LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: “Nghiên cứu bộ biến tần trung thế
ACS2000 ứng dụng cho hệ thống truyền động quạt ID trong nhà máy xi măng
Long Sơn” do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Nguyễn Mạnh
Tiến. Các số liệu và kết quả là hoàn toàn đúng với thực tế.
Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi trong danh
mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ tài liệu nào khác. Nếu
phát hiện có sự sao chép em xin chịu hoàn toàn trách nhiệm.
Hà Nội, ngày 05 tháng 01 năm 2017
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Đồng


Mục lục

MỤC LỤC


Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ

3


Danh mục bảng biểu

DANH MỤC BẢNG BIỂU

4

Danh mục viết tắt

DANH MỤC VIẾT TẮT

ID

Induced Draft Fans

Quạt hút

PWM Pulse width modulation

Điều chế độ rộng xung

THD

Total harmonic distortion

Đánh giá tổng thành phần sóng hài

EXT

External control location

Vị trí điều khiển từ xa

AI


Analog input

Đầu vào tương tự

DI

Digital input

Đầu vào số

DTC

Direct Torque Control

Điều khiển trực tiếp momen

MOP Motor potentiometer

Chiết áp động cơ

PID

Proportional Integral Derivative

Bộ điều khiển vi tích phân tỉ lệ

NPC

Neutural Point Clamped Multilevel Inverter Nghịch lưu diode kẹp


5


Lời nói đầu

LỜI NĨI ĐẦU
Trong những năm gần đây q trình cơng nghiệp hóa hiện đại hóa ngày càng
phát triển mạnh mẽ. Ở nước ta, lĩnh vực tự động hóa được Đảng và nhà nước quan tâm
đầu tư rất lớn, cùng với các lĩnh vực công nghiệp chuyển dịch nên kinh tế theo hướng
cơng nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước.
Cùng với các ngành như nhiệt điện, thủy điện, dầu khí…, ngành cơng nghiệp xi
măng cũng có mức độ tự động hóa ngày càng cao. Các nhà máy xi măng ở nước ta
hiện nay đều là những nhà máy có quy mơ lớn với những động cơ có cơng suất cao để
phục vụ các cơng đoạn trong q trình sản xuất xi măng. Một trong những động cơ
điện không thể thiếu trong nhà máy xi măng đó là quạt ID. Vì vậy em đã chọn đề tài
“Nghiên cứu bộ biến tần trung thế ACS2000 ứng dụng cho hệ thống truyền động
quạt ID trong nhà máy xi măng Long Sơn”. Nội dung đồ án gồm 4 chương:
Chương 1: Tìm hiểu về cơng nghệ và điều khiển quạt ID
Chương 2: Tìm hiểu cấu hình bộ biến tần trung thế
Chương 3: Tìm hiệu bộ biến tần trung thế ACS2000 trong nhà máy xi măng
Chương 4: Tổng hợp tham số bộ điều khiển và mô phỏng
Em xin chân thành cảm ơn thầy giáo TS. Nguyễn Mạnh Tiến đã tận tình
hướng dẫn, góp ý hồn thành cuốn đồ án này. Do thời gian hoàn thành đồ án và tầm
hiểu biết có hạn nên trong quá trình thực hiện chắc chắc khơng thể tránh khỏi những
thiếu sót, em rất mong nhận được sự góp ý của các thầy giáo để đề tài được hoàn thiện
hơn nữa.
Hà nội, ngày 05 tháng 01 năm 2017
Sinh viên thực hiện

Nguyễn Văn Đồng

6


Lời nói đầu

7


Chương 1. Công nghệ và yêu cầu điều khiển quạt ID trong dây chuyền sản xuất xi măng

Chương 1
CÔNG NGHỆ VÀ YÊU CẦU ĐIỀU KHIỂN QUẠT ID
TRONG DÂY CHUYỂN SẢN XUẤT XI MĂNG
1.1. Các cơng đoạn chính của q trình sản xuất xi măng

Hình 1.1. Sơ đồ cơng nghệ sản xuất xi măng
8


Chương 1. Công nghệ và yêu cầu điều khiển quạt ID trong dây chuyền sản xuất xi măng

