NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUẠT ID TRONG DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG VCM (SÔNG GIANH) SỬ DỤNG BỘ BIẾN TẦN TRUNG THẾ - Bao cao đồ án tốt nghiệp chuyên ngành tự động hóa BKHN (1)

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP
====o0o====

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

Hà nội, 6-2018


TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HỐ CƠNG NGHIỆP
====o0o====

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
ĐỀ TÀI:
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN QUẠT ID TRONG
DÂY CHUYỀN SẢN XUẤT XI MĂNG VCM (SÔNG GIANH)
SỬ DỤNG BỘ BIẾN TẦN TRUNG THẾ

Trưởng bộ môn

: PGS.TS. Trần Trọng Minh

Giáo viên hướng dẫn

: TS. Nguyễn Mạnh Tiến

Sinh viên thực hiện

: Phạm Văn Biên

Lớp

: KTĐK-TĐH 01-K58

MSSV

: 20130318

Giáo viên duyệt

:

Hà nội, 6-2018


LỜI CAM ĐOAN
Em xin cam đoan bản đồ án tốt nghiệp: “ Nghiên cứu hệ thống điều khiển
quạt ID trong nhà máy xi măng VCM (Sông Gianh) sử dụng bộ biến tần trung
thế” do em tự thiết kế dưới sự hướng dẫn của thầy giáo TS. Nguyễn Mạnh Tiến
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 1 tháng 6 năm 2018
Sinh viên thực hiện

Phạm Văn Biên

MỤC LỤC

DANH MỤC HÌNH VẼ ................................................................................................. i
DANH MỤC BẢNG BIỂU .......................................................................................... iv
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT........................................................................................ v
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................... 1
Chương 1 ........................................................................................................................ 3
TÌM HIỂU VỀ CƠNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG VÀ YÊU CẦU ĐIỀU
KHIỂN QUẠT ID ......................................................................................................... 3
1.1. Tổng quan về quy trình sản xuất xi măng............................................................ 3
1.1.1. Khái niệm thành phần và công dụng của xi măng ........................................ 3
1.1.2. Quy trình sản xuất xi măng ........................................................................... 3
1.2. Tổng quan về quạt ID và yêu cầu điều khiển quạt ID ......................................... 6
1.2.1. Tổng quan về quạt ID.................................................................................... 6
1.2.2. Yêu cầu điều khiển quạt ID........................................................................... 8
1.3. Đặc tính quạt và phương pháp điều khiển lưu lượng .......................................... 8
1.3.1. Cấu tạo quạt ID ............................................................................................. 8
1.3.2. Đặc tính cơ của quạt ...................................................................................... 9
1.3.3. Các phương pháp điều chỉnh lưu lượng gió quạt ID................................... 10
Chương 2 ...................................................................................................................... 13
BỘ BIẾN TẦN PERFECT HARMONY .................................................................. 13
2.1. Tổng quan về biến tần ........................................................................................ 13
2.1.1. Khái niệm .................................................................................................... 13
2.1.2. Nguyên lý hoạt động ................................................................................... 13
2.1.3. Ưu điểm và ứng dụng của biến tần ............................................................. 13
2.2. Biến tần trung thế Perfect Harmony .................................................................. 14
2.2.1. Giới thiệu về bộ biến tần trung thế Perfect Harmony ................................. 14
2.2.2. Sơ đồ cấu trúc của BBT trung thế ............................................................... 15
2.2.3. Mạch chỉnh lưu trong biến tần trung thế ..................................................... 17

