Đề cương ôn tập môn điện động lực

Đề cương ôn tập môn điện động lực và tự động hóa trong công trình cấp thoát nước dành cho sinh viên năm thứ 4 ngành môi trường nước của các trường Đại học Xây dựng, Đại học Kiến trúc, Đại học Thủy lợi. Nội dung đề cương là một số đề thi môn điện dộng lực và tự động hóa và lời giải các câu hỏi lý thuyết

Đề 1 1.Nguyên lý làm việc và ứng dụng trong công nghệ tự động điều khiển chuyên nghành nước của bộ cảm biến siêu âm đo mực nước

- Bộ cảm biến siêu âm đo mực nước là loại thiết bị đo và báo lại mực nước cho chúng ta biết mực nước của đối tượng đo là bao nhiêu

- Nguyên lý hoạt động: hoàn toàn dựa vào nguyên lý của sóng siêu âm

+ Cảm biến sẽ phát ra một chùm sóng tới và dựa vào thời gian để sóng siêu âm thực hiện một vòng từ cảm biến đến bề mặt chất lỏng và phản xạ lại về cảm biến để tính toán được mức chất lỏng trong bồn chứa

+ Sau đó từ công thức S= v.t máy sẽ tính đc quãng đường đi của sóng Và S/2 chính là khoảng cách từ vị trí đặt thiết bị đo đến mặt chất lỏng → ta biết đc mực chất lỏng của đối tượng được

đo

+ Cảm biến đo bằng sóng siêu âm liên tục, đo lường mà không cần tiếp xúc với nước Xung siêu âm ngắn ( 18-70 Hz) được phát ra bởi bộ phát đến vị trí cần đo và phản hồi lại đầu đo

- Điều kiện sử dụng thiết bị :

+ Luôn luôn phải giữ đc khoảng cách giữa thiết bị và mực nước, tránh tình trạng mực nước dâng lên làm ngập thiết bị khi đó sẽ dẫn đến sai số cho thiết bị

+ Tránh ánh nắng trực tiếp vào thiết bị

+ Trước khi đo cần phải “chuẩn” lại thiết bị để tránh có sai số Có thể hiệu chỉnh thiết bị bằng cách đặt trên 1 chậu nước để thử nghiệm

+ Các sóng siêu âm khi đi qua môi trường khác nhau sẽ phẩn xạ khác nhau, vì vậy cần hiệu chỉnh đúng tần số của thiết bị cho đúng với loại chất lỏng cần đo

+ Không lắp thiết bị trong môi trường chân không vì sóng siêu âm không thể truyền đi trong môi trường chân không

- Lắp đặt thiết bị:

+ Có thể bị nhiễu sóng do mặt nước dao động Để khắc phục nhược điểm này cần: + Thiết bị phải phát ra xung trong thời gian cực ngắn

+ Phải chọn ra thời gian của xung ngắn nhất

+ Đặt thiết bị trong 1 cái ống, khi đó thì mực nước trong ống sẽ ít bị ảnh hưởng hoặc nếu có bị ảnh hưởng thì cũng có độ trễ

+ Cần phải chiếu vuông góc với bề mặt chất lỏng, hoặc có góc nghiêng không quá 2-3o + Với bể hình trụ có bán kính R thì khoảng cách từ trục đến thiết bị tối ưu là r =(0,3-0,5)R + Trong quá trình lắp đặt cần chắc chắn không có bất kì vật cản nào xuất hiện trong vung phát sóng của thiết bị

- Ứng dụng : + Theo dõi mực nước trong bể nước sạch của trạm bơm cấp 2, hoặc bể chứa

nước sạch trong chung cư,hộ gia đình

+ Theo dõi mực nước trong bể lọc : để cho vận tốc lọc ổn định thì mực nước trong bể phải ổn định, vì vậy cần có thiết bị đo mực nước để thông báo mực nước trong bể

+ Theo dõi mực nước trong quá trình rửa lọc

+ Theo dõi mực nước trong bể chứa nước thải để điều chỉnh chế độ bật tắt bơm phù hợp Nước thải có chưa nhiều tạp chất, nên thiết bị cần có thiết bị thu và lọc xung hiện đại để chọn ra được xung phù hợp

+ Áp dụng để theo dõi mực nước trong rất nhiều trường hợp, rất nhiều chất lỏng,

kể cả nước thải, chất lỏng chứa các hợp chất hữu cơ,…

2 Trình bày nguyên lý mở máy động cơ 3 pha bằng máy biến áp tự ngẫu, so sánh với phương pháp khởi động Y → Δ trên các đường đặc tính I=f(n) , M=f(n)

