207003 chapter 6

Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-3 Normally open switch NO Normally closed switch NC NC and NO switch Push-button switch... Rơ le bảo vệ rơ le nhiệt, rơ le điện áp, rơ le dòng

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-1

• Bộ điều khiển nhận tín hiệu vào từ những cơ cấu cảm biến (sau khi qua phần xử lý tín

Công tắc cơ (mechanical switch)

Là một thiết bị có thể đóng / mở, theo đó mà cho dòng điện chạy qua hay không

SPST switch (single-pole/single-throw)

SPDT switch (single-pole/double-throw)

DPDT switch (double-pole/double-throw)

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-3

Normally open switch (NO)

Normally closed switch (NC)

NC and NO switch Push-button

switch

DIP switch

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-5

Rotary switch

Membrane switch

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-7

Rơ le (relay)

Thiết bị sử dụng lực điện từ để đóng / mở các

tiếp điểm – công tắc tác động bằng điện

Tùy theo mục đích sử dụng, rơ le cũng có thể phân thành hai loại: rơ le bảo vệ và rơ le điều khiển Rơ le bảo vệ (rơ le nhiệt, rơ le điện áp, rơ le dòng điện, rơ le áp suất …) dùng

để bảo vệ các mạch điện khỏi bị ảnh hưởng bởi các tác động không bình thường như quá tải, sụt áp …

Temperature switch Liquid level switch Pressure switch Flow switch

Biểu diễn chung:

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-9

Rơ le thời gian (time-delay relay)

Rơ le thời gian được thiết kế để trì hoãn thời gian

đóng/mở tiếp điểm khi được kích hoạt

Time relay Time delay when the coil is energized Time delay when the coil is

deenergized

Công tắc tơ (contactor) và khởi động từ (motor starter)

Rơ le cũng có thể được cấu tạo dùng để đóng/mở các mạch động lực, ví dụ như đóng ngắt, hãm, đảo chiều, khóa lẫn các thiết bị điện Khi đối tượng là động cơ điện thì rơ le được gọi là khởi động từ, những trường hợp khác thì được gọi là công tắc tơ

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-11

Các phần tử bán dẫn thường gặp trong hệ thống điều khiển làm nhiệm vụ đóng/mở và khuếch đại

Transistor lưỡng cực (BJT – Bipolar junction transistor)

Transistor là một hệ thống gồm 3 lớp bán dẫn đặt tiếp giáp nhau, trong đó lớp ở giữa là loại bán dẫn có tính dẫn điện khác với hai lớp bên cạnh Transistor có 3 điểm cực: cực gốc (B), cực thu (C), và cực phát (E)

Tùy theo trình tự sắp xếp các lớp bán dẫn P và N, ta có 2 loại transistor điển hình:

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-13

Hoạt động cơ bản của transistor dựa trên những phương trình sau:

Với: : hệ số khuếch đại dòng

IC: dòng cực thu

IB: dòng cực gốc

IE: dòng cực phát

PD: công suất tiêu hao

VCE: điện áp tiêu hao (giữa C và E)

Điều kiện phân cực

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-15

Thí dụ: xác định dòng cực thu cho mạch bên dưới bằng cách dùng transistor có đường đặc tính như hình trên và có hệ số khuếch đại dòng  = 70

Giải:

Dựa vào đường đặc tính  IB  1.7 (mA)

Ứng dụng: khuếch đại, đóng/mở, và dao động…

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-17

SCR – silicon-controlled rectifier

SCR được cấu tạo bởi 4 lớp bán dẫn PNPN Các tiếp xúc tạo ra 3 cực: cực A, cực K, và cực G

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-19

Mạch SCR đối với tải DC

Mạch SCR đối với tải AC

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-21

Mạch SCR đối với tải AC

Ứng dụng: đóng/mở mạch động lực, chỉnh lưu, và biến tần …

Nguyên lý làm việc

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-23

Hệ thống thủy lực

Hệ thống khí nén

Động cơ thủy lực

Động cơ khí nén

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-25

Xi lanh khí nén

Xi lanh thủy lực

Van điều khiển: 3/2

Solenoid is deenergized Solenoid is energized

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-27

Van điều khiển: 4/3

Solenoid ‘a’ is energized

Solenoids are deenergized

Solenoid ‘b’ is energized

DC motor

Brushless DC motor

Stepper motor

AC motor

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-31 Nguyên lý làm việc

Lực tác dụng lên cuộn dây: với: F: lực tác dụng lên cuộn dây (N)

