Nghiên cứu thiết kế ,cải tạo, hệ thống điều khiển trạm bơm la tiến

BỘ GIÁO DỤC VÀ ðÀO TẠO
TRƯỜNG ðẠI HỌC NÔNG NGHIỆP HÀ NỘI
----------





----------


NGUYỄN VĂN LÌNH


NGHIÊN CỨU, THIẾT KẾ, CẢI TẠO
HỆ THỐNG ðIỀU KHIỂN TRẠM BƠM LA TIẾN



LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT



Chuyên ngành : ðIỆN NÔNG NGHIỆP
Mã số : 60.52.54

Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN VĂN HÒA

HÀ NỘI - 2011
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………………..


i
LỜI CAM ðOAN

Tôi xin cam ñoan ñây là công trình của riêng tôi. Các số liệu, kết quả nêu
trong luận văn là trung thực và chưa từng ñược ai công bố trong bất kỳ công
trình nào khác.

Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Lình













Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………………..

ii
LỜI CẢM ƠN

Luận văn : “Nghiên cứu, thiết kế, phương án cải tạo hệ thống ñiều
khiển trạm bơm la tiến”. ñược hoàn thành với sự nỗ lực của bản thân, sự giúp
ñỡ của thầy giáo hướng dẫn và các bạn ñồng nghiệp.
Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy giáo TS Nguyễn Văn Hoà ñã hướng dẫn,
ñịnh hướng, giúp ñỡ cho tôi trong quá trình thực hiện luận văn.
Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn sâu sắc tới các thầy, cô giáo Bộ môn ðiều
khiển tự ñộng - ðại học Bách Khoa, các thầy cô Bộ môn ðiện Trường ðH
Nông nghiệp Hà Nội ñiều kiện thuận lợi giúp ñỡ tôi trong công tác nghiên
cứu.
Với thời gian và kiến thức có hạn chắc chắn luận văn sẽ còn thiếu sót,
kính mong thầy, cô và các bạn ñồng nghiệp ñóng góp ý kiến ñể luận văn ñược
hoàn thiện hơn ./.
Tác giả luận văn

Nguyễn Văn Lình
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………………..


iii
MỤC LỤC


Lời cam ñoan i
Lời cảm ơn ii
Mục lục iii
Danh mục hình vi

Lời lói ñầu 1
Chương 1 TỔNG QUAN VỀ ðỀ TÀI 2
1.1 Sơ lược về công ty khai thác công trình thủy lợi Hưng Yên 2
1.2 Vị trí ñịa lý của trạm bơm La Tiến 2
1.3 Nhiệm vụ của trạm bơm La Tiến 2
1.4 Mục tiêu nghiên cứu của ñề tài 3
Chương 2 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG TRANG BỊ ðIỆN CỦA TRẠM
BƠM 4
2.1 Yêu cầu về trang bị ñiện cho máy bơm và trạm bơm 4
2.2 Trang bị mạng ñiện cao áp 5
2.2.1 Nguồn ñiện 5
2.2.2 Sơ ñồ cung cấp ñiện trạm bơm La Tiến 5
2.2.3 Dao cách ly 5
2.2.4 Cầu chì ống SI - 10KV 6
2.2.5 Chống sét van 7
2.2.6 Máy biến áp 8
2.3 Trang bị mạng ñiện hạ áp 10
2.3.1 Áptômát 10
2.3.2 Máy biến dòng 11
2.3.3 ðộng cơ ñiện máy bơm nước 12
2.3.4 ðộng cơ bơm mỡ 13
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………………..


iv
2.3.5 ðộng cơ bơm tiêu nước tầng hầm
13
2.3.6 Bơm nước cứu hoả 13
2.4 Các tủ ñiện của trạm 14
2.4.1 Tủ phân phối 14

2.4.2 Tủ ñộng lực (tủ khởi ñộng TðK) 14
Chương 3 CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỞI ðỘNG ðỘNG CƠ KHÔNG
ðỒNG BỘ 15
3.1 ðặt vấn ñề 15
3.2 ðặc tính của ñộng cơ không ñồng bộ 16
3.3 Khởi ñộng ñộng cơ không ñồng bộ 20
3.3.1 Những ảnh hưởng của việc khởi ñộng ñộng cơ không ñồng bộ. 20
3.4 Các phương pháp khởi ñộng ñộng cơ kñb roto lồng sóc 21
3.4.1 Phương pháp khởi ñộng trực tiếp 22
3.4.2 Khởi ñộng gián tiếp quá các bộ khởi ñộng 22
3.4.3 Lựa chọn phương pháp khởi ñộng 35
Chương 4 TÍNH TOÁN THIẾT KẾ SƠ ðỒ NGUYÊN LÝ 36
4.1 Tính toán thiết kế mạch lực bộ biến ñổi 36
4.1.1 Cấu trúc mạch lực của bộ biến ñổi 36
4.1.2 Bộ biến ñổi xoay chiều - xoay chiều một pha. 37
4.1.2 Bộ biến ñổi xoay chiều 3 pha 43
4.1.3 Dải ñiều chỉnh góc mở của Tiristor 46
4.1.4 ðặc tính khởi ñộng 48
4.2 Tính toán thiết kế mạch ñiều khiển bộ biến ñổi 49
4.2.1 Yêu cầu chung ñối với mạch ñiều khiển 49
4.2.2 Cấu trúc mạch ñiều khiển 50
4.3 Mạch ñiều khiển dùng vi ñiều khiển 51
4.3.1 Giới thiệu về vi ñiều khiển dsPIC30F4011 51
4.3.2 Sơ ñồ khối mạch ñiều khiển 58
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………………..


