4.5xPLC trong 30s với một khoảng thời gian tối thiểu 570s giữa thời điểm cuối của lần khởi động trƣớc và thời điểm đầu tiên của lần khởi động kế tiếp. Tổng kết, một khởi động mềm có nhiều cấp cƣờng độ dòng điện hoạt động khác nhau. Các cấp cƣờng độ dòng điện khác nhau tùy thuộc vào dòng khởi động các tính năng yêu cầu trong từng trƣờng hợp cụ thể. Để có thể so sánh đƣợc cấp cƣờng độ dòng điện của các khởi động mềm khác nhau điều cần chú ý là phải bảo đảm các thông số hoạt động khác giống nhau. Lựa chọn loại khởi động mềm chú ý để có thể hiểu đƣợc quá trình chọn lựa khởi động mềm điều quan trọng là phải có một kiến thức ban đầu về cấp độ hoạt động của khởi động mềm. Lựa chọn khởi động mềm có thể đƣợc thực hiện theo hai quy trình sau. Quy trình phổ biến nhất là tùy từng trƣờng hợp cụ thể của từng ứng dụng khác nhau và cùng với sự tham vấn của nhà cung cấp. 56
CHƢƠNG 3 NGHIÊN CỨU BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM PST 710 HÃNG ABB 3.1. ĐẶT VẤN ĐỀ ABB là một nhà lãnh đạo trong công nghệ điện và tự động hóa cho phép khách hàng tiện ích và ngành công nghiệp để cải thiện hiệu suất trong khi làm giảm tác động môi trƣờng. Tập đoàn ABB của các công ty hoạt động trong khoảng 100 quốc gia và sử dụng khoảng 130.000 ngƣời. ABB tại Việt Nam ABB tại Việt Nam là một phần của tập đoàn ABB, một nhà lãnh đạo toàn cầu trong công nghệ điện và tự động hóa cho phép khách hàng tiện ích và ngành công nghiệp để cải thiện hiệu suất của họ trong khi làm giảm tác động môi trƣờng .Tập đoàn ABB của các công ty hoạt động trong khoảng 100 quốc gia và sử dụng khoảng 120.000 ngƣời thành lập tại Việt Nam vào năm 1993, ABB gần đây đã có hơn 750 nhân viên làm việc tại ba khu vực trên khắp đất nƣớc để đảm bảo sự hiện diện trên toàn quốc của thƣơng hiệu ABB. Trụ sở chính và nhà máy biến áp đƣợc đặt tại Hà Nội, các văn phòng chi nhánh tại Thành phố Hồ Chí Minh, Đà Nẵng, Vũng Tàu, Bắc Ninh . cơ cấu Tập đoàn, ABB đƣợc tổ chức trong năm Sản phẩm bộ phận điện, hệ thống điện, sản phẩm điện áp thấp Tự động hóa quá trình và Tự động hóa rời rạc và chuyển động để phục vụ cho từng nhóm khách hàng một cách hiệu quả nhất . Hỗ trợ đến năm đơn vị kinh doanh, chúng tôi cung cấp đầy đủ các dịch vụ vòng đời từ các bộ phận phụ tùng và sửa chữa thiết bị đào tạo, chuyển đổi sang giám sát từ xa và hỗ trợ kỹ thuật từng thị trƣờng và ngành công nghiệp, chúng tôi cung cấp khách hàng của chúng tôi một đội ngũ chuyên dụng và thẩm quyền của doanh số bán hàng , dịch vụ chuyên nghiệp và kỹ thuật chuyên môn trong việc hỗ trợ của các phạm vi rộng lớn của Tập đoàn của các hệ thống và các sản phẩm điện và biến áp phân phối các nhà máy của chúng tôi là một trong các nhà máy ABB tập trung trên toàn thế giới . Chúng tôi sản 57
