BG trang bị điện 1 full a

Khi ta cấp nguồn và có tác động kích thích thì các thiết bị này sẽ hoạt động theo trình tự định sẵn thì goi là mạch điện Các thiết bị điện, khí cụ điện, dây dẫn liên kết thành mạch điện

1

Bài mở đầu: KHÁI QUÁT CHUNG HỆ THỐNG TRANG BỊ ĐIỆN

1 Đặc điểm của hệ thống trang bị điện

Các thiết bị điện trong quá trình làm nhiệm vụ đóng cắt điện hay điều khiển các thiết

bị điện khác thì các thiết bị này được liên kết với nhau bằng dây dẫn Khi ta cấp nguồn và

có tác động kích thích thì các thiết bị này sẽ hoạt động theo trình tự định sẵn thì goi là

mạch điện

Các thiết bị điện, khí cụ điện, dây dẫn liên kết thành mạch điện được thể hiện bằng các ký

hiệu thì gọi là sơ đồ mạch điện

Trong các bản vẽ sơ đồ mạch điện thì các thiết bị điện được thể hiện ở trang thái chưa bị kích thích và người ta biểu diễn theo nguyên lý của hoạt động (sơ đồ nguyên lý)

2 Yêu cầu đối với hệ thống trang bị điện công nghiệp

Để theo dõi, cũng như đọc và phân tích mạch điện của các máy, người ta chia mạch điện trên sơ đồ thành hai loại: mạch động lực (gọi là mạch chính, vẽ bằng nét đậm) và mạch khống chế (mạch phụ hay mạch điều khiển, vẽ bằng nét mảnh)

a Mạch động lực: mạch phần ứng của máy điện 1 chiều, mạch stato máy điện xoay chiều,

mạch ra của bộ biến đổi động lực

b Mạch khống chế: bao gồm mạch của các cuộn dây contactor, rơle, nút nhấn điều khiển

các khí cụ chỉ huy, mạch khống chế kể cả mạch tín hiệu hoá và bảo vệ

Để biểu diễn các mạch điện đó trên sơ đồ, có hai loại sơ đồ thường gặp: đó là sơ đồ nguyên lý và sơ đồ lắp ráp (hoặc sơ đồ đấu dây)

c Sơ đồ nguyên lý : là sơ đồ thể hiện đầy đủ các phần rử của hệ thống hoặc đôi khi chỉ

trích 1 vài khâu nào đó để giải thích (VD hệ thống điều khiển tự động hoá chẳng hạn) Trong sơ đồ này các phần tử của khí cụ điện, thiết bị được thể hiện không xét đến tương quan vị trí thực tế giữa chúng mà chủ yếu xét đến vị trí thực hiện chức năng của nó Trong thực tế có những sơ đồ khí các đường dây dẫn đi chúng một tuyến người ta chỉ thể hiện bằng 1 nét vẽ và có ký hiệu số dây dẫn của tuyến kèm theo

d Sơ đồ lắp ráp là sơ đồ giới thiệu vị trí lắp đặt thực tế của các thiết bị điện, khí cụ điện

trong tủ điện, bảng điều khiển và ở các bộ phận khác của máy, chỉ rõ các đường nối dâygiữa các thiết bị, khí cụ điện, tiết diện đường dây nối, số hiệu các dây nối Việc bố trí thiết bị, khí cụ điện dựa trên kết cấu và đặc điểm làm việc của máy Máy đơn giản có thể đặt tất cả ở một chỗ, máy phức tạp thường bố trí ở 3 nơi:

+ Các động cơ điện, rơle tốc độ, công tắc hành trình Được bố trí tại máy

+ Các khí cụ tự động như rơle thời gian, rơle điện áp, áp tô mát, khởi động từ, biến

áp, bộ chỉnh lưu đặt trong tủ điện

+ Các khí cụ cần quan sát như đồng hồ chỉ thị, đèn tín hiệu, nút điều khiển bố trí trên bảng điện khống chế

Tóm lại cả hai loại sơ đồ trên đều cần thiết

* Phương pháp chung để đọc và phân tích mạch điện

a Tìm hiểu công nghệ sản xuất của máy đó

- Tìm hiểu công dụng của máy đó dùng để sản xuất, gia công, chế tạo sản phẩm gì

2

- Quy trình vận hành như thế nào

b Tìm hiểu các thiết bị khí cụ có trong sơ đồ

- Dựa vào ký hiệu của các thiết bị khí cụ có trong sơ đồ để biết máy sử dụng các thiết

bị khí cụ nào Nhiệm vụ của các thiết bị khí cụ đó

c Tìm hiểu mối liên hệ giữa các thiết bị, khí cụ từ đó tìm ra nguyên lý hoạt động của sơ đồ,

và các khóa liên động trong mạch

d Phân tích ưu, nhược điểm của mạch và đề xuất cải tiến nếu có

e Từ hiện tượng hư hỏng và dựa vào sơ đồ nguyên lý phải phân tích được các nguyên nhân dẫn đến hư hỏng, cách đo kiểm và khắc phục các sự cố đó

* Một số ký hiệu trong các sơ đồ điện

Áptomát

CB (curcirt break)

Cuộn dây Contactor Cuộn dây Rơle trung gian Tiếp điểm thường mở của Contactor Tiếp điểm thường mở của Rơle trung gian Tiếp điểm thường đóng của Contactor Tiếp điểm thường đóng của Rơle trung gian Nút ấn thường mở đơn

Nút ấn thường đóng đơn Nút ấn kép

Tiếp điểm thường đóng của Rơlr nhiệt Tiếp điểm thường mở đóng trễ (ONDELAY)

Tiếp điểm thường đóng đóng trễ (OFFDELAY)

Tiếp điểm thường mở mở trễ (OFFDELAY)

1.1.1 Cầu chì (cầu chảy)

a Khái niệm và công dụng

 Cầu chì là khí cụ điện dùng để bảo vệ thiết bị điện và lưới điện tránh khỏi dòng điện ngắn mạch, nó thường được dùng để bảo vệ đường dây dẫn, máy biến áp, động cơ điện, các thiết

bị điện khác, mạch điều khiển, mạch điện chiếu sáng……

 Cầu chì có đặc điểm là đơn giản, kích thước bé, khả năng cắt lớn và giá thành hạ, nên ngày nay vẫn được ứng dụng rộng rãi

 Phần tử cơ bản của cầu chì là dây chảy (để cắt mạch điện cần được bảo vệ) và thiết bị dập

hồ quang để dập tắt hồ quang phát sinh ra sau khi dây chảy bị đứt Cầu chì mạch hạ thế, đôi khi không cần bộ phận dập hồ quang

 Cầu chì có các tính chất và yêu cầu như sau:

 Đặc tính ampe-giây của cầu chì phải thấp hơn đặc tính của đối tượng cần được bảo vệ

 Khi có ngắn mạch, cầu chì phải làm việc có lựa chọn theo thứ tự

 Cầu chì cần có đặc tính làm việc ổn định

 Công suất của thiết bị càng tăng, cầu chì càng phải có khả năng cắt cao hơn

 Việc thay thế dây chảy cầu chì bị cháy phải dễ dàng và tốn ít thời gian

b phân loại, cấu tạo

Cầu chì có loại đặt hở, có loại đặt kín, có loại có thiết bị dập hồ quang,… Thông thường , gồm các loại:

4

Dây chảy thường bằng đồng, có khi bằng bạc có các cỡ thường gặp như sau:6A, 10A, 15A, 20A, 25A, 30a, 60A, 100A ở điện áp 500V

3 Loại hộp: (còn gọi là cầu chì hộp)

Hộp và nắp đềulàm bằng sứ cách điện và đều bắt chặt các tiếp xúc điện bằng đồng Tiếp xúc có kết cấu kẹp chặt đơn hoặc kép Loại kép kẹp giữ chặt hơn, ít bị rơi nắp trong sử dụng vận hành hơn

Cầu chì hộp được chế tạo theo các cỡ có dòng điện định mức là 5A, 10A, 15A, 20A, 30A, 60A, 80A, 100A ở điện áp 500V

* Loại kín trong ống không có cát thạch anh

Vỏ làm bằng chất hữu cơ (một loại xenlulo) có dạng hình ống mà ta thường gọi là cầu chì ống phíp