v
4.3.3 Cách ly ñầu vào tốc ñộ cao sử dụng vi mạch H11L1QT 59
4.3.4 Cách ly ñầu ra PWM tốc ñộ cao sử dụng PC817 59

4.3.5 Mô tả ñầu vào – ñầu ra 59
4.3.6 Xác ñịnh pha 60
4.3.7 Lọc pha 60
4.3.8 Thực hiện phần mềm vòng khóa pha (PLL – Phase Locked Loop) 61
4.3.9 ðiều khiển ñầu ra 61
4.4 Khâu tạo xung chùm (băm xung) 63
4.5 Mạch khuyếch ñại xung 64
4.6 Nguồn cung cấp 66
4.7. Bảo vệ mạch ñiều khiển 67
4.7.1 Bảo vệ quá dòng ñiện 67
4.7.2 Mạch hạn chế dòng khởi ñộng 69
4.7.3 Bảo vệ mất pha 71
Chương 5 CHẾ TẠO MẠCH ðIỀU KHIỂN VÀ LẬP TRÌNH ðIỀU
KHIỂN 74
5.1 Thiết kế mạch ñiều khiển 74
5.11. Mạch nguồn cấp cho vi ñiều khiển 74
5.1.2 Mạch ñiều khiển dsPIC30F4011 75
5.1.3 Mạch ghép nối với máy tính qua RS-232 75
5.1.4 Mạch hiển thị LCD 76
5.2 Lập trình ñiều khiển 76
5.2.1 Lưu ñồ thuật toán 76
5.2.2 Mã chương trình 78
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………………..


vi
DANH MỤC HÌNH

STT Tên hình Trang
3. 1 Sơ ñồ thay thế 1 pha ñộng cơ KðB 16

3-2 ðặc tính dòng stato ñộng cơ không ñồng bộ 18
3-3 ðặc tính dòng ñiện rôto ñộng cơ không ñồng bộ 19
3-4 ðặct ính cơ của ñộng cơ không ñồng bộ 20
3-5 Khởi ñộng trực tiếp ñộng cơ KðB 22
3 – 6 Sơ ñồ nguyên lý khởi ñộng ñộng cơ KðB rôto dây quấn dùng ñiện
trở phụ trong mạch rôto. 24
3-7 Tủ ñiện và sơ ñồ nguyên lý khởi ñộng ð/c KðB dùng cuộn kháng
phụ mắc vào mạch stato 25
3-8 Cuộn kháng khởi ñộng 26
3-9 Sơ ñồ nguyên lý khởi ñộng ñộng cơ KðB dùng máy biến áp tự
ngẫu 27
3-10 Sơ ñồ nguyên lý khởi ñộng ðC KðB rôto lồng sóc dùng máy biến
áp tự ngẫu TKð-200 29
3-11 Sơ ñồ khởi ñộng bằng phương pháp ñổi nối Y/∆ 31
3-12 ðặc tính cơ của phụ tải bơm 32
3-13a 33
4-1 Sơ ñồ bộ biến ñổi xoay chiều – xoay chiều 1 pha 37
4-2 Giản ñồ ñiện áp và dòng ñiện trên tải 38
4-3 Sơ ñồ BBð 1 pha với tải thuần cảm 39
4-4 Dạng dòng ñiện và ñiện áp trển tải thuần cảm 40
4-5 Sơ ñồ nguyên lý bộ biến ñổi tải trở cảm 41
4-6 Dạng dòng ñiện và ñiện áp α < ϕ 42
4-7 Dạng dòng ñiện và ñiện áp α > ϕ 43
4-8 Các trường hợp van dẫn: 44
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………………..


vii
4-9 ðồ thị ñiện áp pha khi ñiều chỉnh góc mở van 45
4-10 ðặc tính cơ khi ñiều chỉnh ñiện áp 47

4-11 ðặc tính khởi ñộng U
ñk
(t) 49
4-12 Sơ ñồ chân dsPIC30F4011 54
4-13 Cấu trúc bên trong của dsPIC30F4011 55
4-14 Sơ ñồ khối bộ ñiều khiển dùng vi xử lý 58
4-15 Sơ ñồ chân vi mạch H11L1QT. 59
4-16 Giản ñồ thời gian kích mở cho các Thyristor với góc mở αmin = 30
0
63
4-17 Tạo xung chùm có ñộ rộng 180
0
64
4- 18 Khuyếch ñại xung ghép qua máy biến áp 65
4-19 Sơ ñồ cấp nguồn cho mạch ñiều khiển 67
4-20 Sơ ñồ mạch bảo vệ quá dòng ñiện 69
4-21 ðặc tính dòng ñiện khởi ñộng 70
4-22 Sơ ñồ mạch hạn chế dòng ñiện khởi ñộng ñộng cơ 71
4-23 Giản ñồ ñiện áp 71
4-24 Sơ ñồ mạch bảo vệ mất pha 73
4-25 ðồ thị biểu diễn mất pha 73
5-1 Mạch nguồn cung cấp cho vi ñiều khiển 75
5-2 Mạch ñiều khiển trung tâm dùng dsPIC30F4011 75
5-3 Mạch ghép nối với máy tính qua RS-232 76
5-4 Mạch hiển thị LCD 76
5-5 Chương trình con ngắt ñầu vào xác ñịnh Pha 77
5-6 Chương trình con ngắt ñiều khiển ñầu ra 78

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………………..