2.2.4. Mạch nghịch lưu trong bộ biến tần trung thế Perfect Hamorny ................. 21


2.2.5. Cấu hỉnh chung hệ thống điều khiển bộ biến tần Perfect Harmony ........... 25
2.2.6. Cấu hình điều khiển vector của bộ biến tần Perfect Harmony ................... 26
Chương 3 ...................................................................................................................... 28
THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LƯU LƯỢNG ......................................... 28
3.1. Xây dựng cấu hình hệ thống điều khiển lưu lượng ........................................... 28
3.2. Tổng hợp hệ thống điều khiển vector ................................................................ 28
3.2.1. Nguyên lý điều khiển vector ....................................................................... 28
3.2.2. Phương pháp điều khiển vector................................................................... 31
3.2.3. Cấu trúc điều khiển vector ĐCKĐB ........................................................... 33
3.2.4. Mơ hình trang thái liên tục động cơ trên hệ toạn độ dq .............................. 33
3.2.5. Tổng hợp các mạch vòng điều chỉnh vector ............................................... 35
3.3. Tổng hợp hệ điều khiển lưu lượng ..................................................................... 42
3.3.1. Phương pháp điều chỉnh lưu lượng ............................................................. 42
3.2.2. Cấu trúc hệ thống điều khiển lưu lượng...................................................... 42
3.3.3. Tổng hợp mạch vòng điều chỉnh lưu lượng ................................................ 42
Chương 4 ...................................................................................................................... 45
TỔNG HỢP VÀ MÔ PHỎNG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ................................... 45
4.1. Tính tốn các tham số điều khiển ...................................................................... 45
4.1.1. Các khối chức năng ..................................................................................... 45
4.1.2. Các khối điều khiển..................................................................................... 48
4.2. Xây dựng mơ hình mơ phỏng trên matlab/Simulink ......................................... 49
4.2.1. Mơ hình bộ biến tần Perfect Harmony ........................................................ 49
4.2.2. Mơ hình biến đổi hệ tọa độ ......................................................................... 50
4.2.3. Mơ hình từ thơng ......................................................................................... 52
4.3. Mơ phỏng hệ thống với mơ hình vật lý ............................................................. 52
4.3.1. Mơ phỏng tín hiệu sin chuẩn ....................................................................... 52
4.3.2. Mơ phỏng hệ thống bằng mạch vòng điều khiển ........................................ 57

KẾT LUẬN .................................................................................................................. 62
TÀI LIỆU THAM KHẢO .......................................................................................... 63
PHỤ LỤC ..................................................................................................................... 64



Danh mục hình vẽ

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1. 1. Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất xi măng ..................................................... 4
Hình 1. 2. Sơ đồ vị trí quạt ID trong chu trình sản xuất xi măng ........................................ 6
Hình 1. 3. Sơ đồ nguyên lý làm việc của quạt ID ............................................................... 7
Hình 1. 4. Quạt ly tâm ......................................................................................................... 9
Hình 1. 5. Đồ thị đặc tính cơ của quạt gió ......................................................................... 10
Hình 1. 6. Điều chỉnh bằng van tiết lưu ............................................................................ 11
Hình 1. 7. Điều chỉnh tốc độ quay của quạt ...................................................................... 11
Hình 1. 8. Đồ thị so sánh hai phương pháp ....................................................................... 12
Hình 2. 1. Sơ đồ cấu tạo của biến tần ................................................................................ 13
Hình 2. 2. Biến tần trung thế Perfect Harmony ................................................................. 14
Hình 2. 3. So sánh độ méo sóng của ba loại biến tần ........................................................ 14
Hình 2. 4. So sánh hệ số công suất giữa Perfect Harmony và bộ SCR drive .................... 15
Hình 2. 5. Dịng ra pha C ................................................................................................... 15
Hình 2. 6. Sơ đồ cấu trúc bộ biến tần trung thế ................................................................. 16
Hình 2. 7. Cấu trúc phần cứng của Perfect Harmony........................................................ 17
Hình 2. 8. Sơ đồ chỉnh lưu 6 xung ..................................................................................... 17
Hình 2. 9. Đồ thị dịng điện, điện áp của các phần tử trên ................................................ 18
Hình 2. 10. Mạch chỉnh lưu nối tiếp 12 xung .................................................................... 19
Hình 2. 11. Đồ thị dạng dịng điện i A , i'a , i'a .................................................................... 19
Hình 2. 12. Mạch chỉnh lưu nối tiếp 18 xung .................................................................... 20
Hình 2. 13. Đồ thị dạng tổng sóng hài dịng điện .............................................................. 20

Hình 2. 14. Mạch chỉnh lưu nối tiếp 24 xung .................................................................... 20

