Trang bị điện trên MCC - Phần II

Trang bị điện trên MCC

CÁC NGUYÊN T Ắ Ắ C C ĐK TĐ TĐĐ

PhÇn II: CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN TỰ

ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

 ξ 1.1 Khái niệm chung

 ξ 1.2 Khống chế tự động theo nguyên tắc thời gian

 ξ 1.3 Khống chế tự động theo nguyên tắc tốc độ

 ξ 1.4 Khống chế tự động theo nguyên tắc dòng điện

ξ 1.1 Khái niệm chung

 Theo yêu cầu công nghệ của máy hay cơ cấu sản xuất, các hệ thốngtruyền động điện tự động đều được thiết kế tính toán để làm việc ở những trạng thái ( hay chế độ ) xác định

 Những trạng thái làm việc của hệ thống truyền động điện tự động có thể được đặc trưng bằng các thông số như

máy sản xuất , dòng phần ứng của động cơ hay dòng kích

Tuỳ theo quá trình công nghệ mà các thông số trên có thể lấy giá trị khác nhau Việc chuyển từ giá trị này đến giá trị khác được thực hiện tự động nhờ hệ thống điều khiển

 Như vậy về thực chất điều khiển tự động là đưa vào

chẳng hạn : điện trở , điện kháng , điện dung , khâu hiệu chỉnh ) để thay đổi một hoặc nhiều thông số đặc trưng hoặc

để giữ một thông số nào đó không thay đổi khi có sự thay đổi ngẫu nhiên của thông số khác

 Để tự động điều khiển hoạt động của truyền động điện ,

hệ thống điều khiển phải có những cơ cấu , thiết bị thụ cảm được giá trị các thông số đặc trưng cho chế độ công tác của truyền động điện

 Trong hệ thống điều khiển gián đoạn các phần tử thụ

cảm này phải làm việc theo các ngưỡng chỉnh định được Nghĩa là khi thông số được thụ cảm đến trị số

bắt đầu làm việc phát ra một tín hiệu đưa đến phần tử

Nếu hệ thống điều khiển có tín hiệu phát ra từ phần tử

gian nào đó ) ta nói rằng hệ điều khiển theo nguyên tắc thời gian

 Nếu hệ thống điều khiển có tín hiệu phát ra từ phần tử

thụ cảm được tốc độ ta nói rằng hệ điều khiển theo nguyên tắc tốc độ

 Nếu hệ thống điều khiển có tín hiệu phát ra từ phần tử

nguyên tắc dòng điện

 Ngoài ra có thể điều khiển theo nhiệt độ , theo mô men ,

Quá trình điều khiển hệ thống truyền động điện có thể chia ra những quá trình sau :

 Tự động điều khiển quá trình mở máy ( khởi động)

 Tự động điều khiển quá trình làm việc ( duy trì một thông số nào đó theo một quy luật cho trước )

 Tự động điều khiển quá trình hãm dừng máy

 Một nhiệm vụ điều khiển đơn giản nhưng thường gặp là điều khiển quá trình mở máy và quá trình dừng máy các

 Khi mở máy các động cơ công suất trung bình và lớn người ta phải tiến hành

người ta phải tiến hành hạn chế dòng khởi động hạn chế dòng khởi động nhờ

các thiết bị như : điện trở , diện kháng , biến áp tự

ngẫu Quá trình khởi động xong ta phải loại trừ các thiết bị hạn chế đó ra.

 VD ; Sơ đồ lắp điện trở phụ vào mạch phần ứng động

cơ một chiều kích thích độc lập và vào mạch rô to

động cơ không đồng bộ rô to dây quấn

Từ việc nghiên cứu các đặc tính tĩnh và động Từ việc nghiên cứu các đặc tính tĩnh và động ta thấy

rằng có thể đóng cắt các điện trở phụ tại các thời điểm

t1, t2 hoặc tại các giá trị tốc độ n hoặc tại các giá trị tốc độ n1, n2 hoặc tại các giá trị dòng điện ( mô men)

dòng điện ( mô men) I I1, I2 ( M1, M2) từ đó hình thành

nên 3 nguyên tắc khống chế cơ bản như sau :

