động cơ khởi động giảm điện áp đồng bộ
động cơ khởi động giảm điện áp đồng bộ: Tổng quan
Việc khởi động động cơ điện lớn là một thách thức đáng kể đối với hệ thống điện, chủ yếu do hiện tượng sụt áp đồng bộ. Bài viết này trình bày chi tiết nguyên nhân, Tác động, và các chiến lược giảm thiểu hiện tượng sụt điện áp xảy ra khi động cơ đồng bộ khởi động trực tuyến. Chúng tôi sẽ phân tích các nguyên tắc kỹ thuật, so sánh các kỹ thuật giảm nhẹ phổ biến, và trình bày một nghiên cứu trường hợp thực tế.
1. Cơ chế sụt áp khi khởi động động cơ
Khi động cơ đồng bộ được khởi động trên đường truyền (Trực tiếp trực tuyến), ban đầu nó hoạt động giống như một động cơ cảm ứng với cuộn dây kích từ bị chập. Dòng khởi động được rút ra trong giai đoạn này thường là 6 ĐẾN 8 lần dòng điện đầy tải của động cơ. Nhu cầu dòng điện cao này tạo ra sự sụt giảm điện áp đáng kể trên trở kháng hệ thống (máy biến áp, cáp, vân vân.), được điều chỉnh bởi định luật Ohm (ΔV = I_bắt đầu Z_system*). Sự sụt giảm điện áp này là đồng bộ vì nó xảy ra ngay lập tức và đồng thời với sự kiện chuyển mạch..jpg)
Mức độ nghiêm trọng của sự sụt giảm phụ thuộc vào:.jpg)
- Động cơ khởi động kVA: Tích của dòng điện khởi động và điện áp định mức.
- Công suất ngắn mạch của hệ thống (SCC): Lưới mạnh hơn (SCC cao hơn tại điểm ghép chung - PCC) có trở kháng thấp hơn và do đó ít bị sụt áp hơn.
- Trở kháng máy biến áp nguồn: Thường là yếu tố đóng góp lớn nhất cho trở kháng hệ thống trong môi trường công nghiệp.
Sự sụt giảm điện áp nghiêm trọng có thể gây ra:
- Sự vấp ngã phiền toái của các thiết bị nhạy cảm.
- Công tắc tơ rơi ở các động cơ khác.
- Sự nhấp nháy của hệ thống chiếu sáng.
- Mất ổn định hoặc động cơ bị chết máy nếu điện áp đầu cực giảm quá thấp.
2. Kỹ thuật giảm thiểu: Một phân tích so sánh
Một số giải pháp kỹ thuật tồn tại để hạn chế dòng điện khởi động và giảm thiểu sụt áp. Sự lựa chọn phụ thuộc vào chi phí, yêu cầu hệ thống, và thiết kế động cơ.
| Kỹ thuật | nguyên tắc | Ưu điểm | Nhược điểm | Giảm điện áp điển hình |
|---|---|---|---|---|
| Trực tiếp trực tuyến (DOL) | Toàn bộ điện áp áp dụng trực tiếp. | Đơn giản, chi phí thấp, mô-men xoắn khởi động cao. | Dòng khởi động cao nhất & sụt áp. | Đường cơ sở (0% Sự giảm bớt) |
| Máy khởi động tự biến áp | Áp dụng điện áp giảm thông qua vòi (VÍ DỤ., 50%, 65%, 80%) trong khi bắt đầu. | Giảm xâm nhập đáng kể; cài đặt vòi có thể điều chỉnh. | Cồng kềnh; mô-men xoắn giảm theo bình phương điện áp; chuyển mạch phức tạp. | ~40-60% giảm so với. DOL |
| Khởi động mềm (SSR) | Sử dụng thyristor để tăng điện áp dần dần. | Tăng tốc mượt mà, hồ sơ bắt đầu có thể điều chỉnh, Nhỏ gọn. | Tạo sóng hài; không tiết kiệm năng lượng ở trạng thái chạy. | ~50-70% giảm so với. DOL |
| Ổ tần số thay đổi (VFD) | Điều khiển cả điện áp và tần số từ gần 0 trở lên. | Mức tăng thấp nhất (<1.2x FLC), Kiểm soát hoàn toàn mô-men xoắn/tốc độ, tiết kiệm năng lượng. | Chi phí cao nhất; đòi hỏi nhiều không gian hơn; có thể yêu cầu bộ lọc đầu ra. | >90% Giảm so với. DOL |
3trường hợp thực tế: Nâng cấp nhà máy xi măng thô Mill Drive
