Điều khiển logic trong truyền động điện

Tập này trình bày về khái niệm chung về hệ thống điều khiển logic truyền động điện nói riêng và các hệ thống tự động điều khiển logic khác, phân tích các nguyên tắc tự động điều khiển; c

LỜI NÓI ĐẦU

Để phục vụ kịp thời cho việc học tập và giảng dạy của sinh viên và giáo viên khoa Điện trường Đại học Bách khoa Đà nẵng cũng như sinh viên các trung tâm, các trường Đai học và cao đẳng kỹ thuật nói chung, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho

các kỹ sư điện, cơ điện tử và các ngành có liên quan, chúng tôi đã biên soạn Tập “Điều khiển logic trong truyền động điện”

Tập này trình bày về khái niệm chung về hệ thống điều khiển logic truyền động điện nói riêng và các hệ thống tự động điều khiển logic khác, phân tích các nguyên tắc

tự động điều khiển; các mạch bảo vệ và tín hiệu hóa; các hệ thống tự động điều khiển vòng kín; các phần tử điều khiển logic; các hệ thống tự động điều khiển logic – số, v.v…

Nội dung của Tập này gồm 4 chương:

Chương 1: Khái niệm chung về hệ thống điều khiển logic truyền động điện Chương 2: Các mạch bảo vệ và tín hiệu hóa

Chương 3: Các nguyên tắc điều khiển tự động truyền động điện

Chương 4: Hệ thống điều khiển tự động truyền động điện vòng kín

Chương 5: Một số hệ thống điều khiển tự động trong các máy công nghiệp

Do hạn chế về thông tin cũng như khả năng nên nội dung giáo trình chắc chắn còn nhiều vấn đề cần hoàn thiện

Rất mong các bạn đồng nghiệp và độc giả đóng góp ý kiến Thư góp ý xin gửi về

cho ThS Khương Công Minh, Giáo viên khoa điện, Trường đại học Bách khoa, Đại

học Đà nẵng Hoặc mail: khuongcongminh@Gmail.com

Tác giả

CHƯƠNG 1

NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LOGIC

TRONG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

1.1 KHÁI NIỆM CHUNG

1.1.1 Điều khiển bằng tay:

Con người trực tiếp tác động vào các thiết bị, khí cụ, công tắc, cầu dao, … để thực hiện việc đóng / cắt mạch điện

1.1.2 Điều khiển tự động:

Con người tác động vào một nút bấm đầu tiên (hoặc ra một lệnh đầu tiên) các phần tử, khí cụ, thiết bị và hệ thống ĐKLG_TĐĐ sẽ thực hiện một quá trình sản xuất nào đó, và tự kiểm tra, hiệu chỉnh, điều chỉnh và hiển thị không có sự tham gia trực tiếp của con người

1.2 MẠCH ĐIỆN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LOGIC TĐĐ

1.2.1 Thể hiện:

Mạch động lực: nét đậm

Mạch điều khiển: nét mảnh

1.2.2 Sơ đồ điện:

1.2.2.1 Sơ đồ điện khai triển:

Là sơ đồ điện đầy đủ nhất : bao gồm tất cả các thiết bị điện, cơ, dây nối giữa chúng và cả tiết diện dây dẫn

1.2.2.2 Sơ đồ điện nguyên lý:

Là sơ đồ điện đơn giản hơn sơ đồ khai triển: chủ yếu thể hiện nguyên lý làm việc của một phần tử, một thiết bị hay một dây chuyền sản xuất

~ UL

A

Đ

Stop Start

1

N

K

CC

Hình 1-1:

Sơ đồ nguyên lý khởi động

và dừng động cơ

K

K

2

L 1 L 2 L 3

L 11 L 21 L 31

L 12 L 22 L 32

1.2.2.3 Sơ đồ điện lắp ráp:

Là sơ đồ điện thể hiện vị trí lắp đặt thực tế của các phần tử, thiết bị, máy móc và đường dây dẫn nối giữa chúng với nhau, kể cả tiết diện dây

