Khởi động các hệ thống dẫn động trong công nghiệp xi măng các yêu cầu, cách thức và giải pháp

Thứ sáu, 09/12/2005 00:00

Bài viết này nhằm giới thiệu cho người đọc những yêu cầu khi khởi động các hệ dẫn động cho các ứng dụng khác nhau trong công nghiệp xi măng. Đồng thời cũng giới thiệu các cách thức khởi động với công nghệ khác nhau đang được ứng dụng hiện nay, và giải pháp cho các ứng dụng trên đã được kiểm chứng trong thực tế vận hành tại các nhà máy xi măng.

1. Giới thiệu
Nhu cầu khởi động những máy động lực có tải năng dần do công suất thiết kế và độ phức hợp của thiết bị không ngừng tăng cao. Các yếu tố về mô men khởi động, mô men quán tính của tải, thời gian khởi động và thực trạng lưới điện cung cấp phải được xem xét một cách tổng thể và phải được kiểm tra kỹ lưỡng khi lựa chọn thiết bị. Chỉ khi đáp ứng được các yếu tố cơ bản mới có thể khởi động hệ thống máy an toàn và không gặp rủi ro. Chúng ta không những xem xét về quá trình khởi động mà giải pháp lựa chọn, giải pháp thiết kế cũng cần phải cân nhắc. Nếu hệ thống yêu cầu thiết kế bypass thì hệ dẫn động phải được cân nhắc tới chi tiết và chức năng một cách chính xác.
2. Các yếu tố quyết định khi lựa chọn hệ thống dẫn động
- Vùng hoạt động -> Loại ứng dụng cho tải nào
- Loại thiết kế gì của hệ dẫn động -> Công nghệ gì
- Điều kiện môi trường -> Hệ thống lưới điện
2.1 Yếu tố vùng hoạt động
Yếu tố này liên quan đến việc khởi động lại với mô men khởi động rất lớn của các dẫn động cho máy nghiền đứng, máy đạp và băng tải. Trong trường hợp các hệ dẫn động của các thiết bị này bị sự cố phải dừng đột ngột, các nguyên vật liệu vẫn đang còn nằm trong máy thì phải cần mô men khởi động lớn hơn để tái khởi động. Các hệ dẫn động bình thường không được thiết kế cho chế độ hoạt động này.
2.2 Loại thiết kế của hệ thống dẫn động
2.2.1 Khởi động động cơ rôto lồng sóc với đường cáp cấp điện dài
Nếu thiết bị đặt ở xa trạm điện sẽ xuất hiện hiện tượng sụt áp trên cực động cơ. Sụt áp này thực tế không làm hư hại động cơ nhưng nó làm giảm mô men dẫn động động cơ theo tỷ lệ bình phương của độ sụt áp. Do đó sẽ gây ra nguy cơ quá nhiệt động cơ và kéo dài thời gian khởi động.
2.2.2 Khởi động trực tiếp động cơ rôto lồng sóc với mô men quán tính lớn
Không cần phải nói chúng ta cũng biết rằng thiết bị hiện nay trở nên ngày càng lớn khi công suất thiết kế của nhà máy ngày càng tăng. Đặc biệt là đối với quạt gió, đường kính và khối lượng của cánh quạt đã tăng lên một cách đáng kể. Xu hướng này nảy sinh ra 2 vấn đề thực tế xét về mặt cơ khí như sau:
Với khối lượng cánh quạt tăng lên, hệ dẫn động phải cung cấp mô men tăng tỷ lệ thuận.
Với đường kính cánh quạt, hệ dẫn động phải cung cấp mô men tăng tỷ lệ bình phương.
2.2.3 Hệ thống truyền động lò
Hệ thống truyền động lò ít khi cần đến 100% mô men khi khởi động hoặc khi khởi động bình thường. Một vài trường hợp đặc biệt cần đến 250% mô men. Liệu có hợp lý khi chúng ta phải thiết kế thừa công suất toàn bộ hệ thống như biến thế, biến tần và cả động cơ để hoạt động trong những tình huống này? Câu trả lời là liệu có giải pháp nào khác hơn là thiết kế thừa công suất động cơ hay không?