Nguyên lý mở máy:

- Trước tiên bật ap tô mát cấp điện cho toàn bộ mạch điện,lúc này động cơ vẫn chưa hoạt động Muốn động cơ hoạt động ta ấn nút M Khi đó công tắc tơ K,T,Rth có điện làm cho tiếp điểm K1,T1 mở tránh sự tác động đồng thời của công tắc tơ Z trên mạch điện Tiếp điểm K,T đóng lại giuos cho động cơ khởi động thông qua máy biến áp tự ngẫu Sau 1

T

RN

Z

CC1

CD

BATN

K

M

B

A

O

Rth3 7 K1 8 T1 9

6 Z2 CC2

Z3

D

RN

Rth2

1 2 3 4 5 10 11 M

Rth

Rth1

Z

T

K

Hình 4: Mạch khởi động động cơ KĐB 3 pha dùng MBA

TN

khoảng thời gian đc định trước tiếp điểm Rth1 mở ra làm cho công tắc K,T mất điện và mở các tiếp điểm K,T để loại bỏ máy biến áp tự ngẫu ra khỏi mạch điện

- Đồng thời đóng tiếp điểm Rth3, công tắc tơ Z có điện nên đóng tiếp điểm Z3 để duy trì, và đóng tiếp điểm Z để động cơ chạy bình thường.S

- Khi muốn tắt thì ta ấn nút D, lúc đó công tắc tơ K,T hoặc Z sẽ mất điện, các tiếp điểm K,T

or Z bên mạch động lực đc mở ra cắt điện khỏi động cơ → động cơ dừng tự do

- Khi xảy ra sự cố thì tiếp điểm RN mở ra, các công tắc tơ K,T hoặc Z sẽ mất điện, các tiếp điểm K,T or Z bên mạch động lực đc mở ra cắt điện khỏi động cơ → động cơ dừng tự do

So sánh với phương pháp khởi động Y → Δ trên các đường đặc tính I=f(n) , M=f(n)

Dùng máy biến áp tự ngẫu Dùng mạch Y→Δ

Dùng máy biến áp tự ngẫu Dùng mạch Y→Δ

- Ưu điểm:

+ Hệ số giảm điện áp là k lần thì điện áp starto

giảm đi k lần,dòng khởi động giảm k2 lần,

mômen khởi động giảm k2 lần

+ Dòng điện liên tục đi vào động cơ không

xuất hiện hiện tượng nhảy bước như khi dùng

mạch Y→Δ

+ Đảm bảo mô men mở máy lớn nhất ở mọi

giới hạn dòng điện đã cho, do đó quy trình mở

máy diễn ra nhanh hơn

- Ưu điểm:

+ Điện áp giảm 3 lần , dòng khởi động giảm

3 lần, mô men khởi động giảm 3 lần

+ Rất dễ sử dụng, giá thành rẻ

- Nhược điểm:

+ Chỉ áp dụng cho các động cơ nối Δ khi chạy bình thường

+ Dòng điện và mô men khởi động bị nhảy bước

+ Phương pháp này rất ít hao phí điện năng và

có hiệu suất cao hơn

- Nhược điểm:

+ Máy biến áp có giá thành cao ở cấp công

suất lớn, chi phí đầu tư tốn kém

+ Thiết bị cồng kềnh

+ Điện áp thay đổi bị giới hạn

+ Số lần khởi động bị giới hạn

+ Mô men bị hạn chế ở mọi tốc độ

+ Xảy ra tình trạng thiếu mô men để lay chuyển tải khi chạy sao

+ Không điều chỉnh được quá trình khởi động + Dòng điện sẽ tăng rất cao, khoảng 8-10 lần dòng định mức khi chuyển từ Y sang Δ gâu sốc

cơ khí cũng như làm sụt áp lưới điện

Đề 2

1.Trình bày sơ đồ nguyên lý làm việc của bộ khởi động mềm, so sánh với khởi động Y→Δ

trên các đường đặc tính I=f(n) và M= f(n)

- Khởi động mềm (soft start ) là khởi động dùng bộ biến đổi điện áp xoay chiều để điều khiển

điện áp stato bằng cách điều khiển góc kích SCR

- Nguyên lý hoạt động:

+ Mạch lực của hệ thống khởi động mềm gồm 3 cặp thyristor (phần tử bán dẫn) đấu song

song ngược cho 3 pha Vì mômen động cơ tỉ lệ với bình phương điện áp, dòng điện tỉ lệ với điện