i


Danh mục hình vẽ

Hình 2. 15. Đồ thị dạng tổng sóng hài dịng điện .............................................................. 21
Hình 2. 16. Sơ đồ nghịch lưu cầu một pha ........................................................................ 21
Hình 2. 17. Dạng điện áp, dòng điện trên các phần tử NLĐL nguồn áp........................... 22
Hình 2. 18. Sơ đồ nghịch lưu trung thế 11 mức ................................................................ 23
Hình 2. 19. Sơ đồ nguyên lý 1 cell trong Perfect Harmony ............................................. 23
Hình 2. 20. Sơ đồ nguyên lý xung điều khiển van tạo điện áp cell A1 ............................. 24
Hình 2. 21. Sơ đồ khối tổng quát của hệ thống điều khiển bộ biến tần ............................ 26
Hình 2. 22. Cấu trúc điều khiển vector của Perfect Harmony........................................... 27
Hình 3. 1. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển lưu lượng.................................................. 28
Hình 3. 2. Biểu diễn ba dịng pha dưới dạng vector phức ................................................. 29
Hình 3. 3. Vector dòng stator trên hệ tọa độ cố định αβ và hệ tọa độ quay dq ................. 30
Hình 3. 4. Vector dòng stator trên hệ tọa độ  và dq ...................................................... 31
Hình 3. 5. Mơ hình từ thơng .............................................................................................. 32
Hình 3. 6. Cấu trúc hệ điều khiển vector ........................................................................... 33
Hình 3. 7. Sơ đồ mạch vòng điều khiển dòng isd ............................................................... 37
Hình 3. 8. Mạch vịng điều khiển isq .................................................................................. 38
Hình 3. 9. Mơ hình bù xen kênh ........................................................................................ 40
Hình 3. 10. Sơ đồ mạch vòng điều chỉnh tốc độ ............................................................... 40
Hình 3. 11. Sơ đồ mạch vịng điều khiển tốc độ rút gọn ................................................... 41
Hình 3. 12. Sơ đồ cấu trúc hệ thống điều khiển lưu lượng................................................ 42
Hình 3. 13. Mạch vịng điều khiển lưu lượng ................................................................... 43
Hình 4. 1. Sơ đồ bộ biến tân Perfect Harmony ................................................................. 49
Hình 4. 2. Mơ hình 1 Cell trong Perfect Harmony ............................................................ 50

Hình 4. 3. Mạch phát xung điều khiển cho 1 cell .............................................................. 50
ii


Danh mục hình vẽ

Hình 4. 4. Sơ đồ chuyển đổi hệ dq sang αβ ....................................................................... 51
Hình 4. 5. Sơ đồ chuyển đổi hệ αβ sang abc ..................................................................... 51
Hình 4. 6. Sơ đồ chuyển đổi hệ abc sang αβ ..................................................................... 52
Hình 4. 7. Mơ hình từ thơng .............................................................................................. 52
Hình 4. 8. Mơ hình mơ phỏng với tín hiệu sin chuẩn ........................................................ 53
Hình 4. 9. Nguyên lý tạo xung điều khiển 1 cell pha A .................................................... 54
Hình 4. 10. Điện áp các cell pha A và điện áp pha A động cơ. ......................................... 55
Hình 4. 11. Điện áp dây AB .............................................................................................. 56
Hình 4. 12. Tốc độ động cơ ............................................................................................... 56
Hình 4. 13. Momen động cơ. ............................................................................................. 56
Hình 4. 14. Sơ đồ hệ thống điều khiển lưu lượng ............................................................. 57
Hình 4. 15. Điện áp pha A động cơ ................................................................................... 58
Hình 4. 16. Đáp ứng tốc độ động cơ ................................................................................. 58
Hình 4. 17. Đáp ứng momen động cơ ............................................................................... 59
Hình 4. 18. Đáp ứng dịng isa, isb và isc ............................................................................... 59
Hình 4. 19. Đáp ứng dịng Isd động cơ ............................................................................... 59
Hình 4. 20. Đáp ứng dịng Isq của động cơ ........................................................................ 60
Hình 4. 21. Đáp ứng lưu lượng hệ thống ........................................................................... 60

iii


Danh mục bảng biểu

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Bảng 2. 1 Bảng trạng thái các van ..................................................................................... 18

iv


Danh mục từ viết tắt

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT

ID

: Induced Draft Fans

BBT

: Bộ biến tần

ĐCKĐB

: Động cơ không đồng bộ

ĐCMC

: Động cơ một chiều

ĐKVT

: Điều khiển vector

PWM

: Pulse Width Modulation (phương pháp điều chế độ rộng xung)

PI

: Proportional Integral (Luật điều chỉnh tỷ lệ tích phân)

ĐCVTKG

: Điều chế vector khơng gian

MHTT

: Mơ hình từ thơng

v


Lời nói đầu

LỜI NĨI ĐẦU

Chúng ta đang sống trong một thế giới luôn luôn vận động, luôn luôn phát triển vì
vậy chúng ta cũng khơng ngồi quy luật vận động và phát triển ấy. Tiến trình lịch sử
nhân loại xã hội đã thể hiện rõ khoa học - kỹ thuật là động lực phát triển kinh tế và nâng
cao chất lượng chất lượng cuộc sống, nhu cầu ứng dụng khoa học công nghệ mới vào đời
sống ngày càng nhiều. Trong cuộc cách mạng cơng nghiệp 4.0 thì việc ứng dụng của
ngành tự động hóa vào trong sản xuất là càng sâu rộng.