I: dòng chạy qua cuộn dây (A) B: cường độ từ trường (G) L: chiều dài cuộn dây (m)

: góc tạo bởi vectơ B và I

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-33

Phần ứng động cơ DC

Moment tạo ra

với: T: moment động cơ

KT: hằng số dựa vào cấu tạo động cơ

IA: dòng điện phần ứng

: từ thông

Khi phần ứng quay trong môi trường từ trường, một sức điện động sẽ xuất hiện trên các cuộn dây của phần ứng (ngược chiều với điện áp nguồn cấp vào phần ứng)

Điện áp thực trên phần ứng

với: VA: điện áp thực trên phần ứng

VTn: điện áp nguồn cấp vào phần ứng CEMF: điện áp tạo ra bởi động cơ

IA: dòng điện phần ứng

RA: trở kháng phần ứng

với: EMF: điện áp tạo ra

KE: hằng số dựa vào cấu tạo động cơ

: từ thông

S: tốc độ động cơ (rpm)

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-35

Thí dụ: Một động cơ 12 Vdc có điện trở phần ứng là 10  và sức điện động tạo ra là 0.3 V/100 rpm Xác định dòng phần ứng thực tế khi động cơ làm việc ở vận tốc 0 rpm và ở vận tốc 1000 rpm

Đường đặc tính (moment - tốc độ) của động cơ nam châm vĩnh cữu (permanent magnet)

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-37

Thí dụ: Xác định tốc độ động cơ và dòng điện

phần ứng trong những trường hợp sau:

Thí dụ: Một động cơ DC PM sử dụng trong máy quay băng Khi trả băng, động cơ làm việc ở 10 V với vận tốc 500 rpm Để rút ngắn thời gian trả băng, nguời ta muốn động cơ làm việc với vận tốc 650 rpm Khi đó moment tải ước tính sẽ tăng thêm 50% Hãy xác định điện áp phần ứng để động cơ đáp ứng được yêu cầu này

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-39

Điều khiển động cơ

• Bộ khuếch đại công suất: dùng các mạch khuếch đại tín hiệu tương tự

• Bộ điều chế độ rộng xung: tạo ra các xung DC ở mức điện áp cố định

• Mạch khuếch đại tín hiệu tương tự

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-41

Đảo chiều động cơ

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-43

Nguyên lý làm việc của động cơ DC không chổi than 3 pha

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-45

Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển pha

Ưu điểm: có độ ổn định cao, sử dụng hiệu quả và dễ điều khiển

Nguyên lý làm việc

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-47 Ảnh hưởng của tải lên động cơ

Chế độ kích

• Động cơ 2 pha

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-49

• Động cơ 4 pha

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-51

• Động cơ 2 / 4 pha

- Nếu sử dụng như động cơ 2 pha: dây 2 và dây 5 không sử dụng

- Nếu sử dụng như động cơ 4 pha: dây 2 và dây 5 được dùng như điểm chung

• Động cơ bước từ trở thay đổi (variable-reluctance stepper motor): khi rotor

không phải là nam châm vĩnh cữu, mà được cấu tạo từ lõi sắt non

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-53

Ưu điểm: rotor dễ chế tạo để tăng số răng  tăng số bước

• Động cơ bước hỗn hợp: là sự kết hợp ưu điểm của động cơ bước nam châm vĩnh cửu (moment lớn) và động cơ bước từ trở thay đổi (số bước lớn)

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-55 Điều khiển động cơ

• Động cơ 2 pha

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-57

• Động cơ 4 pha

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-59

Nguyên lý làm việc

 C.B Pham 207003 – Kỹ thuật điều khiển tự động 6-61

Khi có từ trường quay xung quanh thanh dẫn, nó sẽ cảm ứng và tạo

nên dòng điện chạy qua các thanh dẫn của rotor Dòng điện làm cho

thanh dẫn có từ trường Từ trường này tương tác với từ trường quay

trên stator tạo nên một moment xoắn trên trục động cơ

Tốc độ quay của rotor luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường quay để luôn tồn tại chuyển động tương đối giữa stator và rotor (từ trường quay) Điều này thể hiện qua hệ số trượt

với: Ss: tốc độ đồng bộ của stator (rpm)

Sr: tốc độ quay của rotor (rpm)

f: tần số của nguồn điện AC P: số cực của 1 pha

Điều khiển động cơ