* Loại kín trong ống có cát thạch anh

Loại này có đặc tính bảo vệ hoàn thiện hơn loại trên

 Nhiệt độ nóng chảy hoàn toàn vật liệu làm dây chảy

 Quán tính nhiệt cảu vật liệu làm dây chảy

 Tính toán, lựa chọn

 Khi lựa chọn kim loại làm dây chảy cần chú ý những điều kiện sau:

 Điểm nóng chảy phải thấp

 Khối lượng vật liệu cần thiết phải ít, quán tính nhiệt nhỏ và có nhiều thuận lợi trong việc dập hồ quang

 Một số loại vật liệu thường dùng: Chì(Pb), Kẽm(Zn), Nhôm(Al), thiếc(Sn)

BẢNG SO SÁNH GIỮA CÁC VẬT LIỆU ĐƯỢC DÙNG LÀM DÂY CHẢY,

TIẾT DIỆN TRÒN, CÓ CÙNG DÒNG ĐIỆN GIỚI HẠN I gh

Dòng điện giới hạn nóng chảy được tính gần đúng theo công thức sau:

Igh = ad 2 Trong đó: I gh - dòng điện giới hạn nóng chảy (A)

d - đường kính dây chảy (mm)

a - hằng số vật liệu chế tạo tra theo bảng sau

6

Bài tập ứng dụng

1 Hãy tính đường kính dây chảy của cầu chì (Vật liệu chế tạo là Ag, Cu, Pb, Sn, 3Sn +

2Pb) với I đm = 30A

2 Hãy tính bề rộng dây chảy của cầu chì (Vật liệu chế tạo là Ag, Cu, Pb, Sn, 3Sn + 2Pb)

với I đm = 60A nếu bề dày dây chảy là 0,5mm

1.1.2 Rơ le nhiệt (overload)

a Khái niệm

Rơle nhiệt là một loại KCĐ có nhiệm vụ bảo vệ động cơ, mạch điện khỏi bị quá tải

dài hạn Rơ le nhiệt thường được dùng kèm với Công Tắc Tơ khi đó được gọi là Khởi Động Từ Rơ le nhiệt có quán tính nhiệt lớn nên trong mạch điện thường có thêm cầu chì để

bảo vệ ngắn mạch

b Cấu tạo và nguyên lý làm việc

 Cấu tạo: Dòng điện I cần được bảo vệ đi qua

bộ phận đốt nóng 1 (phần này được lắp ở mạch

động lực) , bao quanh cặp kim loại kép 2 (cặp kim

loại kép 2 gồm 2 thanh kim loại có hệ số dãn nở

nhiệt khác nhau gắn chặt với nhau ) Một đầu gắn

cố định còn đầu kia đội vào cần quay 3 có lò xo 5,

cần quay 3 có thể quay được trên trục quay 4 7 là

điểm tĩnh, 6 là tiếp điểm động ( 7 và 6 là cặp tiếp

điểm phụ được lắp ở mạch điều khiển )

 Nguyên lý làm việc: Khi dòng điện trong mạch ILV  ICP thì nhiệt độ do phần tử đốt nóng sinh ra sẽ toả nhiệt ra môi trường xung quanh rơ le nhiệt không tác động mạch hoạt động bình thường

Khi dòng điện trong mạch ILV > ICP thì nhiệt độ do phần tử đốt nóng sinh ra sẽ toả nhiệt ra

môi trường xung quanh đồng thời làm nóng dần thanh kim loại kép 2 làm cho thanh kim

loại kép dãn nở và đầu tự do không còn đội vào cần quay 3 nữa, dưới tác dụng của lò xo 5

sẽ làm cần quay 3 quay khỏi vị trí ban đầu làm cho tiếp điểm 6 và 7 tách rời nhau (đây

chính là lúc rơle nhiệt tác động), dẫn đến làm hở mạch điều khiển kết quả mạch ngừng hoạt

động (một số rơle nhiệt còn có tiếp điểm tĩnh 8 được đặt ở vị trí nếu OL tác động thì 6,8 liền

Hình 1 - 4 Nguyên lý cấu tạo rơ le nhiệt

1- Tấm kim loại kép; 2- Tiếp điểm tĩnh thường mở NO; 3- đầu nối dây tiếp điểm thường mở NO; 4- Đầu nối dây chung COM; 5- Đầu nối dây tiếp điểm thường đóng NC; 6- Núm điều chỉnh dòng tác động; 7- Nút phục hồi chức năng; 8- tiếp điểm thường đóng NC; 9- tiếp điểm tĩnh; 10- Đầu nối dây phía nguồn; 11- Đầu nối dây phía tải; 12- Dây điện trở gia nhiệt (phần tử đốt nóng) ; 13- Tấm kim loại kép; 14- thanh cắt

Hình 1 - 5 Cấu tạo rơle nhiệt 3 pha (OVERLOAD)

7

mạch nó được dùng để lắp mạch báo sự cố) Sau khi rơle tác động ta phải chờ khoảng thời

gian đủ để làm nguội cặp kim loại khi đó mới bấm nút phục hồi

c Phân loại

 Phân loại theo kết cấu: thì có rơ le nhiệt loại kín, rơ le nhiệt loại hở

 Phân loại theo phương thức đốt nóng: loại đốt nóng trực tiếp (cấu tạo đơn giản, nhưng

không điều chỉnh được dòng điện tác động), loại đốt nóng gián tiếp (thay đổi được dòng điện tác động nhưng tác động kém chính xác), loại đốt nóng hỗn hợp (điều chỉnh dòng điện tác động dễ dàng, tác động chính xác, múc độ ổn dịnh cao, cấu tạo phức tạp)

 Phân loại theo yêu cầu sử dụng: đó là loại 1 pha và 2 pha, 3 pha (loại 2 pha và 3 pha

được dùng trong mạch 3 pha)

2 Phân loại và cấu tạo

 Phân loại

 Phân loại Theo hình dạng bên ngoài thì có loại hở, loại kín, loại bảo vệ

 Phân loại Theo công dụng thì có công tắc đóng trực tiếp, công tắc xoay, chuyển mạch,

công tắc gạt (có thể 2, 3 hoặc 4 v.v vị trí Cũng có thể là loại đơn tầng hoặc đa tầng) công tắc hành trình, công tắc ly tâm

 Ký hiệu

 Ký hiệu công tắc thông thường trong các sơ đồ điện

 Ký hiệu công tắc xoay có 3 vị trí trở lên

 Ký hiệu công tắc ly tâm

8

 Cấu tạo công tắc xoay đa tầng

Công tắc xoay đa tầng dùng để ngắt mạch này đóng mạch khác bằng 1 thao tác Các tầng của công tắc xoay sử dụng chung 1 trục, trục này liên kết với bánh cam các tầng, khi ta xoay trục thì tương ứng các bánh cam thay đổi theo làm đóng hay mở các cặp tiếp điểm ở các tầng Số lượng vị trí tùy thuộc vào biên dạng cam và số lượng cặp tiếp điểm

1.2.2 Nút nhấn

a Khái quát và công dụng:

Nút ấn (nhấn) còn gọi là nút điều khiển, là một khí

cụ điện dùng để đóng ngắt từ xa các thiết bị điện từ khác

nhau, các dụng cụ báo hiệu và cũng dùng để chuyển đổi

các mạch điện điều khiển, tín hiệu, liên động, bảo vệ … Ở

mạch điện một chiều điện áp đến 440V, điện áp xoay

chiều có điện áp đến 500V, tần số 50Hz

Nút nhấn thường được đặt trên bảng điều khiển, tủ

điện, trên hộp nút nhấn, làm việc trong môi trường không

ẩm ướt, không bụi bẩn và hơi hoá chất

b Phân loại và cấu tạo:

 Phân loại theo hình dạng bên ngoài: Loại

hở, loại bảo vệ, loại bảo vệ chống nước,

chống bụi, loại bảo vệ chống nổ, kiểu hở (đặt

trên giá bảng điện hoặc hộp nút nhấn)

- Cầu dao 1 pha, cầu dao 3 pha

- Cầu dao 1 ngả, Cầu dao 2 ngả

- Cầu dao thường, cầu dao cách ly……

b Cấu tạo, ký hiệu

Cấu tạo

Hình 1- 22 Cấu tạo của cầu dao

c Thông số kỹ thuật

Khi lựa chọn cầu dao ta cần quan tâm đế các thông số sau:

 Dòng điện định mức (dòng điện định mức của tiếp điểm)

b Phân loại, Cấu tạo

đồng 2 có cung dài làm việc khác

nhau Các đoạn này được làm các

quay đi thì tùy theo các vị trí cụ thể

khác nhau mà các cặp tiếp điểm

tương ứng đó ở trạng thái đóng hay

a Khái niệm và công dụng của contactor

Contactor là khí cụ đóng cắt hạ thế dùng để khống chế tự động và điều khiển từ xa các trang thiết bị điện 1 chiều và xoay chiều có điện áp tới 500V Contactor được tính toán với

số lần đóngcắt lớn (đến 1500 lần trong 1 giờ)

Các yêu cầu cơ bản của contactor là:

- Điện áp định mức (Uđm) là điện áp của mạch điện tương ứng mà tiếp điểm chính phải đóng cắt Điện áp định mức có các cấp 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều Cuộn hút có thể làm việc bình thường ở điện áp trong giới hạn 85  105% điện áp định mức cuộn dây

Hình 1 - 20 Bộ khống chế hình trống (a)

Cấu tạo bên trong (b) Hình 1 - 21 Bộ khống chế hình c a: cam nồi ; b cam lõm Hình 1 - 20 Bộ khống chế hình trống (a) Cấu tạo bên trong (b)

12

- Dòng điện định mức (Iđm) là dòng điện đi qua tiếp điểm chính trong chế độ làm việc gián đoạn và lâu dài, nghĩa là ở chế độ này thời gian contactor ở trạng thái đóng cắt không qua 18 giờ Dòng điện định mức của contactor hạ áp thông dụng có các cấp 10A, 20A, 25A, 40A, 60A, 75A, 100A, 150A, 250A, 300A, 600A

- Khả năng đóng cắt: đó là dòng điện cho phép đi qua tiếp điểm chính khi đóng cắt Khả năng cắt đối với cotactor điện xoay chiều đạt bội số đến 10 lần Iđm với phụ tải điện cảm

- Tuổi thọ cotactor được tính bằng số lần đóng mờ mà sau đó cotactor không dùng được nữa

- Tần số thao tác: đó là số lần đóng cắt cotactor trong một giờ Tần số thao tác được hạn chế bởi sự phát nóng của tiếp điểm chính do hồ quang Tần số thao tác có các cấp 30,

100, 120, 150, 300, 600, 1200  1500 lần/giờ

 Phân loại

Phân loại theo tính chất dòng điện: thì có loại 1 chiều và xoay chiều

Phân loại theo hình dáng thì có loại hút chập, hút quay (nắp quay quanh 1 trục) Nắp hút thẳng (nắp hút thẳng về phía lõi) Loại hút ống (còn gọi là loại pitông)……

b Cấu tạo và nguyên lý làm việc của contactor

Cấu tạo

- Contactor bao gồm các tiếp điểm công tác (tiếp điểm chính), tiếp điểm phụ Tiếp điểm công tác gồm các đầu tiếp xúc tĩnh và các đầu tiếp xúc động (2) gắn trên trục quay (1) bằng nhựa cách điện Tiếp điểm phụ gồm các đầu tiếp xúc tĩnh (5) và các đầu tiếp xúc động (4) cũng gắn trên trục quay (1) bằng nhựa cách điện

- Tiếp điểm phụ có hai loại: Tiếp điểm thưòng đóng và tiếp điểm thường mở Công dụng của tiếp điểm phụ là thực hiện các chức năng trong mạch khống bchế truyền động điện cuộn dây khống chế là một nam châm điện gồm có lõi thép (7), cuộn dây (8) và lõi thép

Hình 1 – 26 Nguyên lý cấu tạo Contactor

Ngoài tác dụng khống chế, contactor còn có tác dụng bảo vệ kém áp Khi điện áp giảm thấp đến (0,5  0,6)Uđm thì lực điện từ do cuộn dây (8) nhỏ hơn lực lò xo, lõi thép (3)

sẽ nhả và mở các tiếp điểm chính

c Ký hiệu contactor

Trên bản vẽ điện contactor thường được ký hiệu như hình vẽ để phân biệt với các

thiết bị khác (Xem lại các ký hiệu ở trang 2)

d Phương pháp kiểm tra, sửa chữa contactor

Trước khi sửa chữa contactor cần xem xét, kiểm tra tất cả các bộ phận cơ bản, xác định các chi tiết cần thay thế phục hồi Có nhiều chi tiết khó sửa chữa, chẳng hạn các chi tiết bằng chất dẻo bị mài mòn hoặc hư hỏng hoặc các chi tiết sản xuất bằng gia công dập, đối với các chi tiết này tốt hơn hết là nên thay thế các chi tiết mới

Công việc chủ yếu khi sửa chữa tiếp điểm là phục hồi mặt tiếp xúc bị mài mòn Nếu mức

độ mài mòn hoặc rỗ ít thì đánh sạch gỉ bẩn, vết rỗ, tương tự như sửa chữa tiếp điểm cầu dao Nếu bề mặt có phũ lớp bạc không được dùng dũa để đánh sạch tiếp điểm đó

Sau khi sửa chữa hoặc thay thế phải tiến hành kiểm tra và hiệu chỉnh lực tiếp xúc của các tiếp điểm chính ở vị trí: vị trí cắt (lực ép ban đầu) và vị trí đóng (lực ép cuối cùng) Nếu contactor xuất hiện tiếng rung mạnh ở mạch từ, để khử tiếng rung ta phải cắt dòng điều khiển cuộn dây, kiểm tra cẩn thận lực ép ở tất cả các mối ghép, điều chỉnh sự tiếp xúc bề mặt lõi thép tĩnh và lõi thép động (khoảng trên 70% diện tích mặt lõi thép tính toán) Nếu cuộng dây bị hư hỏng thí thay thế mới, nếu quấn lại thì phải đảm bảo số liệu cũ về số vòng dây quấn và đường kính dây quấn

e Thông số kỹ thuật, tính toán, lựa chọn

 Thông số kỹ thuật

 Kiểu dáng

 Dòng điện định mức của các cặp tiếp điểm (đối với một chiều ? đối với xoay chiều ?)

 Điện áp định mức của cuộn hút (đối với một chiều ? đối với xoay chiều ?)

 Khả năng tác động khi U = 70%Uđm

 Khả năng chịu đựng quá áp khi U = 110%Uđm

 Độ bền cơ học (số lần đóng cắt)

U W

W  và

2

1 1 2

U

U d

Trong đó: W 1 , W 2 là số vòng dây quấn tương ứng với điện áp U 1 , U 2

d 1 , d 2 là số đường kính dây quấn tương ứng với điện áp U 1 , U 2

 Lựa chọn: Khi lựa chọn CTT ta phải quan tâm đến một số điều kiện sau:

(1) Điện áp làm việc của CTT phù hợp với điện áp làm việc của thiết bị Điện áp cuộn hút phải phù hợp với điện áp mạch điều khiển

(2) Dòng điện định mức của tiếp điểm CTT phải lớn hơn hoặc bằng dòng điện định mức của thiết được điều khiển

(3) Số lượng tiếp điểm cần thiết phải phù hợp yêu cầu khóng chế của mạch điện (4) Số lần thao tác trong 1 giờ của CTT phù hợp với mạch và phụ tải tương ứng của mạch

(5) Điều kiện làm việc của môi trường ẩm ướt hay hơi hoá chất ăn mòn, chịu va đập

… để chọn loại kín hay hở,có bảo vệ hay không

KHỞI ĐỘNG TỪ

Khởi động từ (KĐT) là cụm KCĐ gồm có CTT và rơ le nhiệt Nếu 1 CTT và 1 Rơle nhiệt thì được gọi là KĐT đơn dùng để khống chế động cơ quay 1 chiều Nếu 2 CTT và 1 Rơle nhiệt thì được gọi là KĐT kép dùng để khống chế động cơ quay 2 chiều

1.2.6 Áptômát (cb)

a Khái niệm

ÁPTÔMÁT là một loại KCĐ đóng bằng tay và có thể cắt tự động, nó dùng để bảo vệ mạch điện khỏi bị quá tải, ngắn mạch Chế độ làm việc của ÁPTÔMÁT là chế độ làm việc dài hạn Thông thường ÁPTÔMÁT được dập tắt hồ quang trong không khí và hạn chế hồ quang bằng vách ngăn bởi các vật liệu khó cháy