2.3 Điều kiện môi trường và hệ thống cấp điện
2.3.1 Khởi động trực tiếp động cơ lồng sóc công suất lớn - độ sụt áp trên lưới
Với công suất thiết kế nhà máy xi măng ngày càng lớn, công suất của các động cơ truyền động cũng tăng theo, khởi động trực tiếp động cơ lớn với dòng động cơ tới 600% dòng định mức sẽ không đáp ứng được yêu cầu tiêu chuẩn chất lượng lưới điện. Yếu tố vật lý liên quan đến yêu cầu mô men phải được xem xét cho các ứng dụng khác nhau trước khi quyết định sử dụng giải pháp nào.
3. Momen khởi động điển hình mỗi loại ứng dụng
Bất cứ một dụng cụ nào đều có yêu cầu momen tương ứng với quá trình khởi động và quá trình vận hành bình thường, yêu cầu mô men khởi động có thể sơ bộ xác định theo yêu cầu khởi động và vận hành của thiết bị công tác. Mô men quán tính là một yếu tố vật lý ảnh hưởng tới thời gian khởi động cho đến khi tốc độ ổn định được xác lập. Đặc tính của 10 ứng dụng quan trọng nhất được tổng hợp từ mục 3.1 đến 3.10 dưới đây.
3.1 Máy đập
Các máy đập thường khởi động không tải tức là không có nguyên liệu đầu vào. Hệ thống dẫn động phần lớn thường sử dụng động cơ rôto dây quấn có trang bị điện trở khởi động. Điện trở khởi động được thiết kế sao cho có điện trở trượt trong mạch rôto để cho quá trình khởi động của hệ dẫn động trơn tru. Công suất trượt thường bằng 5 đến 10% công suất danh định được tiêu tán trong điện trở xuất. Xét về phương diện kinh tế, đây không phải là chế độ vận hành tối ưu. Thông thường, các dẫn động được thiết kế để có thể chịu được quá tải 250% trong thời gian từ 10 – 15 ngày với tần suất đến 10 lần trong 1 giờ. Công suất động cơ sử dụng cho ứng dụng này từ 500 KW đến 4 MW.
3.2 Máy nghiền con lăn thủy lực HRP
Máy nghiền con lăn thuỷ lực thường sử dụng hai động cơ dẫn động. Tuỳ thuộc vào yêu cầu truyền động, hệ thống có thể hoặc vận hành với tốc độ không đổi sử dụng môtơ rôto lồng sóc khởi động trựuc tiếp DOL, hoặc vận hành với tốc độ thay đổi. Máy nghiền con lăn thuỷ lực thường khởi động với con lăn nghiền ở vị trí mở, nghãi là khởi động không tải. Không cần thiết phải thiết kế dư công suất của động cơ rôto lồng sóc để thay đổi tải nhanh đối với máy nghiền con lăn thuỷ lực. Tải thay đổi trong khoảng từ 405 đến 160% tải danh định trong thời gian ngắn 1HZ. Khi tính toán công suất rôto lồng sóc phải đảm bảo rằng momen lớn nhất yêu cầu đối với HRP phải nhỏ hơn 60% mô men quá tải của môtơ. Đối với các dẫn động thay đổi tốc độ, công suất phải được thiết kế đảm bảo mô men có thể đạt tới 160%. Công suất động cơ yêu cầu cho dẫn động này từ 300KW đến 4.5 MW. Mômen khởi động tương đối nhỏ. Do vậy việc cấp liệu có thể bắt đầu ngay sau khi trục nghiền vào vị trí vận hành.