Dây chuyền xản xuất của nhà máy có 2 loại ngun liệu chính là đá vôi và đá
sét với các nguyên liệu bổ sung là silicat và quặng pyrite. Toàn bộ dây chuyền cơng
nghệ sản xuất của nhà máy gồm có 05 cơng đoạn chính:
Cơng đoạn 1: Cơng đoạn nghiền liệu.
Cơng đoạn 2: Công đoạn nung luyện clinker.
Công đoạn 3: Công đoạn nghiền than.
Công đoạn 4: Công đoạn nghiền xi măng.
Công đoạn 5: Cơng đoạn đóng bao.
1.1.1. Cơng đoạn nghiền liệu

a. Cơng đoạn chuẩn bị nguyên liệu
Đá vôi là thành phần chiếm tỷ trọng lớn nhất trong clinker, nó được khai thác
và trữ trong một kho riêng biệt. Nhà máy được xây rất gần các núi đá vôi, và hiện tại
đá vôi được sử dụng đều đang được khai thác tại các núi đá vơi ở địa phương bằng
phương pháp nổ mìn cắt tầng, rồi ủi bằng xe ủi hạng lớn xuống chân núi. Sau đó đá
vơi có kích thước nhỏ hơn 1500mm được xúc lên, rồi vận chuyển trên các ôtô tải 32
đến 36 tấn. Mỗi lần chở vận chuyển được từ 35 đến 39 tấn đá vôi tới phễu (két) tiếp
liệu của công đoạn đập đá vôi.Tại đây đá vôi được đập sơ bộ bằng hệ thống máy
nghiền con lăn, đưa về kích thước tương đối, loại bỏ những viên quá to. Sau đó được
vận chuyển về kho chứa đồng nhất sơ bộ bằng hệ thống băng tải cao su sau đó máy rải
liệu di động tại kho đồng nhất rải đá vôi thành hai đống với khối lượng mỗi đống 1100
tấn.
Đất sét được khai thác tại mỏ, đá sét có kích thước lớn nhất là 500mm được
chuyển ra cảng xuất bằng ơtơ tự đổ có tải trọng 1618 tấn và đưa xuống sà lan để
chuyển về cảng nhập tại nhà máy. Qua băng cào mặt sườn sét được cào vào băng tải
vận chuyển đến két chứa của cân băng định lượng.
Như đất sét, các nguyên liệu điều chỉnh thành phần hóa như silica, quặng sắt
đưa về nhà máy. Tại cảng nhập được luân phiên bốc lên két chứa. Qua hệ thống cán sơ
bộ hai cấp, qua hệ thống băng và máy rải di động rải đống trong kho đồng nhất cùng
với kho đất sét. Khối lượng cả đống silica 1 x 4200 tấn quặng sắt 1 x 2400 tấn. Qua hệ
9


Chương 1. Công nghệ và yêu cầu điều khiển quạt ID trong dây chuyền sản xuất xi măng

thống băng cào mặt sườn vào băng tải cao su đưa lên két chứa của cân băng định
lượng.
b. Nghiền nguyên liệu
Từ các két chứa nguyên liệu được tháo qua hệ thống cân băng định lượng. Tỷ lệ
phối liệu phụ thuộc vào các điểm đặt cấp liệu. Qua hệ thống van cấp liệu quay nguyên

liệu được cấp vào hệ thống sấy nghiền liên hợp năng suất 300 tấn/h.
Máy nghiền là loại nghiền đứng 3 con lăn có phân ly khí động. Việc nghiền
được thực hiện do lực trà ép của con lăn trên bàn nghiền. Những hạt mịn được đưa lên
phân ly nhờ hệ thống quạt hút máy nghiền đưa tới các cylon lắng. Sản phẩm thu hồi
được thu hồi được ở đáy cylon qua hệ thống máng khí động, nhờ hệ thống gầu đổ vào
silo đồng nhất. Những hạt khơng đủ kích cỡ đập vào cánh phân ly hồi lưu trở lại máy
nghiền để nghiền tiếp. Khí ra khỏi cylon được tuần hồn lại máy nghiền và 1 phần dư
được làm sạch trong lọc bụi tĩnh điện và thải ra ngồi mơi trường.
1.1.2. Cơng đoạn nung luyện clinker
Các thiết bị chính trong cơng đoạn bao gồm: Một tháp trao đổi nhiệt 5 tầng
cylon cao 114m và một lò nung.
Bột liệu từ silo đồng nhất qua hệ thống gầu, máng khí động, qua van cấp liệu
quay được cấp vào hệ thống sấy 5 tầng. Nhiệt độ của bột liệu trước khi vào lò từ 800
đến 1000 0C. Qua hệ thống lò nung bột liệu được nung luyện ở zon nung tạo pha lỏng
1450 0C. Sau đó dùng hệ thống giàn ghi để đẩy clinker thành từng lớp theo phương
ngang từ phía trục đầu lị. Với ngun lý làm việc là dịng khí làm lạnh từ hệ thống
quạt gió thổi qua các dầm ngang, song thổi vng góc lên bề mặt giàn ghi vào lớp
clinker do sự chuyển động của các tấm ghi động trượt trên tấm ghi tĩnh đặt song song
cách đều nhau khoảng 30mm, được bố trí gối đầu lên nhau. Áp lực khí tại đầu của các
tấm guốc truyền khí phải đủ lớn để clinker được làm nguội nhanh khi ra khỏi giàn ghi
tới silơ ủ thì nhiệt độ cịn khoảng 80-100 oC. Những tảng và hòn to ≥ 30 cmm trên ghi
được hệ thống băng xích gạt vào máy đập búa. Clinker được vận chuyển bằng băng
tấm lên silo chính phẩm sức chứa 30.000 tấn.