Đi cùng với sự phát triển của nền kinh tế là nhu cầu nâng cao cuộc sống của con
người ngày càng lớn. Nhu cầu về nhà ở, các khu xây dựng, trung tâm thương mại được
xây dựng ngày càng nhiều. Để đáp ứng sự phát triển mạnh mẽ ngành xây dựng, ngành
cơng nghiệp xi măng đóng một vai trị cực kì quan trọng. Tự động hóa đóng một vai trị
then chốt trong q trình sản xuất xi măng. Các hệ thống điều khiển trong nhà máy xi
măng rất đa dạng và ngày càng được cải tiến, nâng cao. Được sự hướng dẫn của thầy giáo
TS. Nguyễn Mạnh Tiến, trong thời gian làm đồ án với để tài “ Nghiên cứu hệ thống
điều khiển quạt ID trong nhà máy xi măng VCM (Sông Gianh) sử dụng bộ biến tần
trung thế”. Nội dung đồ án được chia làm 4 chương như sau:
Chương 1: Tổng quan về công nghệ sản xuất xi măng và yêu cầu điều khiển quạt
ID.
Chương 2: Bộ biến tần trung thế Perfect Harmony.
Chương 3: Thiết kế hệ thống điều khiển vector và hệ thống điều khiển lưu lượng
Chương 4: Tổng hợp và mô phỏng hệ thống điều khiển.
Em xin gửi lời cảm ơn trân thành nhất đến thầy giáo TS. Nguyễn Mạnh Tiến đã chỉ
bảo hướng dẫn tận tình em trong quá trình thực hiện đồ án. Tuy nhiên do kiến thức cịn
hạn chế nên khơng thể tránh khỏi những thiếu sót. Em rất mong được sự góp ý của thầy
cô.
Năm năm học Bách Khoa đã trôi qua với nhất nhiều kỉ niệm tại nơi đây. Nơi có

1


Lời nói đầu

những người bạn cực kì tài giỏi, có những người thầy luôn tận tâm, nhiệt huyết trong
công việc và đến bây giờ em luôn tự hào khi là sinh viên Bách Khoa. Em đã từng rất xúc
động khi đọc được một bài viết của một bạn sinh viên Bách Khoa “ Đi qua những năm
tháng Bách Khoa ta mới biết tuổi trẻ đáng trân trọng như thế nào. Trân trọng khơng hẳn
vì có lúc khó khăn tưởng chừng như gục ngã, khơng hẳn vì biết ta đã biết mình trưởng

thành đến đâu mà đơn giản là ta đã tất cả điều đó cùng ai. Cảm ơn BK! Năm năm khơng
đáng là gì so với cuộc đời nhưng có lẽ đã là tất cả của tuổi thanh xuân. Không muốn biết
Bách Khoa cho mình bao nhiêu, lấy đi những gì, chỉ biết rằng tuổi trẻ có Bách Khoa và
chắc chắn khơng bao giờ qn điều đó...”.
Cho phép em gửi lời cảm ơn và chúc sức khỏe tới các thầy cơ! Chúc các thầy cơ
ln tràn đầy nhiệt huyết dìu dắt những thế hệ học trò tiếp theo.

Hà Nội, Ngày 1 tháng 6 năm 2018
Sinh viên thực hiện

Phạm Văn Biên

2


Chương 1. Tìm hiểu về cơng nghệ sản xuất xi măng và yêu cầu điều khiển quạt ID

Chương 1
TÌM HIỂU VỀ CÔNG NGHỆ SẢN XUẤT XI MĂNG VÀ
YÊU CẦU ĐIỀU KHIỂN QUẠT ID
1.1. Tổng quan về quy trình sản xuất xi măng
1.1.1. Khái niệm thành phần và công dụng của xi măng
a) Khái niệm
Xi măng là chất kết dính thủy lực, được sản xuất bằng clinker với thạch cao và
có thêm phần phụ gia như khống, hóa, có khả năng đóng rắn và bền vững trong mơi
trường nước
b) Thành phần
Xi măng gồm các thành phần sau:
- Clinker : Chiếm khoảng 80% - 85%
- Thạch cao: 3% - 5%

