Tìm hiểu và thiết kế cải tiến hệ thống điều khiển trạm bơm Đò Neo

cơ bơm nước chạy thì động cơ bơm mỡ cũng đồng thời chạy để bơm mỡ bôi trơn cho các ổ trục của máy bơm. Khi bơm mỡ bị quá tiristo thì rơle nhiệt (49-11) làm việc đóng tiếp điểm (1-4) cột 70 để duy trì cấp điện cho rơle trên. Đóng tiếp điểm (3-6) cột 82 cấp điện cho còi báo động (BZ-1) làm việc sẽ ngắt điện mạch còi. Và rơle bảo vệ tổng (86-1X1) làm việc mở tiếp điểm (1-4) cột 07 loại động cơ bơm ra khỏi nguồn điện. Đóng tiếp điểm (11-9) cột 108 cấp điện cho đèn (SL-114) sáng báo hiệu bơm mỡ bị quá tải. n> Bảo vệ khởi động thất bại: Khi khởi động cho bơm nước thì rơle thời gian (48PT-1) có điện để xác định thời gian khởi động. Nếu thời gian khởi động lâu không chuyển sang được 100% điện áp lưới thì rơle này sẽ làm việc đóng tiếp điểm thường đóng mở chậm (1-3) cột 71 cấp điện cho rơle (48PT-1X1) làm việc đóng tiếp điểm (1-3) cột 72 để duy trì cấp điện cho rơle. Đóng tiếp điểm (8-6) cột 83 cấp điện cho còi báo động (BZ-1), rơle thời gian (BZT-1) và rơle bảo vệ tổng (86-1X1) làm việc để mở tiếp điểm (1-4) cột 07 loại động cơ khỏi nguồn điện. * Các sơ đồ hệ thống điều khiển trạm bơm Đò Neo: Chương 3: thiết kế Cải tiến hệ thống điều khiển khởi động trạm bơm sử dụng công nghệ PLC. 3.1 Giới thiệu về công nghệ PLC: Trong phương pháp thiết kế các hệ thống điều khiển, thông thường để thực hiện thiết kế một quá trình điều khiển tự động nào đó bằng công nghệ PLC người thiết kế cần hiểu rõ các đầu vào, các đầu ra của quá trình công nghệ. Trong quá trình thiết kế, việc đơn giản hoá hàm điều khiển không còn cần thiết nữa.Việc thay đổi điều chỉnh nguyên lý điều khiển cũng như nâng cấp hệ thống khi sử dụng bằng phương pháp tổng hợp cũ rất khó khăn, tốn kém và mất thời gian. Mặt khác, khi muốn thay đổi hệ thống điều khiển để phù hợp với yêu cầu công nghệ thì người thiết kế phải lựa chọn thiết bị, đấu lại dây, kiểm nghiệm hệ thống rồi mới đưa vào sử dụng. Ngoài ra tùy thuộc vào điều kiện làm việc hệ thống thưòng hay nhạy cảm với môi trưòng như nhiễu, không tin cậy. Để khắc phục những nhựoc điểm mày người ta sử dụng bộ điều khiển lôgíc lập trình được PLC – Programable Logic Controller. Trong PLC các phần tử điều khiển cơ bản đã được tích hợp và điều khiển sẵn, việc liên kết các phàn tử thành một sơ đồ lôgic các phần tử được thực hiện bằng cách lập trình bằng ngôn ngữ lập trình bậc thấp. Các thiết bị đóng vai trò là đầu vào ví dụ như: các công tắc, cảm biến…; các thiết bị đóng vai trò là các đầu ra như: các đèn tín hiệu, các công tắc tơ,…đều được nối với PLC qua các mô đun chuẩn hoá. Chương trình định nghĩa phương thức điều khiển của hệ thống được xây dựng bởi người lập trình. Khi muốn thay đổi công nghệ chỉ cần thay đổi chương trình trong bộ nhớ của hệ. Do đó thay đổi hay mở rộng hệ thống được thực hiện dễ dàng mà không cần bất kỳ sự sửa đổi nào về phần cứng. Tính linh hoạt và khả năng mở rộng các ứng dụng là tính năng ưu điểm nổi bật của PLC. Đối với các hệ thống đòi hỏi hệ điều khiển cả chất và lượng thì có thể ứng dụng PLC có tính năng cao với khả năng điều khiển tương tự