10


Chương 1. Công nghệ và yêu cầu điều khiển quạt ID trong dây chuyền sản xuất xi măng

1.1.3. Công đoạn nghiền than

Than được vận chuyển về kho đồng nhất sơ bộ. Tại đây nhờ máy rải liệu được
rải theo kiểu rải mô, than được rải thành các đống. Qua hệ thống máy cào cào lên băng
tải cao su vận chuyển vào két than thô đầu máy nghiền.
Bột than sau khi nghiền qua hệ thống phân ly trên đỉnh máy nghiền. Đây là loại
phân ly với động cơ biến tần có thể điều chỉnh độ mịn theo yêu cầu. Các hạt to khơng
đạt u cầu quay trở lại bàn nghiền. Khí nóng dùng để sấy trong máy nghiền được lấy
từ sau lọc bụi tĩnh điện của hệ thống làm nguội clinker hoặc từ lò đốt phụ. Các hạt mịn
ra khỏi phân ly được tách khỏi dịng khí nhờ hệ thống cyclon lắng và lọc bụi tĩnh điện.
Sản phẩm than cuối cùng được đưa vào cân cấp than để cấp liệu cho lị và tháp 5 tầng.
1.1.4. Cơng đoạn nghiền xi măng
Từ kho chứa phụ gia, thạch cao từ két chứa qua hệ thống cân bằng định lượng
và kết hợp với Clinker được cấp vào máy nghiền đứng CKP là máy nghiền sơ bộ. Loại
nghiền đứng này khác với nghiền đứng con lăn cho công đoạn nghiền bột liệu và
nghiền than. Không có hệ thống khí nén thổi ngược từ dưới lên mà sau khi nghiền sơ
bộ clinker sẽ theo cánh dẫn hướng chảy xuống hệ thống gầu nâng và van phân liệu. Số
nguyên liệu không đạt tiêu chuẩn sẽ quay trở lại máy nghiền sơ bộ. Số nguyên liệu đạt
tiêu chuẩn được chuyển đến máy nghiền bi.
1.1.5. Cơng đoạn đóng bao
Xi măng sau khi nghiền xong đạt độ mịn theo quy định đổ vào silo theo mác
quy định. Đây là silo hai lõi chứa hai loại xi măng có chất lượng khác nhau. Qua hệ
thống van xi măng đổ vào hai két chứa sau đó nhờ hệ thống gầu đổ vào sàng rung
xuống két chứa của máy đóng bao. Hệ thống đóng bao gồm 4 máy đóng bao loại máy
đóng bao 8 vòi theo thiết kế của hãng Ventomatic. Năng suất 1 máy 100 tấn/h.

1.2. Hệ thống quạt ID trong công nghệ sản xuất xi măng
1.2.1. Tìm hiểu cơng đoạn lị nung và tháp trao đổi nhiệt
Cơng đoạn lị nung và tháp trao đổi nhiệt đóng vai trị rất quan trọng trong q
trình tạo clinker, nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất lượng sản phẩn của xi măng. Hình
1.2 và 1.3 dưới đây thể hiện nguyên lý và quá trình hoạt động tạo clinker ở khu vực lò
nung và tháp trao đổi nhiệt nhằm đảm bảo chất lượng sản phẩm, tăng hiệu quả kinh tế.

11


Chương 1. Công nghệ và yêu cầu điều khiển quạt ID trong dây chuyền sản xuất xi măng

Hình 1.2. Sơ đồ công công nghệ khu vực nghiền liệu và lọc bụi tĩnh điện
12


Chương 1. Công nghệ và yêu cầu điều khiển quạt ID trong dây chuyền sản xuất xi măng

Hình 1.3. Sơ đồ công nghệ ở khu vực tháp trao đổi nhiệt
13


Chương 1. Công nghệ và yêu cầu điều khiển quạt ID trong dây chuyền sản xuất xi măng

