Hãy trình bày hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo nguyên tắc hành trình trình bày ví dụ về hành trình chạy thuận và chạy ngược của con xe

Học Phần : Tự động hóa thiết bị điệnChương 1: Phần lý thuyết 1.1.Hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo nguyên tắc hành trình 1.1.1 Mạch điều khiển theo nguyên tắc hành trìn

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

BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

NGÀNH: KỸ THUẬT CHUYÊN NGÀNH: TỰ ĐỘNG HÓA HỌC PHẦN:TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN

Giảng viên hướng dẫn: Phạm Thị Thùy Linh

Nhóm sinh viên/ sinh viên thực hiện: Nguyễn Huy Hiệu

Mã sinh viên: 18810430178

Lớp: D13TDH&DKTBCN2

MỤC LỤC

ĐỀ BÀI BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ 4

Chương 1: Phần lý thuyết 5

1.1.Hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo nguyên tắc hành trình 5

1.1.1 Mạch điều khiển theo nguyên tắc hành trình 5

1.1.2 Ứng dụng vào thực tế 6

1.2 Các bộ điều chỉnh cơ bản 7

1.2.1 Nhiệm vụ các bộ điều chỉnh 7

1.2.2 Một số hàm cơ bản 7

1.2.3 Mạch PID 10

1.3 Mạch điều khiển có nhớ trong hệ thống điều khiển không có tiếp điểm 12

1.3.Mạch chốt R-S 12

1.3.2 Mạch chốt D 14

Chương 2: Bài tập ứng dụng 16

2.1 Bù Cosφ 16

2.1.1 Tam giác công suất 16

2.1.2 Bù Cosφ bằng tụ 16

2.2 Thiết kế hệ thống bù cosφ cho nhà máy gang thép Thái Nguyên 18

KẾT LUẬN 21

TÀI LIỆU THAM KHẢO 22

DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ

Hình 1.1: Điều khiển động cơ theo nguyên tắc hành trình 5

Hình 1.2: Hình vẽ hệ thống xe con của cần cẩu 6

Hình 1.3: Mạch lực và mạch điều khiển của xe con cần cẩu 6

Hình 1.4: Mạch tạo hàm cơ bản 7

Hình 1.5 : Bộ điều chỉnh tỷ lệ 8

Hình 1.6 : Bộ điều chỉnh tích phân 9

Hình 1.7 : Bộ tích phân tỷ lệ 9

Hình 1.8: Bộ vi phân 10

Hình 1.9 : Sơ đồ khối tổng quát mạch PID 10

Hình 1.10 : Sơ đồ ví dụ mạch PID 11

Hình 1.11a: Sơ đồ khối mạch chốt R-S 12

Hình 1.11b: Mạch ứng dụng của mạch chốt R-S 12

Hình 1.11c: Mạch tương đương……….……… …13

Hình 1.12a: Sơ đồ khối mạch chốt R-S 3 đầu vào 13

Hình 1.12b: Mạch ứng dụng……… ……… 14

Hình 1.12c : Mạch tương đương 14

Hình 1.13: Sơ đồ khối mạch chốt D 14

Hình 2.1 : Tam giác công suất… ……….16

Hình2.2: Sơ đồ mạch lực 17

Hình 2.3: Sơ đồ mạch điều khiển 18

Học Phần : Tự động hóa thiết bị điện

ĐỀ BÀI BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ

Phần 1: Lý thuyết

1 Hãy trình bày hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo nguyên tắchành trình Trình bày ví dụ về hành trình chạy thuận và chạy ngược của con xe của

hệ thống cần cẩu theo nguyên tắc hành trình?

2 Các bộ điều chỉnh cơ bản có chức năng gì trong hệ thống tự động hóa điều khiểnthiết bị điện Phân loại các bộ điều chỉnh này?

3 Hãy trình bày về cách tạo mạch điều khiển có nhớ trong hệ thống điều khiển không có tiếp điểm?

Phần 2: Bài tập ứng dụng

Hãy thiết kế sơ đồ mạch lực và mạch điều khiển của hệ thống bù cosphi

cho nhà máy luyện gang thép Thái Nguyên, mục đích nhằm đảm bảo hệ số

cosphi nằm trong khoảng 0,85-0,96 Ta sẽ dùng 4 nhóm tụ bù C1< C2<C3<C4, dùng cảm biến cosphi để đo công suất Do cosphi của tải luôn biến động nên trình

tự đóng/cắt tụ theo dung lượng từ bé đến lớn nhằm tránh hiện tượng đóng lặp lại

Học Phần : Tự động hóa thiết bị điện

Chương 1: Phần lý thuyết

1.1.Hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo nguyên tắc hành trình