3.3 Máy nghiền bi
Máy nghiền bi được dẫn động bằng một hay hai động cơ. Hệ thống dẫn động có thể là loại dẫn động tốc độ không đổi dùng động cơ dây quấn hoặc dẫn động tốc độ biến đổi loại dẫn động máy nghiền không hộp số. Công suất của động cơ yêu cầu khoảng từ 1MW đến 8 MW.
3.4 Máy nghiền con lăn trục đứng
Nguyên tắc vận hành của máy nghiền con lăn dựa trên cấu trúc từ 2 đến 4 trục nghiền. Các trục nghiền được lắp trên các bản lề chạy trên mâm nghiền. Truyền áp lực cho trục nghiền bằng phương pháp thuỷ khí. Máy nghiền thường được khởi động với trục nghiền được nâng lên. Nếu xảy ra trường hợp thiết bị trục trặc thì nguyên liệu vẫn còn trên mâm nghiền. Trong trường hợp này, thậm chí cả trên trục nghiền được nâng lên, thì tải trọng của hệ dẫn động vẫn tăng lên. Vấn đề này phải được xem xét khi tính toán công suất của hệ dẫn động. Công suất động cơ yêu cầu từ 1 MW đến 5MW.
3.5 Lò nung
Lò nung thường được trang bị hệ thống dẫn động tốc độ thay đổi cho tải trọng mô men không đổi. Yêu cầu mô men khởi động thường bằng 250% của mô men định mức trong vòng 30 giây đầu. Có thể áp dụng phương pháp giảm từ trường cho dải vận hành phía trên của hệ dẫn động. Quá tải chỉ xảy ra trong thời gian ngắn. Công suất động cơ chỉ yêu cầu từ 100 KW đến 2 x 1000KW. Mô men khởi động điển hình của hệ dẫn động lò: Tải thay do đổi +/- 20% là bình thường do vậy đường cong A có thể dao động từ điểm + Mi đến điểm – Mi. Mô men tăng đến 250% trong giai đoạn khởi động đòi hỏi cả động cơ và bộ biến đổi đều phải thiết kế dư công suất. Để xử lý vấn đề phải thiết kế dư công suất động cơ và bộ biến đổi đồng thời đảm bảo mô men đạt mức 250% trong qúa trình khởi động, có thể chọn giải pháp khác. Một giải pháp là sử dụng động cơ 6 cực thay cho loại động cơ 4 cực sẽ cho mô men lớn hơn trong quá trình khởi động. Trong dải tốc độ cao động cơ sẽ vận hành trong môi trường từ trường yếu và vẫn đảm bảo mô men vận hành.
Động cơ:
- Bốn cực, 596 KW, có mô men danh định 3800 Nm
- Sáu cực, 398 KW, có mô men danh định 3800 Nm
3.6 Quạt
Quạt có đặc tính tải theo hàm bậc 2, và thường được trang bị các van tiết lưu có thể chỉnh định được, nhưng van này thường đóng trong quá trình khởi động. Mô men quán tính của quạt có ảnh hưởng lớn đến công suất của hệ dẫn động hơn là mô men tải trọng quá trình khởi động. Yêu cầu công suất động cơ điển hình trong khoảng từ vài kW đến 5kW.
3.7 Băng tải
Tải trọng của băng tải thường là mô men không đổi. Yêu cầu của mô men khởi động lên đến 160% mô men danh định. Tải trọng quán tính tương đối nhỏ do hệ số truyền tương đối lớn giữa động cơ và đai băng tải, do đường kính của bánh căng đai nhỏ. Công suất động cơ yêu cầu từ 2 KW đến 3KW. Khi đai băng tải chuyển động bị căng và đạt tốc độ tối đa, mô men cần phải duy trì không đổi.