Chất lượng của xi măng trước hết phụ thuộc vào chất lượng clinker mà chất
lượng clinker quyết định bởi chất lượng phối liệu. Do đó độ ẩm của phối liệu rất quan
trọng: Nếu liệu q khơ viên liệu nhỏ bở, cịn nếu q ẩm viên liệu lớn quá cỡ dẻo lúc
rơi và gầu nạp liệu sẽ bị dính bết vào nhau. Liệu khơ hay ẩm thất thường chắc chắn sẽ
ảnh hưởng đến chế độ nhiệt của lò nung làm cho lò nung chạy khơng ổn định
Tác nhân sấy là hơi nóng được lấy từ hệ thống tháp sấy tầng hoặc vịi đốt phụ.
Khí thổi qua máy nghiền và vận chuyển nguyên liệu vào phân ly nhờ quạt hút khí đặt
gần bộ phận lọc bụi tĩnh điện. Dịng khí được điều chỉnh nhờ hệ thống cánh van. Sau
đó dịng khí này sẽ được tuần hoàn lại máy nghiền hoặc qua máy lọc bụi tĩnh điện rồi
xả ra mơi trường bên ngồi để đảm bảo các u cầu về an tồn mơi trường.
Các q trình tạo ra khí sấy này được tận dùng khí từ quạt ID đặt phía ngay sau
tháp trao đổi nhiệt. Khí sau khi đi ra từ quạt sẽ tạo ra một phần sẽ qua máy nghiền để
sấy liệu và một phần còn lại sẽ qua lọc bụi tĩnh điện.

Trên các cửa đổ chuyển hướng của băng tải đều có các hệ thống lọc bụi tay áo
thời gian giũ bụi được cài đặt tại bảng điều khiển đặt ngay tại chân thiết bị, và hệ
thống đối trọng để giữ thăng bằng.
Mục đích của cyclone tháp trao đổi nhiệt là đưa dần nhiệt độ của nguyên liệu
lên đến gần nhiệt độ canxi hóa tại từng thấp nhất của tháp trao đổi nhiệt. Nguyên liệu
thường được đưa vào ống giữa tầng cyclone thứ nhất và tầng cyclone thứ hai. Nguyên
liệu được treo trên khí và rời cyclone qua van cơn đáy. Nó chảy qua van lật và chuyển
tới ống đứng dẫn đến tầng cyclone thứ hai tại đây quá trình này được lặp lại. Bằng
cách này chuyển dần từng bước quá các cyclone đồng thời với q trình trao đổi nhiệt
với khí nóng.
Buồng phân hủy với mục đích chính là để cho q trình canxi hóa liệu xảy ra
ngồi lị quay. Điều này dẫn đến sự giảm đáng kể tải nhiệt của zone nung, làm tăng sản
lượng gấp hai lần đối với cỡ lò nhất định khi so sánh với lị khơ bình thường có tháp
trao đổi nhiệt treo. Vì vậy buồng phân hủy được gọi là canxiner. Hơn nữa buồng phân
hủy có khả năng sử dụng nhiên liệu có chất lượng thấp hơn lị bình thường, do vậy
giảm chi phí nhiên liệu. Buồng phân hủy có 3 đầu vào và 1 đầu ra:

14


Chương 1. Công nghệ và yêu cầu điều khiển quạt ID trong dây chuyền sản xuất xi măng
•

Đầu vào là nhiên liệu, nguyên liệu(được nung nóng trước khoảng 800) và khí

nóng từ bộ làm nguội 800
• Đầu ra là khí nóng gồm các sản phẩm cháy được và CO2 tạo ra trong q trình
canxi hóa và ngun liệu ở dạng bụi với khí nóng.

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


Hỗn hợp liệu và khí sau đó được dẫn tới cyclone, tại đó khí và ngun liệu
được tách ra. Nguyên liệu được chuyển đến lò quay, và khí nóng tiếp tục đi lên tới
cyclone trao đổi nhiệt, tại đây hầu hết nhiệt lượng bị thu hồi thơng qua q trình trao
đổi nhiệt với ngun liệu mới đang được chuyển vào q trình. Lượng gió sẽ được
kiểm soát bằng van tiết lưu hoặc bằng tốc độ quạt, trong trường hợp luồng gió thay
đổi.
1.2.2. Yêu cầu đối với quạt ID
Quạt gió (ID) được đặt sau tháp trao đổi nhiệt tạo ra áp suất âm ở đỉnh tháp và
cuốn gió vào lị buồng phân hủy.
Gió để cung cấp cho hệ thống lị bao gồm gió 1 qua vịi đốt bằng quạt gió 1 và
gió 2 bị cuốn vào lị, gió 3 vào buồng phân hủy do sức hút của quạt ID tạo ra. Trong đó
gió 1 là gió lạnh từ môi trường tỉ lệ trực tiếp với than cấp, cịn gió 2 và gió 3 là gió
nóng qua trao đổi nhiệt với clinker ở bộ làm nguội. Lưu lượng khí thốt ra từ nhánh
tháp trao đổi nhiệt của lị là tổng của số lượng khí cháy từ lị, khí dư thừa cần để đảm
15