thực hiện điều khiển phức tạp như bộ PID. Ngoài nhưng khả năng trên, công nghệ PLC còn có thể cho phép việc ghép nối với nhau thành thành một mạng lớn, thống nhất, để điều khiển những nhà máy rất lớn. Do những đặc điểm nổi bật trên mà PlC đã trở thành một thiết bị điều khiển mạnh, cho phép điều khiển từ đơn giản tới phức tạp trong nhiều lĩnh vực như: trong công nghiệp, trong xây dựng, nông nghiệp, dân dụng… 3.2. Giới thiệu về bộ điều khiển PLC CQM1- OMRON. Trong thực tế có rất nhiều bộ điều khiển PLC được ứng dụng tỏng sản xuất công nghiệp nhưng bộ điều khiển PLC CQM1 của OMRON là có tính năng cao nhất điều khiển linh hoạt và tối ưu hơn cả. 3.2.1. Phần cứng: Chức năng của bộ vi xử lý là xử lý tín hiệu từ bên ngoài vào sau đó đưa tín hiệu ra theo yêu cầu đươc thiết kế. Trong hệ thống có bộ chuyển đổi A/D và D/A dùng để xử lý tín hiệu tương tự. CPU CPU là bộ xử lý trung tâm, là bộ não của hệ, nó co nhệm vụ điều khiển và đồng bộ háo toàn bộ hoạt động của hệ thống như thực hiẹn chương trình, so lệch sự cố,… Bộ nhớ Bộ nhớ trung tâm là nơi chứa và cất dữ chương trình và dữ liệu. Bộ nhớ trung tâm có hai thành phần là bộ nhớ RAM và bộ nhớ ROM. + Bộ nhớ ROM. ROM lf bộ nhớ cố định, do tính chất ROM không thẻ ghi được bằng xung điện thường, tức không bị xoá khi mất điện nên được dùng để chứa các chương trình điều khiển của bộ vi xử lý. + Bộ nhớ RAM. RAM là bộ nhớ động. RAM có đặc điểm là thông tin có thể đọc ra hay viết vào một cách tuỳ ý nhưng thông tin sẽ bị mất khi mất nguồn. RAM có thể được dùng để nạp phần còn lại củ hệ điều hành, các chương trình ứng dụng khác, số liệu và trạng thái hoạt động của hệ thống trong quá trình làm việc. RAM tĩnh: Static RAM (S-RAM) RAM động: Dynamic RAM (D-RAM) Cổng vào, ra: Việc trao đổi thông tin giữa CPU với ngoại vị thông qua các cổng vào, ra . Do ngoại vi đa dạng nên việc trao đổi thông tin được thực hiện với nhiều cách và được thực hiện bởi các khối vào, ra (I/O). Bus: + Bus địa chỉ: là hệ thống đường truyền dây dẫn song song để CPU xác định địa chỉ của các thành phần trong quá trình làm việc. + Bus dữ liệu: là hệ thống đường truyền dây dẫn song song dùng để trao đổi dữ liệu giữa CPUvới các thành phần bên ngoìa và giữa các thành phần với nhau. + Bus điều khiển: là hệ thống các đường truyền dây dẫn dùng để truyền tins hiệu cần thiết giúp cho CPU điều khiển việc trao đổi dữ liệu, xử lý sự cố hay đồng bộ hoá toàn hệ thống. Clock: Clock lf khâu tạo xung đồng hồ. Cửa ra xung đồng hồ được dùng để đồng bộ với thiết bị bên ngoài. Các chân còn lại là chân địa chỉ, số liệu, điều khiển. 3.2.2. Phần mềm: Phần mêm là chương trình do người lập trình lập ra để giải quyết bài toán đặt ra khi thiết kế. Trong hệ thống, để thuận tiện cho người sử dụng là các đối tượng khác nhau với bài toán khác nhau, thường phần mềm được phân lớp. Các lớp trong là các chương trình điều khiển, các dữ liệu cố định,… làm nhiệm vụ trung gian giữa người và máy. Các lớp ngoài là chương trình do người lập trình viết ra để giải quyết bài toán điều khiển, các chưonưg trình này khi thực hiện sẽ được nạp vào trong RAM, khi phần cứng thực