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



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

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

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


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

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 …………………………………..
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

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

* 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.

- 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

– 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

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

/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

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

- 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

; 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