xuất một loạt các máy biến áp có công suất đến 63 MVA, điện áp đến 172 kV. Là ngƣời dẫn đầu thị trƣờng cả trong công nghệ và chất lƣợng, chúng tôi là nhà sản xuất máy biến áp lớn nhất tại Việt Nam. Chúng tôi cũng đang mở rộng ở các thị trƣờng xuất khẩu . Máy biến áp hiện nay của chúng tôi đƣợc xuất khẩu trên toàn khu vực Châu Á Thái Bình Dƣơng, phục vụ khách hàng từ Australia và New Zealand ở phía nam Nhật Bản và Hàn Quốc ở phía bắc. Qua nhiều năm, ABB tại Việt Nam đã thành lập chính nó nhƣ là một đối tác công nghệ đáng tin cậy và có thẩm quyền cho chính phủ, khu vực tƣ nhân trong và ngoài nƣớc và trở thành một trong những tên tuổi nổi tiếng trong công nghệ điện và tự động hóa tại Việt Nam. Khởi động mềm loại PST30 PST710, PSTB370 1050 Khởi động mềm loại PST đƣợc thiết kế với kĩ thuật tiên tiến nhất cho việc khởi động và dừng mềm động cơ. Khởi động mềm PST có chức năng bảo vệ động cơ cao cấp và tiêu chuẩn. Bốn phím nhấn với cấu trúc menu logic giúp dễ dàng trong lắp đặt, vận hành và sử dụng. Khởi động mềm loại PST có thể sử dụng trực tiếp hay sử dụng contactor By-pass. 58
Loại lớn PSTB370 PSTB1050 (200 560kW) đã đƣợc tích hợp sẵn contactor By-pass bên trong. Về nguyên lý thì các bộ khởi động mềm đều sử dụng các thyristor công suất lớn để làm van điều khiển điện áp đặt vào động cơ nhƣ đã trình bày ở các chƣơng trên thực chất bộ khởi động mềm là để tạo nên moment cần thiết thực hiện mục đích khởi động động cơ không đồng bộ công suất lớn trong khi có thể hạn chế dòng điện khởi động trong giới hạn cho phép, giữ cho việc khởi động an toàn các động cơ để thực hiện mục đích kĩ thuật này thì việc điều khiển thực hiện cho thyristor ở đây ngƣời ta phải sử dụng mạch phản hồi dòng điện này tạo nên, khả năng điều khiển chính xác hoàn toàn mang lại lợi ích về kinh tế đặc biệt là các động cơ phải khởi động và dừng liên tục. Trong thực tế bộ khởi động mềm chỉ làm việc ngắn hạn tức là thực hiện khởi động xong động cơ là kết thúc quá trình làm việc. Với một số trƣờng hợp có những động cơ chỉ khởi động một lần và làm việc rất nhiều giờ sau đó. Ở những đơn vị có nhiều nhóm động cơ phƣơng thức làm việc nhƣ vậy để tiết kiệm vốn đầu tƣ ban đầu ngƣời ta có thể sử dụng một bộ khởi động mềm dùng để khởi động cho hai hay nhiều động cơ cùng seri cùng công suất. Trong nhiều trƣờng hợp đó ngƣời ta phải sử dụng một số khí cụ bên ngoài đặc biệt là các thiết bị đóng cắt, để tạo nên một sơ đồ khởi động theo phƣơng thức nhƣ vậy. 3.2. THIẾT KẾ BỘ MẠCH KHỞI ĐỘNG HAI ĐỘNG CƠ CÓ CÔNG SUẤT 800KW SỬ DỤNG MỘT BỘ KHỞI ĐỘNG MỀM PST 710 HÃNG ABB 3.2.1 Đề suất sơ đồ hệ thống Để thực hiện mục đích sử dụng một bộ khởi động mềm cho hai động cơ cần một số các thiết bị động lực và điều khiển để xây dựng hệ thống cụ thể. Sơ đồ đề xuất nhƣ hình 3.1 59