3.8 Băng tải cấp liệu tấm
Tải trọng của các băng tải cấp liệu tấm thường là mô men không đổi. Các băng tải tấm còn vận hành ở điều kiện bề mặt vận hành không phẳng và lực ma sát có thể rất cao, gây nên mô men lớn trong quá trình khởi động. Yêu cầu mô men khởi động lên đến 180% mô men danh định trong khoảng thời gian 30 giây. Mômen quá tính và tiến trình của mô men khởi động tương tự như đối với băng tải. Yêu cầu công suất động cơ thường trong khoảng từ 5 đến 50KW.
3.9 Hệ dẫn động ghi làm nguội
Yêu cầu công suất động cơ điển hình từ 5 – 50 KW. Mô men khởi động trong quá trình vận hành bình thường: Phần hình thang thể hiện sự di chuyển của tấm ghi nguội tịnh tiến qua lại theo hướng đi lên phía trước, còn hình thang thứ hai thể hiện sự trở về. Trong 1 phút tấm ghi chuyển động được 23 hành trình. Tốc độ của hệ dẫn động được giải quyết bởi giá trị đặt trước, chỉ có tải trọng là thay đổi. Trong trường hợp quas tải, số lượng hành trình có thể lên đến 26 lần trong một phút với mô men tăng tới 160% mô men danh định. Nếu áp dụng hệ dẫn động tốc độ không đổi bằng động cơ rôto lồng sóc, thì động cơ phải được đảm bảo rằng mô men lớn nhất mà hệ thống ghi làm nguội yêu cầu chỉ đạt 70- 80% mô men tới hạn của động cơ.
3.10 Máy bơm
Tải trọng của máy bơm thường là bậc 2. Máy bơm thường được trang bị kèm theo van. Khi bơm khởi động van thường đóng. Những thiết bị hiện đại vận hành không cần van. Trong trường hợp này, hệ dẫn động khởi động với tải bậc hai. Mô men quán tính của máy bơm thường rất nhỏ, do vậy thời gian gia tốc không lâu. Công suất động cơ yêu cầu từ 1 – 500KW.
4. Đặc tính của các loại động cơ
4.1 Động cơ rôto lồng sóc
Đặc tính chung về dòng điện và mô men của động cơ rôto lồng sóc: Động cơ rôto lồng sốc được thiết kế sao cho chúng có thể cung cấp mô men danh định ở tần số danh định với điện áp nguồn cung cấp từ 95-105% điện áp nguồn cung cấp từ 95-105% điện áp danh định. Mô men khởi động thay đổi tỉ lệ bình phương với điện áp. Có nghĩa là sự biến đổi của điện áp, chủ yếu trong giai đoạn gia tốc, có ảnh hưởng đến mô men dẫn động . Do vậy cần phải xét đến yếu tố ảnh hưởng này khi tính toán thiết kế công suất dẫn động. Phải lưu ý đặc biệt đến thực tế là dòng điện tăng tương đối cao trong quá trình khởi động 400-800 % dòng điện định mức
gây nên hiện tượng sụt áp phía nguồn điện. Khi có hai hiện tượng xảy ra như sau:
Nếu lưới điện không đủ mạnh, sẽ gây ra tác động xấu đối với các phụ tải khác.
Thời gian khởi động cũng bị kéo dài do việc mô men khởi động giảm theo hàm bậc hai. Đây là vấn đề nguy hiểm vì rôto sẽ bị quá tải bởi tổn thất công suất trượt chuyển đổi thành nhiệt năng trong rôto mà trong rôto lại không có phần tự bảo vệ quá tải. Sự tăng mô men thấp hơn 100% mô men danh định trong quá trình khởi động là do diện áp giảm.