1
LỜI NÓI ðẦU

ðất nước ta ñang trong thời kỳ thực hiện công nghiệp hoá, hiện ñại hoá
nền kinh tế, việc ứng dụng khoa học kỹ thuật trong công nghiệp, nông nghiệp và
ñời sống của con người ngày càng phát triển ñòi hỏi ñược nâng cao. Trong
nông nghiệp nguồn nước là một yếu tố vô cùng quan trọng, nó ảnh hưởng trực
tiếp ñến sự phát triển của nền nông nghiệp, nó quyết ñịnh ñến năng suất của cây
trồng, vì vậy việc phục vụ bơm nước tưới tiêu phục vụ nông nghiệp thông qua
bơm ñiện nó cho phép nâng cao hiệu quả kinh tế, giảm nhẹ ñược cường ñộ sức
lao ñộng cho người quản lý và vận hành . Hiện nay nhiều trạm bơm ñã và ñang
xây dựng có lưu lượng từ 8000m
3
/h ñến 32000 m
3
/h sử dụng tới 10 ñến 20 máy
bơm HTð ñộng cơ mang tải từ 200kw ñến 800 kw ñiện áp 380
v
ñến 0,6 kv. Với
các loại ñộng cơ này khi khởi ñộng dòng ñiện lên tới gấp từ 4 ñến 7 lần dòng
ñiện ñịnh mức. do nguồn ñiên lại có công suất giới hạn nên khi khởi ñộng trực
tiếp ñiện áp lưới ñiện sụt xuông ñáng kể gây ảnh hưởng xấu ñến chất lượng của
lưới ñiện và các thiết bị ñang làm việc. Mặt khác lại ảnh hưởng xấu ñến công
trình máy và trạm . ðể khắc phục tình trạng trên các trạm bơm này thường phải
dùng các biện phápkhởi ñộng hợp lý.
Sau thời gian học tập tại trường với sự tìm tòi nghiên cứu tại trường ðại học
nông nghiệp Hà Nội. Em ñược Khoa cơ ñiện giao cho ñề tài “Nghiên cứu, thiết
kế, cải tạo hệ thống ñiều khiển trạm bơm La Tiến” .
ðược sự hướng dẫn tận tình của Thầy giáo Nguyễn Văn Hoà và ñược sự

giúp ñỡ của các thầy cô giáo trong khoa ñể em thực hiện nghiên cứu và hoàn
thiện ñề tài. Tuy nhiên với kiến thức còn nhiều hạn chế và kinh nghiệm chưa có
nhiều chắc chắn luận văn của em còn nhiều thiếu sót, kính mong các thầy cô
trong Khoa bổ xung cho em ñược hoàn thiện hơn.
Em xin gửi tới Thầy giáo Nguyễn Văn Hoà cùng tập thể các thầy cô giáo
trong Khoa Cơ ðiện lòng biết ơn kính trọng.
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………………..


2
Chương 1
TỔNG QUAN VỀ ðỀ TÀI

1.1. Sơ lược về công ty khai thác công trình thủy lợi Hưng Yên
Trạm bơm La Tiến thuộc Xí nghiệp khai thác công trình thuỷ lợi Phù cừ
trực thuộc Công ty TNHH một thành viên khai thác công trình thuỷ lợi tỉnh
Hưng Yên. Công ty ñược thành lập năm 2001. Trước ñó là Công ty khai thác
công trình thuỷ lợi Phù cừ tỉnh Hưng Yên.
Công ty gồm 793 cán bộ công nhân viên. Trong ñó khối hành chính sự
nghiệp có 115 cán bộ công nhân viên còn lại 678 công nhân vận hành và quản lý
hệ thống công trình trạm bơm ñiện ñược chia ñều cho 9 Xí nghiệp khai thác
công trình thuỷ lợi thuộc các huyện. Trong ñó Xí nghiệp KTCTTL Huyện Phù
Cừ có 107 CBCNV gồm 90 công nhân vận hành tại các trạm bơm và các công
trình thuỷ lợi của Công ty.
1.2. Vị trí ñịa lý của trạm bơm La Tiến
Trạm bơm La Tiến bắt ñầu ñược xây dựng từ năm 2000 theo quyết ñịnh
của Bộ nông nghiệp và phát triển nông thôn. Trạm bơm ñược hoàn thành và bàn
giao vận hành tháng 5 năm 2005.
Trạm bơm La Tiến ñược xây dựng tại xã Nguyên Hoà huyện Phù cừ tỉnh
Hưng Yên.

Trạm bơm ñược trang bị 5 Máy bơm hướng trục trục ñứng, công suất mỗi
máy là 7780m
3
/h ñến 9000m
3
/h thuộc Xí nghiệp khai thác công trình thuỷ lợi
Huyện Phù cừ có 6 cán bộ công nhân viên trong ñó có 1 trạm trưởng và 5 nhân
viên vận hành, ñây là Trạm bơm lớn nhất của Xí nghiệp.
1.3. Nhiệm vụ của trạm bơm La Tiến
Là một Trạm bơm tiêu thuần tuý nên chủ yếu là tiêu úng và gạn tháo ñổ ải
cho vụ mùa.
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………………..