Thường người ta thiết kế sơ đồ lắp ráp thành bảng, tủ điều khiển

+ Sơ đồ nối dây khí cụ, thiết bị điều khiển ở bảng (tủ) điều khiển:

Hình 1-3:

Sơ đồ nối dây khí cụ, thiết bị điều khiển ở bảng (tủ) điều khiển

CC

Start

A

ĐN

Hình 1-2: Sơ đồ bố trí khí cụ, thiết bị điều khiển ở bảng (tủ) điều khiển

A

CC

Stop

Start

ĐN

K

+ Khi thiết kế sơ đồ lắp ráp thành

bảng (tủ) điều khiển: theo 3 nguyên tắc:

1 Nguyên tắc Trọng lượng: Phần

tử nào có trọng lượng lớn thì đặt ở dưới,

nhẹ thì đặt ở trên

2 Nguyên tắc Nhiệt độ: Phần tử

nào khi làm việc phát nhiêt nhiều thì đặt

lên trên, và đặt xa các phần tử hay chiệu

ảnh hưởng nhiệt độ

3 Nguyên tắc dây nối: Tốn ít dây

nhất, ít chồng chéo nhau nhất

3.1 Ví dụ từ sơ đồ hình 1-1, ta thiết

kế sơ đồ lắp ráp thành bảng (tủ) như

hình 1-2:

3.2 Ví dụ từ sơ đồ hình 1-1, ta có thể lập bảng nối dây của bảng (tủ) điều khiển như

bảng 1-1:

TT TÊN THIẾT BỊ,

KHÍ CỤ, PHẦN TỬ

TỪ THIẾT BỊ, KHÍ CỤ,

PHẦN TỬ

DÂY NỐI ĐẾN

(Áp tô mát)

L1 (tiếp điểm) 

L2 (tiếp điểm) 

L3 (tiếp điểm) 

L11 (tiếp điểm) 

L21 (tiếp điểm) 

L31 (tiếp điểm) 

 ĐN (Đầu nối)

 ĐN (Đầu nối)

 ĐN (Đầu nối)

 K (tiếp điểm)

 K (tiếp điểm)

 K (tiếp điểm)

(Công tắc tơ)

L11 (tiếp điểm) 

L21 (tiếp điểm) 

L31 (tiếp điểm) 

L12 (tiếp điểm) 

L22 (tiếp điểm) 

L32 (tiếp điểm) 

3 (tiếp điểm) 

5 (tiếp điểm) 

5 (cuộn dây) 

2 (cuộn dây) 

-

-

 CC (Cầu chì)  ĐN (Đầu nối)  ĐN (Đầu nối)  ĐN (Đầu nối)  Start (Nút khởi động)  Start (Nút khởi động)  Start (Nút khởi động)  ĐN (Đầu nối) 3 CC (Cầu chì) L31 (đầu dây)  1 (đầu dây)  -

 Stop (Nút dừng) 4 Stop (Nút dừng) 1 (tiếp điểm)  3 (tiếp điểm)  -

 Start (Nút khởi động) 5 Start (Nút khởi động) 3 (tiếp điểm)  5 (tiếp điểm)  -

-

6 ĐN (Đầu nối) L1 (dây pha)  L2 (dây pha)  L3 (dây pha)  2 (dây trung tính)  L11 (động cơ)  L21 (động cơ)  L31 (động cơ)  -

-

-

-

-

-

-

1.3 PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN LOGIC TĐĐ

1.3.1 Cơ sở thiết kế mạch điều khiển hệ thống ĐKLG_TĐĐ:

Xuất phát từ yêu cầu công nghệ: cần thay đổi tốc độ, thay đổi hành trình làm việc của cơ cấu sản xuất

Xuất phát từ chế độ làm việc của HT ĐKLG TĐĐ: khởi động, chuyển đổi tốc độ, hãm, đảo chiều, dừng máy