4.1.1 Khởi động trực tiếp hệ dẫn động quạt
- Cách khởi động trực tiếp cơ quạt nói chung giống với trình tự khởi động thông thường. Tuy nhiên, lượng tiêu thụ điện của các hệ dẫn động lớn được hạn chế theo nhiều cách trong quá trình khởi động trực tiếp. Nhưng sự hạn chế khởi động trực tiếp không được sử dụng thường xuyên. Quá trình vật lý xảy ra trong quá trình động cơ khởi động trực tiếp với các cấp điện áp khác nhau, từ 100% đến 75% điện áp danh định. Nếu điện áp giảm từ 100 xuống 75% lượng tiêu thụ điện giảm từ 550 xuống 400%. Tuy nhiên, chúng ta còn có thể thấy rằng mô men sẽ giảm từ 100 xuống xấp xỉ 50%. Đối với bản thân động cơ, điện áp giảm không ảnh hưởng gì, nghĩa là nguồn lưới yếu hợc điện áp do sử dụng bộ khởi động mềm. Tuy nhiên, điện áp giảm có ảnh hưởng quyết định đến thời gian khởi động của động cơ. Đặc tính khởi động xấu đi một cách đáng kể khi mô men quán tính lớn. Nghiên cứu sâu hơn về sự giảm mô men động cơ do sụt áp gay ra cho thấy một kết quả đáng kinh ngạc. Tất cả các tính toán thực hiện với động cơ 1000KW tốc độ danh định 1000 v/phút và với tải trọng quạt biến đổi theo hàm bậc 2. Nếu nguồn điện cấp giảm từ 100% xuống 75% với mô men quán tính quạt 580 kgm2, thì thời gian tăng tốc tăng từ 5 lên 34 giây. Mối quan hệ giữa giảm điện áp từ 100% xuống 75% với mô men quán tính xác định là 580 kgm2 và 4640 kgm2. Thời gian gia tốc tăng từ 55 giây lên 180 giây nếu mô men quán tính quạt lớn. Với trường hợp thời gian tăng tốc dài lên đến 180 giây, dòng điện từ 300% đến 600% dòng điện danh định, rôto sẽ bị quá nhiệt do toàn bộ tổn hao công suất trượt biến đổi thành nhiệt làm nóng rôto.
Nhiệt độ của rôto trong quá trình khởi động với các mômen quán tính khác nhau, có tính đến điện áp nguồn cấp. Đường màu đỏ cho biết nhiệt độ cho phép của rôto. Chúng ta có thể nhận thấy rằng nếu mô men quán tính nhỏ, sự tăng tốc không bị ảnh hưởng nhiều theo sự giảm điện áp. Mô men quán tính nhỏ ảnh hưởng tương đối ít đến thời gian tăng tốc. Nhiệt độ sẽ không tăng đáng kể trong một thời gian 34 giây. Dòng điện khởi động như nhau trong cả hai trường hợp, chỉ có mô men quán tính là khác nhau. Mặt khác nhiệt độ không bao giờ giữ được trong giới hạn chấp nhận được là 2000C với trường hợp mô men quán tính lớn dù điện áp nguồn đạt 100%. Điều này có nghãi là trường hợp này sẽ không được phép vì nếu không động cơ sẽ bị hư hỏng do nhiệt độ quá cao. Như đã đề cập ở phần trên, toàn bộ hao tổn công suất trượt sẽ chuyển đổi thành nhiệt năng trong mạch rôto. Nhưng vấn đề là tổn hao công suất trượt là bao nhiêu?
Tổn hao nhiệt lên đến 25 MW khi mô men quán tính là 4640 kgm2, điện áp nguồn ở mức 100%, trong trường hợp điện áp nguồn cấp 75%, tổn hao nhiệt lên đến 35MW. Lượng năng lượng chuyển hoá thành nhiệt quá lớn đến nối rôto không thể chịu đựng được cho lần khởi động thứ hai. Tất cả các tổn thất công suất trượt chủ yếu tiêu tán ở mạch rôto. Tuy nhiên, câu hỏi đặt ra là điều gì sẽ xảy ra đối với stator? Nhiệt độ stator trong quá trình động cơ khởi động với các mô men quán tính khác nhau, có tính đến mức điện áp nguồn cấp. Thanh ký hiệu Permitted cho biết nhiệt độ cho phép trong các cuộn dây stator. ta có thể thấy rằng stator không bị ảnh hưởng khi tăng tốc với điện áp nguồn giảm, không bị ảnh hưởng bởi mô men quán tính cũng như độ sụt áp trên 80%? Ta có thể rút ra kết luận rằng stator không chịu phụ tải như rôto. Từ kinh nghiệm thực tế, rút ra các kết luận sau cho việc sử dụng động cơ quạt: Thời gian tăng tốc với phương pháp khởi động trực tiếp không nên vượt quá 30 đến 50 giây.