Chương 1. Công nghệ và yêu cầu điều khiển quạt ID trong dây chuyền sản xuất xi măng

bảo rằng nhiên liệu cháy hết, khí sinh ra trong q trình nung và canxi hóa liệu, khí giả
thâm nhập vào hệ thống qua chỗ rò rỉ tháp trao đổi nhiệt của lò.
Như vậy để điều khiển lượng các gió trên ta chỉ cần điều chỉnh quạt ID để đảm
bảo các yêu cầu về an tồn và chất lượng của sản phẩm:
•

Cung cấp lượng oxy cần thiết để nhiên liệu cháy hoàn toàn. Nếu gió khơng đủ,
lượng oxy cung cấp bị thiếu, nhiên liệu được cung cấp sẽ không cháy hết. Mặt
khác, nếu lượng gió cung cấp là q nhiều thì nhiên liệu cháy q nhanh và gây
lãng phí. Gió đưa vào sẽ làm thay đổi áp suất khí trong lị, ảnh hưởng tới nhiệt


độ trong lò và ảnh hưởng tới chất lượng clinker.
• Q trình hoạt động của quạt ID ở sau tháp trao đổi nhiệt sẽ tạo ra một áp suất
âm ở trên đỉnh của tháp trao đổi nhiệt cũng như lị để đảm liệu khơng phì ra
ngồi gây ảnh hưởng đến con người và các thiết bị.
• Lượng khí sau khi ra khỏi tháp trao đổi nhiệt sẽ được tận dụng để sấy ở máy
nghiền liệu và một phần sẽ qua máy lọc bụi tĩnh điện để giảm chi phí, tăng chất
lượng sản phẩm và cũng như các vấn đề về an tồn mơi trường.

Hình 1.5. Hình ảnh quạt ID trong thực tế

1.2.3. Cấu tạo quạt ID
16


Chương 1. Công nghệ và yêu cầu điều khiển quạt ID trong dây chuyền sản xuất xi măng

Quạt là thiết bị cơ khí đã được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực với nhiều
kiểu dạng khác nhau nhằm vận chuyển khơng khí từ nơi này đến nơi khác đáp ứng các
yêu cầu trong sinh hoạt thường ngày, các quá trình chế biến trong nơng cơng nghiệp,
trong các thế thống nung nóng và làm mát, và trong các nhà máy nhiệt điện. Và ở
trong dây chuyền sản xuất xi măng của nhà máy Long Sơn thì quạt cơng suất lớn được
sử dụng ở đây là quạt ID nằm sau tháp điều hịa và có thể tạo ra lưu lượng tối đa là Q
= 1080000 [].
Cấu tạo của quạt ID gồm 2 bộ phần chính đó là cánh roto để tạo áp lực và
chuyển khí vào máy, bộ phận chính thứ hai là vỏ quạt dùng để hội tụ và chuyển hướng
dịng khí, với quạt nhỏ vỏ có thể gắn với quạt và với quạt lớn vỏ phải đặt lên bệ đỡ
riêng của nó.
Cấu tạo của rotor gồm có dĩa sau, cánh, dĩa trước. Dĩa trước có thể cơn, phẳng
hoặc khơng tùy theo cơng dụng, dĩa sau phẳng hoặc khơng có, cánh có hoặc khơng có

gân tăng cứng(bền).
Các cánh của rơ-to của quạt ID được giữ chặt bởi mặt đỡ và vịng giữ đỡ. Rơ-to
nằm trong vỏ quạt với chu vi theo dạng xoắn ốc. Khơng khí vào từ miệng hút qua vòng
đỡ được các cánh ly tâm ra vỏ quạt, và dịng vỏ thốt ở cửa ra. Như vậy, phương của
dịng khí vào thằng với góc phương của dịng khí ra.

Hình 1.6. Quạt ID và cánh quạt ID

1.3. Hệ thống điều khiển
17


Chương 1. Công nghệ và yêu cầu điều khiển quạt ID trong dây chuyền sản xuất xi măng

1.3.1. Đặc tính quạt
Đặc tính quạt được thể hiện ở hình 1.7:

Hình 1.7. Đồ thị đặc tính quạt gió

Phương trình đặc tính quạt:
Mc = MC0 + (MCđm – MC0).
Momen tỉ lệ với bình phương tốc độ nên momen động cơ càng lớn thì tốc độ
quạt càng tăng.
1.3.2. Phương pháp điều khiển lưu lượng
Yêu cầu quan trọng của công nghệ nung luyện clinker là phải giữ được nhiệt độ
và ngọn lửa zone nung ở lò quay ổn định khoảng 1350 và cung cấp lượng nhiệt đủ lớn
ở các cyclone của tháp năm tầng để đảm bảo q trình tạo clinker được tốt, do đó điều
khiển lưu lượng gió là một vấn đề rất quan trọng và nó ảnh hưởng trực tiếp đến chất
lượng của clinker trong công đoạn sản xuất xi măng của nhà máy.
Lượng gió đi vào canxiner gồm có gió 1 đi vào buồng phân hủy từ ống phun

nhiên liệu, gió 3 vào canxiner được trích từ gió làm nguội clinker ở đầu ra của lị nung.
Mục đích của gió 3 là tận dụng nhiệt từ gió làm mát clinker để sấy nguyên liệu trong
canxiner và trong nhánh tháp trao đổi nhiệt, đồng thời cũng cung cấp Oxy cho quá
trình cháy trong buồng phân hủy. Khi nồng độ Oxy trong nhánh tháp trao đổi nhiệt
thấp, tức là lượng Oxy cung cấp cho buồng phân hủy không đủ để cho than cháy hết
18


Chương 1. Công nghệ và yêu cầu điều khiển quạt ID trong dây chuyền sản xuất xi măng

hồn tồn thì ta phải điều chỉnh lưu lượng gió qua hệ thống điều khiển van gió hoặc là
điều khiển quạt ID đặt phía sau của nhánh tháp trao đổi nhiệt.
Tỷ lệ gió có thể thay đổi trong một dải sai số điều khiển. Nếu một hệ
thống với việc điều chỉnh gió quá thấp so với yêu cầu sẽ gây thiếu gió để đốt
cháy nhiên liệu, nếu lượng gió quá lớn sẽ làm quá trình cháy xảy ra với tốc độ
nhanh và nhiên liệu gây lãng phí, ảnh hưởng tới q trình nhiệt trong lị. Hệ
thống phân tích thành phần Oxy trong khí thải lò được sử dụng trong chiến
lược điều khiển tỷ lệ gió để duy trì một lượng khí thừa nhất định đảm bảo q
trình nhiên liệu trong lị được cháy hết.
Để điều chỉnh lưu lượng gió người ta có 2 phương pháp: điều khiển van tiết lưu
hoặc là điều khiển tốc độ quay của quạt.
a. Điều khiển van tiết lưu
Điều chỉnh van tiết lưu tức là thay đổi góc mở van và tốc độ của quạt ID bằng
hằng số và bằng giá trị định mức.
Giả sử ban đầu góc mở van là (QA,pA) sau đó thay đổi góc mở van thành (QB,pB)
với khi đó lưu lượng QA > QB và áp suất pA< pB.

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

b. Điều khiển tốc độ


19


Chương 1. Công nghệ và yêu cầu điều khiển quạt ID trong dây chuyền sản xuất xi măng

Phương pháp điều khiển tốc độ quạt tức là ta thay đổi tốc độ quạt và góc mở
van gió được mở tối đa và bằng hằng số.
Giả sử góc mở van tiết lưu là tối đa. Xét tại điểm C là giao điểm của đường đặc
tính van gió với đường đặc tính quạt khi tốc độ của quạt bằng và điểm A là giao điểm
của đường đặc tính van gió với đường đặc tính quạt khi tốc độ của quạt bằng (với >),
khi đó thì QA>QC và pA>pC.

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

c. Ưu điểm điều khiển lưu lượng bằng tốc độ
Ta có cơng suất động cơ là P = M. mà ta lại có M tỷ lệ thuận với p và Q tỷ lệ
thuận với nên cơng suất động cơ được tính bằng cơng thức:
P = p.Q
Xét hai trường hợp sau:
•

Trường hợp điều khiển van tiết lưu với góc mở van là và với tốc độ định mức
là thì cơng suất thu được :
PV = QB.pB = SOFBD

Với SOFBD là diện tích hình OFBD
•

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

hằng số và với tốc độ là thì thu được cơng suất:
Pn = QC.pC= SOFCE

20


Chương 1. Công nghệ và yêu cầu điều khiển quạt ID trong dây chuyền sản xuất xi măng

Với SOFCE là diện tích hình OFCE.
So sánh hai trường hợp trên ta có:
= PV - Pn = SCEBD
Do vậy khi điều điều chỉnh lưu lượng bằng điều chỉnh van tiết lưu thì sẽ gây
tiêu tốn công suất nhiều hơn điều chỉnh lưu lượng bằng tốc độ quạt ID( với trường hợp
Qlv
Hình 1.10. Sơ đồ đặc tính lưu lượng khi thay đổi tốc độ và góc mở van