hiện xong chương trình đó thì bài toán được giải quyết. TIM# SV Timer. Timer được dùng để tạo thời gian trễ. Ký hiệu: Trong đó: #: chỉ số của Timer. SV: khoảng thời gian đếm. Timer sẽ hoạt động khi điều kiện đầu vào là “ON” và bị xoá khi điều kiện đầu vào là “OFF”. Ngay sau khi điều kiện đầu vào là “ON” thì “Timer” sẽ bắt đầu đếm giảm dần về giá trị 0. Nếu điều kiện đầu vào là “ON” và đủ để “Timer” đếm về giá trị 0 thì bit ra của “Timer” sẽ là “ON” cho tới khi “Timer” bị “Reset”. CTN: Là bộ đếm dùng để dếm các sự kiện. CNT # SV Ký hiệu: CP R Bộ đếm (CNT) là bộ đếm lùi đặt trước. Nghĩa là nó giảm một bước đếm khi một tín hiệu tại đầu ào chuyển từ OFF sang ON. Bộ đếm phải được lập trình với một đầu vào đếm, một đầu vào hồi phục, một số đếm và giá trị đặt SV(Set Value) có thể biến thiên từ 0000 đến 9999. Bộ ghi dịch: Bộ ghi dịch (SFT) dịch chuyển một dữ liệu 16 bit trong một kệnh xác định bởi 1 bit. Một dấu lệnh này dịch chuyển trong khoảng các kênh, cả một kênh khởi động, một kênh kết thúc phải được xác định như một dữ liệu. Ký hiệu thang: SFT(10) S E IN CP R Keep: Keep dùng làm rơ le chôt (duy trì). Nó duy trì trạng thái ON hoặc OFF củ 1 bit cho đến khi một trong hai đầu vào của nó tác động (S –bật bit lên ON hoặc R bật bit sang OFF). Keep được dùng với các bit trong vùng HR thì trạng thái của nó vẫn được duy trì ngay cả khi đã mất nguồn (lưu trạng thái khi mất nguồn). KEEP(11) 10000 DIFU (13) vàDIFD (14): DIFU và DIFU kích thích một bit được chỉ thị lên trạng thái ON trong một lần quét. DIFU bắt đầu ra của nó lên ON khi no phát hiện ra sự chuyển từ OFF sang ON ở tín hiệu đầu vào của nó. DIFD bắt đầu ra của nó lên ON khi nó phát hiện ra sự chuyển từ ON sang OFF ở tín hiệu đầu vào của nó. Chuyển - MOV (21): MOV chuyển dữ liệu qua nguồn (hoặc dữ liệu qua một kênh định trước hoặc một hằng số Hẽadecimal 4 số) đến một kênh đích. Như vậy MOV yêu cầu hai dữ liệu phải được xác định: Kênh nguồn hoặc hằng số và kênh đích. MOV S D Ký hiệu giản đồ thang: So sánh- CMP (20): CMP dùng để so sánh dữ liệu trong một kênh qui định dữ liệu trong kênh khác hoặc với một hằng số 4 số, Hẽaccimal. Như thế cần phả qui định hai dữ liệu ngay sau lệnh CMP. Một trong các dữ liệu phải là một kênh. Ký hiệu thang: CMP(20) CP 1 CP 2 Cộng – ADD: ADD cộng các dữ liệu ở hai kênh khác nhau hoặc một kênh với một hằng số sau đó đưa tổng số voà kênh thứ 3. Như vậy ba dữ liệu cần được phân biệt: số cộng và số bị cộng và kết quả. Ký hiệu thang: ADD(30) Au Ad R Trừ – SUB(31): SUB tìm ra sự khác nhau gữa dữ liệu trong một kênh và ở kênh khác hoặc là hằng số, sau đó kết quả đến một kênh thứ ba. Vì vậy 3 dữ liệu phải được phân biệt, một số trừ và một số bị trừ và một kênh kết quả. SUB(31) MI Su R 3.3. Các vấn đề chính khi sử dụng PLC: 1. Đầu vào: Số lượng đầu vào phụ thuộc vào PLC, loại đầu vào (logic, analog). Địa chỉ đầu vào là được đánh số, được tín hiệu hoá. Đầu vào được ghép quang cách li với bộ não. 2. Đầu ra: Số lượng đầu ra phụ thuộc vào PLC, đầu ra chia làm hai loại. + Loại đầu ra ghép rơ le. + Loại đầu ra ghép transitor. Địa chỉ đầu ra được đánh số,được tín hiệu hoá, được ghép rơ le ghép quang cách li với bộ não. Khả năng đầu ra tương thích với thiết bị công nghiệp. 