1.1.1 Mạch điều khiển theo nguyên tắc hành trình

Mạch điều khiển theo nguyên tắc hành trình là mạch thường dùng trong điềukhiển động cơ một và xoay chiều Tín hiệu điều khiển là các cảm biến, công tắc hànhtrình, công tắc cực hạn, công tắc điểm cuối,… để tạo ra các tín hiệu điều khiển: khởiđộng, hãm, đảo chiều, thay đổi tốc độ động cơ,…

Hình 1.1: Điều khiển động cơ theo nguyên tắc hành trình

 Nguyên lý hoạt động của hình 1.1

Khi nhấn MT, tiếp điểm 2-3 đóng lại đồng thời tiếp điểm 9-10 mở ra, công tắc tơ

T hút làm đóng tiếp điểm T trên mạch lực động cơ hoạt động theo chiều thuận , khinhấn nút D hoặc động cơ đến điểm HCT thì động cơ sẽ dừng

Tương tự nguyên lý như động cơ làm việc theo chuyền thuân, khi nhấn MN, tiếpđiểm 2-8 đóng lại đồng thời tiếp điểm 4-5 mở ra, công tắc tơ N hút làm đóng tiếp điểm

N trên mạch lực động cơ hoạt động theo chiều nghịch ,khi nhấn nút D hoặc động cơđến điểm HCN thì động cơ sẽ dừng

Học Phần : Tự động hóa thiết bị điện

1.1.2 Ứng dụng vào thực tế

Hình 1.2: Hình vẽ hệ thống xe con của cần cẩu

Hình 1.3: Mạch lực và mạch điều khiển của xe con cần cẩu

Học Phần : Tự động hóa thiết bị điện

 Nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển xe con cần cẩu

Khi nhấn R, tiếp điểm 2-3 đóng lại , công tắc tơ R hút làm đóng tiếp điểm P trênmạch lực động cơ sẽ di chuyển sang bên phải, khi nhấn nút D hoặc động cơ đến điểm

HP thì động cơ sẽ dừng

Tương tự nguyên lý như động cơ di chuyển sang phải, khi nhấn L, tiếp điểm 2-8đóng lại, công tắc tơ T hút làm đóng tiếp điểm T trên mạch lực động cơ di chuyển sangbên trái, khi nhấn nút D hoặc động cơ đến điểm HT thì động cơ sẽ dừng

1.2 Các bộ điều chỉnh cơ bản

1.2.1 Nhiệm vụ các bộ điều chỉnh

Trong các mạch điều khiển tự động, mạch hiệu chỉnh có một vai trò rất quantrong, nó đảm bảo chất lượng tĩnh và động của hệ thống Nhiệm vụ chính của các bộđiều chỉnh:

- Khuếch đại tín hiệu sai lệch nhỏ.

- Tạo hàm điều khiển để đảm bảo chất lượng tĩnh và động.

Tùy theo phương pháp điều khiển mà ta có các bộ điều chỉnh tương tự, bộ điềuchỉnh xung hay bộ điều chỉnh số

1.2.2 Một số hàm cơ bản

a, Nguyên tắc tạo hàm chức năng

Học Phần : Tự động hóa thiết bị điện

Sơ đồ bộ điều chỉnh tỷ lệ vẽ trên hình 1.5a , đáp ứng của mạch trên cho hình 1.5b

Từ quan hệ (1.1) viết được hàm truyền của hệ

Học Phần : Tự động hóa thiết bị điện

c, Bộ điều chỉnh tích phân

Hình 1.6 : Bộ điều chỉnh tích phân

a, Sơ đồ nguyên lý ; b, Đặc tính đầu ra

Sơ đồ mạch và đáp ứng của bộ điều chỉnh tích phân trên hình 1.3

Thay vào biểu thức cuối của (1.1) với giá trị Ud=Uv ; U1=0 , ta có

2

( ) ( )

v v ht

vào (1.3) ta được hàm truyền

d, Hàm truyền của khâu tích phân tỷ lệ

Học Phần : Tự động hóa thiết bị điện

Hình 1.7 : Bộ tích phân tỷ lệ

a, Sơ đồ nguyên lý ; b, Đặc tính đầu ra

Sơ đồ mạch và đáp ứng của bộ điều chỉnh tích phân tỷ lệ vẽ trên hình 1.7

1 ;

