Tìm hiểu về Induction mô tơ trong các nhàmáy điện, dầu khí và nhà máy công nghiệp

Tìm hiểu về Induction mô tơ trong các nhàmáy điện, dầu khí và nhà máy công nghiệp

Bài viết này sẽ bàn về chi tiếtcác loại low and medium voltage induction mô tơ trong các nhà máy công nghiệp, nhà máy phát điện hoặc các nhà máy dầu khí. Vì thời gian hạn hẹp, bài sẽ được viết hết trong một kỳ.

Có nhiều từ tôi phải để nguyên tiếng Anh vì không biết dịch ra tiếng Việt như thế nào. Rất mong nhờ các bạn dịch giùm để tôi có thể làm hoàn hảo bài viết. Nếu các bạn cần hiểu rõ hơn về chữ đó, xin cho biết để tôi có thể giải nghĩa chi tiết hơn. Xin cám ơn.

Power
Công suất của mô tơ thường có đơn vị là horsepower (HP) theo tiêu chuẩn NEC hoặc Kilowatt (KW) theo tiêu chuẩn IEC. Một KW = 0,746 HP. Công suất ghi trên nameplate chính là công suất output cần thiết để cung cấp cho tải như máy bơm, quạt v.v.. Công suất input có thể được tính theo công thức:

KW (input) = KW (output) / (pf x eff.)
Pf = power factor = cos phi
Eff. = Efficiency = hiệu năng

Cường độ cần thiết để cung cấp cho mô tơ cũng có thể được tính như sau:

I = KW / (V x ^s3)
I = dòng hay cường độ ( 3 pha)
V = điện áp

Service Factor
Mô tơ thường có service factor = 1 hoặc 1.15. Mô tơ có sf = 1.15 có thể kéo được 125% số lượng tải trong một thời gianmà không làm hư hại mô tơ. Thí dụ mô tơ 100 KW có sf = 1.15 có thể tải được 125 KW trong một khoảng thời gian. Tuy nhiên, theo tiêu chuẩn ISO, mô tơ trong vùng nguy hiểm (hazardous area) không được có service factor cao hơn 1.

Full Load Amp (FLA) / Full Load Current (FLC)
FLA là dòng lúc đầy tải, cường độ của mô tơ được đo bởi nhà sản suất và được ghi trên nameplate. FLC cũng là dòng đầy tải nhưng được lấy ra từ bảng 430.250 của National Electrical Code (NEC). FLA dùng để định mức cho overload heater, và FLC dùng để tính tiết diện dây dẫn điện, hoặc để tính mức setting cho CB hoặc cầu chì.

Starter dùng để khởi động mô tơ thường có 2 OCPD (Overcurrent Protective Device). Overload heater để bảo vệ quá tải, CB hoặc cầu chì bảo vệ ngắn mạch.

Sở dĩ người ta cần cả hai loại OCPD riêng biệt là vì khi khởi động mô tơ thường có cường độ cao hơn dòng đầy tải 6 hoặc 7 lần, vì thế CB phải được điều cao hơn dòng lúc khởi động, nếu không CB sẽ mở lúc khởi động và mô tơ không chạy được.

Tuy nhiên nếu set CB quá cao, nó cho phép mô tơ khởi động, nhưng khi có sự cố quá tải, CB sẽ không ngắt mạch được vì dòng quá tải tuy cao hơn đầy tải nhưng lại thấp hơn dòng khởi động.

Để giải quyết vấn đề này, người ta dùng overload heater để bảo vêệquá tải, còn CB hoặc cầu chì để bảo vệ ngắn mạch. CB và overload heater được nối nối tiếp (in series) với nhau, CB được set ở mức cao hơn dòng khởi động. Overload heater được set ở trên mức đầy tải nhưng dưới mức khởi động.

Overload heater sẽ ngắt mạch khi có dòng điện đi quá mức ấn định của nó (trip point). Tuy nhiên nó cần 1 thời gian ngắn để hâm nóng trước khi ngắt mạch. Overload heater sẽ không ngắt mạch khi có dòng khởi động hoặc dòng ngắn mạch đi qua vì hai dòng này xẩy ra trong 1 thời gian rất ngắn vì thế không đủ hâm nóng overload heater.