3. Thời gian quét và chu kỳ quét: - Thời gian quét Thời gian thực hiện một chu kỳ gọi là chu kỳ quét, thời gian phụ thuộc loại PLC độ dài chương trình, thời gian giao tiếp. Thời gian quét thể hiện phản ứng của PLC với thay đổi của ngoại vi. Chu kỳ quét Quá trình làm việc của PLC có tính chu kỳ gồm có 3 giai đoạn. ADD(30) Au Ad R + Đọc dữ liệu. + Thực hiện chương trình. + Chu kỳ phụ (chu kỳ kiểm tra chuẩn đoán). 4. Ngôn ngữ lập trình: Hiện nay hay dùng nhất là: lập trình bằng ngôn ngữ giản đổ thang tương tự mạch điều khiển, ngôn ngữ này khá đơn giản và dễ làm. Ngôn ngữ khối logic điện tử, ngôn ngữ mã lệnh. 5. Các bước lập trình PLC: Tìm hiểu yêu cầu công nghệ và bổ xung các yêu cầu cần thiết. Chọn PLC, phân công đầu vào ra. Dựng lưu đồ các bước PLC thực hiện của hệ thống. Phiên dịch lưu đồ sang giản đồ thang. Lập trình giản đồ thang vào PLC. Kiểm tra mô phỏng hiện thực chương trình. Nối các thiết bị vào ra với PLC. Chạy thử chương trình. 6. Lợi thế của việc dùng vào PLC trong tự động hoá: Thời gian lắp đặt công trình ngắn. Dễ dàng thay đổi mà không gây tổn thất tài chính. Có thẻ tính toán chính xác được giá thành. Cần ít thời gian huấn luyện. Dễ dàng thay đổi thiết kế nhờ phần mềm. ứng dụng điều khiển trong phạm vi rộng. Dễ bảo trì: các chỉ thị vào ra giúp xử lý sự cố tốt hơn và nhanh hơn. Độ tin cậy cao. Chuẩn bị được phần cứng điều khiển. Thích ứng trong môi trường khắc nghiệt: nhiệt độ, điện áp, dao động, tiếng ồn. 3.4. Chọn PLC cho hệ điều khiển: Hệ thống điều khiển trạm bơm Đò Neo làm việc được cả hai chế độ. Đó là chế độ độc lập và chế dộ liên động. Chế độ độc lập: Động cơ bơm nước và động cơ bơm mỡ điều khiển độc lập với nhau, với điều kiện là động cơ bơm mỡ phải khởi động trước sau đó mới cho phép động cơ bơm nước khởi động. Chế độ liên động. Chế độ này cả hai động cơ trên điều khiển khởi động chung trên một mạch điều khiển bơm nước, nhưng cũng phải đáp ứng điều kiện trên. Để động cơ bơm nước khởi động ngoài điều kiện trên thì cần phải có thêm các điều kiện sau: Mực nước bể hút phải đủ trên mức cho phép bơm chạy. Điện áp nguồn cấp phải đảm bảo điện áp làm việc của động cơ bơm. Thứ tự các pha phải đúng. Dòng điện chạm đất không được lớn quá mức cho phép. Không để động cơ bơm mỡ làm việc quá tải. Lượng mỡ bôi trơn cho các ổ trục động cơ bơm nước không được quá ít. Hai bơm không được phép khởi động cùng một lúc. Nhiệt độ máy biến áp tự ngẫu, cuộn dây stato, ổ trục bơm và bơm mỡ không được quá cao. Nếu không có lỗi nào xảy ra thì bơm mới được phép khởi động. Mỗi trạng thái của máy bơm nước và bơm mỡ hoặc của hệ thống đều phải được báo bằng đèn và còi báo động. 3.5 Sơ đồ Lader điều khiền: Hình 3.1 sơ đồ thời gian của quá trinh công nghệ như sau: Chương 4: Thiết kế bộ khởi động mềm cho động cơ bơm 4.1. Các phương pháp mở máy động cơ không đồng bộ: Theo yêu cầu của sản xuất, động cơ không đồng bộ lúc làm việc bình thường phải mở máy và ngừng máy nhiều lần. Tuỳ theo tính chất của tải và tình hình của lưới điện mà yêu