Khi mômen quán tính lớn thì không thể sử dụng phương pháp khởi động trực tiếp bằng cách giảm điện áp.
4.1.2 Khởi động với phụ tải mômen không đổi và đáp ứng của động cơ
Sự phát triển mô men của động cơ được tăng tốc với tải không đổi ở các điều kiện nguồn lưới khác nhau. Tải mô men không đổi liên quan đến thời gian khởi động và mối quan hệ giữa độ sụt áp từ 100 xuống 75% với mô men quán tính 580kgm2 lên đến 640 kgm2 điều đáng nói là thời gian khởi động tăng lên đến 200 giây là rất dài trong mọi trường hợp. Thậm chí tại điện áp danh định, thời gian khởi động cũng lớn hơn 800 giây. Có thể nói sự khác nhau rất lớn giữa tải trọng quạt và tải trọng mô men không đổi ở mức điện áp nguồn 100%. Hình dạng tải trong mô men quạt có thời gian tăng tốc gần như nhanh hơn 3 lần. điều này có nghĩa là tính toán công suất động cơ với mô men không đổi cần phải tính toán rõ ràng hơn so với tính toán của công suất động cơ cho tải trong quạt. Rủi ro thiết kế sai cho tải trong mô men không đổi lớn hơn. Sự phát triển nhiệt độ trong rôto với các mô men quán tính và điện áp nguồn khác nhau, tải trọng mô men không đổi 50%. Trong trường hợp thuận lợi nhất, nghãi là điện áp nguồn 100% động cơ có thể chỉ tăng tốc đến mức thấp hơn 2500 kgm2 trước khi đạt tới mức nhiệt độ tối đa cho phép. Trong trường hợp xấu nhất, nghĩa là điện áp nguồn chỉ ở mức 85% điện áp danh định, sử dụng hệ thống tới 1200 kgm2. Nhiệt độ cuộn dây rôto có thể tăng lên cao hơn 5000C trong trường hợp xấu nhất tương ứng 85% điện áp danh định và đạt tới xấp xỉ 3500C trong trường hợp tốt nhất trong ứng với 100% điện áp danh định nếu động cơ được tăng tốc không hạn chế dòng điện rôto. Trong trường hợp này rôto có thể không chịu đựng nổi mỗi lần khởi động trực tiếp với điện áp giảm. Vấn đề là không có thiết bị giám sát nhiệt độ cho rôto, chỉ có thể trang bị giám sát nhiệt độ cho stato. Câu hỏi đặt ra là liệu hệ thống bảo vệ của stato có thể sử dụng bảo vệ cho cả rôto hay không? nghĩa là cả stato và rôto có cùng hằng số thời gian nhiệt? Câu hỏi trả lời là không, thậm chí không chỉ hằng số thời gian khác nhau. Sự khác nhau lớn nhất giữa rôto và stato, liên quan đến sự tăng nhiệt độ, thực tế đó là tổn hao công suất trượt có tác dụng đáng kể chỉ có trong mạch rôto. Stato không bị ảnh hưởng nhiều bởi tổn hao công suất trượt. Nhiệt độ dao động ít nhiều dưới nhiệt độ cho phép ở mọi điều kiện.Trong điều kiện bị tăng nhiệt độ rồi, nghĩa là khởi động lần thứ hai, các điều kiện khởi động đã thay đổi theo chiều hướng xấu hơn. Hiện tượng này xảy ra trong mạch rôto. Dựa vào sự so sánh nhiệt độ satto sau khi khởi động và đặc tính quạt, rút ra kết luận rằng nhiệt độ tối đa của 2 trường hợp sai khác nhau 1000C, nhiệt độ của stato gần như gấp đôi giá trị trong trường hợp gia tốc với phụ tải mô