3
Trạm bơm La Tiến ñược xây dựng ở phía ñông của Huyện, giáp với Sông
Luộc, nên việc tiêu úng ra sông là khá thuận lợi. Tổng số diện tích tiêu úng là
2700 ha thuộc 6 xã của huyện Phù Cừ.
1.4 Mục tiêu nghiên cứu của ñề tài
Trên cơ sở phân tích, khảo sát vai trò cũng như hiện trạng của trạm bơm La
Tiến, mục tiêu nghiên cứu của ñề tài là xây dựng hệ thống khởi ñộng mềm sử
dụng bộ vi ñiều khiển hiện ñại nhằm tăng tính linh hoạt, tuổi thọ và nhằm giảm
kích thước cũng như giá thành của hệ thống khởi ñộng cho tram bơm. Mục tiêu
cụ thể như sau:
• Nghiên cứu các phương pháp khởi ñộng ñộng cơ không ñồng bộ.
• Tính toán thiết kế sơ ñồ nguyên lý mạch khởi ñộng ñộng cơ không ñồng
bộ.
• Thiết kế mạch ñiều khiển và lập trình ñiều khiển bộ khởi ñộng.

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………………..

4
Chương 2
PHÂN TÍCH HỆ THỐNG TRANG BỊ ðIỆN CỦA TRẠM
BƠM

2.1. Yêu cầu về trang bị ñiện cho máy bơm và trạm bơm
Thực tế hiện nay, ñộng cơ không ñồng bộ ñặc biệt là ñộng cơ ñiện ba
pha rôto lồng sóc ñã và ñang chiếm ưu thế trên thị trường cũng như trong sản
xuất. ðộng cơ không ñồng bộ có ưu ñiểm nổi bật là kết cấu ñơn giản, chắc
chắn dễ chế tạo, kích thước nhỏ gọn so với các loại ñộng cơ khác cùng công
suất, làm việc tin cậy, an toàn và thuận tiện trong vận hành, giá thành hạ.
Tuy vậy ñộng cơ không ñồng bộ, ñặc biệt là ñộng cơ rôto lồng sóc cũng
có những nhược ñiểm như khó ñiều chỉnh tốc ñộ và hệ số cosϕ thấp. Nhưng
do yêu cầu về ñiều chỉnh tốc ñộ ñối với máy bơm phục vụ nông nghiệp là
không cần thiết phải ñặt ra. Chính vì vậy hiện nay tất cả các máy bơm có
công suất nhỏ hơn 200KW/máy trong các trạm bơm ñều dùng ñộng cơ không
ñồng bộ làm việc ở cấp ñiện áp 380V. ở những trạm có máy bơm công suất từ
800 KW/máy trở lên thì thường dùng ñộng cơ ñồng bộ làm việc ở cấp ñiện áp
6KV hoặc 10KV với mục ñích là nâng cao hệ số cosϕ.
Trong trạm bơm thường dùng hệ ñiều khiển bằng rơle, công tắc tơ. Do
ñộng cơ kéo máy bơm thường không cần ñiều chỉnh tốc ñộ nên hệ ñiều khiển
chủ yếu dùng ñể ñóng, cắt các máy bơm khi có sự cố như quá tải, ngắn mạch,
ñiện áp thấp, quá nhiệt ñộ dây quấn, ổ trục ...
Như ta ñã biết khi khởi ñộng ñộng cơ không ñồng bộ rôto lồng sóc thì
dòng ñiện khởi ñộng tăng rất cao. Một trong những yêu cầu quan trọng là phải
khống chế ñược dòng ñiện trong quá trình khởi ñộng các ñộng cơ bơm. Hiện
nay ở các trạm bơm người ta ñang sử dụng các phương pháp khởi ñộng khác
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………………..

5
nhau tuỳ theo công suất của các tổ máy bơm, lịch sử xây dựng trạm và tiến
ñộ kỹ thuật ở giai ñoạn ñó.
Mặt khác ñể giảm bớt tổn thất ñiện năng cũng như thuận tiện cho quá
trình vận hành các tổ máy bơm thì ở mỗi trạm bơm bao giờ người ta cũng cho
xây dựng và lắp ñặt một trạm biến áp với công suất và ñiện áp phù hợp với
công suất và ñiện áp làm việc của trạm bơm ñó.
2.2. Trang bị mạng ñiện cao áp
2.2.1. Nguồn ñiện
Nguồn cung cấp ñiện cho trạm bơm La Tiến ñược lấy từ lưới ñiện quốc
gia có ñiện áp 10KV – 50Hz ñường dây dài 3km từ trạm biến áp trung gian
ðình Cao của công ty ñiện lực Hung yên. ðiện áp này ñược các máy biến áp
760KVA –10/0,4KV ; 560KVA – 10/0,4KV; 100KVA – 10/0,4KV hạ áp từ
10KV – 50Hz xuống cấp ñiện áp 0,4K – 50Hz ñể cung cấp cho các tủ ñộng
lực, tủ ñiều khiển và tự dùng.
2.2.2. Sơ ñồ cung cấp ñiện trạm bơm La Tiến
Sơ ñồ cung cấp ñiện ñược thể hiện trong hình 2-1
2.2.3. Dao cách ly
Dao cách ly dùng ñể ñóng cắt nguồn cao áp cung cấp cho các máy biến áp.
* Nhiệm vụ:
Dao cách ly dùng ñể ñóng, cắt cấp ñiện cho trạm biến áp hoặc ngừng cấp
ñiện khi bảo dưỡng, sửa chữa, thay thế các thiết bị ñiện trong trạm biến áp.
* Ký hiệu trên sơ ñồ.