- Nguyên lý hoạt động : + Khởi động động cơ P1 : Bƣớc 1: Mở cầu dao Q1 & Q10,công tắc tơ K20, K21, K22 phải mở Bƣơc 2: thao tác đóng Q1, Q10 Bƣơc 3: ấn nút để đóng K10, K12. Bƣơc 4: điều khiển cho động cơ mềm hoạt động để khởi động cho động cơ.bộ khởi động mềm sẽ tự khởi động khi quá trình khởi động kết thúc thành công thì tiến hành thao tác tiếp theo. Bƣơc 5: đóng công tắc tơ K11. Bƣớc 6: Mở 2 công tắc tơ K10 & K12 động cơ trực tiếp làm việc với lƣới.Đồng hồ ampe chỉ giá trị dòng của động cơ + Khởi động động cơ P2 : Sau khi P1 khởi động xong các công tắc tơ K10 & K12 đã đƣợc mở nếu P2 có nhu cầu khởi động thì ta sẽ tiến hành theo các bƣớc sau : Bƣơc 1: Đóng Q2 & Q20. Bƣớc 2: Mở công tắc tơ K21,đóng công tắc tơ K20 & K22. Bƣớc 3: Ấn nút khởi động mềm hoạt động. Khởi động mềm sẽ tự khởi động động cơ theo chƣơng trình. Bƣớc 4: Điều khiển đóng công tắc tơ K21 Bƣớc 5: Mở công tắc tơ K20 & K22. Động cơ làm việc với lƣới. đồng hồ ampe chỉ giá trị dòng của động cơ. 60
Hình 3.1. Sơ đồ 1 dây mạch động lực với 1 bộ khởi động mềm dùng 2 động cơ 61
Trong đó : - P1 , P2 là hai động cơ công suất 800kW hai động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha điện áp 380 (V) tần số 50 (Hz) - SSU là bộ khởi mềm Q1 , Q2 là các Aptomat CB trên bảng điện chính P 3UI cos (3.1) P 800000 I 1521(A) 3 cos U 3.0,8.380 - Chọn Q1o = 3000 (A) - Q1o , Q2o là hai Aptomat CB - K1o , K2o , K11 , K21 , K12 , K22 là các công tắc tơ - A1, A2 là hai đồng hồ ampe đo dòng điện - TH1 , TH2 là rơle nhiệt bảo vệ quá tải - CT11 , CT21 là hai biến dòng - T1 , T2 là hai biến áp cấp nguồn cho mạch điều khiển ngoài ra còn một số linh kiện phụ tải nhƣ cầu chì F1 , F2 các nút ấn điều khiển Stop, Ctril Hình 3.2. là sơ đồ ba dây của hệ thống khởi động một bộ khởi động mềm hai động cơ. 3.2.2. Thiết kế mạch động lực Sơ đồ hình 3.2. trình bày mạch động lực Trong đó : - F1 , F11 : Cầu chì - OVC : Bảo vệ quá nhiệt - CT11, CT12, CT21, CT22 : Biến dòng - K10, K11, K20, K21 : Aptomat 62
- T1, T2 : Máy biến áp - GND : Nối đất - SSU : Bộ khởi động mềm - R11, S11, T11, R21, S21, T21 : Các điểm nối 63
Hình 3.2. Sơ đồ đầy đủ mạch động lực 1 bộ khởi động mềm dùng cho 2 động cơ 64
3.2.3. Tính chọn mạch động lực Tính chọn Aptomat CB Q1o , Q2o Chọn : CB = 1,3. I =1,3.1521 (3.2) Ta có : P 3UI cos P 800000 I 1521(A) 3 cos U 3.0,8.380 - Chọn Q1o = 3000 (A) Có : Q1o = Q1 Q2o = Q2 - Chọn cáp : S I max (3.3) 3U đm P 800000 Mà S 1000000 (VA) = 1000 (KVA ) (3.4) cos 0,8 S 1000 I max 1519,34 (A) 3U đm 3.0,38 I max 1519 ,34 2 FKT 490.11 mm (3.5) J KT 3,1 3.2.4. Thiết kế mạch điều khiển - Sơ đồ hình 3.3. là sơ đồ mạch điều khiển cho bơm xung một. - Trong đó K1oa , Ko1b là rơle đóng điều khiển cho các động công tắc tơ K1o , K12 - K1o , K12 là công tắc tơ - K11 , K1ax là rơle điều khiển cho các công tắc tơ K1o , K12 - Các công tắc lựu chọn S1 , S13 65