21


Chương 2. Tìm hiểu cấu hình của biến tần trung thế

Chương 2
TÌM HIỂU CẤU HÌNH CỦA BIẾN TẦN TRUNG THẾ
2.1. Giới thiệu về biến tần trung thế
Ngày nay, quá trình cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đang dần phát triển nhanh
chóng để đạt được điều đó thì khoa học kỹ thuật là yếu tố quyết định chính đến q
trình cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước. Trong sản xuất công nghiệp hiện đại, để
nâng cao hiệu suất sử dụng của máy, nâng cao chất lượng sản phẩm và các phương
pháp tự động hóa dây chuyển sản xuất thì hệ thống truyền động điện có điều chỉnh tốc

độ là khơng thể thiếu. Với những kỹ thuật ngày càng tinh vi như hiện nay thì càng có
nhiều sự lựa chọn thiết bị cho các nhà sản xuất. Do có nhiều ưu điểm trong các phương
pháp điều khiển mà bộ biến tần trung áp ngày càng được sử dụng nhiều cho các ứng
dụng công suất lớn trong các ngành công nghiệp khác nhau. Chúng đang thay thế dần
các bộ biến tần cũ bởi những ưu điểm là nó có điện áp cao, công suất lớn nên dùng
nghịch lưu một pha ghép nối tiếp nhau để tạo ra nhiều mức điện áp thích hợp.
Trong các hệ thống điều khiển tốc độ động cơ là khâu quan trọng quyết định
đến chất lượng của hệ thống truyền động. Phụ thuộc vào phạm vi điều chỉnh, vào
phạm vi công suất truyền động và biến tần là một sự lựa chọn tối ưu cho việc này.
Trước đây, các hệ truyền động dùng biến tần trực tiếp do chất lượng điện áp đầu ra
thấp nên thường dùng ở lĩnh vực công suất lớn, nơi chỉ tiêu hiệu suất được đặt lên
hàng đầu. Ngày nay, với sự phát triển của điện tử công suất và kỹ thuật vi điều khiển,
phương pháp điều khiển biến tần ma trận cho chất lượng điện áp ra cao, giảm ảnh
hưởng xấu đến lưới điện nên phạm vi đang ngày càng được mở rộng. Được ứng dụng
nhiều nhất hiện nay vẫn là các hệ điều khiển tốc độ biến tần dùng bộ biến tần gián tiếp,
các bộ biến tần loại này có thể khống chế theo các phương pháp khác nhau: điều chế
độ rộng xung(PWM); điều khiển vector; điều khiển trực tiếp momen. Sự tiên tiến
trong khoa học biến tần đa mức ra đời, 2 sản phẩm tiêu biểu là biến tần 2 mức và biến
tần diode kẹp với những ưu điểm: Cách đấu nối các bộ nghịch lưu cho phép điện áp ra
tải cao trong khi điệp áp của từng khối nghịch lưu cầu thấp(do đó tránh được đấu nối
các van mà thường địi hỏi phải có vạch chia phức tạp và khơng an toàn), với luật điều
22


Chương 2. Tìm hiểu cấu hình của biến tần trung thế

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

Chính vì vậy mà theo thống kê thì biến tần trung áp được sử dụng nhiều trong
cơng nghiệp với những hoạt động khác nhau.
2.1.1. Cấu trúc chung của bộ biến tần trung thế

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

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

chiều ba pha với các cấp điện áp tùy thuộc vào các điều kiện thực tế.
• Bộ lọc: Bộ lọc có chức năng là giữ cho điện áp ra và dịng điện ra là khơng đổi.
Bộ lọc bao gồm một tụ điện C có chức năng là để giữ điện áp cho C khơng đổi
và dịng điện L giữ cho dịng khơng đổi.
• Biến áp: Máy biến áp có chức năng là tạo ra từng mức điện áp phù hợp với các
van bán dẫn, làm giảm tốc độ tăng vòng giữa các van bán dẫn và cách mạch
động lực với lưới điện. Đối với 6 xung thông thường tác dụng tạo ra điện áp cần
thiết cấp cho bộ chỉnh lưu. Cịn với 12,18 xung thì máy biến áp tác dụng tạo ra
các góc lệch pha cân bằng 30,20,15 làm tăng mức cơng suất cho tồn hệ thống.
• Bộ chỉnh lưu: Biến đổi điện áp xoay chiều ba pha từ lưới thành điện áp một
chiều.
• Bộ nghịch lưu: Biến đổi điện áp một chiều từ đầu ra của bộ chỉnh lưu thành
điện áp xoay chiều ba pha cung cấp cho tải ba pha có yêu cầu tần số ngõ vào
thay đổi.
2.1.2. Các bộ biến tần của một số hãng