* Sơ ñồ:

* Vận hành:
Dao c¸ch ly

10KV – 1000A
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………………..


6
ðể thao tác ñóng cắt dao cách ly, người ta ñiều khiển tay gạt từ dưới mặt
ñất thông qua hệ thống trục quay truyền chuyển ñộng ñể ñóng hoặc cắt ñồng
thời 3 lưỡi dao.
Do dao cách ly không có bộ phận dập hồ quang, nên ñể ñảm bảo an toàn,
quá trình thao tác ñóng cắt dao cách ly ñược tiến hành trong trường hợp
không tải. Toàn bộ trạm biến áp ñược trang bị 6 dao cách ly, trong ñó:
• Dao cách ly DCL1 dùng ñể ñóng, cắt ñiện cho máy biến áp T
1

(TBT
1
, 760KVA – 10/0,4KV).
• Dao cách ly DCL2 dùng ñể ñóng, cắt ñiện cho máy biến áp T
2

(TBT
2
560KVA-10/0,4KV).
• Dao cách ly DCL3 dùng ñể ñóng, cắt ñiện cho máy biến áp tự dùng
T
3
(T
3
100KVA-10/0,4KV).
• Dao cách ly DCL4 dùng ñể ñóng, cắt ñiện cho chống sét van PBC.

2.2.4. Cầu chì ống SI - 10KV
* Ký hiệu trên sơ ñồ:



* Tác dụng:
Cầu chì ống là khí cụ ñiện dùng ñể bảo vệ khi xảy ra ngắn mạch trong
máy biến áp hoặc ngắn mạch tại thanh dẫn phía trước của áptômát tổng.
* Nhận xét:
• Trong các thiết bị bảo vệ thì cầu chì ống có ưu ñiểm là ñơn giản, rẻ
tiền, khả năng dập tắt hồ quang nhanh (do trong ống có chứa ñầy cát thạch
anh), dễ thay thế. Tuy nhiên nó lại có nhược ñiểm là ñộ nhạy kém.
• Khi cần thao tác ñóng, cắt hoặc thay thế người ta dùng sào cách ñiện
có móc và ñưa vào ñầu có khuyết tròn của cầu chì rồi kéo xuống.
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………………..


7
Toàn bộ trạm biến áp ñược bố trí 3 cầu chì ống.
(i) Cầu chì SI
1
có U
ñm
= 10KV; I
ñm
= 200A dùng ñể bảo vệ cho máy biến
áp T
1
(TBT
1

760KVA-10/0,4KV).
(ii) Cầu chì SI
2
có U
ñm
= 10KV; I
ñm
= 100A dùng ñể bảo vệ cho máy
biến áp T
2
(TBT
2
560KVA-10/0,4KV).
(iii) Cầu chì SI
3
có U
ñm
= 10KV; I
ñm
= 50A dùng ñể bảo vệ cho máy biến
áp tự

dùng T
3
(TBT
3
100KVA-10/0,4KV).
Các cầu chì ống ñều ñược bố trí trước ñầu vào của các máy biến áp.
2.2.5. Chống sét van
* Ký hiệu trên sơ ñồ:

* Cấu tạo và nguyên lý làm việc của chống sét van
Thiết bị chống sét cảm ứng và lan tràn dùng cho trạm biến áp là chống
sét van PBC – 10,5KV. Thiết bị này gồm hai phần tử chính là khe hở phóng
ñiện và ñiện trở làm việc.
Khe hở phóng ñiện của chống sét van là một chuỗi các khe hở nhỏ. Khe
hở phóng ñiện gồm hai ñiện cực, trong ñó một ñiện cực ñược nối với lưới
ñiện, còn ñiện cực kia ñược nối với ñiện trở nối ñất.

Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………………..


8
ðiện trở làm việc là ñiện trở phi tuyến có tác dụng giải phóng nhanh
dòng ñiện sét xuống ñất khi xảy ra hiện tượng quá ñiện áp khí quyển ñể ñảm
bảo an toàn cho các thiết bị ñiện trong trạm biến áp.
Ngoài ra ñể bảo vệ chống sét ñánh thẳng, trong trạm biến áp còn bố trí
các cột thu lôi cao 12m nối với hệ thống nối ñất xung quanh trạm biến áp.
2.2.6. Máy biến áp
Máy biến áp là máy ñiện tĩnh dùng ñể biến ñổi từ cấp ñiện áp này sang
cấp ñiện áp khác phục vụ cho quá trình truyền tải năng lượng hoặc tạo ra cấp
ñiện áp phù hợp với yêu cầu của phụ tải.