Xuất phát từ yêu cầu kỹ thuật, kinh tế: điều chỉnh tốc độ, ổn định, chính xác cao,

an toàn và kinh tế

Từ đó cần có những nguyên tắc tự động điều khiển để thực hiện được các yêu cầu trên, đồng thời tự động hạn chế các đại lượng cần hạn chế: dòng điện cho phép,

mô men cho phép, tốc độ cho phép, công suất cho phép, Và tự động bảo vệ ngắn mạch, quá tải, quá nhiệt, thấp áp, …

1.3.2 Các bước thiết kế mạch điều khiển hệ thống ĐKLG TĐĐ:

Bước 1: Tìm hiểu công nghệ và quy trình hoạt động của máy được truyền động

bằng các phần tử chấp hành: động cơ, van điện từ, nam châm điện, …

Bước 2: Hoàn thiện quy trình hoạt động của máy được truyền động bằng các

phần tử chấp hành Đưa ra các đặc tính cơ M() hay I(t); Các đặc tính phụ tải theo thời gian Mc(t) hay Ic(t), và đặc tính tốc độ theo thời gian: (t) hay n(t), hoặc các đăc tính M(t) hay I(t), …

Bước 3: Xác định các khoảng thời gian làm việc trong chế độ quá độ và chế độ

xác lập, đặc biệt là các thời điểm chuyển đổi trạng thái làm việc  để làm cơ sở cho việc tạo ra các tín hiệu điều khiển tương ứng, phù hợp

Trên cơ sở phân tích và xác định các thông tin cần thiết theo yêu cầu công nghệ

và đặc điểm của các khí cụ điều khiển, các phần tử chấp hành, … Ta tiến hành thiết kế

sơ đồ mạch động lực: từ nguồn cung cấp, ta phải thiết kế đóng/cắt điện cho các phần tử chấp hành qua các khí cụ điều khiển

Bước 4: Trên cơ sở sơ đồ mạch động lực đã thiết kế, ta sẽ thiết kế mạch điều

khiển để phần tử chấp hành làm việc theo đúng yêu cầu công nghệ cũng như yêu cầu

kỹ thuật và an toàn

Để thiết kế mạch điều khiển, trước hết ta thiết kế mạch điều khiển đóng điện cho phần tử chấp hành bằng cách bấm nút (hoặc đóng công tắc) để cho khí cụ điều khiển đóng điện cho phần tử chấp hành khởi động và tự duy trì trạng thái làm việc này (khi ta thôi tác động lên khí cụ điều khiển)

Bước 5: Tiếp tục thiết kế phần mạch tự động điều khiển cũng như mạch bảo vệ

theo quy trình vận hành, theo yêu cầu công nghệ, yêu cầu kỹ thuật và an toàn Cứ như vậy, ta thiết kế ngày càng đầy đủ mạch tự động điều khiển với phần tử chấp hành truyền động cho máy sản xuất

1.3.3 Thiết kế mạch tự động điều khiển khởi động và dừng động cơ:

Bước 1: Cần điều khiển một động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc truyền

động cho một quạt công nghiệp Theo yêu cầu công nghệ thì động cơ này làm việc liên tục 8 giờ trong một ngày Nó được khởi động lên tốc độ xác lập và làm việc ở chế độ này cho đến hết giờ thì cho dừng quạt

Bước 4: Trên cơ sở sơ đồ mạch động lực đã thiết kế, ta sẽ thiết kế mạch điều

khiển dùng điện một pha (lấy một dây pha từ sau “A” (điểm L31), một dây nối với dây trung tính của lưới “N”)

Để thiết kế mạch điều khiển: thiết kế nút “Start” thường hở mắc nối tiếp với cuộn

dây “K”, khi bấm nút “Start”  cuộn dây “K” sẽ có điện, “K” sẽ đóng điện cho động

cơ “Đ” khởi động

Để tự duy trì sự cấp điện cho cuộn dây “K” (khi ta thôi tác động lên “Start”), 

ta vẽ tiếp điểm “K” song song với “Start”