Temperature rise:
Đây là nhiệt độ cuộn cảm (winding) của mô tơ được phép gia tăng bên trên 40ºC ambient (nhiệt dộ tiêu chuẩn chung quanh). Temperature rise của mô tơ có thể được đo bằng RTD (resistance temperature detector) hoặc do sự thay dổi điện trở của cuộn cảm
emperature rise
Class of Insu;ation system: A B F H
Open motor 60 80 105 125
Totally- enclosed nonventilated and
fan- cooled motors 65 85 110 135
Ví dụ mô tơ TEFC (totally-enclosed Fan-cooled) co Class B rise và class F insulation với nhiệt độ chung quanh là 40ºC, điều này có nghĩa là lớp cách nhiệt của mô tơ có thể chịu được 150ºC (110ºC + 40ºC = 150ºC), va hoạt động của mô tơ sẽ không làm mô tơ tăng quá 125ºC (85ºC + 40ºC = 125ºC).
Mô tơ thường được chọn Class B rise va class F insulation để giữ cho lớp cách nhiệt được bền hơn vì nhiệt độ của mô tơ phát ra sẽ không vượt quá nhiệt độ lớp cách nhiệt có thể chịu được.
TEFC là loại mô tơ được đóng kín hoàn toàn và được làm mát bằng quạt.

Đính chính:
KVA (input) = KW (output) / (pf x eff.) chứ không phải KW (input) = KW (output) / (pf x eff.)

Điện áp
ở bắc Mỹ châu, điện áp của mô tơ thường là 460V, 2300V, 4000V, 6600V hoặc 13200V với tần số là 60hz, 3 pha, được cung cấp bởi hệ thống điện 480V, 2400V, 4160V, và 13800V.
Bên ngoài Bắc Mỹ thường dùng 360V, 3000V, 6000V, 10000V, 50hz, được cung cấp bởi hệ thống điện 380V, 3150V, 6300V, và 10500V.
Bên Anh thường dùng 380V, 3300V, 6600V, 11000V, 50hz, được cung cấp bởi hệ thống điện 400V, 3450V, 6900V, và 11500V
Torque
Mỗi mô tơ có 1 speed torque curve, torque curve cho ta biết số lượng torque ở từng điểm từ khi vận tốc mô tơ bắt đầu từ 0% đến 100%. Ví dụ mô tơ NEMA design B, khi khởi động, lock rotor torque s ẽ là 150% so với torque lúc đầy tải, và break down torque s ẽ bằng 200% so với torque đầy tải.
Breakdown torque là torque tối đa mô tơ có thể đạt được mà không bị mất vận tốc (abrupt speed drop). Ví dụ mô tơ đang chạy đầy tải với vận tốc 3550 rpm, nếu ta bỏ thêm tải vào mô tơ sẽ giảm vận tốc, khi mô tơ giảm vận tốc, torque sẽ tăng lên để cân bằng với số tải mới. Nếu ta cứ tiếp tục tăng tải, thì tới 1 lúc nào đó torque sẽ không tăng được nữa và bắt đầu sụt giảm, và lúc này vận tốc sẽ sút giảm thật nhanh và mô tơ sẽ ngừng lại. Torque ở điểm mà nó ngừng tăng và mô tơ mất vận tốc gọi là breakdown torque.
Voltage dip
Khi mô tơ khởi động, dòng sẽ cao hơn dòng đầy tải khoảng 6, 7 lần, vì thế áp của toàn thể hệ thống có thể bị giảm xuống (voltage drop). Câu hỏi được đưa ra là mô tơ có thể khởi động với số lượng giảm áp là bao nhiêu?
Số lượng torque tăng hay giảm tùy thuộc vào bình phương của áp, vì thế nếu áp giảm 10%, torque sẽ giảm 20%. Giả sử ta có mô tơ design B, khi khởi động lock rotor torque sẽ là 150% so với torque đầy tải, vì thế áp sẽ có thể giảm xuống 80% mà mô tơ vẫn có 100% torque lúc khởi động.
T = (0,8)² x 150% = 100%

Temperature rise:
Đây là nhiệt độ cuộn cảm (winding) của mô tơ được phép gia tăng bên trên 40ºC ambient (nhiệt dộ tiêu chuẩn chung quanh). Temperature rise của mô tơ có thể được đo bằng RTD (resistance temperature detector) hoặc do sự thay dổi điện trở của cuộn cảm
Temperature rise
Class of Insu;ation system: A B F H
Open motor 60 80 105 125
Totally- enclosed nonventilated and
fan- cooled motors 65 85 110 135
Ví dụ mô tơ TEFC (totally-enclosed Fan-cooled) co Class B rise và class F insulation với nhiệt độ chung quanh là 40ºC, điều này có nghĩa là lớp cách nhiệt của mô tơ có thể chịu được 150ºC (110ºC + 40ºC = 150ºC), va hoạt động của mô tơ sẽ không làm mô tơ tăng quá 125ºC (85ºC + 40ºC = 125ºC).
Mô tơ thường được chọn Class B rise va class F insulation để giữ cho lớp cách nhiệt được bền hơn vì nhiệt độ của mô tơ phát ra sẽ không vượt quá nhiệt độ lớp cách nhiệt có thể chịu được.
TEFC là loại mô tơ được đóng kín hoàn toàn và được làm mát bằng quạt.
Khi nhiệt độ chung quanh cao hơn 40 độ C, temperature rise của mô tơ sẽ phải được giảm xuống. Ví dụ nhiệt độ chung quanh là 50 độ thay vì 40, class B temp. r i se của TEFC mô tơ sẽ phải giảm xuống 10 độ tức là 75 độ C. Đây là cách tính của API (American Petroleum Institute), NEMA dùng công thức trong MG-1 section 12.42 và 12.43 Temp. rise = 0,9 (Tc - Ta) hoặc Temp. rise = 0,965 (Tc - Ta) nhưng dáp cũng tương đối tương tự.