23


Chương 2. Tìm hiểu cấu hình của biến tần trung thế

Ngày nay, trên thị trường có sẵn các thiết bị truyền động trung áp. Các thiết bị
này kèm theo những thiết kế khác nhau nhằm tạo tạo ra các bộ biến tần phù hợp với
các yêu cầu sử dụng trong thực tế. Mỗi thiết kế đều cung cấp một số tính năng độc đáo
nhưng mà bên cạnh đó vẫn cịn có một số hạn chế, việc cung cấp đa dạng về các bộ
biến tần này thúc đẩy sự tiến bộ trong công nghệ truyền động và thúc đẩy mức cạnh
tranh trong thị trường lên cao.
Bảng 2.1. Các loại biến tần của một số hãng
Cấu hình biến tần

Thiết bị chuyển mạch

Dải công suất

Hãng sản xuất

(MVA)
Bộ nghịch lưu truyền
thống 2 mức

IGBT

1.4–7.2

Alstom (VDM5000)

Bộ nghịch lưu ba mức
diode kẹp

GCT

0.3–5

ABB (ACS1000)

GCT

3–20

IGBT

0.6–7.2

General Electric
Siemens (SIMOVERTMV)

IGBT

0.3–2.4

IGBT

0.3–22

Bộ nghịch lưu cầu H
nối tầng

Bộ nghịch lưu với tụ
bay

IGBT

General ElectricToshiba
(Dura-Bilt5 MV)
ASI Robicon (Perfect
Harmony)

0.5–6

Toshiba (TOSVERTMV)

0.45–7.5

General Electric
(Innovation MV-GP
Type H)

0.3–8

Alstom (VDM6000
Symphony)

Bảng 2.1 đã cung cấp được bản tóm tắt về một số sản phẩm biến tần trung thế
chính trên thế giới hiện nay. Dãy sản phẩm biến tần này cho ta các nhìn nhận cụ thể
các ứng dụng điện áp trung thế và cho phép chọn biến tần đáp ứng tốt nhất các yêu cầu
kỹ thuật.
Sự phát triển của các thiết bị chuyển mạch bán dẫn thực chất là một tìm kiếm
cho sự chuyển đổi lý tưởng. Các nỗ lực đã được thực hiện để giảm tổn thất điện năng
24

Chương 2. Tìm hiểu cấu hình của biến tần trung thế

của các thiết bị, tăng khả năng chuyển đổi tần số, và đơn giản hóa các mạch điều
khiển. Sự phát triển của các thiết bị chuyển mạch dẫn tới tốc độ phát triển của các bộ
biến tần công suất lớn, và trong khoảng thời gian đó mở rộng ứng dụng cho các bộ
biến tần công suất lớn ở trong hệ truyền động cơng nghiệp.

2.2. Cấu hình mạch lực của bộ biến tần trung thế
2.2.1. Bộ chỉnh lưu nhiều xung
Bộ chỉnh lưu có nhiệm vụ biến đổi nguồn xoay chiều = 50(Hz) thành nguồn
điện một chiều, cấp cho bộ nghịch lưu để điều khiển tốc độ động cơ. Do có sự khác
nhau trong việc sử dụng van nên các van bán dẫn được chia thành ba loại chính như
sau: Chỉnh lưu có điều khiển, chỉnh lưu khơng điều khiển, chỉnh lưu bán điều khiển.
Bộ chỉnh lưu cầu 3 pha có 6 van, nên tạo số xung ảnh hưởng cũng bằng 6.
Trong truyền động trung áp người ta thường ghép các bộ chỉnh lưu 6 xung này với
nhau thành các bộ chỉnh lưu 12 xung, 18 xung, 24 xung. Các chỉnh lưu trên 30 xung
thì ít được sử dụng do chi phí máy biến áp tăng và sự cải tiến thì khơng được phát
triển.
Bộ chỉnh lưu nhiều xung có thể được chia làm hai loại: Các bộ chỉnh lưu nối
tiếp, các bộ chỉnh lưu riêng biệt.
Đánh giá tổng thành phần sóng hài(Total harmonic distortion) bằng cơng thức:
TDH% =
Trong đó : Ia: Giá trị hiệu dụng của dòng điện lưới.
Ia1: Giá trị hiệu dụng thành phần bậc 1 của dòng điện lưới.
Bảng 2.2. Bảng so sánh các bộ chỉnh lưu nối tiếp
Chỉnh lưu

Sơ đồ

Đặc điểm

Sơ đồ gồm 6 diode, tại thời điểm chỉ có 2
van được dẫn. Điện áp chỉnh lưu Vd =2.34Vf.

Chỉnh lưu
6 xung

Dịng điện tăng thì tổng thành phần sóng
hài giảm: Với thành phần bậc 1 Ia1 = 0,2pu,
THD = 75,7%; Ia1 = 1pu; TDH=32,7%.

25