S1 : là điều khiển chọn bơm có thể chọn bơm số 1 hoặc số 2 tùy ý chọn bằng tay. S13 : là công tắc lựu chọn vị trí điều khiển có thể chọn vị trí điều khiển tại chỗ, hoặc từ xa. - REMOTE PANEL : là khối điều khiển từ xa. - S1o : là nút khởi động - S11 : là nút stop 66
Hình 3.3. Sơ đồ mạch điều khiển động cơ số 1 với khởi động mềm 67
- Sơ đồ 3.4. là sơ đồ khởi động cho bơm số 2 trong đó K2o và K22 là công tắc tơ chính đã điều khiển cho các công tắc tơ này thì phải sử dụng các rơle Ko2a , Ko2b , K21 , K21ax Tƣơng tự. Nhƣ sơ đồ hình 3.3 - Trong đó K1oa , Ko1b là rơle đóng điều khiển cho các động công tắc tơ K1o , K12 - K1o , K12 là công tắc tơ - K11 , K1ax là rơle điều khiển cho các công tắc tơ K1o , K12 - Các công tắc lựu chọn S1 , S13 S1 : là điều khiển chọn bơm có thể chọn bơm số 1 hoặc số 2 tùy ý chọn bằng tay. S13 : là công tắc lựu chọn vị trí điều khiển có thể chọn vị trí điều khiển tại chỗ, hoặc từ xa. - REMOTE PANEL : là khối điều khiển từ xa. - S1o : là nút khởi động - S11 : là nút stop 68
Hình 3.4. Sơ đồ mạch điều khiển cho động cơ số 2 dùng khởi động mềm 69
- Sơ đồ 3.5 là sơ đồ mạch điều khiển kiểm tra toàn bộ khởi động mềm mạch này đƣợc nối vào bộ khởi động SSU. Trong đó : 1 , 3 , 5 là ba đầu nguồn đến. L1 L2 L3 2 , 4 là đầu nguồn ra. T1 T2 - GND : nối đất - SSU : bộ khởi động mềm - K01b , K02b là role đóng điều khiển cho các công tắc tơ K11 , K12 , K10 , 70
Hình 3.5. Sơ đồ đấu nối vào, ra bộ khởi động mềm 71
- Sơ đồ hình 3.6. là sơ đồ đo lƣờng và bảo vệ với 220V-5A chính là bộ bảo vệ quá tải cho động cơ cung cấp tín hiệu dòng cho các role nhiệt TH1AX là cuộn tác động còn TRIP1 là cuôn nhả. Ở đây sơ đồ này bảo vệ bơm số 1 72
Hình 3.6. Sơ đồ thiết bị bảo vệ và chỉ báo dùng cho khởi động mềm 73
Sơ đồ hình 3.7. sơ đồ đo lƣờng bảo vệ cho bơm số 2 hoàn toàn giống với hình 3.6. 74
Hình 3.7. Sơ đồ đấu nối khối khởi động từ xa 75
- Sơ đồ hình 3.8. là sơ đồ PANEL điều khiển từ xa với các nút ấn và đèn báo. 76
Hình 3.8. Tủ và sơ đồ lắp ráp các thiết bị trên tủ 77
3.2.5. Kiểm nghiệm đánh giá thiết kế Trên lý thuyết tƣơng đối hoàn chỉnh về bộ khởi động mềm với những tính năng : Hạn chế dòng khởi động động cơ. Điều khiển tăng áp từ từ cho đến khi giá trị định mức của nó. Bảo vệ động cơ, tăng tuổi thọ cho động cơ. Có thể kết hợp với những khí cụ điện khác để tránh quá nhiệt, quá tải cho động cơ. Ứng dụng bộ khởi động mềm sẽ đƣợc ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp đặc biệt là hệ thống bơm, hệ thống quạt, động cơ quán tính lớn, băng