Máy biến áp là một trong những phần tử quan trọng của hệ thống ñiện
nói chung và của mạch ñiện trong trạm bơm La Tiến nói riêng.
Các máy biến áp trong trạm bơm La Tiến ñều là máy biến áp hạ áp từ
10KV xuống 0,4KV ñể cung cấp cho các phụ tải trong trạm bơm. Dung lượng
của các máy biến áp cũng khác nhau. Có 1 máy biến áp ở ñây có dung lượng
760KVA, máy biến áp thứ 2 có dung lượng 560KVA, máy biến áp còn lại có
dung lượng 100KVA. Bình thường thì:
• Máy biến áp số 1 là TBT
1
760KVA-10/0,4KV cung cấp ñiện năng cho
ñộng cơ ñiện máy bơm nước số 1, số 2, số 3
• Máy biến áp số 2 là TBT
2
560KVA-10/0,4KV cung cấp ñiện năng cho
ñộng cơ ñiện máy bơm nước số 4 và số 5.
• Máy biến áp số 3 là TBT
3
100KVA-10/0,4KV cung cấp ñiện năng cho
các phụ tải tự dùng như ñộng cơ ñiện nâng hạ cánh cống xả, chiếu sáng linh
hoạt, các ñộng cơ ñiện bơm mỡ, ñộng cơ bơm tiêu nước, bơm cứu hoả, chiếu
sáng tầng hầm, chiếu sáng trạm biến áp.
a) Thông số kỹ thuật của các máy biến áp
* Máy biến áp số TBT
1
760KVA – 10/0,4KV có các thông số như sau:
- Máy biến áp do nhà máy thiết bị ñiện ðông Anh chế tạo
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………………..


9

- Công suất ñịnh mức 760KVA
- ðiện áp ñịnh mức sơ cấp : 10KV
- ðiện áp ñịnh mức thứ cấp: 0,4KV
- Tổ nối dây Y/Y
0
– 12
- Tần số: 50Hz
- Dòng ñiện ñịnh mức sơ cấp: A
- Dòng ñiện ñịnh mức thứ cấp: A
- Số pha: 3
- U
N
%: 6,1
- Nhiệt ñộ của môi trường cực ñại là 40
o
C
- Khối lượng dầu: 1,3 tấn
- Khối lượng một máy: 2,13 tấn
- Trọng lượng toàn bộ: 4,3 tấn
- Có 3 nấc ñiều chỉnh ñiện áp ñặt ở cuộn dây phía sơ cấp là 10,5KV;
10KV và 9,5KV
* Máy biến áp số 2 là TBT
2
560KVA – 10/0,4KV có các thông số như
sau:
- Máy biến áp do nhà máy thiết bị ñiện ðông Anh chế tạo
- Công suất ñịnh mức 560KVA
- ðiện áp ñịnh mức sơ cấp : 10KV
- ðiện áp ñịnh mức thứ cấp: 0,4KV
- Tổ nối dây Y/Y

0
– 12
- Tần số: 50Hz
- Dòng ñiện ñịnh mức sơ cấp: 32,3 A
- Dòng ñiện ñịnh mức thứ cấp: 808 A
- Số pha: 3
- U
N
%: 4,75
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………………..


10
- Nhiệt ñộ của môi trường cực ñại là 40
o
C
- Khối lượng dầu: 0,4 tấn
- Khối lượng một máy: 1,35 tấn
- Trọng lượng toàn bộ: 2,6 tấn
- Có 3 nấc ñiều chỉnh ñiện áp ñặt ở cuộn dây phía sơ cấp là 10,5KV;
10KV và 9,5KV
* Máy biến áp số 3 là TBT
3
100KVA – 10/0,4KV có các thông số như sau:
- Máy biến áp do nhà máy thiết bị ñiện ðông Anh chế tạo
- Công suất ñịnh mức 100KVA
- ðiện áp ñịnh mức sơ cấp : 10KV
- ðiện áp ñịnh mức thứ cấp: 0,4KV
- Tổ nối dây Y/Y
0

– 12
- Tần số: 50Hz
- Dòng ñiện ñịnh mức sơ cấp: 2,98A
- Dòng ñiện ñịnh mức thứ cấp: 72,2 A
- Số pha: 3
- U
N
%: 4,1
- Nhiệt ñộ của môi trường cực ñại là 40
o
C
- Khối lượng dầu: 0,14 tấn
- Khối lượng một máy: 0,22 tấn
- Trọng lượng toàn bộ: 0,4 tấn
- Có 3 nấc ñiều chỉnh ñiện áp ñặt ở cuộn dây phía sơ cấp là 10,5KV;
10KV và 9,5KV
2.3. Trang bị mạng ñiện hạ áp
2.3.1. Áptômát
a) Áptômát tổng
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………………..


11
Áptômát là thiết bị ñiện hạ áp dùng ñể ñóng cắt và bảo vệ cho các ñộng
cơ ñiện. Có 3 áptômát tổng lấy ñiện từ 3 máy biến áp cấp cho 3 phân ñoạn.
Các áptômát tổng ñều do Nhật chế tạo.
• Áptômát tổng số 1 cấp ñiện cho phân ñoạn 1 có U
ñm
= 380V; I
ñm

=
1600A
• Áptômát tổng số 2 cấp ñiện cho phân ñoạn 2 có U
ñm
= 380V; I
ñm
=
1200A
• Áptômát tổng số 3 cấp ñiện cho phân ñoạn 3 có U
ñm
= 380V; I
ñm
=
150A
b) Áptômát liên lạc
Có ba áptômát liên lạc ñể nối giữa các phân ñoạn. Các áptômát này có
thể ñóng hay mở tuỳ theo chế ñộ vận hành của các tổ máy bơm trong trạm sao
cho phù hợp.
Ví dụ: Khi mở máy biến áp TBT, bị sự cố thì áptômát liên lạc số 1 sẽ ñược
ñóng còn các áptômát liên lạc khác có thể ñược ñóng hoặc mở.
Áptômát liên lạc có U
ñm
= 380V; I
ñm
= 1200A
c) Áptômát tải
Có 5 áptômát dùng ñể ñóng, cắt và bảo vệ cho 5 ñộng cơ ñiện máy bơm
nước có thông số kỹ thuật là: U
ñm
= 380V; I