cầu về mở máy đối với động cơ điện cũng khác nhau. Có khi yêu cầu mômen mở máy lớn, có khi cần hạn chế dòng điện mở máy và có khi cần cả hai. Những yêu cầu trên đòi hỏi động cơ điện phải có cách mở máy thích ứng. Khi mở máy một động cơ điện cần xét đến những yêu cầu cơ bản sau: Phải có mômen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải; Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt; Phương pháp mở máy đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn; Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng thấp càng tốt. Những yêu cầu trên thường mâu thuẫn với nhau như khi đòi hỏi dòng điện mở máy giảm theo hoặc cần thiết bị đắt tiền. Vì vậy mà cần phải căn cứ vào điều kiện làm việc cụ thể mà chọn phương pháp mở máy thích hợp. Trong quá trình mở máy thì mômen mở máy là đặc tính chủ yếu nhất. Phương trình cân bằng về mômen. M – Mc= MJ = J Trong đó: M, Mc: mômen điện từ và mômen cản. MJ: mômen quán tính. Khi khởi động ở chế độ điện áp định mức, dòng điện mở máy bằng 5 đến 7 lần dòng điện định mức. Dòng điện này làm cho bản thân máy nóng lên mà còn làm cho điện áp lưới sụt nhiều nhất là có công suất nhỏ. Do dòng điện lúc mở máy rất lớn nên chúng ta phải có nhưng phương pháp để hạn chế dòng lúc mở máy. Sau đây là một số phương pháp mở máy. 4.1.1. Phương pháp mở máy trực tiếp của động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc: Đây là phương pháp mở máy đơn giản nhất, chỉ việc đóng trực tiếp động cơ điện vào lưới điện là được. Nhưng lúc mở máy trực tiếp, dòng điện mở máy tương đối lớn. Nếu quán tính của tải tương đối lớn, thời gian quá tải quá dài làm cho nóng máy và ảnh hưởng đến điện áp của lưới điện. Nhưng nếu nguồn điện tương đối lớn và động cơ công suất vừa và nhỏ thì nên dùng phương pháp này vì mở máy nhanh, đơn giản. Sơ đồ khởi động: Ul Hình 4-0. Mở máy trực tiếp động cơ điện không đồng bộ. D1 4.1.2. Phương pháp mở máy bằng hạ điện áp: Mục đích của phương pháp này là giảm dòng điện mở máy nhưng đồng thời mômen mở máy cũng giảm xuống, do đó đối với những tải yêu cầu co mômen mở máy lớn thì phương pháp này không dùng được. Tuy vậy, đối với những thiết bị yêu cầu mômen mở máy nhỏ thì phương pháp này rất thích hợp. Có những cách hạ điện áp: 1.Nối điện kháng nối tiếp vào mạch điện stato: - Sơ đồ mạch lực: Ul D1 D2 I’ U’ Hình 4- 1. Hạ áp mở máy bằng điện kháng Khi mở máy trong mạch điện stato đặt nối tiếp một điện kháng. Sau khi mở máy xong bằng cách đóng cầu dao D2 thì điện kháng này bị nối ngắn mạch. Điều chỉnh trị số của điện kháng thì có thể có được dòng điện mở máy cần thiết. Do có điện áp giáng trên điện kháng nên điện áp mở máy trên đàu cực động cơ điện U’k sẽ nhỏ hơn điện áp lưới Ul. Gọi dòng điện mở máy và mômen mở máy trực tiếp là Ik và Mk. Sau khi thêm điện kháng vào, dòng điện mở máy còn lại I’k = kIk trong đó: k < 1. Nếu cho rằng khi hạ điện áp mở máy, tham số máy điện vẫn giữ không đổi thì khi dòng điện mở máy nhỏ đi, điện áp đầu cực động cơ điện sẽ bằng U’k = kUk. Vì mômen mở máy tỷ lệ với bình phương của điện áp nên lúc đó mômen mở máy bằng M’k = k2Mk. 2. Dùng biến áp tự ngẫu