- Các thành phần phụ gia: Chiếm khoảng 15% - 16%
c) Công dụng
Xi măng được lựa chọn và sử dụng rộng rãi trong nhiều ngành bởi những ưu
điểm vượt trội mà nguyên liệu này đem lại. Với tính chất cơ học tốt, chịu nhiệt, thời
tiết, cũng như những yếu tố bên ngoài tác động vào, các bước thực hiện đơn giản, cốt
liệu ban đầu có sẵn, nên xi măng đã được ưu ái lựa chọn là vật liệu chính để xây dựng
cầu đường, nhà ở, kênh, cống, các cơng trình quan trọng khác,...
Ngồi ra, xi măng còn được sử dụng trong việc xử lý các chất thải hạt nhân, nó
đóng vai trị thực hiện thủy hóa, cho phép làm bất động các chất phóng xạ một cách
triệt để trong mơi trường vi cấu trúc.
1.1.2. Quy trình sản xuất xi măng
a) Quy trình cơng nghệ sản xuất xi măng

3


Chương 1. Tìm hiểu về cơng nghệ sản xuất xi măng và yêu cầu điều khiển quạt ID

Hình 1. 1. Sơ đồ quy trình cơng nghệ sản xuất xi măng
b) Thuyết minh quy trình sản xuất xi măng
Dựa vào sơ đồ trên thì quy trình sản xuất xi măng được chia làm 5 công đoạn:
- Công đoạn 1: Chuẩn bị nguyên liệu
Sản xuất xi măng sử dụng các nguyên liệu thô là: canxi, silic, sắt và nhôm.
Những thành phần này được lấy trong đá vôi, đá sét, cát, quặng sắt, than,... được khai
thác tại mỏ bằng phương pháp khoan nổ mìn. Sau đó các ngun liệu này qua máy đập
búa, tại đây đá vơi, đát sét đạt được kích thước yêu cầu được các hệ thống băng tải
chuyển về kho đồng bộ.
4

Chương 1. Tìm hiểu về cơng nghệ sản xuất xi măng và yêu cầu điều khiển quạt ID

- Công đoạn 2: Nghiền liệu
Các nguyên liệu thô từ kho chứa được hệ thống điều khiển phối hợp theo tỉ lệ
thông thường là 80% đá vôi và 20% đá sét nhờ hệ thống cân băng định lượng. Sau đó
được đưa tới các máy nghiền liệu để nghiền nhỏ thành bột mịn và được đưa vào silo
đồng nhất liệu.
- Công đoạn 3: Nung Clinker
Bột liệu trước khi được đưa vào lò nung clinker được đưa qua hệ thống tháp sấy
để sấy nóng làm giảm tiêu hao cũng như tăng năng suất trong quá trình nung luyện
Clinke.
Lị nung clinker là lị quay. Hệ thống vịi đốt cung cấp nhiệt cho q trình nung
Clinker. Bột liệu trong lò được nung lên tới khoảng 1500oC. Nhiệt độ cao trong lò làm
cho nguyên liệu nhão ra. Nguyên liệu ở phần thấp nhất của lò sẽ thành xỉ khơ.
Clinker sau khi ra khỏi lị sẽ được đưa tới giàn làm nguội với hệ thống làm
nguội gồm 11 quạt gió làm mát với cơng suất lớn và nước. Clinker sau khi được làm
nguội được đưa tới các silô chứa.
- Công đoạn 4: Nung Clinker
Clinker trong silô chứa được hệ thống van rút và băng tải , gầu nâng vận
chuyển lên bunker chứa, từ đó clinker được trộn đều với các chất phụ gia như đá đen,
đá bazan, thạch cao theo đúng tỉ lệ của nhà máy nhờ hệ thống cân băng định lượng.
Sau đó qua hệ thống máy nghiền đứng và máy nghiền bi được nghiền nhỏ mịn,phân ly
và được nghiền lại nếu chưa đạt yêu cầu.
- Công đoạn 5: Đóng bao và vận chuyển
Sau khi được nghiền xong, xi măng được đưa vào silô chứa xi măng và tháo
đưa tới dây chuyền đóng bao tùy theo khối lượng nhất định. Bao đóng gói được đưa
tới kho chứa và cảng xuất.

