BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ Tự động hóa thiết bị điện Hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo nguyên tắc dòng điện

Chương I: Lý thuyết1.1 Hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo nguyên tắc dòng điện Tự động điều khiển máy điện trong các hệ thống đơn giản là khởi động, hãm vàđảo chiều động

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

NGÀNH: ……… CHUYÊN NGÀNH: ……… HỌC PHẦN:………

Giảng viên hướng dẫn:…

Nhóm sinh viên/ sinh viên thực hiện:

Mã sinh viên: …….

Lớp: ………

HÀ NỘI, … /2021

MỤC LỤC

Chương I: Lý thuyết 1

1.1 Hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo nguyên tắc dòng điện 1

1.1.1 Nguyên tắc dòng điện 1

1.1.2 Khởi động động cơ một chiều kích từ độc lập theo nguyên tắc dòng điện qua 3 cấp điện trở 2

1.2 Các bộ điều chỉnh cơ bản trong hệ thống tự động 3

1.2.1 Chức năng 3

1.2.2 phân loại 4

1.3 Nguyên tắc chuyển từ sơ đồ điều khiển có tiếp điểm sang sơ đồ điều khiển không có tiếp điểm 5

1.3.1 Sự tương đương giữa sơ đồ mạch điện và hàm logic 5

1.3.2 Sử dụng bảng chân lý, bảng Cacno để thiết kế mạch logic 9

1.3.3 Các sơ đồ điều khiển có nhớ 10

1.3.4 Chuyển đổi từ sơ đồ dùng tiếp điểm sang sơ đồ dùng các phần tử logic 12 1.3.5 Ví dụ chuyển đổi hình 3.4 sang mạch dùng phần tử logic 13

Chương 2: Bài tập ứng dụng 14

Kết luận 17

Tài liệu tham khảo 18

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Hình 1.1 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ điện một chiều theo nguyên tắc dòng điện…2 Hình 1.3 : Sơ đồ mạch lực động cơ điện một chiều theo nguyên tắc dòng điện qua 3 cấp điện trở

Hình 1.4 : Sơ đồ mạch điều khiển động cơ điện một chiều theo nguyên tắc dòng điện

qua 3 cấp điện trở

……… 3

Hình 1.8: Chuyển đổi tương đương hàm

NAND……….6

Chương I: Lý thuyết

1.1 Hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo nguyên tắc dòng điện

Tự động điều khiển máy điện trong các hệ thống đơn giản là khởi động, hãm vàđảo chiều động cơ được thực hiện bằng bốn nguyên tắc cơ bản: thời gian, tốc độ, dòngđiện và quãng đường Chúng được dùng để điều khiển quá trình khởi động, hãm, đảochiều động cơ điện một chiều và động cơ không đồng bộ roto dây quấn và quá trìnhkhởi động, hãm động cơ đồng bộ Nguyên tắc điều khiển theo quảng đường được sửdụng khi điều khiển động cơ cho các cơ cấu dịch chuyển tịnh tiến đã định trước Trongtrường hợp này, động cơ khởi động, hãm có mang sẵn tải là các cơ cấu chuyển độngtịnh tiến Ngoài ra, còn có thể có một số nguyên tắc điều khiển khác như các nguyêntắc: mômen, công suất, sức căng, áp suất, nhiệt độ

1.1.1 Nguyên tắc dòng điện

Điều khiển theo nguyên tắc dòng điện là các tiếp điểm tác động theo tín hiệu dòngđiện Tín hiệu dòng điện được lấy từ rơle dòng điện Hình 1.1 vẽ sơ đồ mạch ví dụđiều khiển động cơ điện một chiều theo nguyên tắc dòng điện Tín hiệu dòng điệnphần ứng được lấy từ hai rơle dòng điện RD1, RD2

Sau khi cấp nguồn một chiều tới mạch động lực và mạch điều khiển, chưa có thiết

bị nào được cấp điện Nhấn nút M công tắc tơ K có điện, nó đóng tiếp điểm mạchđộng lực, dòng điện động cơ tăng lớn hơn chỉnh định của các rơle RD1, RD2 làm mởcác tiếp điểm rơle dòng trong các mạch RD1 (9–11), RD2 (11–13)

Tiếp điểm K mạch (1–7) đóng, rơle R1 có điện đóng mạch (1–9) nhưng K1 chưahút do mạch (9–11) đang hở Tốc độ động cơ tăng, dòng điện động cơ giảm, tới giá trịnhả tiếp điểm của RD1 mạch (9-11) kín, K1 đóng và tự giữ bởi tiếp điểm K (9–11) Do

cố ý chỉnh định RD2 có giá trị dòng điện nhả nhỏ hơn RD1 nên khi tiếp điểm RD1 11) đóng lại nhưng RD2 (11––13) không đóng K1 đóng làm dòng điện lại tăng lên,