áp, mô men gia tốc và dòng điện khởi động được hạn chế thông qua điều chỉnh trị số hiệu dụng

của điện áp Quy luật điều chỉnh này trong khi khởi động và dừng nhờ điều khiển pha (kích, mở

3 cặp thyristor song song ngược) trong mạch lực

+ Như vậy, hoạt động của bộ khởi động mềm hoàn toàn dựa trên việc điều khiển điện áp khi

khởi động và dừng, tức là trị số hiệu dụng của điện áp là thay đổi

+ Bộ khởi động mềm tăng dần điện áp cấp vào động cơ từ 1 mức điện áp định trước lúc vừa khởi động lên đến điện áp định mức Với phương pháp khởi động này, ta có thể điều chỉnh được chính xác lực khởi động mong muốn, bất kể đó là khởi động không tải hay có tải

- So sánh với phương pháp khởi động Y → Δ trên các đường đặc tính I=f(n) , M=f(n) Dùng bộ khởi động mềm Dùng mạch Y→Δ

Dùng bộ khởi động mềm Dùng mạch Y→Δ

- Ưu điểm:

+ Hạn chế dòng khởi động ở mức thấp nhất

+ Không có hiện tượng dòng điện nhảy bước

như khi dùng mạch Y→Δ

+ Mô men khởi động không bị nhảy bước,

tránh đc sốc cơ khí

+ Có chức năng khởi động mềm và dừng mềm,

dừng đột ngột, phanh dòng trực tiếp, tiết kiệm

năng lượng khi non tải

+ Phạm vi điều chỉnh rộng, hoàn toàn điều

khiển được dòng khởi động từ 100% -600%

dòng định mức

- Nhược điểm:

+ Điện áp và dòng điện sau khi điều chỉnh ko

theo hình sin hoàn toàn, càng điều chỉnh càng

bị méo và biên độ sóng hài cũng cao hơn

- Ưu điểm:

+ Điện áp giảm 3 lần , dòng khởi động giảm

3 lần, mô men khởi động giảm 3 lần

+ Rất dễ sử dụng, giá thành rẻ

- Nhược điểm:

+ Chỉ áp dụng cho các động cơ nối Δ khi chạy bình thường

+ Xảy ra tình trạng thiếu mô men để lay chuyển tải khi chạy sao

+ Không điều chỉnh được quá trình khởi động + Dòng điện sẽ tăng rất cao, khoảng 8-10 lần dòng định mức khi chuyển từ Y sang Δ gâu sốc

cơ khí cũng như làm sụt áp lưới điện

2 Sơ đồ nguyên lý hệ thống tự động duy trì pH trong các nhà máy sử lý nước thải?

Sơ đồ điều chỉnh pH trong trạm xử lý nước thải

- Khi pH < pH_min thì đóng van HCl Nếu còn NaOH thì mở van NaOH, tính lượng NaOH

để điều khiển lượng NaOH cần bơm, sau đó bật bơm NaOH và máy khuấy

- Trái lại, nếu pH>pH_max thì đóng van NaOH Nếu còn thì mở van HCl, tính lượng HCl để điều khiển lượng HCl cần bơm, sau đó bật bơm HCl và máy khuấy

- Khi điều khiển tay không cho phép mở cùng lúc 2 van NaOH và HCl Khi muốn bơm NaOH thì bắt buộc phải mở van NaOH, trái lại nếu van đóng thì ko cho phép bơm, tương tự với HCl cũng thế

Sơ đồ điều khiển khóa liên động điều chỉnh pH

- Bộ phận điều khiển sẽ tự động tắt các bơm nếu các khóa liên động được khóa, ngược lại thì bơm vẫn hoạt động bình thường Có nhiều khóa liên động phụ cho phép người vận hành lựa chọn bơm cần tắt khi có sự cố.Việc cho phép bơm hoạt động lại và hết báo động chỉ khi đã bấm nút giải trừ sự cố trên bản điều khiển

Đề 3

1 Sơ đồ nguyên lý mở máy động cơ bằng máy biến áp tự ngẫu Phân tích ưu nhược điểm của phương pháp này so với khởi động trực tiếp trên các đường đặc tính I=f(n) , M=f(n)

Nguyên lý mở máy:

- Trước tiên bật ap tô mát cấp điện cho toàn bộ mạch điện,lúc này động cơ vẫn chưa hoạt động Muốn động cơ hoạt động ta ấn nút M Khi đó công tắc tơ K,T,Rth có điện làm cho tiếp điểm K1,T1 mở tránh sự tác động đồng thời của công tắc tơ Z trên mạch điện Tiếp điểm K,T đóng lại giuos cho động cơ khởi động thông qua máy biến áp tự ngẫu Sau 1 khoảng thời gian đc định trước tiếp điểm Rth1 mở ra làm cho công tắc K,T mất điện và mở các tiếp điểm K,T để loại bỏ máy biến áp tự ngẫu ra khỏi mạch điện

- Đồng thời đóng tiếp điểm Rth3, công tắc tơ Z có điện nên đóng tiếp điểm Z3 để duy trì, và đóng tiếp điểm Z để loại bỏ MBA tự ngẫu ra khỏi mạch điện

- Khi muốn tắt thì ta ấn nút D, lúc đó công tắc tơ K,T hoặc Z sẽ mất điện, các tiếp điểm K,T

or Z bên mạch động lực đc mở ra cắt điện khỏi động cơ → động cơ dừng tự do

- Khi xảy ra sự cố thì tiếp điểm RN mở ra, các công tắc tơ K,T hoặc Z sẽ mất điện, các tiếp điểm K,T or Z bên mạch động lực đc mở ra cắt điện khỏi động cơ → động cơ dừng tự do

So sánh với phương pháp khởi động Y → Δ trên các đường đặc tính I=f(n) , M=f(n)

T

RN

Z

CC1

CD

BATN

K

M

B

A

O

Rth3 7 K1 8 T1 9

6 Z2 CC2

Z3

D

RN

Rth2

1 2 3 4 5 10 11 M

Rth

Rth1

Z

T

K

Hình 4: Mạch khởi động động cơ KĐB 3 pha dùng MBA

TN

Dùng máy biến áp tự ngẫu Dùng mạch khởi động trực tiếp

Dùng máy biến áp tự ngẫu Dùng mạch khởi động trực tiếp

- Ưu điểm:

+ Hệ số giảm điện áp là k lần thì điện áp starto

giảm đi k lần,dòng khởi động giảm k2 lần,

mômen khởi động giảm k2 lần

+ Dòng điện liên tục đi vào động cơ không

xuất hiện hiện tượng nhảy bước

+ Đảm bảo mô men mở máy lớn nhất ở mọi

giới hạn dòng điện đã cho, do đó quy trình mở

máy diễn ra nhanh hơn

+ Phương pháp này rất ít hao phí điện năng và

có hiệu suất cao hơn

- Nhược điểm:

+ Máy biến áp có giá thành cao ở cấp công

suất lớn, chi phí đầu tư tốn kém

+ Thiết bị cồng kềnh

+ Điện áp thay đổi bị giới hạn

+ Số lần khởi động bị giới hạn

+ Mô men bị hạn chế ở mọi tốc độ

- Ưu điểm:

+ Đơn giản và rẻ nhất + Khi nguồn điện lớn hơn so với côn suất của động cơ thì nên dùng phương pháp này vì thời gian mở máy nhanh, p2 mở máy đơn giản,mô men mở máy lớn

- Nhược điểm:

+ Vì mở máy trực tiếp nên dòng khởi động lớn,nếu quán tính của máy lớn dẫn đến thời gian mở máy kéo dai, làm cho đcơ điện phát nóng, đcơ khởi động không êm

+ Ảnh hưởng đến điện áp lưới điện vì thời gian giảm áp quá lâu, có thể gây sụt áp

+ Chỉ áp dụng cho các động cơ có Pđc<<PMBA

2 Trình bày sơ đồ nguyên lý tự động châm Clo theo lưu lượng để khử trùng nước trong trạm xử lý nước cấp

Đề 4

1 Trình bày sơ đồ và nguyên lý mạch khởi động từ để điều khiển động cơ điện 3 pha công suất nhỏ

- Khởi động từ là một loại khí cụ điện dùng để điều khiển từ xa việc đóng – ngắt, đảo chiều

và bảo vệ quá tải (nếu có lắp thểm rơle nhiệt) các động cơ không đồng bộ ba pha

+ Khởi động từ có một Contactor gọi là khởi động từ đơn thường để đóng – ngắt động cơ điện

+Khởi động từ có hai Contactor là khởi động từ kép dùng để thay đổi chiều quay của động cơ gọi là khởi động từ đảo chiều

a Khởi động từ đơn

Cấu tạo

- Mạch động lực:

+ CC : Cầu chì có nhiệm vụ bảo vệ ngắn mạch cho mạch điện

+ Tiếp điểm K1,K2,K3 thường mở của công tắc tơ K

+ RN là rơ le nhiệt, có nhiệm vụ bảo vệ quá tải cho động cơ

+ AC: là động cơ không đồng bộ 3 pha

- Mạch điều khiển:

+ OFF : nút tắt

+ ON: nút bật

+ Ko: tiếp điểm thường mở mắc song song với nút ON

+ CD: Cuộn dây của công tắc tơ

+ Các tiếp điểm thường đóng của Rơle nhiệt

Nguyên lý hoạt động:

- Muốn khởi động động cơ thì chúng ta nhấn nút ON Khi đó cuộn dây của công tắc tơ CD có điện nó sẽ đóng tiếp điểm Ko để duy trì, đồng thời đóng tiếp điểm K1,K2,K3 để cấp nguồn cho động cơ hoạt động

- Muốn dừng động cơ thì nhấn nút OFF, Cuộn dây của công tắc tơ K mất điện,nó sẽ mở tiếp điểm Ko, lúc đó K1,K2,K3 lại được mở ra, ngắt điện khỏi động cơ

- Trong trường hợp xảy ra sự cố quá tải, thì các tiếp điểm RN của Rơle nhiệt sẽ mở ra tắt điện

ở cuộn hút của công tắc tơ CD, Đồng thời sẽ mở các tiếp điểm Ko,K1,K2,K3 cắt điện khỏi động cơ và động cơ sẽ dừng lại

b Khởi động từ kép

- Khởi động từ kép có 2 contacto để điều khiển chiều quay của động cơ Áp dụng cho van điện, quạt gió trong các đường hầm giao thông để khi có hỏa hoạn thì cần đảo chiều quay

để tập trung khói về 1 nơi

Cấu tạo

- Mạch động lực:

+ CC : Cầu chì có nhiệm vụ bảo vệ ngắn mạch cho mạch điện

+ Tiếp điểm K1,K2,K3,K4,K5,K6 thường mở của công tắc tơ K

+ RN là rơ le nhiệt, có nhiệm vụ bảo vệ quá tải cho động cơ

+ AC: là động cơ không đồng bộ 3 pha

- Mạch điều khiển:

+ Nút For và NT : để khởi động động cơ quay theo chiều thuận

+ Nút Rev và NN : để khởi động động cơ theo chiều nghịch

+ K01,K02 : tiếp điểm thường mở mắc song song với nút khởi động

+ OFF: nút tắt chung

+ CD : cuộn dây của công tắc tơ

+ RN: Các tiếp điểm thường đóng của Rơle nhiệt

Nguyên lý hoạt động

- Muốn động cơ quay theo chiều thuận ta ấn nút For, khi đó cuộn dây CD1 sẽ có điện và làm đóng tiếp điểm K01 để duy trì, đồng thời đóng các tiếp điểm K1,K2,K3 để động cơ quay theo chiều thuận (A-B-C)

- Muốn động cơ quay theo chiều nghịch có thể không cần ấn nút OFF mà có thể ấn ngay nút Rev, khi đó cuộn dây CD2 sẽ có điện và làm đóng tiếp điểm K02 Vì có liên động cơ khí giữa Rev và NT' ở nhánh cuộn dây K01 mà khi ấn Rev để đóng mạch cho cuộn dây K02 thì đồng thời hở mạch cuộn dây K01, động cơ nhanh chóng dừng lại rồi quay theo chiều ngược lại ban đầu (thứ tự pha A - C - B) tức quay trái, và tự duy trì nhờ tiếp điểm K02 mắc song song nút ấn Rev

- Muốn dừng ấn nút cắt OFF, cuộn dây K02 mất điện nhả các tiếp điểm thường mở K1,K2,K3 hoặc K4,K5,K6 ở mạch động lực Động cơ mất điện, ngừng quay

- Khi xảy ra hiện tượng quá tải, tiếp điểm RN sẽ mở ra cuộn dây của công tắc tơ CD1 hoặc CD2 sẽ mất điện, đồng thời sẽ mở tiếp điểm K1,K2,K3 hoặc K4,K5,K6 Khi đó động cơ sẽ

đc cắt ra khỏi mạch điện

Câu 2: Trình bày sơ đồ, nguyên lý hoạt động của hệ thống tự duy trì nồng độ oxy hòa tan trong công trình xử lý nước thải bằng phương pháp hiếu khí

Đề 5

Câu 1: Sơ đồ mở máy Y → Δ Phân tích ưu nhược điểm của nó so với khởi động trực tiếp trên đường đặc tính I=f(n) , M=f(n)