5

Chương 1. Tìm hiểu về cơng nghệ sản xuất xi măng và yêu cầu điều khiển quạt ID

1.2. Tổng quan về quạt ID và yêu cầu điều khiển quạt ID
1.2.1. Tổng quan về quạt ID
…

Khí thải 300400°C

CYCLON TRAO ĐỔI NHIỆT

Dịng phối liệu

QUẠT ID

Dịng khí

Phối liệu từ cyclon

nóng

cuối vào lị nung

CALCINER
Khí nóng từ ghi
…
làm lạnh

Dịng khí nóng

900°C

Gió 1
VỊI PHUN NHIÊN LIỆU

LỊ QUAY NUNG CLINKE

Gió 2

Clinker

THIẾT BỊ GHI LÀM LẠNH CLINKE

Gió 3

KHO CHỨA, Ủ CLINKE

Hình 1. 2. Sơ đồ vị trí quạt ID trong chu trình sản xuất xi măng
a) Khái niệm
Quạt ID ( Induce Draft Fans) là quạt hút gió sử dụng trong các nhà máy xi
măng và được đặt sau tháp trao đổi nhiệt và buồng phân hủy trong hệ thống lị nung.
b) Chức năng quạt ID
Quạt ID có vai trị rất quan trọng trong nhà máy xi măng. Nó dùng để tạo áp
suất âm trong hệ thống silô, buồng phân hủy và lị nung để hút các gió 1, gió 2 và gió 3
cung cấp cho q trình cháy trong lị canxiner, buồng phân hủy và các q trình sấy
liệu trong lò cyclone.
c) Nguyên lý làm việc quạt ID

6

Chương 1. Tìm hiểu về cơng nghệ sản xuất xi măng và yêu cầu điều khiển quạt ID

Gió được quạt ID hút vào trong hệ thống có nhiệm vụ chính là cung cấp lượng
oxy cần thiết, tránh việc lượng oxy khơng đủ dẫn đến q trình cháy nhiên liệu
khơng hết. Còn nếu lượng oxy cung cấp cho lò đốt nhiều quá nhiều sẽ dẫn đến
nhiên liệu cháy nhanh làm tốn ngun liệu. Ngồi ra gió được quạt ID hút cịn có
chức năng cungcấp nhiệt lượng cho q trình sấy liệu trong các cyclone. Lượng gió
do quạt ID hút vào hệ thống sẽ đi theo là 3 loại gió: Gió 1, gió 2 và gió 3.

Hình 1. 3. Sơ đồ ngun lý làm việc của quạt ID
- Gió 1 và gió 2 dưới sức hút của quạt ID sẽ được đưa vào hệ thống lị nung
clinker. Trong đó gió 1 là gió được tạo ra từ hệ thống vịi đốt từ dầu FO phun nhiên
liệu vào lò nung dưới dạng sương. Gió 2 là gió được cung cấp cho vịi đốt lò nung và
được lấy từ hệ thống ghi làm nguội clinker. Vì vậy trước khi vào lị nung gió 2 đã
được trao đổi nhiệt với clinker nóng. Nhiệt độ của khí từ nhiệt độ mơi trường được
tăng lên cao. Lưu lượng gió trong lị được điều chỉnh bằng quạt ID và van áp suất để
đảm bảo lượng oxy trong lò đủ cung cấp cháy vừa đủ liệu trong lị.
- Gió 3 cung cấp được đưa tới thẳng canxiner dưới tác dụng sức hút của quạt ID
được đưa tới buồng phân hủy và tháp trao đổi nhiệt. Lượng gió này cũng được lấy từ
hệ thống ghi làm mát clinker sau khi trao đổi nhiệt với clinker nóng. Lượng gió này
cung cấp oxy đảm bảo cháy hết lượng nhiên liệu được đưa vào buồng phân hủy. Gió 3
qua tháp trao đổi nhiệt giúp sấy bột liệu trong các cyclone.
7


Chương 1. Tìm hiểu về cơng nghệ sản xuất xi măng và yêu cầu điều khiển quạt ID

1.2.2. Yêu cầu điều khiển quạt ID
Điều khiển quạt ID để duy trì lượng oxy trong trong lò theo một mức đã đặt

trước đảm bảo q trình nhiên liệu trong lị được cháy hết. Hay yêu cầu điều khiển
quạt ID là điều chỉnh lưu lượng gió theo u cầu cháy trong lị canxiner. 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 quá trình nhiệt trong lị. Hệ thống phân tích thành phần Oxy trong khí thải
lị 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. Khi nồng độ Oxy trong
khí thải của lị nhỏ hơn nồng độ Oxy cần thiết, tín hiệu điều khiển đưa về bộ tính tốn
sẽ giảm đi. Bộ tính tốn sẽ tính tốn giá trị đặt cho van gió 3, làm giảm lưu lượng gió
qua van gió 3. Do đó lưu lượng gió 2 vào lị sẽ tăng lên, lượng Oxy cung cấp cho lò
tăng lên. Để duy trì lượng gió 2 theo u cầu, ta sử dụng bộ điều khiển PID để điều
khiển van gió 3. 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 khơng đủ để cho
than cháy hết hồn tồn thì ta phải điều chỉnh lưu lượng gió qua hệ thống lị nhờ quạt
ID đặt phía sau của nhánh tháp trao đổi nhiệt.