Để thực hiện thao tác bảo vệ có chọn lọc ÁPTÔMÁT cần phải có khả năng điều chỉnh trị số dòng điện và thời gian tác động

b Phân loại, Cấu tạo

 Phân loại :

Theo kết cấu - Người ta chia ÁPTÔMÁT ra làm 3 loại đó là một cực, hai cực và ba cực Theo thời gian tác động - Người ta chia ÁPTÔMÁT ra loại không tác động tức thời và loại

tác động tức thời (nhanh)

Theo công dụng bảo vệ - Người ta chia ÁPTÔMÁT ra các loại ÁPTÔMÁT dòng cực đại,

ÁPTÔMÁTdòng cực tiểu, ÁPTÔMÁT quá áp, ÁPTÔMÁT kém áp, ÁPTÔMÁT dòng điện ngược …

15

 CẤU TẠO, KÝ HIỆU:

Hình 1 - 23 (a) ATM quá dòng; (b) ATM kém áp

Tíêp điểm ÁPTÔMÁT thường được chế tạo có hai cấp (chính và hồ quang) hoặc ba cấp tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang)

Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, sau cùng

là tiếp điểm chính Khi cắt mạch thì ngược lại tiếp điểm chính mở trước, sau đó đến tiếp điểm phụ cuối cùng là tiếp điểm hồ quang

Như vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp

điểm hồ quang, do đó bảo vệ được tiếp điểm

chính để dẫn điện Trong áptômát có thêm

tiếp điểm phụ nhằm mục đích tránh hồ quang

cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm chính

Tiếp điểm của áptômát thường được

làm bằng hợp kim gốmchịu được hồ quang

như Ag - Wo; Cu - Wo; Ni v.v…

Hình 3-11 Trình bày hệ thống tiếp

điểm trong một kiểu áptômát: 2, 3 là các tiếp

điểm chính; 4 là các tiếp điểm phụ; 5 là các

tiếp điểm hồ quang, 6 là hộp dập hồ quang

Hình 1 – 24 Hệ thống tiếp điểm của ATM

16

 Trên hình 3-11b khi sụt áp quá mức, nam châm điện 1 sẽ nhả phần ứng 8 làm nhả móc 2,

do đó các tiếp điểm của ÁPTÔMÁT cũng được mở ra dưới tác dụng của lực lò xo 4, mạch điện bị cắt

d Thông số kỹ thuật, lựa chọn

 Kiểu dáng

 Dòng điện định mức (đối với một chiều ? đối với xoay chiều ?)

 Điện áp định mức (đối với một chiều ? đối với xoay chiều ?)

 Thời gian tác động khi ILV = 1,2Iđm

 Giới hạn điều chỉnh

 Công suất cắt, tác động có chọn lọc

 Tuỳ theo đặc tính và điều kiện làm việc cụ thể của phụ tải mà ta có thể chọn dòng điện bảo vệ tới mức 125% hoặc 150% …

18

b Nguyên lý làm việc

" Khi cấp điện áp vào cuộn hút của rơ le (U trong giới han cho phép) tạo ra từ thông

B trong mạch từ Lõi thép động 6 được hút về phía lõi thép tĩnh, tiếp điểm 8 đóng lại

" Khi ngắt điện cấp vào cuộn hút lực điện từ giảm về bằng 0, theo định luật LENXƠ ống ngắn mạch 3 sẽ có dòng điện cảm ứng tạo ra từ thông chống lại sự sụt giảm của B Kết quả từ thông tổng trong mạch không giảm ngay về 0, nhờ đó lõi thép 6 không nhả ngay sau khi cuộn hút 1 bị mất nguồn nghĩa là tiếp điểm 8 sẽ mở ra trễ hơn so với thời điểm cắt

nguồn cuộn hút

" Ốc vít 5 dùng để điều chỉnh độ căng của lò xo 4 làm nắp hút của rơle mở ra trễ dài hay ngắn, và các cặp tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu như chưa bị kích thích

1.3.2 Rơle trung gian

Nhiệm vụ chính của rơle trung gian là khuếch đại các tín hiệu điều khiển Nó thường nằm ở vị trí giữa hai rơle khác nhau Rơle trung gian thường là rơle điện từ

Hình 5.19 là kết cấu của một rơle trung gian Nguyên lý làm việc của rơle trung gian tương tự như rơle ñiện từ nhưng không có sự ñiều chỉnh ñiện áp tác ñộng Rơle trung gian phải tác động tốt khi ñược ñặt vào ñiện áp ñịnh mức trong phạm vi sai lệch ∆U

= ±15%Uđm

Hình 5.19 - Dạng chung của

một kiểu rơle trung gian

Số lượng tiếp điểm (tiếp điểm thường đóng, tiếp điểm thường mở, tiếp điểm chuyển

đổi có cực động chung) của rơle trung gian thường nhiều hơn các loại rơle khác

Rơle trung gian có sự phân cách về điện tốt giữa mạch cuộn hút và mạch tiếp

điểm Hình vẽ dưới đây là sơ đồ tiếp điểm và hình của một số loại rơle

19

b Cấu tạo, Ký hiệu

Mạch từ 1 hình chữ C làm bằng thép KTĐ Cuộn dây 2 của Rơ le gồm hai nửa giống nhau có thể nối song song hoặc nối tiếp để thay đổi dòng điện tác động Phần ứng 3 làm bằng thép KTĐ có hình chữ Z gắn trên trục quay Trên trục quay đƣợc gắn lò xo nhả

4, lò xo này liên kết với cần điều chỉnh 7 Còn 5 là tiếp điểm động gắn trên trục quay, 6 là tiếp điểm tĩnh đƣợc nối với cọc nối bên ngoài

c Nguyên lý làm việc

Khi dòng điện trong cuộn dây đạt tới trị số tác động nắp từ 3 bị hút quay theo chiều kim đồng hồ, làm đóng cặp tiếp điểm 5 - 6 Lò xo phản lực 4 kiểu xoắn ốc đƣợc gắn 1 đầu trêun trục quay, đầu kia gắn với tay đòn 7 Nếu quay tay đòn 7 là ta điều chỉnh đƣợc độ xoắn của

lò xo dẫn đến thay đổi đƣợc trị số dòng điện tác động Itđ của rơ le

d Thông số kỹ thuật, lựa chọn

" Kiểu dáng

" Dòng điện định mức (đối với một chiều ? đối với xoay chiều ?)

" Thời gian tác động khi ILV = 1,2Iđm

Rơ le điện áp là một loại KCĐ dùng để bảo vệ mạch điện, máy điện không bị quá áp (điện

áp cực đại) hoặc kém áp (điện áp cực tiểu) Ngoài ra một số trường hợp người ta dùng rơ le trong các mạch điều khiển tự động quá trình làm việc của động cơ như khống chế quá trình quá độ (quá trình khởi động, hãm, đổi chiều, thay đổi tốc độ)

b Cấu tạo, Ký hiệu, Phân loại

Nguyên tắc chung về cấu tạo của rơ le áp và rơ le dòng điện tương tự giống nhau nhưng chỉ

có khác là rơ le dòng kiểm soát dòng điện trong mạch (cuộn hút mắc nối tiếp với mạch) còn

rơ le điện áp thì kiểm soát điện áp của mạch (cuộn hút mắc song song với mạch)

(a)

(b) Hình 1 -8 (a), (b) là Rơle áp cực đại

(c) là Rơle áp cực tiểu

c Nguyên lý làm việc

" Rơ le bảo vệ quá áp (a), (b) : Khi điện áp lớn hơn giá trị định mức thì lực hút của cuộn hút thắng sức căng lò xo làm lá thép bị hút dẫn đến chốt gài được mở làm cho tiếp điểm chính được mở ra (hở mạch) ngắt điện mạch cần bảo vệ

22

" Rơ le bảo vệ kém áp (c) : Khi điện áp nhỏ hơn giá trị giới hạn cho phép thì sức căng

lò xo thắng lực hút của cuộn hút làm lá thép bị kéo mở chốt gài dẫn đến tiếp điểm chính được mở ra (hở mạch) ngắt điện mạch cần bảo vệ

Thông số kỹ thuật, lựa chọn

" Kiểu dáng

" Điện áp định mức (đối với một chiều ? đối với xoay chiều ?)