1

ht

Cp Y

R Cp R

a, Sơ đồ mạch điện; b, Đặc tính đầu ra

Sơ đồ mạch và đáp ứng điều chỉnh vi phân vẽ trên hình 1.8

Hàm truyền của khâu vi phân : Y  K p X K ;  R C (1.7)

Học Phần : Tự động hóa thiết bị điện

1.2.3 Mạch PID

Trong mạch điều khiển tự động, khi cần chất lượng tĩnh và nhất là chất lượng độngtốt người ta cần mạch hiệu chỉnh Dạng mạch hiệu chỉnh chính thường dùng là mạchPID (Proportional Integral Differential – Tỷ lệ tích phân vi phân) Sơ đồ khối tổng quátcủa khâu hiệu chỉnh PID cho trên hình 1.9

Hình 1.9 : Sơ đồ khối tổng quát mạch PID

Tín hiệu đầu ra được tính .

Học Phần : Tự động hóa thiết bị điện

Học Phần : Tự động hóa thiết bị điện

Hình 1.11a: Sơ đồ khối mạch chốt R-S

Ứng dụng thực tế cho mạch chốt R-S là mạch dừng và khởi động động động cơ

sử dụng cuộn hút K với các phần tử có tiếp điểm

Hình 1.11b: Mạch ứng dụng của mạch chốt R-S

Học Phần : Tự động hóa thiết bị điện

b, Mạch R-S có 3 đầu vào

Trong một sơ đồ mạch, sự thay đổi trạng thái của các đầu vào chỉ có thểtác dụng khi thỏa mãn một đầu vào cho phép nào đó, gọi là E (Enable) Lợi dụngtính chất này thiết kế mạch R-S có thêm đầu vào E như hình 1.12a

Hình 1.12a: Sơ đồ khối mạch chốt R-S 3 đầu vào

hiệu E = 1 thì hai đầu vào S và R mới có tác dụng, còn nếu không nó sẽ tạo ra tính chất

nhớ (chốt) trạng thái đầu ra Q và Qtrước đó

Mạch R-S ba đầu vào có thể dùng để dừng và khởi động cơ khí và chỉ khi côngtắc E đã đóng

Học Phần : Tự động hóa thiết bị điện

Mạch chốt D thường được dùng để nhớ trạng thái của đầu ra Q khi đầu vào E vềmức logic 0

Học Phần : Tự động hóa thiết bị điện

Chương 2: Bài tập ứng dụng

2.1 Bù Cosφ

2.1.1 Tam giác công suất

Công suất biểu kiến của tải (thường là của một xí nghiệp hay một hộ tiêuthụ có biến áp độc lập) bao gồm hai thành phần hữu công (P) và vô công (Q) dothành phần điện cảm của tải gây nên Các đại lượng này được biểu thị bởi tamgiác công suất như trên hình 2.1 Từ tam giác công suất đã biết rằng: cos

P S



Hình 2.1: Tam giác công suất

Như vậy với cùng một công suất hữu công, nếu tải tiêu thụ một côngsuất vô công Q lớn, công suất biểu kiến từ lưới lớn, dòng điện trên đường dây lớngây tổn hao công suất và điện áp trên dường dây lớn, gây sụt áp của tải Do đócần giảm công suất vô công bằng cách bù một lượng công suất phản kháng (Qbù).Khi đó, công suất nhận từ lưới giảm xuống và dòng điện trên đường dây giảm.Hiện nay, hai cách bù công suất phản kháng được dùng phổ biến nhất là

bù bằng máy phát chạy ở chế độ bù cosφ và bù tĩnh bằng tụ Cách thứ nhất ítdùng hơn do lắp đặt phức tạp và vốn đầu tư cũng lớn Cách thứ hai thường đượcdùng hơn do thuận tiện trong lắp đặt và giá thành thấp

Dung lượng cần bù (Q ) được tính từ thông số công suất phản kháng củabù

hộ tiêu thụ Tải của hộ tiêu thụ thường thay đổi, cosφ cũng thưởng thay đổi Do

đó, dung lượng tụ cần đóng vào lưới cũng luôn thay đổi, tụ động bù có hiệu quảnhật là chia tụ thành các nhóm tụ có điện dung tăng dần khi đóng(C1<C2< <Cn) Chia tụ thành càng nhiều nhóm thì ta sẽ càng thu được chấtlượng điện tốt