hạ điện áp mở máy: Sơ đồ sử dụng biến áp tự ngẫu T, bên cao áp của máy biến áp nối với lưới điện, bên hạ áp nối với động cơ điện. Sau khi mở máy xong thì cắt T ra (bằng cách đóng cầu dao D2 và mở D3 ra). Gọi tỷ số biến đổi điện áp của biến áp tự ngẫu là kT (kT < 1) thì Uk’ = kTUl Do đó dòng điện mở máy và mômen mở máy của động cơ điện sẽ là: I’k = kTIk và M’k = kT2Mk. Gọi dòng điện lấy từ lưới vào là Il (dòng điện sơ cấp của biến áp tự ngẫu) thì dòng điện đó bằng: Il = kTI’k = kT2Ik. So với phương pháp mở máy trên ta thấy, khi chọn kT = 0,6 thì mômen mở máy vẫn bằng Mk’ = 0,36Mk nhưng dòng điện mở máy lấy từ lưới vào nhỏ hơn nhiều: Il = kT2Ik = 0,36Ik. Ngược lại khi lấy từ lưới vào một dòng điện mở máy bằng dòng điện mở máy của phương pháp trên thì với phương pháp này ta có mômen mở máy lớn hơn. Đó là ưu điểm của phương pháp dùng biến áp tự ngẫu hạ thấp điện áp. Tuy nhiên nó có nhược điểm là: chi phí lắp đặt lớn, thiết bị cồng kềnh phức tạp. Khi đóng mở máy thì phát sinh tia lửa điện. D1 IL D2 Ik, D3 Uk, Hình 4- 2. Hạ áp mở máy bằng biến áp tự ngẫu 3. Mở máy bằng phương pháp Y - D: Phương pháp mở máy Y - D thích ứng với những máy khi làm việc bình thường đấu tam giác. Khi mở máy ta đổi thành Y, như vậy đưa vào hai đầu mỗi pha chỉ còn có . Ul Hình 4- 3. mở máy Y-D D1 làm việc mở máy Sau khi máy đã chạy rồi, đổi lại thành cách đấu tam giác. Khi mở máy thì đóng cầu dao D1 còn cầu dao D2 thì đóng về phía dưới, như vậy máy đấu Y. Khi máy đã chạy rồi thì đóng cầu dao D2 về phía trên, máy đấu theo tam giác. Theo phương pháp Y - D thì khi dây quấn đấu Y, điện áp pha trên dây quấn là: Ukf = Ul. Ta có: I’kf = Ik và M’k = Mk. Do khi đấu Y để mở máy thì dòng điện pha bằng dòng điện dây mà khi mở máy trực tiếp thì máy đấu tam giác (khi ấy Ukf = Ul và Ik = Ikf) cho nên khi mở máy đấu Y thì dòng điện bằng: Il = I’kf = Ik = Ik, nghĩa là dòng điện và mômen mở máy đều bằng dòng điện và mở máy khi mở máy trực tiếp. Trên thực tế trường hợp này tương tự như dùng một biến áp tự ngẫu để mở máy mà tỷ số biến đổi điện áp kT = . Ưu điểm là đơn giản và dễ vận hành. Nhược điểm là động cơ bơm được chế tạo theo cấp điện áp là 380/660, khi đóng mở cầu dao có phát sinh tia lửa điện. 4. Phương pháp dùng bộ khởi động mềm: Bằng cách thay đổi góc điều khiển a ta có được điện áp và dòng điện mở máy cần thiết. Ưu điểm là khởi động êm, không phát sinh tia lửa điện, vận hành đơn giản, an toàn và độ tin cậy rất cao. * Tóm lại với tất cả các phương pháp hạ điện áp mở máy nối trên thì phương pháp mở máy bằng bộ khởi động mềm là có ưu điểm hơn cả. Phương pháp này tuy chưa được sử dụng nhiều do cần phải có trình độ kỹ thuật để sửa chữa. Nhưng trong thời gian tới phương pháp này sẽ được phổ biến do nó có rất nhiều ưu điểm như: khởi động êm không phát sinh tia lửa điện vận hành đơn giản, độ tin cậy cao, dải điện áp rộng đáp ứng được mọi nhu cầu của tải để khởi động. Trạm bơm Đò Neo hiện nay sử dụng phương pháp khởi động bằng biến áp tự ngẫu. Biến áp này có 3 mức điều chỉnh hạ áp mở máy là: 50%, 65% và 85%. Tuỳ theo dòng điện mở máy và mômen mở máy và người ta điều