Muốn dừng động cơ, ta thiết kế nút “Stop” thường kín mắc nối tiếp với mạch cuộn dây “K” Khi cần dừng “Đ”,  ta ấn lên “Stop” thì “K” sẽ mất điện  cắt động

cơ ra khỏi lưới điện  “Đ” sẽ dừng lại

Hình 1 - 4: Các đặc tính khi khởi động

M()



XL

0 (M1) I1 I

 XL

 I, (M)

0 t kđ

(t) I(t)

I1

xl

I c

t

I() (M)

 o

M c ()

Bước 2: Cho động cơ khởi động

trực tiếp bằng cách ấn nút khởi động

“Start”  Động cơ khởi động có tải

Dừng động cơ  dùng nút “Stop”

Dùng áptômát và cầu chì để bảo

vệ ngắn mạch; Dùng rơle nhiệt để bảo

vệ quá tải

Các đặc tính như hình 1-4

Bước 3: Động cơ được khởi động trực

tiếp trong khoảng thời gian từ 0,30,5s Và

làm việc xác lập trong vòng 8 giờ Sau đó

cho dừng động cơ

Thiết kế mạch động lực: Từ nguồn

cung cấp (lưới điện 3 pha: ~UL)  vẽ 3

đường dây đến aptômát 3 pha “A”,  từ

“A” vẽ các đường dây đến 3 tiếp điểm của

công tắc tơ “K” ( đóng/cắt điện động cơ),

 từ 3 tiếp điểm của “K” vẽ các đường dây

đến các rơle nhiệt “RN”,  và vẽ các đường

dây từ “RN” đến các đầu cực động cơ

Mạch động lực thiết kế như hình 1-5

Hình 1-5:

Sơ đồ mạch động lực

~ UL

A

Đ

K

RN

L 1 L 2 L 3

L 11 L 21 L 31

L 12 L 22 L 32

L 13 L 23 L 33

Bước 5: Tiếp tục thiết kế phần mạch tự động điều khiển theo quy trình vận hành,

theo yêu cầu công nghệ, yêu cầu kỹ thuật và an toàn Thiết kế các phần mạch bảo vệ

Để bảo vệ “Đ” khỏi bị quá tải, ta thiết kế tiếp điểm thường kín không tự phục hồi của “RN” nối tiếp với cuộn dây “K” Khi “Đ” bị quá tải,  “RN” sẽ tác động làm cho tiếp điểm “RN” mở ra  cắt điện cuộn dây “K”  cắt điện “Đ”  không cho “Đ” làm việc ở tình trạng bị quá tải

Mắc cầu chì “CC” vào dây pha của mạch điều khiển,  nhằm bảo vê ngắn mạch

ở mạch điều khiển

Hình 1-6:

Sơ đồ mạch động lực và điều khiển khởi động và dừng động cơ

~ UL

A

Đ

K

RN

L 1 L 2 L 3

L 11 L 21 L 31

L 12 L 22 L 32

L 13 L 23 L 33

Stop Start

1

N

K

K

2

Hình 1-7:

Sơ đồ mạch động lực và điều khiển khởi động và dừng động cơ, có các bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ nhiệt

~ UL

A

Đ

K

RN

L 1 L 2 L 3

L 11 L 21 L 31

L 12 L 22 L 32

L 13 L 23 L 33

Stop Start

1

N

K

CC

K

2

RN

7

1.4 MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LOGIC TĐĐ

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP (Chương 1)

1 Mạch điện khai triển, sơ đồ nguyên lý, sơ đồ lắp ráp là gì ?

2 Nguyên tắc nào để thiết kế mạch lắp ráp thành bảng (tủ điện) ?

3 Các bước thiết kế mạch động lực và mạch điều khiển hệ thống ĐKLG TĐĐ

4 Lập bảng nối dây cho sơ đồ sau:

~ U L

A

Đ

K

RN

L 1 L 2 L 3

L 11 L 21 L 31

L 12 L 22 L 32

L 13 L 23 L 33

CC

N

RN

Stop Start 1

K

K

2 7