Tối ưu hóa điều khiển động cơ công suất cao: Đi sâu vào công nghệ khởi động mềm điện áp trung bình

Nguyên tắc làm việc cốt lõi của bộ khởi động mềm trung áp

Bộ khởi động mềm trung áp (MV) được thiết kế để quản lý việc khởi động động cơ AC công suất cao, thường hoạt động trong phạm vi từ 2,3 kV đến 15 kV. Không giống như các bộ khởi động xuyên tuyến truyền thống khiến động cơ phải chịu dòng điện khởi động lớn—thường gấp sáu đến tám lần dòng điện định mức—bộ khởi động mềm MV sử dụng bộ chỉnh lưu điều khiển bằng silicon (SCR) để tăng dần điện áp. Bằng cách kiểm soát góc bắn của các SCR này, thiết bị cung cấp khả năng tăng mô-men xoắn và tốc độ tuyến tính, mượt mà. Quy định chính xác này không chỉ bảo vệ lưới điện khỏi sụt áp mà còn giảm thiểu "hiệu ứng búa" cơ học lên các khớp nối và hộp số.

Một thành phần quan trọng của bộ khởi động mềm MV là sự cách ly giữa phần nguồn điện áp cao và mạch điều khiển điện áp thấp. Hầu hết các thiết bị hiện đại đều sử dụng tín hiệu cáp quang để kích hoạt SCR, đảm bảo rằng các thiết bị điện tử điều khiển được tách hoàn toàn khỏi các xung điện áp trung thế và nhiễu. Sự lựa chọn kiến ​​trúc này rất quan trọng đối với tuổi thọ của thiết bị và sự an toàn của người vận hành trong môi trường công nghiệp nặng như khai thác mỏ, xử lý nước và chế biến dầu khí.

So sánh các phương pháp khởi động MV

Để hiểu lý do tại sao bộ khởi động mềm được ưa chuộng hơn các phương pháp khác đòi hỏi phải so sánh các đặc tính hiệu suất. Trong khi Bộ truyền động tần số thay đổi (VFD) cung cấp khả năng kiểm soát tốc độ liên tục, bộ khởi động mềm thường là giải pháp mạnh mẽ và tiết kiệm chi phí hơn cho các ứng dụng yêu cầu vận hành tốc độ không đổi khi động cơ đã đạt vận tốc danh định.

Tính năng kiểm soát và bảo vệ nâng cao

Bảo vệ động cơ tích hợp

Ngoài việc chỉ khởi động động cơ, khởi động mềm trung thế hoạt động như một trung tâm bảo vệ toàn diện. Họ giám sát các thông số điện khác nhau trong thời gian thực để ngăn chặn sự cố động cơ nghiêm trọng. Các thuật toán bảo vệ phổ biến bao gồm:

• Bảo vệ quá tải điện tử (I²t) được tính toán dựa trên mô hình nhiệt động cơ.
• Phát hiện mất cân bằng pha và mất pha để tránh hiện tượng quá nhiệt của cuộn dây stato.
• Cắt điện áp thấp và quá điện áp để bảo vệ chống lại sự mất ổn định của lưới điện.
• Phát hiện lỗi nối đất để tăng cường an toàn cho người vận hành và giám sát cách điện thiết bị.

Chức năng dừng mềm

Một trong những tính năng thiết thực có giá trị nhất của bộ khởi động mềm MV là khả năng "dừng mềm". Trong các ứng dụng bơm, việc dừng đột ngột động cơ dòng chảy cao có thể gây ra hiện tượng "búa nước", tạo ra áp suất tăng vọt có thể làm vỡ đường ống. Bộ khởi động mềm giảm dần điện áp vào cuối chu kỳ, cho phép tốc độ chất lỏng giảm chậm và an toàn, giảm đáng kể chi phí bảo trì cơ sở hạ tầng đường ống.

Cân nhắc lắp đặt và tản nhiệt

Việc triển khai vật lý bộ khởi động mềm trung áp đòi hỏi phải lập kế hoạch cẩn thận về quản lý nhiệt. Mặc dù SCR có hiệu suất cao nhưng chúng vẫn tạo ra nhiệt trong giai đoạn tăng tốc. Vì lý do này, nhiều bộ khởi động mềm MV bao gồm một công tắc tơ rẽ nhánh tích hợp. Khi động cơ đạt tốc độ tối đa, công tắc tơ rẽ nhánh sẽ đóng lại, cho phép dòng điện chạy qua một công tắc cơ học thay vì SCR. Điều này giúp loại bỏ sự sinh nhiệt trong quá trình hoạt động ở trạng thái ổn định và kéo dài tuổi thọ của thiết bị điện tử công suất.

Thiết kế vỏ bọc cũng phải tính đến các điều kiện môi trường và an toàn phóng điện hồ quang. Trong các ngành công nghiệp như xi măng hoặc khai thác mỏ, không khí có thể chứa đầy bụi dẫn điện. Bộ khởi động mềm tiên tiến sử dụng tủ kín với các kênh làm mát hoặc bộ trao đổi nhiệt chuyên dụng để đảm bảo các bộ phận trung áp luôn sạch và khô, ngăn ngừa phóng điện hoặc phóng điện qua các tấm chắn cách điện.

Tiêu chí lựa chọn chính cho kỹ sư

Khi chỉ định bộ khởi động mềm trung áp, điều cần thiết là phải xem xét xa hơn mức công suất đơn giản của động cơ. Nhà thiết kế nên đánh giá các thông số kỹ thuật sau để đảm bảo khả năng tương thích của hệ thống:

• Chu kỳ hoạt động: Tần suất khởi động mỗi giờ, cho biết công suất nhiệt của ngăn xếp SCR.
• Giảm độ cao: Trong các ứng dụng khai thác ở độ cao lớn, không khí loãng hơn làm giảm hiệu suất làm mát và độ bền điện môi.
• Giao thức truyền thông: Tích hợp với các hệ thống SCADA trên toàn nhà máy thông qua Modbus, Profibus hoặc Ethernet/IP để giám sát và chẩn đoán từ xa.
• Kiểm soát gia tốc: Khả năng lựa chọn giữa độ dốc điện áp, giới hạn dòng điện hoặc điều khiển mô-men xoắn tùy thuộc vào loại tải (ví dụ: bơm ly tâm so với băng tải có tải).