" Thời gian tác động khi ULV = UTH

" Giới hạn điều chỉnh

" Hình thức bảo vệ (Điện áp cực đại? Điện áp cực tiểu?)

1.3.5 Rơ le thời gian

a Khái niệm

Rơ le thời gian là 1 loại KCĐ được rất nhiều trong các mạch tự động điều khiển Do đó có các cặp tiếp điểm thường đóng và các cặp tiếp điểm thường mở Có thể là 4 cặp, 6 cặp hoặc nhiều hơn… Nó được sử dụng là thiết bị dùng để duy trì 1 đường tín hiệu nào đó sau thời gian được định sẵn để truyền tín hiệu điều khiển (Thông thường rơ le thời gian dùng trong mạch hạn chế dòng khởi động và hãm dừng động là chủ yếu)

b Phân loại

- Rơ le thời gian 1 chiều

-Rơ le thời gian xoay chiều

-Rơ le thời gian điện từ

-Rơ le thời gian điện tử …

-Rơ le ON DELAY (các tiếp điểm tác động trễ khi cuộn hút được cấp nguồn )

Rơ le OFF DELAY (các tiếp điểm tác động trễ khi cuộn hút bị cắt nguồn )

Rơ le thời gian kiểu thuỷ lực

cấu tạo như hình vẽ

23

Khi có tín hiệu điện điều khiển đưa vào cuộn dây NCĐ 1 lực hút điện từ kéo nắp chuyển động rất nhanh (coi là tức thời) về lõi, NCĐ ở tramg thái hút Khi nắp hút làm hệ thống tiếp điểm 6 thay đổi trạng thái tức thời theo Đồng thời lò xo kéo 3 bị căng sẽ kéo pitông dịch chuyển xuống phía dưới dầu nhờn ở khoang dưới bị ép đẩy lên khoang trên qua

lỗ thông Vì lỗ thông nhỏ nên làm cho quá trình dịch chuyển của pitông diễn ra chậm Như vậy sau một khoảng thời gian tay ngang mới tác động hệ tiếp điểm 2 Lò xo 5 bị nén, van 1 chiều 8 đóng lại

" Khi cắt điện vào cuộn hút lò xo 5 đẩy pitông đi lên, van 1 chiều mở làm cho nắp NCĐ và pitông nhanh chóng trở về vị trí ban đầu (loại rơ le này có thể chỉnh trễ từ (0,4 180)s

Rơ le thời gian điện tử

" Rơ le thời gian điện tử có nguyên lý cấu tạo như sau :

" Khi đóng khoá K, tụ C được nạp điện đến điện áp nguồn E Cực gốc T2 được nối với cực góp T1 qua điện trở R3 Chế độ làm việc của mạch được chọn sao cho khi khoá K đóng thì rơ le điện từ R ở trạng thái nhả

" Khi có tín hiệu điều khiển khoá K mở, tụ C phóng điện qua điện trở R2 và cực phát T1 do đó điện thế điểm A tăng dần, làm cho dòng điện đi qua cực phát T2 tăng Sau một thời gian xác định tuỳ thuộc vào trị số của tụ C và R2, dòng điện này đạt đến trị số tác động, rơle R sẽ đóng, tiếp điểm đầu ra của rơ le đóng Điện trở R4 dùng để thay đổi dòng điện tác động của rơ le điện từ

" Loại rơ le này có thể điều chỉnh trễ đến 180 phút, tuổi thọ cao Nhưng chịu ảnh hưởng điện áp nguồn và nhiệt độ môi trường

Thông số kỹ thuật, lựa chọn

" Kiểu dáng

" Dòng điện định mức của các cặp tiếp điểm (đối với một chiều ? đối với xoay chiều ?)

" Điện áp định mức của cuộn hút (đối với một chiều ? đối với xoay chiều ?)

24

" Khả năng tác động khi U = 70%Uđm

" Khả năng chịu đựng quá áp khi U = 110%Uđm

1.4 Các thiết bị đóng cắt không tiếp điểm

1.4.1 Công tắc hành trình không tiếp điểm ( cảm biến vị trí)

Cảm biến vị trí có nhiệm vụ:

- Phát lệnh dừng buồng thang ở mỗi tầng

- Chuyển đổi tốc độ động cơ truyền động từ tốc độ cao sang tốc độ thấp khi buồng thang đến gần tầng cần dừng, để nâng cao độ dừng chính xác buồng thang

- Xác định vị trí của buồng thang

Hiện nay trong sơ đồ khống chế thang máy và máy nâng thường dùng ba loại cảm biến vị trí:

Cảm biến vị trí kiểu cơ khí (công tắc chuyển đổi tầng) hình vẽ

Cảm biến vị trí kiểu cơ khí là một công tắc ba vị trí Khi buồng thang di chuyển đi lên, dưới tác dụng của vấu gạt (sẽ gạt tay gạt sang bên phải, cặp tiếp điểm 2 bên trái kín

Khi buồng thang di chuyển đi xuống, dưới tác dụng của vấu gạt (sẽ gạt tay gạt sang bên trái, cặp tiếp điểm 2 bên phải kín Còn khi buồng thang dừng đúng vị trí mỗi tầng, tay gạt nằm ở

vị trí giữa, cả hai cặp tiếp điểm hai đều hở

25

Ưu điểm: có kết cấu đơn giản rhực hiện đủ ba chức năng của bộ cảm biến vị trí

Nhược điểm: tuổi thọ không cao, đặc biệt với thang máy tốc độ cao Gây tiếng ồn lớn, gây nhiễu cho các thiết bị vô tuyến

Cấu tạo của bộ cảm biến kiểu cảm ứng như hình vẽ

Sơ đồ nguyên lý của bộ cảm biến kiểu cảm ứng như hình vẽ Bộ cảm biến có thể được đấu nối tiếp với rơle trung gian RTr một chiều hoặc xoay chiều Khi mạch từ hở, do điện trở của cảm biến rất nhỏ, rơle trung gian RTr tác động, còn khi mạch từ kín, do điện trở của cảm biến rất lớn, rơle trung gian RTr không tác động Để nâng cao độ tin cậy làm việc của rơle trung gian, đấu tụ C song song với cuộn dây của bộ cảm biến Trị số điện dung của tụ C dược chọn sao cho khi thanh sắt 3 che kín mạch từ của bộ cảm biến sẽ tạo chế độ cộng hưởng dòng Thông thường bộ cảm biến CB được lắp ở thành giếng của thang máy, thanh sắt động lắp ở buồng thang

Cảm biến vị trí kiểu quang điện

Bộ cảm biến vị trí dùng hai phần tử quang điện, cấu tạo như hình vẽ

Cấu tạo gồm một khung gá chữ U (thườnglàm bằng vật lịêu không kim loại) Trên khung cách điện gá lắp hai phần tử quang điện 2 đối diện nhau: một phần tử phát quang (diode phát quang ĐF) và một phần tử thu quang (transito quang) Để nâng cao độ tin cậy của bộ cảm biến không bị ảnh hưởng độ sáng của môi trường thường dùng phần tử phát quang và thu quang ồng ngoại Thanh gạt 3 di chuyển giữa khe hở của khung gá các phần tử quang điện

Sơ đồ nguyên lý của bộ cảm biến kiểu quang điện như hình vẽ

Nguyên lý làm việc: khi buồng thang chưa đến đúng tầng, ánh sáng chưa bị che khuất, transito quang TT thông, transito T1 khoá và transito T2 thông, rơle trung gian RTr tác

26

động Còn khi buồng thang đến đúng tầng, ánh sáng bị che khuất, transito quang TT khoá, transito T1 thông và transito T2 khoá, rơle trung gian RTr không tác động

1.4.2 Thiết bị đóng cắt không tiếp điểm

+ Cảm biến vị trí kiểu quang điện

Bộ cảm biến vị trí dùng hai phần tử quang điện, cấu tạo như hình vẽ

Cấu tạo gồm một khung gá chữ U (thườnglàm bằng vật lịêu không kim loại) Trên khung cách điện gá lắp hai phần tử quang điện 2 đối diện nhau: một phần tử phát quang (diode phát quang ĐF) và một phần tử thu quang (transito quang) Để nâng cao độ tin cậy của bộ cảm biến không bị ảnh hưởng độ sáng của môi trường thường dùng phần tử phát quang và thu quang ồng ngoại Thanh gạt 3 di chuyển giữa khe hở của khung gá các phần tử quang điện