chỉnh hạ điện áp mở máy cho phù hợp. Ul T1 T4 T3 T6 T5 T2 Hình 4- 4. Phương pháp dùng bộ biến đổi. 4.2. Thiết kế bộ điều chỉnh xung áp xoay chiều ba pha: 4.2.1. Bộ điều áp xoay chiều ba pha: Trong thực tế bộ điều chỉnh xung áp xoay chiều ba pha rất hay được dùng để điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha. Nếu bộ biến đổi xung áp ba pha được ghép từ ba bộ biến đổi một pha và có dây trung tính thì dòng qua mỗi pha sẽ không phụ thuộc vào dòng của các pha khác. Các biểu thức tính a,l và j: Phương trình mô tả quá trình thay đổi dòng điện khi tỉ dẫn điện trong khoảng (a Ê l Ê a + P) như sau: Umsinq = L.R + v.L l- khoảng dẫn của tirsto. Giải phương trình ta tìm được: i(q)=sin (q-j) + A.e j = arctg A là hằng số tích phân, được tính theo điều kiện q=a thì i=0 Ta có: I(q)= Khi ; i(t)=0 thay vào phương trình trên ta có: Đây là phương trình để xác định thời gian dẫn điện của tirsto(l) Khi a>j, dòng tải mang tính gián đoạn; còn khi a<j, dòng sẽ liên tục và điện áp trên tải sẽ không thay đổi. Như vậy khả năng điều chỉnh điện áp chỉ có thể xảy ra khi góc dẫn của tirsto nằm trong khoảng . Khi tăng góc điều chỉnh sẽ làm giảm thời gian dẫn dòng qua tirsto. Với mỗi giá trị nào đó, dòng trong một pha sẽ giảm về không trước khi mở tirsto của pha sau. Như vậy sẽ xuất hiện những khoảng thời gian không có dòng tải và khoảng dẫn của tirsto sẽ bị giảm đến giới hạn nhỏ hơn 600. Khi bộ biến đổi xung áp ba pha được đấu sao, không có dây trung tính, quá trình điện từ trong mạch hoàn toàn khác với sơ đồ trên, vì quá trình dẫn dòng trong một pha phải tương thích với quá trình dẫn dòng trong các pha khác (hình 4-6). Để đảm bảo lượng sóng hài là tối thiểu, các góc mở của tiristo phải bằng nhau, do đó mỗi van lần lượt được mở cách nhau 600và có khoảng dẫn điện bằng nhau. Khi mỗi pha có một tiristo dẫn điện, lúc này tải của ba pha (Za, Zb,Zc) đều được đấu vào nguồn và tạo thành hệ ba pha đối xứng (giả thiết tải thuần trở Za = Zb = Zc = R). Hình 4-6.Bộ biến đổi xung áp không có dây trung tính T 1 T 3 T 5 T 4 T 6 T 2 Đường cong điện áp trên tải (UZA) được xây dựng theo quy tắc sau: Khi cả ba tiristo của ba pha đều dẫn điện thì điện áp trên tải sẽ trùng với điện áp pha của nó (UZA = Ua, UZB = Ub, UZC = Uc). Khi chỉ có hai tiristo dẫn điện thì điện áp trên tải sẽ bằng một nửa điện áp dây của hai pha mà có hai tiristo dẫn điện (ví dụ UZA = UAB/2 trong khoảng T1 á T6 và UZC = UAC/2 trong khoảng T4 á T5). Giá trị hiệu dụng của điện áp trên tải được tính theo biểu thức sau: UZA = UZA – giá trị hiệu dụng; uZA – giá trị tức thời. Hình 4-7. Phụ tải thuần trở Ua t Ub Uc t t t t t t T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 a l t U AC/2 U a a U AC/2 Do giá trị trong căn là giá trị bình phương nên: UZA = = = ua- Các giá trị tức thời của điện áp pha; uab, uac - gía trị tức thời của điện áp dây. Thay các giá trị ua ,uab, uac ta tính được giá trị hiệu dụng của điện áp pha: Uhd = , 0<a < 600 Uhd = , 600 <a < 900 Uhd = , 900 <a < 1500 Dạng đồ thị điện áp trên tải đối với pha a ứng với góc a = 600 được thể hiện trên hình 4-6 tải thuần trở. Dễ dàng