1.3. Đặc tính quạt và phương pháp điều khiển lưu lượng
1.3.1. Cấu tạo quạt ID
a) Cấu tạo quạt ly tâm
Hầu hết các quạt công suất lớn sử dụng trong nhà máy xi măng đều là quạt ly
tâm. Quạt ID sử dụng trong các nhà máy xi măng cũng là quạt ly tâm (Hình 1.4)
Cấu tạo của quạt ly tâm gồm guồng quạt, vỏ quạt, trục máy và giá máy.
- Guồng quay có tác dụng để tạo áp lực và chuyển khí vào bên trong máy.

8

Chương 1. Tìm hiểu về cơng nghệ sản xuất xi măng và yêu cầu điều khiển quạt ID

- Vỏ quạt có tác dụng hội tụ và chuyển hướng dịng khơng khí vào, với loại quạt
nhỏ vỏ quạt có thể gắn với quạt, còn loại quạt lớn vỏ quạt phải đặt lên bệ đỡ riêng cho
nó.

Hình 1. 4. Quạt ly tâm
b) Phân loại quạt ly tâm
Quạt hút ly tâm trong công nghiệp được chia thành nhiều loại do từng khả năng
của quạt đó là: quạt thấp áp, quạt trung áp, quạt cao áp.
c) Nguyên lý làm việc quạt ly tâm
Quạt hút ly tâm trong công nghiêp làm việc theo nguyên tắc bơm ly tâm, khi
rotor quay áp suất tại tâm quạt nhỏ dẫn khơng khí đi vào quạt và được cấp thêm năng
lượng lực ly tâm. Khi làm việc rotor hút khơng khí bên ngồi dọc theo trục, nhờ lực ly
tâm đưa ra quan vỏ quạt và đẩy gió hướng thẳng góc với trục quạt.
d) Ưu điểm của quạt ly tâm
Ưu điểm của quạt ly tâm là nâng được áp suất khơng khí cao, ít ồn hơn quạt
hướng trục có khả năng truyền được đi xa cùng khả năng chịu được khơng khí có cặn
bẩn ở mức độ nhất định. Quạt ly tâm có thể nối gián tiếp trục động cơ điện hoặc gắn
trực tiếp với trục động cơ điện qua bánh đai.
1.3.2. Đặc tính cơ của quạt
Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng. Tuy vậy phần lớn nó được biểu diễn

9


Chương 1. Tìm hiểu về cơng nghệ sản xuất xi măng và yêu cầu điều khiển quạt ID

dưới dạng biểu thức tổng quát:
  
M c  M co   M dm  M co  

 dm 



(1.1)

Trong đó:
M co - Momen ứng với tốc độ   0

M dm - Momen ứng với tốc độ định mức dm
M c - Momen ứng với tốc độ 

Với máy sản xuất ở đây là quạt ID thì   2 phương trình đặc tính cơ trở thành
  
M c  M co   M dm  M co  

 dm 

2

Nhận thấy momen tỉ lệ với bình phương tốc độ

Hình 1. 5. Đồ thị đặc tính cơ của quạt gió
1.3.3. Các phương pháp điều chỉnh lưu lượng gió quạt ID
Đề điều chỉnh lưu lượng gió quạt ly tâm có 2 phương pháp:
- Điều chỉnh góc mở van tiết lưu.

- Điều chỉnh tốc độ quay của quạt.
a) Điều chỉnh góc mở van tiết lưu

10

(1.2)


Chương 1. Tìm hiểu về cơng nghệ sản xuất xi măng và yêu cầu điều khiển quạt ID

Phương pháp điều chỉnh bằng van tiết lưu là giữ nguyên đường đặc tính máy và
thay đổi góc mở van tiết lưu.