ñm
= 500A
Có 5 áptômát dùng ñể ñóng, cắt và bảo vệ cho các phụ tải tự dùng và có
thông số kỹ thuật là: U
ñm
= 380V; I
ñm
= 50A. Các áptômát này ñều do Nhật
chế tạo.
Ngoài ra còn có 5 áptômát dùng ñể ñóng, cắt ñưa 5 bộ tụ bù vào làm
việc. Các áptômát này do Hàn Quốc chế tạo.
2.3.2. Máy biến dòng
Các máy biến dòng ở ñây chỉ dùng trong mạch ño lường mà không dùng
cho mạch bảo vệ rơle và tự ñộng hoá
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………………..


12
Có 3 loại máy biến dòng ñược dùng trong sơ ñồ:
• ðể do dòng ñiện thứ cấp máy biến áp TBT
1
thì dùng các máy biến
dòng có tỷ số máy biến dòng là 1500/5A; U
ñm
= 0,4KV, cấp chính xác 0,5.
• ðể do dòng ñiện thứ cấp máy biến áp TBT
2
thì dùng các máy biến
dòng có tỷ số máy biến dòng là 800/5A; U
ñm

= 0,4KV, cấp chính xác 0,5.
• ðể do dòng ñiện thứ cấp máy biến áp TBT
3
thì dùng các máy biến
dòng có tỷ số máy biến dòng là 100/5A; U
ñm
= 0,4KV, cấp chính xác 0,5.
2.3.3. ðộng cơ ñiện máy bơm nước
Có 5 tổ máy bơm với các thông số kỹ thuật như sau:
a) ðộng cơ ñiện không ñồng bộ 3 pha rôto lồng sóc do nhà máy chế tạo ñiện
cơ Hà Nội sản xuất.
- Kiểu ðHD – 112 – 10
- P
ñm
= 200KW
- U
ñm
= 380V
- ðấu ∆
- n = 590v/ph
- η = 0,94
- cosϕ = 0,87
- f = 50Hz
- Trọng lượng: 2420 kg
b) Máy bơm nước
- Mã hiệu HTD – 4 - 785 B có lưu lượng thiết kế
- Q = 7780m
3
/h – 9000m
3

/h
- Cột nước H = 6,85m- 4,15m
- n = 590v/ph
- Công suất N = 200KW
- η = 0,77 - 0,84
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………………..


13
2.3.4. ðộng cơ bơm mỡ
Có 5 ñộng cơ ñiện KðB 3 pha rôto lồng sóc do nhà máy chế tạo ñiện cơ
Hà Nội sản xuất.
- Kiểu BK 90 – L4
- P
ñm
= 1,1 KW
- U
ñm
= 380 V
- n = 1,8v/ph
- Q = 7,2
- H = 4m
- f = 50Hz
2.3.5. ðộng cơ bơm tiêu nước tầng hầm
- Kiểu ðK - 83- 4
- P
ñm
= 14 KW
- U
ñm

= 380 V
- I
ñm
= 47,2 – 27A
- n = 1460v/ph
- η = 0,88
- cosϕ = 0,88
- f = 50Hz
- Trọng lượng: 190kg
2.3.6. Bơm nước cứu hoả
- Kiểu ðK – 51 - 2
- P
ñm
= 4,5 KW
- U
ñm
= 380 V
- I
ñm
= 15,9A
- n = 2900v/ph
- η = 0,855
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………………..


14
- cosϕ = 0,88
- f = 50Hz
- Trọng lượng 84 kg
2.4. Các tủ ñiện của trạm

2.4.1. Tủ phân phối
Trạm có bốn tủ ñiện nhận ñiện từ 4 máy biến áp tương ứng cung cấp cho
các phụ tải như sau:
- Tủ phân phối số 1 lấy ñiện từ cấp máy biến áp T
1
ñể cấp ñiện cho ñộng
cơ bơm nước số 1, số 2, số 3, qua các tủ ñiều khiển tương ứng.
- Tủ phân phối số 2 lấy ñiện từ cấp máy biến áp T
2
ñể cấp ñiện cho ñộng
cơ bơm nước số 4, số 5, qua các tủ ñiều khiển tương ứng.
- Tủ phân phối số 3 lấy ñiện từ cấp máy biến áp T
3
ñể cấp ñiện cho tủ
gồm có các phụ tải: ðộng cơ nâng hạ cánh cống, hệ thống quạt gió, ñộng cơ
bơm nước cứu hoả, ñộng cơ bơm tiêu, hệ thống chiếu sáng trong toàn bộ khu
vực trạm.
Các tủ phân phối ñược nối với nhau bằng các áptômát phân ñoạn
(áptômát liên lạc)
2.4.2. Tủ ñộng lực (tủ khởi ñộng TðK)
Hình 2 - 3: Tủ khởi ñộng bộ KðT - 200 dùng cuộn kháng.


Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………………..