Học Phần : Tự động hóa thiết bị điện

Các cảm biến cosφ được lấy tín hiệu ra để đóng, ngắt tụ Khi cosφ thấp ra lệnhđóng tụ, khi cosφ cao ra lệnh căt tụ Lựa chọn thời điểm để đóng thêm hay cắt bớtdung lượng của tụ tùy thuộc cosφ của tải Theo kinh nghiệm chỉnh định, khi cosφ <0.85 (ngưỡng thấp) cần đóng thêm tụ, còn khi cosφ > 0.96 (ngưỡng cao) cắt bớt tụ.Thứ tự đóng tụ từ bé đến lớn và cắt tụ cũng từ bé đến lớn, điều này sẽ hợp lý hơncho việc tự động lựa chọn đóng và cắt tụ

2.2 Thiết kế hệ thống bù cosφ cho nhà máy gang thép Thái Nguyên

 Sơ đồ mạch lực

Hình2.2: Sơ đồ mạch lực

Dung lượng cần bù (Q ) được tính từ thông số công suất phản kháng của nhàbùmáy thụ Tải của nhà máy thường thay đổi, cosφ cũng thường thay đổi Do đó lượng tụcần đóng vào lưới cũng luôn thay đổi, tự độn bù có hiệu quả nhất là chia tụ thành cácnhóm

Trong sơ đồ mạch lực trên ta sẽ dùng 4 nhóm tụ bù C1<C2<C3<C4

Ta sẽ sử dụng cảm biến cosφ để đo công suất và để lấy tín hiệu điều chỉnh thứ tựđóng cắt của các nhóm tụ nhằm đảm bảo hệ số cosφ nằm trong khoảng 0,85-0,96.Thứ tự đóng tụ từ bé đến lớn và cắt tụ cũng từ bé đến lớn nhằm mục đích tránhhiện tượng đóng lặp lại

Học Phần : Tự động hóa thiết bị điện

 Sơ đồ mạch điều khiển

Hình 2.3: Sơ đồ mạch điều khiển

 Nguyên lý hoạt động:

a Đóng tụ vào lưới

Điều khiển đóng cắt tụ theo nguyên tắc thời gian, các rowle thời gian cần

có đê xác định cosφ đã xác lập, chứ không phải quá độ, chỉ khi nào sự biến đổi của tải đã xác lập mới tiến hành đóng hay cắt tụ

Khi cosφ dưới ngưỡng thấp, cảm biến cosφ trong mạch làm cho role thấp

RĐ hút, role Rth1 tính thời gian rồi đóng tiếp điểm để ra lệnh đóng TĐ1, K1, nhóm tụ C1 được đóng vào lưới Nếu cosφ chưa đủ, role Rth2 tiếp tục tính thời gian để nhóm tụ thứ hai (C2) Nếu cosφ vẫn chưa đủ, tiếp tục đóng lần lượt các role Rth3, Rth4 cho tới nhóm tụ cuối cùng (C4)

Trong trường hợp đóng tới nhóm tụ nào đó mà cosφ đạt giá trị trên ngưỡng cảm biến cosφ mở ra, các tiếp điểm RĐ trong các mạch được tính thời thấp

Học Phần : Tự động hóa thiết bị điện

gian mở ra, dừng quá trình đóng tụ tiếp theo Những tụ đã đóng, nhờ có các tiếp điểm tự giữ của mạch cuộn hút của role TĐ1, TĐ2, TĐ3, TĐ4 nên sẽ được tự giữ

b Cắt tụ khỏi lưới

Khi cosφ lớn trên ngưỡng cao, tiếp điểm cosφ đóng, role RC đóng làm mở caoTĐ1, kéo theo cắt bộ tụ C1, nếu cosφ tiếp tục cao sẽ tiến hành căt các bộ tụ tiếp theo.Trường hợp, cắt tới một bộ tụ nào đó có cosφ trị số dưới ngưỡng thấp, khi đó sẽđóng lại tụ từ nhỏ đến lớn, cho đến khi nào đủ cosφ thì thôi

Học Phần : Tự động hóa thiết bị điện

KẾT LUẬN

Qua bài báo cáo này kết quả em đã đạt được:

- Hiểu được nguyên lý hoạt động của nguyên tắc điều khiển theo hìnhtrình và ứng dung của nó vào thực tế

- Hiểu được nhiệm vụ của bộ điều chỉnh và biết được một số hàm cơ bản

- Hiểu về hệ thống điều khiển có nhớ trong hệ thống điều khiển không tiếpđiểm

- Hiểu được cách bù công suất phản khảng và thiết kế được mạch bù cosφbằng tụ

TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Trần Văn Thịnh, Hà Xuân Hòa, Nguyễn Vũ Thanh Tự động hóa và điều khiển thiết bịđiện, NXB Giáo Dục, 2008