Hình 1. 6. Điều chỉnh bằng van tiết lưu
Tại điểm làm việc A với áp suất P1 và lưu lượng Q1, góc mở van là 1 . Ta điều
chỉnh thay đổi góc mở van thành 2 ( 2 < 1 ) lúc này điểm làm việc của quạt tại B sẽ
có áp suất P2 và lưu lượng Q2. Dễ dàng nhận thấy khi điều chỉnh góc mở van nhỏ lại,
áp suất sẽ tăng đồng thời lưu lượng gió giảm.
b) Điều chỉnh tốc độ quay của quạt

Hình 1. 7. Điều chỉnh tốc độ quay của quạt

11


Chương 1. Tìm hiểu về cơng nghệ sản xuất xi măng và yêu cầu điều khiển quạt ID

Phương pháp điều chỉnh lưu lượng gió bằng cách thay đổi tốc độ của quạt là ta
sẽ giữ đường đặc tính ống khơng đổi (độ mở van 100%) và thay đổi đường đặc tính
máy. Giả sử lúc này quạt đang làm việc tại điểm A với lưu lượng Q1, áp suất P1, tốc

độ quạt nq1. Khi ta thay đổi số vòng quay của quạt tức là thay đổi tốc độ động cơ
xuống nq2 thì điểm làm việc mới của quạt là B với lưu lượng Q2, áp suất P2. Dễ dàng
nhận thấy khi tốc độ động cơ giảm thì áp suất và lưu lượng cùng giảm (P2Q2c) So sánh hai phương pháp điều chỉnh lưu lượng

Hình 1. 8. Đồ thị so sánh hai phương pháp
Với phương pháp điều chỉnh lưu lượng bằng cách thay đổi van tiết lưu ( điểm
làm việc thay đổi từ A0 đến A1) ta nhận thấy công suất quạt tăng từ P A0 lên PA1.
Ngược lại với phương pháp điều chỉnh lưu lượng bằng cách thay đổi tốc độ động cơ
(điểm làm việc thay đổi từ A0 sang B1) ta nhận thấy công suất quạt giảm từ PA0 xuống
PB1. Như vậy với phương pháp điều chỉnh lưu lượng bằng cách thay đổi tốc độ động
cơ sẽ làm ít tốn năng lượng hơn. Giúp nâng cao hiệu quả kinh tế.

12


Chương 2. Bộ biến tần perfect harmony

Chương 2
BỘ BIẾN TẦN PERFECT HARMONY
2.1. Tổng quan về biến tần
2.1.1. Khái niệm
Biến tần là thiết bị biến đổi dòng điện xoay chiều ở tần số này sang tần số khác
qua đó biến tần có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vơ cấp, khơng dùng đến các
hộp số cơ khí.
2.1.2. Ngun lý hoạt động

Hình 2. 1. Sơ đồ cấu tạo của biến tần
Nguyên lý hoạt động: Nguồn điện xoay chiều 1 pha hay 3 pha được chỉnh lưu

bằng bộ chỉnh lưu cầu diode và lọc thành nguồn một chiều phẳng nhờ tụ điện. Điện áp
1 chiều này được biến đổi thành điện áp xoay chiều ba pha đối xứng thực hiện nhờ bộ
nghịch lưu PWM dùng IGBT.
2.1.3. Ưu điểm và ứng dụng của biến tần
a) Ưu điểm của hệ thống truyền động sử dụng biến tần
- Biến tần giúp tăng hiệu suất làm việc của hệ thống
- Quá trình khởi động và dừng êm, giúp giảm tổn hao cho động cơ và các bộ
phận cơ khí trong hệ thống.
- Tiết kiệm điện năng tiêu thụ trong quá trình khởi động và vận hành.
- Dễ dàng kết nối với các hệ điều khiển tự động.
- An tồn, tiện lợi, ít phải bảo dưỡng.
13


Chương 2. Bộ biến tần perfect harmony

b) Các ứng dụng sử dụng biến tần
Biến tần được sử dụng nhiều trong công nghiệp điều khiển quạt, bơm, băng tải,
các hệ thống nâng hạ, các máy ép, máy cán,...

2.2. Biến tần trung thế Perfect Harmony
2.2.1. Giới thiệu về bộ biến tần trung thế Perfect Harmony

Hình 2. 2. Biến tần trung thế Perfect Harmony
Biến tần Perfect Harmony là biến tần trung thế theo phương pháp điều chế độ
rộng xung. Được thiết kế và sản xuất bởi ROBICON. Hệ thống sử dụng biến tần
Perfect Harmony sẽ có chất lượng nguồn đầu vào tốt, hệ số cơng suất cao và đầu ra
gần dạng hình sin chuẩn.
a) Đặc điểm chung
- Dịng điện đầu vào ít bị méo, độ méo sóng hài dịng điện THD của bộ biến

tần 6 xung là 25%, 12 xung là 8,8% và của bộ Perfect Harmony là 0,8%

Hình 2. 3. So sánh độ méo sóng của ba loại biến tần
- Hệ số điện cơng suất cao, dịng ra gần sin chuẩn: Perfect Harmony tạo ra các
14