15
Chương 3
CÁC PHƯƠNG PHÁP KHỞI ðỘNG ðỘNG CƠ KHÔNG
ðỒNG BỘ

3.1. ðặt vấn ñề
Trên thực tế hiện nay, do các trạm bơm ñều sử dụng ñộng cơ ñiện không
ñồng bộ kéo máy bơm, do vậy ñể phù hợp với yêu cầu chung của ñề tài, trong
chương này ta chỉ tìm hiểu riêng về ñộng cơ không ñồng bộ.
ðộng cơ không ñồng bộ ñược sử dụng rất rộng rãi trong sản xuất, bởi vì
nó có các ñặc ñiểm nổi bật như: Kết cấu ñơn giản, chắc chắn, dễ chế tạo, kích
thước nhỏ gọn so với các loại ñộng cơ một chiều cùng công suất sử dụng trực
tiếp lưới ñiện xoay chiều ba pha do vậy trong nhiều trường hợp không cần bộ
biến ñổi kèm theo, làm việc tin cậy, an toàn và thuận tiện trong vận hành, giá
thành hạ...
Tuy vậy ñộng cơ không ñồng bộ, ñặc biệt là ñộng cơ rôto lồng sóc cũng
có những nhược ñiểm như: Dòng khởi ñộng tăng cao (có thể ñạt tới 4 – 7 lần
dòng ñiện ñịnh mức), mômen khởi ñộng nhỏ. Khi khởi ñộng ñộng cơ không
ñồng bộ rôto lồng sóc có công suất lớn ở nguồn cung cấp có công suất nhỏ và
ñiện áp thấp có ảnh hưởng rất lớn ñến ñiện áp của lưới ñiện và sự làm việc
của các thiết bị lân cận, gây quá tải cho máy biến áp, ñồng thời ảnh hưởng rất
lớn ñến bản thân của ñộng cơ về cơ khí. Khó ñiều chỉnh tốc ñộ và hệ số cosϕ
thấp. Nhưng do yêu cầu về ñiều chỉnh tốc ñộ ñối với máy bơm phục vụ nông
nghiệp là không cần thiết phải ñặt ra. Chính vì vậy hiện nay tất cả các máy
bơm có công suất nhỏ hơn 200KW/máy trong các trạm bơm ñều dùng ñộng
cơ không ñồng bộ làm việc ở cấp ñiện áp 380V. Ở những trạm có máy bơm
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………………..


16
công suất từ 800KW/máy trở lên thì thường dùng ñộng cơ ñồng bộ làm việc ở
cấp ñiện áp 6KV hoặc 10KV với mục ñích là nâng cao hệ số cosϕ.
3.2. ðặc tính của ñộng cơ không ñồng bộ
ðể ñơn giản khi nghiên cứu ta giả thiết một số thông số như sau:

- Ba pha của ñộng cơ là ñối xứng.
- Các thông số của ñộng cơ không ñổi nghĩa là không phụ thuộc vào nhiệt
ñộ, ñiện trở rôto không phụ thuộc vào tần số dòng ñiện rôto, mạch từ không
bảo hoà nên ñiện kháng x
1
và x
2
là không ñổi.
- Tổng dẫn mạch từ hoá không thay ñổi, dòng ñiện từ hoá không phụ
thuộc vào tải mà chỉ phụ thuộc ñiện áp ñặt vào stato ñộng cơ.
- Bỏ qua tổn thất trong lõi thép, tổn thất ma sát.
- ðiện áp lưới ba pha hoàn toàn sin và ñối xứng
Với những giả thiết trên ta có sơ ñồ thay thế một pha của ñộng cơ như hình 3
- 1

U
r
R
R
f/s
2/s
R
'
X
µ
µ
I
I
I
2

f
r
'
X
2
µ
1


Hình 3. 1: Sơ ñồ thay thế 1 pha ñộng cơ KðB
Trong ñó:
Trường ðại học Nông Nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ khoa học kỹ thuật …………………………………..


17
U
r
: Là trị số hiệu dụng của ñiện áp pha stato (V).
I
µ
: I
1
; I
2
’: Là các dòng ñiện từ hoá, stato và dòng ñiện rôto ñã quy ñổi về stato
(A).
x
µ
: x
1

; x
2
’: Là ñiện trở kháng mạch từ hoá, ñiện kháng tản stato và rôto ñã quy
ñổi về stato (Ω).
r
µ
: r
1
; r
2
’: Là ñiện trở tác dụng của mạch từ hoá của cuộn dây stato và rôto ñã
quy ñổi về stato (Ω).
R
f
’: ðiện trở phụ (nếu có) mắc thêm vào mỗi pha của rôto ñã quy ñổi về stato
(Ω)
s: ðộ trượt của ñộng cơ s = (ω
0
- ω)/ω
0

Với: ω
0
là tốc ñộ ñồng bộ hay gọi là tốc ñộ từ trường quay (rad/s); ω
0
= 2πf/p
f
1
: Là tần số ñiện áp nguồn ñặt vào stato ñộng cơ (Hz)
p: Số ñôi cực từ của ñộng cơ

ω: Tốc ñộ góc của rôto ñộng cơ (rad/s)
Từ sơ ñồ thay thế hình (3-1) ta tính ñược trị số dòng ñiện stato
I
1
= U
f
(A)
ðây là phương trình ñặc tính dòng ñiện stato và ñược biểu diễn trên hình (3-2)
Với R
2
’ = r
2
+ R
f
’; x
nm
= x
1
+ x
2
’ (ñiện kháng ngắn mạch)