(9-RD2 vẫn tiếp tục hở tiếp điểm Động cơ tiếp tục khởi động, dòng điện giảm tới giá trịtác động của RD2 tiếp điểm (11–13) đóng lại, K2 hút, ngắn mạch tiếp một cấp điện trởthứ hai, động cơ tiếp tục khởi động theo đường đặc tính tự nhiên tới tốc độ xác lập

9

13 11

1

7

Hình 1.3 Sơ đồ mạch điều khiển động cơ điện một chiều theo nguyên tắc dòng điện

1.1.2 Khởi động động cơ một chiều kích từ độc lập theo nguyên tắc dòng điện qua

3 cấp điện trở

RD1 RD2

K 2 K 1

K Rf1 Rf2

K3 Rf3 RD3

Hình 1.3 : Sơ đồ mạch lực động cơ điện một chiều theo nguyên tắc dòng điện qua 3

cấp điện trở

M

RD2 RD1

2

9

13 11

K3

K3 RD3 15

7 1

Hình 1.4 : Sơ đồ mạch điều khiển động cơ điện một chiều theo nguyên tắc dòng điện

qua 3 cấp điện trở

Tín hiệu dòng điện phần ứng được lấy từ hai rơle dòng điện RD1, RD2, RD3

Sau khi cấp nguồn một chiều tới mạch động lực và mạch điều khiển, chưa có thiết

bị nào được cấp điện Nhấn nút M công tắc tơ K có điện, nó đóng tiếp điểm mạchđộng lực, dòng điện động cơ tăng lớn hơn chỉnh định của các rơle RD1, RD2, RD3 làm

mở các tiếp điểm rơle dòng trong các mạch RD1 (9–11), RD2 (11–13), RD3(13-15)

Tiếp điểm K mạch (1–7) đóng, rơle R1 có điện đóng mạch (1–9) nhưng K1 chưahút do mạch (9–11) đang hở Tốc độ động cơ tăng, dòng điện động cơ giảm, tới giá trịnhả tiếp điểm của RD1 mạch (9-11) kín, K1 đóng và tự giữ bởi tiếp điểm K1 (9–11)

Do cố ý chỉnh định RD2 có giá trị dòng điện nhả nhỏ hơn RD1 nên khi tiếp điểm RD1

(9-11) đóng lại nhưng RD2 (11––13) không đóng K1 đóng làm dòng điện lại tăng lên,

RD2 vẫn tiếp tục hở tiếp điểm Động cơ tiếp tục khởi động, dòng điện giảm tới giá trịtác động của RD2 tiếp điểm (11–13) đóng lại, K2 hút, tiếp tục như thế cho đến khi đóngđến K3 làm ngắn mạch tiếp các cấp điện trở, động cơ tiếp tục khởi động theo đườngđặc tính tự nhiên tới tốc độ xác lập

1.2 Các bộ điều chỉnh cơ bản trong hệ thống tự động

1.2.1 Chức năng

a) Thông tin – giao tiếp

Giao tiếp giữa người và máy bao gồm một mặt cung cấp cho người vận hành toàn bộ thông tin theo dõi và hoạt động của máy, mặt khác nhận các lệnh điều khiển của người vận hành Tùy theo thiết bị giao tiếp được sử dụng mà phần giao tiếp có thể:

– Vào chương trình nhờ các bộ giao tiếp giữa người và máy của các thiết bị lập trình

– Giao tiếp bằng các bộ chuyển mạch

– Hiển thị trạng thái làm việc của máy bằng ánh sáng và âm thanh

b) Xử lý tín hiệu

Bộ xử lý là bộ não của phần điều khiển Bộ xử lý một mặt phát các thông tin về trạng thái của máy, xuất lệnh điều khiển hoạt động của máy theo chương trình định sẵn, mặt khác phát lệnh của người vận hành máy

c) Điều khiển năng lượng

Các bộ biến đổi tĩnh (chỉnh lưu, băm áp một chiều, điều áp xoay chiều, biến

tẩn) điều khiển nguồn năng lượng từ lưới cấp cho tải

Điều khiển các động cơ điện xoay chiều là điều khiển bộ biến đổi điện cơ

d) Điều khiển các thông số của thiết bị điện theo yêu cầu công nghệ

Những chức năng cơ bản của điều khiển thông số là:

- Tự động khởi động, hãm, đảo chiều cũng như điều khiển tốc độ của các động cơ điệnkhi thay đổi tải Trong trường hợp này, thường dùng khởi động, hãm nhiều cấp tốc độ hoặc khởi động, hãm mềm nhằm hạn chế dòng điện và mômen quả độ Nhiều hệ thốngthưởng gặp là hệ thống mạch hở Những hệ thống này có ưu điểm là mạch đơn giản, tin cậy

- Tự động đặt và giữ tốc độ cho trước của động cơ Hệ thống loại này thường dùng các

hệ thống kín có phản hối, nó cho phép giữ ổn định tốc độ với độ chính xác cao Trong

hệ thống mạch kín, gồm có các thiết bị như rơle, công tắc tơ, các bộ biến đổi điện tử, các cảm biến, động cơ điện thông số đặt được giữ ổn định trong phạm vi cho phép nào đó

- Kiểm soát các tín hiệu đưa vào hệ thống (hệ tùy động) Những tín hiệu đưa vào hệ thống có thể thay đổi theo một quy luật định trước, những sai số trong trường hợp này không được vượt quá mức vi phạm cho phép Chức năng này được thực hiện bằng

những hệ thống tùy động, trong mạch vòng kín tác động liên tục hoặc gián đoạn

- Tự động điều khiển theo chương trình đã đặt trước Chức năng được thực hiện bằng mạch hay mạch kín, tác động liên hay gián đoạn Trong phản mạch điều khiển, ngoài những thiết bị các chức năng trên, đổi tín hiệu đưa vào điều khiển chấp hành

- Tự động điều khiển dây chuyển công nghệ Để thực hiện chức năng phức tạp này, hệ thống tự động cần bao gồm thiết bị điện thực hiện tất cả các chức năng trên

1.3 Nguyên tắc chuyển từ sơ đồ điều khiển có tiếp điểm sang sơ đồ điều khiển

không có tiếp điểm

1.3.1 Sự tương đương giữa sơ đồ mạch điện và hàm logic

- Hai đầu vào hàm OR tương đương như hai tiếp điểm thường hở ( NO) song

B A

A

Hình 1.6: Chuyển đổi tương đương hàm AND

Bảng trạng thái hàm AND

Hình 1.8: Chuyển đổi tương đương hàm NAND

Bảng trạng thái hàm NAND

Hình 1.9 : Chuyển đổi tương đương hàm NOR

10

Hình 1.10: Chuyển đổi tương đương hàm NOT có cuộn hút trung gian

 Mục đích tiếp điểm A đóng thì đèn tắt, tiếp điểm A ngắt thì đèn tối

Do trong mạch có sử dụng cuộn hút trung gian nên

 Ở nhánh 1, ta cho tiếp điểm A và cuộn hút CR1 cùng 1 trạng thái logic

 Ở nhánh 2, ta dùng hàm NOT đối với tiếp điểm CR1

- Hàm XOR có hai đầu tương đương với hai công tắc cầu thang mắc vào nhau

2

B

2 3

Hình 1.11: Chuyển đổi tương đương hàm EX-OR

Y CR1

Y A

CR1

0 0

0 1

0 0

B

Hình 1.12: Chuyển đổi tương đương hàm AND có cuộn hút trung gian

 Mục đích khi cả hai tiếp điểm A và B cùng đóng sẽ làm cho đèn sáng

 Do trong mạch có sử dụng cuộn hút trung gian

 Ở nhánh 1, ta cho cuộn hút CR1 là đầu ra của 1 hàm NAND với hai tiếp điểm thường kín A và B

 Ở nhánh 2, ta thực hiện hàm NOT đối với tiếp điểm CR1

1.3.2 Sử dụng bảng chân lý, bảng Cacno để thiết kế mạch logic

Đây là phương pháp thường được dùng trong thiết kế mạch số, căn cứ vào bảng chân lý mô tả hoạt động của mạch logic, thiết kế mạch điều khiển

thông qua sự tối giản bằng bảng Cacno

1.3.3 Các sơ đồ điều khiển có nhớ

 Mạch chốt R-S

Mạch chốt R-S là hai mạch trạng thái ổn định, để tạo mạch này có thể dùng hai cổng NOR

Nhìn vào bảng trạng thái ta thấy Q và Q là hai trạng thái ngược nhau Tuy nhiên

cả hai đầu vào S và R đều ở mức 1 thì hai đầu ra này bằng 0, đây là trạng thái không hợp lệ( trạng thái cấm) của mạch chốt R-S Khi cả hai đầu vào S và R đều ở mức 0 thì hiện tượng chốt có nhớ xảy ra