nhận thấy khi a ³ 600, bất kỳ thời điểm nào cũng chỉ có hai van dẫn, nên điện áp trên tải sẽ được tạo bởi các đường cong , . Khi tải mang tính trở kháng sẽ có ba chế độ làm việc: Nếu a< j, dòng tải và điện áp trên tải sẽ là hình sin vì lúc này các van đều dẫn điện trong một nửa chu kỳ (l = p), và ở bất cứ thời điểm nào cũng có ba van của ba pha dẫn điện. Do đó: UZA= Ua = Umsinq IZA = Nếu j < a< agh , agh là giá trị mà vẫn còn tồn tại chế độ cả ba van thuộc về ba pha vẫn dẫn điện. Lúc này đường cong điện áp trên tải sẽ có dàng như trên hình vẽ 4-8. Trong mỗi nửa chu kỳ sẽ có ba đoạn mà uZA = ua, hai đoạn còn lại uZA = và một đoạn uZA = 0. Như vậy cả ba tiristo dẫn điện thì: uZA = Umsinq = t Ua Uab/2 Uac/2 Uza Hình 4-8. Đồ thị điện áp pha A, ứng với a =60° Khi hai tiristo của pha a và pha b dẫn ta có:4 uZA= = Khi hai tiristo của pha a và pha c dẫn ta có: uZA= = Khi tiristo của pha a khoá: uZA = 0 u a u ac/2 t c) a > a gh Hình 4-9. Đồ thị điện áp trên tải, khi tải trở cảm và với các giá trị a khác nhau. T 5 T 5 T 3 T 4 T 1 T 4 T 5 T 6 T 6 T 3 T 4 T 1 T 6 T 6 u ab/2 U 2a c) Khi agh< a < 1500 đường cong điện áp sẽ tương ứng với hình 4-8c. và mỗi nửa chu kỳ sẽ có hai đoạn mà UZA = UAB/2 hoặc UZA = UAC /2. Đối với các đoạn còn lại UZA = 0, chế độ này ứng với trạng thái chỉ có hai van của hai pha dẫn điện. Và góc điều khiển lớn nhất là amax =1500. 4.2.2. Thiết kế mạch điều khiển: 4.2.2.1. Nguyên lý thiết kế mạch điều khiển: Về nguyên lý, trong mạch điều khiển, van bán dẫn được mắc vào lưới điện xoay chiều hoàn toàn giống như chỉnh lưu. Mạch động lực được lựa chọn là hai tiristo mắc song song ngược, do đó cần có hai xung điều khiển trong mỗi chu kỳ. Mạch điều khiển có thể sử dụng sơ đồ hoàn toàn giống điều khiển chỉnh lưu một pha cả chu kỳ, với mỗi tiristo có một mạch điều khiển độc lập. Khi sử dụng sơ đồ mạch điều khiển chỉnh lưu cho điện áp xoay chiều, có thẻ xuất hiện khả năng hai tiristo điều khiển không đối xứng, do các linh kiện của hai mạch điều khiển không hoàn toàn giống hệt nhau. Đối với những tải cần điều khiển đối xứng, đòi hỏi hai tiristo mở đối xứng, lúc này cần các kênh điều khiển tiristo có góc mở càng ít khác nhau càng tốt. Mong muốn là chúng ta hoàn toàn giống nhau. Nguyên lý điều chỉnh tiristo ở đây như trong điều khiển chỉnh lưu, nghĩa là ở mỗi nửa chu kỳ điện áp, cần tạo điện áp tựa trùng pha điện áp nguồn cấp. Trong điều khiển chỉnh lưu, mỗi kênh điều khiển một nửa chu kỳ, điện áp tựa xuất hiện gián đoạn. Mỗi nửa chu kỳ có một điện áp tựa đồng pha điện áp dương anốt của tiristo. Điều áp xoay chiều cần có điện áp tựa liên tiếp cả hai nửa chu kỳ. Khi so sánh điện áp tựa với điện áp điều khiển, ở mỗi chu kỳ đều có điện áp tựa bằng điện áp điều khiển trong vùng biến thiên tuyến tính của điện áp tựa (tại các điểm t1, t2, t3, t4…). Kết quả là ta có các xung điều khiển kiên tiếp ở mỗi nửa chu kỳ. Nguyên lý hoạt động của sơ đồ Điện áp chỉnh lưu UA được so sánh với điện áp U1 lấy trên biến trở VR1. Tại thời điểm UA = U1 thì đổi dấu điện áp ra của khuếch đại thuật toán A1. Kết quả là ta có chuỗi xung hình chữ nhật không