men không đổi. Thực tế cho thấy nhiệt độ của rôto không tương hợp với nhiệt độ stato và nhiệt độ rôto không thể đo lường bằng các cảm biến nhiệt độ PT100 hay PTC, điều này có nghãi là rôto không thể bảo vệ được. Thực tế này đòi hỏi phải phải thiết kế động cơ cấu khi lập phương án dẫn động, trong phần lớn các trường hợp, sẽ dẫn đến phải thiết kế công suất dư thừa nhiều cho các động cơ khởi động trực tiếp hoặc khởi động bằng phương pháp giảm điện áp sử dụng bộ khởi động mềm. Tóm lại, từ kinh nghiệm thực tế có thể rút ra kết luận cho ứng dụng mô men không đổi: tải trọng mô men lớn không thể khởi động trực tiếp hoặc khởi động bằng phương pháp giảm điện áp.
4.2 Động cơ rôto dây cuốn
Mô men khởi động của động cơ dây cuốn dễ dàng điều chỉnh theo các bước hoặc điều chỉnh trơn liên tục. Năng lượng trượt không chuyển đổi thành năng lượng nhiệt tiêu tán trong rôto như động cơ rôto lồng sóc mà được đưa ra ngoài động cơ tiêu tán trong điện trở khởi động của rôto bộ khởi động. Về cơ bản không có sự khác nhau về thiết kế stato của động cơ rôto lồng sóc. Chỉ có thiết kế rôto là khác nhau. Rôto động cơ dây cuốn có quận dây 3 pha cùng số đội cực như stato. Mỗi đầu cuộn dây thường nối sao, còn đầu kia nối với vành trượt. Dòng điện và mômen khởi động của động cơ có thể quyết định bằng cách thay đổi điện trở rôto, sử dụng bộ điện trở khởi động đấu trong mạch rôto. Dòng điện từ hệ thống phụ thuộc vào kích cỡ của điện trở khởi động trong mọi giai đoạn khởi động, khoảng bằng dòng điện danh định và có hình dạng giống như hình dạng của mô men. Công suất nhận được từ lưới điện còn phụ thuộc vào thiết kế của bộ khởi động cho các giai đoạn khởi động. Tại giai đoạn bắt đầu khởi động, công suất lớn nhất sẽ xuất hiện trong bộ khởi động. Công suất trong bộ khởi động giảm dần tuyến tính với tốc độ tăng dần của động cơ. Khi động cơ đạt tới tốc độ tối đa, công suất trượt gần như bằng không.
5. Tình trạng lưới điện trong quá trình khởi động động cơ
Một trong những yếu tố hạn chế việc khởi động trực tiếp của hệ dẫn động công suất lớn đó là tình trạng của hệ thống nguồn cấp điện. Các động cơ công suất tương đối lớn có thể có thể khởi động ở lưới điện mạnh. Tình trạng của lưới điện trong quá trình động cơ khởi động phụ thuộc vào công suất ngắn mạch của lưới. Lưới điện mạnh là lưới điện có công suất ngắn mạch tương đối lớn. Điều quan trọng là xác định vị trí đo lường ảnh hưởng của việc động cơ khởi động đến lưới. Thông thường được đo tại thanh cái 4.16 và 6.3 kV. Công suất ngắn mạch của các thanh cái này thường khoảng 100 MVA. Độ sụt áp cho phép khoảng 3% trong quá trình khởi động ở điều kiện tiêu chuẩn. Tuy nhiên trong những trường hợp đặc biệt có thể lên đến 8%. Đến mức độ như vậy thì cỡ công suất động cơ như thế nào có thể khởi động trực tiếp được?