Sơ đồ nguyên lý của bộ cảm biến kiểu quang điện như hình vẽ

Nguyên lý làm việc: khi buồng thang chưa đến đúng tầng, ánh sáng chưa bị che khuất, transito quang TT thông, transito T1 khoá và transito T2 thông, rơle trung gian RTr tác động Còn khi buồng thang đến đúng tầng, ánh sáng bị che khuất, transito quang TT khoá, transito T1 thông và transito T2 khoá, rơle trung gian RTr không tác động

1.5 Các phần tử điện từ:

1.5.1 Nam châm điện nâng – hạ

Thường dùng để điều khiển các van thuỷ lực, van khí nén, đều khiển đóng cắt các ly hợp ma sát, ly hợp điện từ và dùng để hãm động cơ điện

Nam châm điện dùng trong máy cắt gọt kim loại là nam châm điện xoay chiều có lực hút từ 10 đến 80N với hành trình của phần ứng (lõi nam châm) từ 5 đến 15 mm

* Cấu tạo nam châm điện (hình vẽ)

* Nguyên lý làm việc của nam châm điện như sau:

Khi cấp nguồn cho cuộn dây 2m sẽ xuất hiện từ thông khép kín theo mạch từ 1 sự tác động tương hỗ giữa từ thông vả dòng điện trong cuộn dây sẽ sinh ra một lực kéo hút phần ứng 4 vào sâu trong nam châm điện Thanh dẫnhướng 3 có chức năng giảm hệ số ma sát giữa phần ứng và mạch từ, đảm bảo cho phần ứng không bị hút lệch

27

Đặc điểm quan trọng nhất của nam châm điện là đặc tính cơ (đặc tính lực kéo) Nó biểu diễn sự phụ thuộc giữa lực kéo của nam châm điện và hành trình của phần ứng F = f() Đặc tính đó được biểu hiện như hình vẽ

1.5.2 Bàn nam châm điện

-Bàn từ cặp chi tiết

Dùng để cặp chi tiết gia công trên các máy mài mặt phẳng

Cấu tạo của bàn từ gồm: hộp sắt non 1 với các cực lõi

2, cuộn dây 3, bàn từ 4 có lót các tấm mỏng bằng vật liệu

không nhiễm từ Khi cấp nguồn một chiều vào cho cuộn dây,

bàn từ sẽ trở thành nam châm điện với nhiều cặp cực: cực

bắc N và cực nam S

Bàn từ được cấp nguồn một chiều (trị số điện áp có thể là 24, 48, 110 và 220V với công suất từ 100  300W) tứ các bộ chỉnh lưu Sau khi gia công xong , muốn lấy chi tiết ra khỏi bàn phải khử từ dư của bàn từ, thực hiện bằng cách đảo cực tính nguốn cấp cho bàn từ

- Bàn từ bốc hàng

Cầu trục thường được dùng trong các xí

nghiệp luyện kim dùng để vận chuyển các nguyên

vật liệu nhiễm từ mhư sắt, thép … nó khác với các

loại cầu trục khác là cơ cấu lấy tải (bốc tải) thay cho

móc, gầu ngoạm là mộ bàn từ (nam châm điện) Hình

dạng, kích thước của các bàn từ gồm có bốn loại điển

hình như hình vẽ

Bàn từ dạng tròn để vận chuyển các chi tiết

bằng gang, sắt, thép có kích thước nhỏ, hình dạng

khác nhau (sắt thép vụn, phôi, đinh …………)

Bàn từ mặt cầu lõm dùng để vận chuyển các vật liệu nhiễm từ có dạng hình cầu lớn Bàn từ hình chữ nhật dùng để vận chuyển các vật liệu nhiễm từ có kích thước dài như thép tấm, đường ray, ống thép dài

Bàn từ hình chữ nhật dùng để vận chuyển các vật liệu nhiễm từ có khối lượng và kích thước lớn

Cấu tạo của các bàn từ về nguyên lý như nhau Trên hình vẽ biểu diễn cấu tạo của bàn từ tròn

Cuộn dây của nam châm điện 5 được lắp

đặt trong vỏ thép 2 và khe hở của cuộn dây và

vỏ thép đổ đầy hợp chất cách điện Phía dưới

cuộn dây có tấm đệm bảo vệ 4, đầu nối cực 3

được định vị vào vỏ của bàn từ bằng bulông

Cấp điện cho cuộn dây của nam châm điện

bằng đường cáp mền 1 Cuộn dây nam châm

điện của bàn từ làm việc ở chế độ ngắn hạn lặp

lại với hệ số tiếp điện TĐ% = 50%

28

Lực nâng của bàn từ phụ thuộc vào tính

chất của vật liệu của hàng cần vận chuyển, vào

nhiệt độ của cuộn dây nam châm điện và nhiệt

độ của vật liệu cần vận chuyển Thực tế vận

hành cho thấy ki nhiệt độ của sắt thép hoặc

gang  7200C, lực nâng giảm xuống bằng

không vì khi đó vật liệu nhiễm từ mất từ tính

Bàn từ có điện cảm và từ dư rất lớn cho nên khi thiết kế mạch điều khiển cầu trục từ cấn chú

ý đến bảo vệ quá tải cho cuộn dây nam châm điện khi cắt điện và khử từ dư khi dỡ hàng

1.5.3 Ly hợp điện từ:

Dùng để điều chỉnh tốc độ quay, điều khiển động cơ truyền động: khởi động, đảo chiều, điều chỉnh tốc độ và hãm Khớp ly hợp điện từ là khâu trung gian nối động cơ truyền động với máy công tác cho phép thay đổi tốc độ máy công tác khi tốc độ động cơ không đổi, thường dùng trong hệ truyền động ăn dao của các máy cắt gọt kim loại

Đối với hệ truyền động ăn dao của các máy cắt gọt kim loại, yêu cầu momen không đổi trong toàn dải điều chỉnh tốc độ

Về cấu tạo và nguyên lý làm việc người ta phân biệt hai loại khớp ly hợp điện từ: Khớp ly hợp điện từ ma sát và khớp ly hợp điện từ trượt

* Khớp ly hợp điện từ ma sát

- Cấu tạo (hình vẽ)

Khớp ly hợp điện từ ma sát gồm: thân ly hợp 3, cuộn

dây 4, các đĩa ma sát 8 và 9, đĩa ép 10, giá kẹp 11 tất cả các

phần tử kể trên được gá lắp trên bạc lót 2 làm từ vật liệu

không nhiễm từ và bạc lót được lắp trên trục vào 1 (trục gắn

với trục của động cơ truyền động) Nguồn cấp cho cuộn dây

của ly hợp được cấp như sau: cực âm của nguồn được nối vào thân của ly hợp 3, cực dương của nguồn được cấp vào chổi than 7 và vành trượt tiếp điện 6, còn 5 là vành cách điện giữa cực duơng của nguồn và thân ly hợp

3 của cuộn dây kích thích 4 được

nối với trục của máy công tác (trục

thụ động) Nguồn cấp cho cuộn dây

kích thích 4 là nguồn một chiều tiếp

điện bằng chổi than 5 và vành trượt 7

lắp trên trục 6

29

- Nguyên lý làm việc: khi cho động cơ truyền động quay và cấp điện cho cuộn dây

kích thích, trong phần ứng sẽ xuất hiện sđđcư, sđđ đó sẽ sinh ra dòng điện xoáy (dòng

Fucô) Sự tương tác giữa dòng điện trong phần ứng và từ thông của phần cảm sẽ sinh ra momen điện từ làm cho phần cảm quay theo cùng chiều với chiều của phần ứng Hệ số trượt của khớp ly hợp phụ thuộc vào trị số dòng điện trong cuộn dây kích thích và momen của phụ tải Như vậy với momen phụ tải không đổi, khi thay đổi dòng điện trong cuộn dây kích thích sẽ thay đổi được tốc độ quay của máy công tác

Bài 2: TỰ ĐỘNG KHỐNG CHẾ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 2.1 Khái niệm về tự động khống chế (TĐKC)