chuyền Các doanh nghiệp có thể tiết kiệm điện năng lớn và tăng tuổi thọ động cơ khi sử dụng bộ khởi động mềm. Tuy nhiên bộ khởi động mềmmà chúng em nghiên cứu so với bộ khởi động mềm đƣợc bán trên thị trƣờng thìthiết kế của chúng em còn rất nhiều hạn chế cả về tính năng và chất lƣợng. Qua thời gian em nghiên cứu đã hiểu tính năng và ứng dụng rất tốt của bộ khởi động mềm trên thị trƣờng hiện nay. Những hạn chế qua kết quả đạt đƣợc cho thấy đề tài nghiên cứu của chúng em còn rất nhiềuthiếu sót. Chúng em chỉ mới có thể nghiên cứu đƣợc bộ khởi động mềm để điềukhiển khởi động động cơ. Nghĩa là khi đóng điện thẳng vào lƣới điện để động cơ khởi động trực tiếp, động cơ sẽ giật mạnh và dòng khởi động sẽ tăng lên gấp 7- 8 lần dòng định mức và gây ra sụt áp gây ảnh hƣởng xấu đến các thiết bị điện khácđang hoạt động trong lƣới điện. Chƣa giải đƣợc những vấn đề mà bộ khởi độngmềm trên thị trƣờng đã làm đƣợc. Để hiểu rõ về bộ khởi động mềm thì tìm hiểumục khảo sát tính năng thực tế của bộ khởi động mềm 78
Kết Luận Đề tài : “ Các phƣơng pháp khởi động động cơ xoay chiều ba pha. Nghiên cứu bộ khởi động mềm PST 710 hãng ABB” đã hoàn thành với những công việc đƣợc tác giả thực hiện : - Nghiên cứu tổng quát các phƣơng pháp khởi động động cơ. - Nghiên cứu về nguyên lý các bộ khởi động mềm sử dụng bán dẫn công suất. - Nghiên cứu giới thiệu các bộ khởi động mềm của hãng ABB và các tính năng kỹ thuật của nó. - Thiết kế hệ thống khởi động mềm cho 2 động cơ không đồng bộ 3 pha công suất lớn sử dụng một bộ khởi động mềm hãng ABB. Đây là đề tài mang tính ứng dụng cao rất phù hợp với yêu cầu khai thác hiện nay trong công nghiệp. Khởi động mềm đã mở ra một phƣơng hƣớng ứng dụng mới và rất đa dạng trong tƣơng lai. Nếu có cơ hội tác giả còn tiếp tục nghiên cứu nâng cao để hiểu sâu sắc hơn về mảng thiết bị hiện đại này. 79
TÀI LIỆU THAM KHẢO 1. TS Nguyễn Tiến Ban (2008), Lý thuyết điều khiển tự động, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 2. GS TSKH Thân Ngọc Hoàn (2005), Máy điện, Nhà xuất bản xây dựng. 3. GS TSKH Thân Ngọc Hoàn, TS Nguyễn Tiến Ban (2007), Điều khiển tự động các hệ thống truyền động điện, Nhà xuất bản khoa học và kỹ thuật. 4. GS.TSKH Thân Ngọc Hoàn, TS Nguyễn Tiến Ban (2008), Trạm phát và lưới điện tàu thuỷ, Nhà xuất bản khoa học - kỹ thuật. 5. Ngô Hồng Quang, Vũ Văn Tẩm (2006), Thiết kế cấp điện, Nhà xuất bản khoa học kỹ thuật. 6. Phan Thị Thanh Bình, Phan Quốc Dũng, Phạm Quang Vinh, Phạm Thị Thu Vân, Phan kế Phúc, Nguyễn Văn Nhờ, Dƣơng Lan Hƣơng, Bùi Ngọc Thƣ, Tô Hứu Phúc, Nguyễn Bá Bạn, Nguyễn Thị Quang, Ngô Hải Thanh dịch (2009), Hướng dẫn thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn quốc tế IEC, Nhà xuất bản khoa học - kỹ thuật 80