5.1 Khởi động động cơ ở hệ thống lưới có công suất ngắn mạch 100MVA
Dòng điện khởi động 300% công suất động cơ trên 3000KW, và dòng điện khởi động 600% công suất động cơ trên 1500KW, với độ sụt áp cho phép là 8%.
5.2 Khởi động động cơ ở hệ thống lưới điện có công suất ngắn mạch 200MVA
Với dòng điện khởi động 300 % công suất động cơ trên 5000KW, và với dòng điện khởi động 600% công suất động cơ trên 250KW. Trong trường hợp này cũng xét đến độ sụt áp cho phép là 8%.
6. Khởi động động cơ dùng bộ biến đổi tần số
Khi sử dụng bộ biến đổi tần số, cách thức khởi động khác với tất cả các phương pháp khởi động đã đề cập ở trên về mặt vật lý.
Sự khác nhau đáng kể nhất đó là dòng điện nhận được từ lưới điện. Ở phương pháp khởi động trực tiếp, dòng điện khởi động của động cơ nạp vào lưới thường là cấp số nhân của dòng điện danh định và mômen là cấp số chia của mô men danh định của động cơ. Phương pháp khởi động dùng bộ biến đổi tần số hoàn toán khác với phương pháp trên. Mô men của động cơ luôn là mô men toàn phần trong suốt dải làm việc. Tuy nhiên, dòng điện khởi động nhận từ lưới điện chỉ là cấp số chia của dòng điện danh định giá trị tuỳ thuộc vào điểm làm việc của chúng. Do việc thực hiện điều khiển đồng thời và liên tục cả về tần số và điện áp, điểm làm việc của động cơ thường ở vị trí tối ưu. Không có sự tiêu tán công suất trượt khi khởi động giống như ở phương pháp khởi động trực tiếp hoặc khởi động của rôto dây quấn mà ở đó tổn hao công suất trượt chuyển đổi thành nhiệt năng trong điện trở khởi động của rôto. Do vậy, mô men toàn phần luôn tồn tại trong tất cả các điểm làm việc.
6.1 Chức năng của các bộ biến đổi tần số
Tần số động cơ thường thay đổi tuyến tính với điện áp. Từ trường quay của động cơ và từ thông sẽ biến đổi một cách tối ưu theo công thức sau:
M = ф. I
I: Dòng điện động cơ
M: Mômen của động cơ
ф : Từ thông
Động cơ: Sự thay đổi tần số/điện áp gây nên sự chuyển đổi song song của đường cong mômen trên trục tần số tốc độ. Điều này có nghĩa là động cơ thường chạy ở điểm làm việc tối ưu.
Lưới điện: Bộ biến đổi tần số bao gồm cầu chỉnh lưu bố trí ở đầu vào phía nguồn của bộ chuyển đổi. Điện áp xoay chiều a.c được chỉnh lưu thành điện áp một chiều d.c qua cầu chỉnh lưu. Tiếp sau bộ chỉnh lưu là bộ tụ điện. Bộ tụ điện này được sử dụng để làm trung gian lưu trữ năng lượng. Tiếp đó là bộ chuyển đổi dùng để chuyển điện áp một chiều d.c nhận được từ bộ tụ điện thành điện áp xoay chiều a.c với tần số thay đổi để cấp nguồn cho động cơ. Cách xử lý về mặt vật lý của cầu chỉnh lưu đầu vào liên quan đến hệ số công suất của lưới điện là 0,95. Điều này có nghãi là gần như toàn bộ năng lượng của động cơ yêu cầu cho vận hành được lấy từ lưới điện.
6.2 Đặc tính vật lý của bộ biến đổi tần số
Công suất của động cơ biến đổi tuyến tính theo tốc độ, với điều kiện là tải trọng của mô men không đổi.

' border=0 src='/image/images?img_id=com.vportal.portlet.vcms.model.VcmsArticle.1889.150' />