Điều khiển tự động truyền động điện là quá trình ta trang bị cho các máy công cụ, các dây truyền sản suất các thiết bị điện như thế nào để đáp ứng các yêu cầu công nghệ mà các máy công cụ, các dây truyền sản suất đó đề ra một cách tự động Nhằm mục đích giải phóng sức lao động của con người và nâng cao năng suất lao động

Dựa nguyên tắc điều khiển người ta chia điều khiển tự động truyền động điện ra làm hai loại sau:

- Nguyên tắc điều khiển hệ thống truyền động điện kiểu hở: là quá trình điều khiển

mà tín hiệu đầu ra không được phản hồi trở lại để điều khiển tín hiệu đầu vào Quá trình điều khiển tự động xảy ra theo một hướng định trước

VD: tự động định thời gian mở máy, thới gian hãm của động cơ…

- Nguyên tắc điều khiển hệ thống truyền động điện kiểu kín: là quá trình điều khiển

mà tín hiệu đầu ra được phản hồi trở lại để điều khiển tín hiệu đầu vào, nhằm mục đích giữ cho tín hiệu đầu ra ổn định trong suốt quá trình làm việc khi điều kiện làm việc thay đổi

VD: tự động khống chế nhiệt độ của một lò sấy, điện áp của máy phát………

2.2 Các yêu cầu của TĐKC

Các yêu cầu của tự động khống chế

- Đáp ứng được yêu cầu sản xuất

- Vận hành an toàn cho người và thiết bị

- Dễ dàng trong vận hành và sửa chữa

- Vốn đầu tư ban đầu nhỏ

2.3 Phương pháp thể hiện sơ đồ điện TĐKC

Để theo thuận lợi trong việc nghiên cứu, cũng như đọc và phân tích mạch điện của máy, người ta chia mạch điện trên sơ đồ thành hai loại: mạch động lực (gọi là mạch chính)

và mạch khống chế (mạch phụ hay mạch điều khiển)

2.3.1 Phương pháp thể hiện mạch động lực:

Mạch động lực: mạch phần ứng của máy điện 1 chiều, mạch stato máy điện xoay chiều, mạch ra của bộ biến đổi động lực

2.3.2 Phương pháp thể hiện mạch điều khiển:

Mạch khống chế: bao gồm mạch của các cuộn dây contactor, rơle, nút nhấn điều khiển các khí cụ chỉ huy, mạch khống chế kể cả mạch tín hiệu hoá và bảo vệ

30

2.3.3 Bảng ký hiệu các phần tử trong sơ đồ TĐKC:

Để biểu diễn các mạch điện đó trên sơ đồ, có hai loại sơ đồ thường gặp: đó là sơ đồ nguyên lý và sơ đồ lắp ráp (hoặc sơ đồ đấu dây)

a Sơ đồ nguyên lý là sơ đồ thể hiện đầy đủ các phần rử của hệ thống hoặc đôi khi chỉ

trích 1 vài khâu nào đó để giải thích (VD hệ thống điều khiển tự động hoá chẳng hạn) Trong sơ đồ này các phần tử của khí cụ điện, thiết bị được thể hiện không xét đến tương quan vị trí thực tế giữa chúng mà chủ yếu xét đến vị trí thực hiện chức năng của nó

b Sơ đồ lắp ráp là sơ đồ giới thiệu vị trí lắp đặt thực tế của các thiết bị điện, khí cụ điện

trong tủ điện, bảng điều khiển và ở các bộ phận khác của máy, chỉ rõ các đường nối dâygiữa các thiết bị, khí cụ điện, tiết diện đường dây nối, số hiệu các dây nối Việc bố trí thiết bị, khí cụ điện dựa trên kết cấu và đặc điểm làm việc của máy Máy đơn giản có thể đặt tất cả ở một chỗ, máy phức tạp thường bố trí ở 3 nơi:

+ Các động cơ điện, rơle tốc độ, công tắc hành trình…… Được bố trí tại máy

+ Các khí cụ tự động như rơle thời gian, rơle điện áp, áp tô mát, khởi động từ, biến

áp, bộ chỉnh lưu đạt trong tủ điện

+ Các khí cụ cần quan sát như đồng hồ chỉ thị, đèn tín hiệu, nút điều khiển bố trí trên bảng điện khống chế

Tóm lại cả hai loại sơ đồ trên đều cần thiết

2.4 Các nguyên tắc điều khiển

2.4.1 Nguyên tắc điều khiển theo thời gian:

a) Nội dung nguyên tắc điều khiển theo thời gian:

Điều khiển theo nguyên tắc thời gian dựa trên cơ sở là thông số làm việc của mạch động lực biến đổi theo thời gian Những tín hiệu điều khiển phát ra theo một quy luật thời gian cần thiết để làm thay đổi trạng thái của hệ thống

Những phần tử nhận biết được thời gian để phát tín hiệu cần được chỉnh định dựa theo ngưỡng chuyển đổi của đối tượng Ví dụ như tốc độ, dòng điện, mômen của mỗi động cơ được tính toán chọn ngưỡng cho thích hợp với từng hệ thống truyền động điện cụ thể

Những phần tử nhận biết được thời gian có thể gọi chung là rơle thời gian Nó tạo nên được một thời gian trễ (duy trì) kể từ lúc có tín hiệuđvào (mốc 0) đầu vào của nó đến khi nó phát được tín hiệu ra đưa vào phần tử chấp hành

Cơ cấu duy trì thời gian có thể là: cơ cấu con lắc, cơ cấu điện từ, khí nén, cơ cấu điện tử, tương ứng là rơle thời gian kiểu con lắc, rơle thời gian điện từ, rơle thời gian khí nén và rơle thời gian điện tử

b) Mạch điều khiển truyền động điện điển hình theo nguyên tắc thời gian:

Xét mạch điều khiển khởi động động cơ điện một chiều kích từ độc lập có hai cấp điện trở phụ trong mạch phần ứng để hạn chế dòng điện khởi động ở trên theo nguyên tắc thời

gian Sơ đồ mạch điều khiển như hình 6.1

31

Trạng thái ban đầu sau khi cấp nguồn động lực và điều khiển thì rơle thời gian 1RTh ñược cấp ñiện mở ngay tiếp ñiểm thường kín đóng chậm RTh(9-11) Để khởi động ta phải ấn nút mở máy M(3-5), côngtắctơ Đg hút sẽ đóng các tiếp điểm ở mạch động lực, phần ứng động cơ điện được đấu vào lưới điện qua các điện trở phụ khởi động r1, r2 Dòng điện qua các ñiện trở có trị số lớn gây ra sụt áp trên điện trở r1 điện

áp đó vượt quá ngưỡng điện áp hút của rơle thời gian 2RTh làm cho nó hoạt ñộng sẽ

mở ngay tiếp ñiểm thường kín đóng chậm 2RTh(11-13), trên mạch 2G cùng với sự hoạt động của rơle 1RTh chúng đảm bảo không cho các côngtắctơ 1G và 2G có điện trong giai đoạn đầu của quá trình khởi động

Tiếp điểm phụ Đg(3-5) đóng để tự duy trì dòng ñiện cho cuộn dây côngtắctơ

Đg khi ta thôi không ấn nút M nữa Tiếp điểm Đg(1-7) mở ra cắt điện rơle thời gian 1RTh đưa rơle thời gian này vào hoạt động để chuẩn bị phát tín hiệu chuyển trạng thái của truyền động điện Mốc không của thời gian t có thể được xem là thời điểm Đg(1-7) mở cắt ñiện 1RTh

Thời gian chỉnh định ở mỗi cấp điện trở được tính theo công thức:

32

trong đó Tci - hằng số thời gian điện cơ của động cơ ở đặc tính có điện trở phụ ở cấp thứ i

Với ∆ωi là khoảng biến thiên tốc độ trên đường đặc tính cơ có cấp điện trở thứ

i ở những mômen chuyển đổi M1, M2 tương ứng

J là mômen quán tính cơ của hệ thống truyền động và động cơ, tính quy đổi về trục động cơ