Một ứng dụng thực tế cho mạch chốt là mạch dừng và khởi động động cơ sử dụng cuộn hút K với các phần tử có tiếp điểm

K

Hình 1.14: Mạch ứng dụng

M D

S R

K Q Q

Hình 1.15: Mạch tương đương mạch chốt R-S

 Mạch R-S có ba đầu vào

Trong một số sơ đồ mạch, sự thay đổi trạng thái của các đầu vào chỉ có tác

dụng khi thỏa mãn một đầu vào cho phép nào đó, gọi là E(Enable) Lợi dụng tính chất này thiết kế mạch R-S có them đầu vào E như hình 1.16

R

S

Q

Q E

Hình 1.16Sơ đồ mạch R-S 3 đầu vào

M D

S R

K Q Q E

Hình 1.18: Mạch tương đương mạch chốt R-S có ba đầu vào

D

Hình 1.19:Mạch chốt D

1.3.4 Chuyển đổi từ sơ đồ dùng tiếp điểm sang sơ đồ dùng các phần tử logic

Để chuyển từ sơ đồ dùng tiếp điểm sang sơ đồ dùng phần tử logic, trước tiên ta tiến hành viết phương trình hàm logic cho các cuộn hút Sau đó tìm cách chuyển đổi sang các phần tử logic

1.3.5 Ví dụ chuyển đổi hình 3.4 sang mạch dùng phần tử logic

K

Rtg

K1K2Rtg

KK

Rtg

K2

K1 M

D

K

Hình 1.21: Sơ đồ mạch logic

Chương 2: Bài tập ứng dụng

Đề bài: Hãy thiết kế sơ đồ mạch lực và mạch điều khiển của hệ thống trạm bơm nước

nông nghiệp gồm 6 máy bơm nước dùng chung một bộ khởi động mềm nhằm mục

đích hạn chế dòng khởi động khi làm việc Các động cơ khởi động lần lượt, khi hết thời gian khởi động thì động cơ được chuyển về làm việc trực tiếp với điện áp lưới

Để đảm bảo an toàn cho thyristor, giữa hai lần khởi động liên tiếp cần có khoảng thời gian nghỉ nhỏ

Hình 2 1 Sơ đồ mạch lực điều khiển 6 máy bơm

 Thiết kế mạch điều khiển:

K K

Rth1 K1

K2

K2 K

Rth3 K4 Rth4 K5

K6

Rth5 K6 Rth6 K7

- Tiếp điểm K (1-2) đóng lại, cấp điện cho role thời gian Rth1 và cuộn hút K1

Động cơ 1 khởi động bằng bộ khởi động mềm

- Role thời gian Rth1 đếm, sau 1 khoảng thời gian chỉnh định thì tiếp điểm Rth1

11) đóng lại cấp điện cho cuộn K2 và role thời gian Rth2 Tiếp điểm duy tri K2 11) được đóng lại

(9 Tiếp điểm thường đóng K2 (2(9 4) mở ra ngắt điện cuộn K1 Lúc này ĐC1 hoạt

động nguồn trực tiếp

- Sau 1 khoảng thời gian chỉnh định, tiếp điểm thời gian Rth2 (6-8) đóng lại cấp

điện cho cuộn K3, tiếp điểm K4 (15-17) đồng thời đóng tiếp điểm tự giữ K4 15) và ngắt điện cuộn K3 (8-10) Lúc này ĐC2 hoạt động nguồn trực tiếp

(13 Tương tự thế động cơ sẽ lần lượt khởi đổng đến động cơ số 4

- Nếu xảy ra sự cố ở các động cơ, role nhiệt sẽ ngắt và động cơ sẽ dừng.

- Ấn nút D thì mạch không được cấp điện, các động cơ cũng sẽ dừng hoạt động.

Kết luận

Qua bài báo cáo chuyên đề em đã đạt được kết quả sau:

- Hiểu được nguyên tắc dòng điện trong hệ thống có tiếp điểm

- Phân biệt được các hàm logic cơ bản

- Hiểu được các mạch có nhớ

- Thiết kế được mạch điều khiển khởi động máy bơm bằng bộ khởi động

mềm

Tài liệu tham khảo

[1] Trần Văn Thịnh, Hà Xuân Hòa, Nguyễn Vũ Thanh Tự động hóa và điều khiển

thiết bị điện, NXB Giáo Dục, 2008