Bạn có thể nói về Brake Horse Power (BHP) được không? Cảm ơn.

BKW chính là KW của tải (load).
Người Process engineer nói với bạn họ có 1 cái máy bơm 50 KW, và cần mô tơ cho nó. 50KW này chính là BKW.
Để tính KW cho mô tơ (nominal KW), theo API bạn lấy BKW nhân với API factor.
Nominal (KW) = BKW x API factor.
API factor = 1.25 nếu mô tơ có BKW nhỏ hơn 22KW. 1.1 nếu lớn hơn 55 KW, và 1.15 nếu ở từ 22-55 KW.

Khi một dòng điện AC 50hz được nối vào mô tơ, dòng này sẽ tạo nên magnetic field ở stator, magnetic field này sẽ cắt ngang những thanh kim loại của rotor và tạo nên voltage trên rotor. Vì những thanh kim loại trên rotor được nối lại ở 2 đầu (ngắn mạch), dòng sẽ bắt đầu di chuyển và tạo ra magnetic field của chính nó và khiến mô tơ chuyển động.
Vận tốc magnetic field của stator còn được gọi là synchronous speed, nó tùy thuộc vào tần số và số pole của mô tơ. Mô tơ có thể có 2, 4, 6, 8 poles.
Mô tơ synchronous speed = (tần số X 120) / số pole
Vận tốc thực của mô tơ, tức là vận tốc của rotor không bao giờ bằng được synchronous speed, vì khi rotor chạy bằng với synch. speed, magnetic field sẽ không cắt ngang rotor nữa vì thế sẽ không tạo ra dòng và torque và vì thế nó sẽ tự chậm lại.
Sự khác biệt vận tốc giữa rotor và synchronous speed được gọi là slip.
Mô tơ có 4 poles, 4% slip, 60hz sẽ có vận tốc là 1728 RPM và synchronous spe ed là 1800 RPM.
Vận tốc của induction mô tơ cũng có thể được điều khiển lên xuống bằng cách dùng variable frequency drive.

Bài bạn viết rất hay, hãy tiếp tục nhé, mình vẫn đang theo dõi và chờ những bài viết tiếp của bạn, bài của bạn giúp ích nhiều cho kiến thức của mình, chỉ tiếc là mình không biết nhiều để có ý kiến đóng góp!

Mô tơ thường có space heater để giữ cho độ ẩm không làm ảnh hưởng đến mô tơ, đặc biệt là bearing của mô tơ rất dễ bị rỉ sét, heater thường là 1 pha, 120VAC hoặc 220VAC. Nhiệt độ của mô tơ thường được điều chỉnh khoảng 5 độ cao hơn nhiệt độ chung quanh để hơi ẩm không bị đóng trong mô tơ. Heater được tự động bật tắt bởi starter, khi mô tơ ngưng chạy, heater sẽ được tự động bật lên.
Temperature classification
Nhiệt đô ở bề mặt của mô tơ được dặt tên bởi code từ T1 đến T6
T temp. the tiêu chuẩn EN 60014 (IEC)
T1 = 450 độ C, T2 = 300, T3 = 200, T4 = 130, T5 = 100, T6 = 85
T temp. theo tiêu chuẩn ANSI/UL844
T1 = 450, T2 = 300, T2A = 280, T2B = 260, T2C = 230, T2D = 215, T3 = 200, T3A = 180, T3B = 165, T3C = 160, T4 = 130, T4A = 120, T5 = 100, T6 = 85.
Tiêu chuẩn của ANSI và EN giống nhau ngoại trừ ANSI có thêm vài nhiệt đô A,B,C,D xen giữa. Ở những vùng nguy hiểm (hazardous area) thường có 1 loại nhiệt độ nũa gọi là AIT (auto ignition temperature), nhiệt độ này tùy thuộc vào loại khí có thể gây nổ hiện diện trong vùng đó. Thí dụ vùng có khí Hydrogen Sulfide, AIT của khí này là 269 độ C, ở nhiệt độ này, hydrogen sulfide có thể tự phát nổ, vì thế nhiệt độ ở bề mặt mô tơ nên thấp hơn AIT khoảng 20% (dùng code T3 = 200 độ C cho mô tơ ở vùng có khí hydrogen sulfide).