Sau khi rơle thời gian 1RTh nhả, cơ cấu duy trì thời gian sẽ tính thời gian từ gốc không cho đến đạt trị số chỉnh định thì đóng tiếp điểm thường kín đóng chậm RTh(9-11) Lúc này cuộn dây côngtắctơ gia tốc 1G ñược cấp ñiện và hoạt ñộng đóng tiếp điểm chính của nó ở mạch động lực và cấp điện trở phụ thứ nhất r1 bị nối ngắn mạch Động cơ sẽ chuyển sang khởi ñộng trên đường đặc tính cơ thứ 2 Việc ngắn mạch điện trở r1 làm cho rơle thời gian 2RTh mất điện và cơ cấu duy trì thời gian của nó cũng sẽ tính thời gian tương tự như đối với rơle 1RTh, khi đạt đến trị số chỉnh ñịnh nó sẽ đóng tiếp điểm thường đóng đóng chậm 2RTh(11-13) Côngtắctơ gia tốc 2G có ñiện hút tiếp điểm chính 2G, ngắn mạch cấp điện trở thứ hai r2, động cơ sẽ chuyển sang tiếp tục khởi động trên đường đặc tính cơ tự nhiên cho đến điểm làm việc ổn định A

c) Nhận xét về điều khiển truyền động điện theo nguyên tắc thời gian:

Ưu điểm của nguyên tắc điều khiển theo thời gian là có thể chỉnh được thời gian theo tính toán và độc lập với thông số của hệ thống động lực Trong thực tế ảnh hưởng của mômen cản MC của điện áp lưới và của điện trở cuộn dây hầu như không đáng kể đến sưk làm việc của hệ thống và đến quá trình gia tốc của truyền động điện, vì các trị số thực tế sai khác với trị số thiết kế không nhiều

Thiết bị của sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy cao ngay cả khi phụ tải thay ñổi, rơle thời gian dùng đồng loạt cho bất kỳ công suất và động cơ nào, có tính kinh tế cao

2.4.2 Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ:

a) Nội dung nguêyn tắc:

Tốc độ quay trên trục động cơ hay của cơ cấu chấp hành là một thông số đặc trưng quan trọng xác định trạng thái của hệ thống truyền động điện Do vậy, người ta dựa vào thông số này để điều khiển sự làm việc của hệ thống Lúc này mạch điều khiển phải có phần tử nhận biết được chính xác tốc độ làm việc của động cơ - gọi là rơle tốc độ Khi tốc

độ đạt được đến những trị số ngưỡng đã đặt thì rơle tốc độ sẽ phát tín hiệu đến phần tử chấp hành để chuyển trạng thái làm việc của hệ thống truyền động điện đến trạng thái mới yêu cầu

Rơle tốc độ có thể cấu tạo theo nguyên tắc ly tâm, nguyên tắc cảm ứng, cũng có thể dùng máy phát tốc độ đối với động cơ điện một chiều có thể gián tiếp kiểm tra tốc

độ thông qua sức điện động của động cơ đối với động cơ điện xoay chiều có thể thông qua sức điện động và tần số của mạch rơto để xác định tốc độ

Hình 6.3 trình bày sơ lược cấu tạo của rơle tốc độ kiểu cảm ứng Rôto (1) của nó là

33

một nam châm vĩnh cửu được nối trục với động cơ hay cơ cấu chấp hành Còn stato (2) cấu tạo như một lồng sóc và có thể quay được trên bộ đỡ của nó Trên cần (3) gắn vo stato bố trí má động (11) của 2 tiếp điểm có các má tĩnh là (7) v (15)

Khi rơto không quay các tiếp điểm (7),(11) và (15),(11) mở, vì các lò xo giữ cần (3)

ở chính giữa Khi rôto quay tạo nên từ trường quay quét stato, trong lồng sóc có dạng cảm ứng chạy qua Tác dụng tương hỗ giữa dạng này và từ trường quay tạo nên mômen quay làm cho stato quay đi một góc nào đó Lúc đó các lò xo cân bằng (4) bị nén hay kéo tạo ra một mômen chống lại, cân bằng với mômen quay điện từ

Tuỳ theo chiều quay của rôto mà má động (11) có thể đến tiếp xúc với má tĩnh (7) hay (15)

Chỉ số ngưỡng của tốc độ được điều chỉnh bởi bộ phận (5) thay đổi chỉ số kéo nén

của lò xo cân bằng

Khi tốc độ quay của rôto bé hơn trị số ngưỡng đã đặt, mômen điện từ còn bé không thắng được mômen cản của các lò xo cân bằng nên tiếp điểm không đóng được Từ lúc tốc độ quay của rôto đạt giá trị lớn hơn hoặc bằng ngưỡng đã đặt thì mômen điện từ mới thắng được mômen cản của các lò xo làm cho phần tĩnh quay, đóng tiếp điểm tương ứng theo chiều quay của rôto

b) Mạch điều khiển truyền động điện điển hình theo nguyên tắc tốc độ :

Ta cũng lấy trường hợp điều khiển mở máy động cơ để xét những ví dụ cụ thể

Như đã thấy ở ví dụ trước, việc ngắn mạch các điện trở khởi ñộng trong mạch phần ứng động cơ có thể thực hiện được ở tốc độ ω1, ω2 và ω3 Để làm các phần tử kiểm tra tốc độ, ở đây ta dùng các côngtăctơ gia tốc 1G, 2G và 3G có cuộn dây mắc trực tiếp vào 2 đầu phần ứng động cơ, nó tiếp thụ được điện áp tỷ lệ với tốc độ động cơ với sai lệch nhỏ

Hình 6.4 - Điều khiển khởi động động cơ ĐMđl theo

nguyên tắc tốc độ

tự nhiên, cho đến điểm làm việc ổn định

c) Nhận xét về điều khiển truyền động điện theo nguyên tắc tốc độ:

Ưu điểm là đơn giản và rẻ tiền, thiết bị có thể là côngtăctơ mắc trực tiếp vào phần ứng động cơ không cần thông qua rơle Nhược điểm là thời gian mở máy và hãm máy phụ thuộc nhiều vào mômen cản MC, quán tính J, điện áp lưới U và điện trở cuộn dây côngtăctơ Các côngtăctơ gia tốc có thể không làm việc vì điện áp lưới giảm thấp, vì quá tải hoặc vì cuộn dây quá phát nóng, sẽ dẫn đến quá phát nóng điện trở khởi động, có thể làm chảy các điện trở đó Khi điện áp lưới tăng cao có khả năng tác động đồng thời các côngtăctơ gia tốc làm tăng dòng điện qua trị số cho phép

Trong thực tế ít dùng nguyên tắc này để khởi động các động cơ, thường

chỉ dùng nguyên tắc này để điều khiển quá trình hãm động cơ

2.4.3 Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện:

a) Nội dung nguyên tắc:

Dòng điện trong mạch phần ứng động cơ cũng là một thông số làm việc rất quan trọng xác định trạng thái của hệ truyền động điện Nó phản ánh trạng thái mang tải bình thường của hệ thống, trạng thái mang tải, trạng thái quá tải cũng như phản ánh trạng thái đang khởi động hay đang hãm của động cơ truyền động Trong quá trình khởi động, hãm, dòng điện cần phải đảm bảo nhỏ hơn một trị số giới hạn cho phép Trong quá trình làm việc cũng vậy, dòng điện có thể phải giữ không đổi ở một trị số nào đó theo yêu cầu của quá trình công nghệ

Ta có thể dùng các côngtăctơ có cuộn dây dòng điện hoặc rơle dòng điện kiểu

b) Mạch điều khiển truyền động điện điển hình theo nguyên tắc dòng điện:

Xét mạch điều khiển hãm ngược động cơ xoay chiều 3 pha rôto dây quấn khi đảo

chiều Vì những lí do tương tự như đã phân tích trong chương 2, khi đảo chiều quay

ñộng cơ

xoay chiều 3 pha rôto dây quấn cần phải đưa thêm vào mạch rôto một ñiện trở phụ lớn hơn trị

số điện trở phụ cần thiết đưa vào khi khởi động

Ta có thể dùng mạch điều khiển theo nguyên tắc dòng điện sau đây để điều khiển việc đưa vào và loại ra phần điện trở phụ đó mỗi lần đảo chiều quay động cơ

Yêu cầu đối với rơle hãm RH thụ cảm dòng điện rôto: khi dòng điện rôto lớn hơn trị số khởi động thì nó phải tác động, khi dòng điện rôto đã giảm nhỏ về gần trị số khởi động (I1) thì nó phải nhả để chuẩn bị cho quá trình khởi động tiếp theo