Một nhà máy xi măng ở Đông Nam Á vận hành một 2.5 MW, 6 Động cơ đồng bộ kV cho máy nghiền thô sử dụng bộ khởi động biến áp tự ngẫu。 Hệ thống hiện tại tạo ra sự nhất quán 15% sụt áp ở 11 kV PCC， làm gián đoạn các dây chuyền quy trình khác bất cứ khi nào nhà máy bắt đầu。
Giải pháp: Nhà máy thay thế máy khởi động biến áp tự ngẫu bằng máy biến tần trung thế hiện đại。 VFD cho phép khởi động động cơ đồng bộ ở tần số thấp được kiểm soát， giới hạn dòng khởi động ở mức 110% dòng điện đầy tải。
Kết quả:
- sụt áp: Giảm từ 15% ít hơn 2% tại PCC。
- Tuân thủ lưới điện: Đáp ứng các tiêu chuẩn nhấp nháy nghiêm ngặt của tiện ích (IEEE 519)。
- lợi ích hoạt động: Đã bật mượt mà， khởi đầu có kiểm soát， giảm ứng suất cơ học trên hộp số máy nghiền。
- hiệu quả năng lượng: VFD cung cấp khả năng kiểm soát tốc độ tối ưu trong quá trình vận hành， mang lại khoảng 8% tiết kiệm năng lượng。
Điều này chứng tỏ rằng mặc dù VFD thể hiện mức đầu tư vốn cao hơn， chúng cung cấp giải pháp toàn diện cho các tình huống khởi đầu khắc nghiệt với những lợi ích vận hành đáng kể。
4 Câu hỏi thường gặp (Câu hỏi thường gặp)
Q1: Mức sụt áp chấp nhận được được xác định như thế nào?
Nó được xác định bởi các tiêu chuẩn và yêu cầu cơ sở。 Ví dụ， tiêu chuẩn IEEE 141 khuyến nghị rằng đối với "khởi đầu thường xuyên，" mức giảm thường nên được giới hạn ở 3-4% tại PCC， và lên đến 10-12% vì "khởi đầu không thường xuyên。" Thiết bị nhạy cảm như PLC có thể yêu cầu mức giảm xuống dưới 5-7%。
Q2: Động cơ đồng bộ có thể khởi động được như động cơ cảm ứng không?
Đúng， nhưng chỉ sử dụng các phương pháp cụ thể。 Hầu hết các động cơ đồng bộ hiện đại đều được khởi động dưới dạng động cơ cảm ứng sử dụng cuộn dây giảm dần (cuộn dây giảm chấn) được gắn vào các mặt cực của rôto。 Cuộn dây này cung cấp mô-men xoắn ban đầu trong quá trình tăng tốc trước khi kích thích trường DC được áp dụng để đồng bộ hóa kéo vào。
Q3: Khi nào bộ khởi động mềm thích hợp hơn VFD cho động cơ lớn?
Một bộ khởi động mềm có thể là đủ nếu:
- Mục tiêu chính chỉ là giảm sụt áp/dòng điện khởi động。
- Hoạt động tốc độ không đổi sau khi bắt đầu là chấp nhận được。
- Tải có quán tính cao nhưng không cần điều khiển tốc độ trong quá trình vận hành。
- Hạn chế về ngân sách là đáng kể。 Nó đóng vai trò là trung gian tiết kiệm chi phí giữa DOL và VFD。
Q4: Sức mạnh của lưới điện tiện ích đóng vai trò gì?
Có thể nói đây là yếu tố bên ngoài quan trọng nhất。 Một "yếu đuối" lưới điện (công suất ngắn mạch thấp) sẽ có mức sụt áp lớn hơn nhiều cho cùng một lần khởi động động cơ so với lưới điện "cứng nhắc" lưới（SCC cao）。 Nghiên cứu mức độ lỗi tiện ích sơ bộ tại PCC là điều cần thiết trước khi lựa chọn phương pháp khởi động động cơ lớn。
Tài liệu tham khảo & cơ sở
Các giải thích kỹ thuật dựa trên các nguyên tắc kỹ thuật điện đã được thiết lập trong các văn bản như tiêu chuẩn IEEE 3004。8-2016 （Thực hành khuyến nghị cho nghiên cứu khởi động động cơ） Và 《Máy điện， ổ đĩa， và Hệ thống điện》 của Theodore Wildi。
Nghiên cứu tình huống này được tổng hợp từ nhiều ghi chú ứng dụng công nghiệp được ghi lại từ các nhà sản xuất ổ đĩa（ví dụ:, ABB， Siemens) áp dụng cho bộ truyền động phụ trợ nhà máy xi măng， với các số liệu hiệu suất cụ thể được khái quát hóa để minh họa。