+ Nếu sử dụng các

+ Nếu sử dụng các thiết bị đo được thời gian thiết bị đo được thời gian ( rơ le thời

gian ) và tại các thời điểm thích hợp phát lệnh điều

+ Nếu sử dụng các

+ Nếu sử dụng các thiết bị đo được tốc độ thiết bị đo được tốc độ và tại các giá

trị tốc độ thích hợp phát lệnh điều khiển vào mạch ta được nguyên tắc khống chế tự động theo tốc độ

+ Nếu sử dụng các

+ Nếu sử dụng các thiết bị đo được dòng điện thiết bị đo được dòng điện ( ro le

dòng điện ) và tại các giá trị dòng điện thích hợp

phát lệnh điều khiển vào mạch ta được nguyên tắc

khống chế tự động theo dòng điện

ξ 1.2 Khống chế tự động theo nguyên tắc

thời gian

 1: Nội dung nguyên tắc :

 Khống chế tự động theo nguyên tắc thời gian dựa trên cơ sở

là thông số mạch động lực biến đổi theo thời gian để từ đó phát tín hiệu điều khiển vào mạch ở những thời điểm thích hợp , các thời điểm đó được xác định dựa trên việc tính toán quá trình quá độ trong động cơ

 Giả thiết rằng ta có các quan hệ n= f(Mđ) và n = f(MC) là các

quan hệ tuyến tính Thì thời gian cần thiết để mở máy động

 Trong trường hợp mô men động là một đường bất kỳ , ta phải chia nó ra thành các đoạn thằng khác nhau và dựa vào từng đoạn đó để tính thời gian chỉnh định của các cấp cần thiết theo

 Thời gian tính theo (1) và (2) là thời gian kể từ lúc bắt

đầu cắt điện trở khởi động ra khỏi mạch do đó nó bao gồm cả thời gian tác động riêng của khí cụ khống chế nên thời gian chỉnh định thực tế sẽ là :

 Trong đó tr : là thời gian tác động riêng của khí cụ khống

chế

2: Một số sơ đồ đặc trưng



 Giới thiệu sơ đồ :

Sơ đồ dùng hai rơ le thời gian Rth1, Rth2 để mở máy tự động qua hai cấp điện trở phụ trong mạch phần ứng

Rơ le thời gian RH: để khống chế tự động khi hãm động năng

Mở máy : ấn nút mở máy M, công tắc tơ K có điện , đóng tiếp điểm thường mở K tự duy trì và tiếp điểm

 K có điện , tiếp điểm thường kín K mở, do đó Rth1 mất

điện, sau khoảng thời gian chỉnh định t1 tiếp điểm thường kín đóng chậm Rth1 đóng cấp điện cho công tắc

tơ 1K , tiếp điểm thường mở 1K đóng ngắn mạch cấp điện trở phụ thứ nhất làm cho rơ le thời gian Rth2 mất điện Sau thời gian chỉnh định (t2 –t1) tiếp điểm thường kín đóng chậm Rth2 đóng cấp điện cho 2K, tiếp điểm thường mở 2K đóng ngắn mạch nốt cấp điện trở phụ thứ hai , đưa động cơ làm việc trên đặc tính cơ tự nhiên

 + Dừng máy : ấn nút dừng D , công tắc tơ K mất điện ,

rơ le thời gian RH mất điện nhưng tiếp điểm RH chưa

mở vì vậy công tắc tơ H có điện , điện trở hãm được đưa vào song song với phần ứng động cơ và xảy ra quá trình hãm động năng Khi hết thời gian mở chậm tiếp điểm RH­ mở ra , H mất điện , điện trở hãm được loại

ra khỏi mạch , động cơ được hãm tự do

b: Sơ đồ mở máy động cơ không đồng bộ rô to dây quấn

qua hai cấp điện trở phụ :

• Giới thiệu sơ đồ :

• Để hạn chế dòng điện mở máy người ta đưa vào rô to động cơ điện trở phụ gồm hai cấp Việc ngắn mạch hai cấp điện trở phụ trong quá trình mở máy theo nguyên tắc thời gian nhờ hai rơ le thời gian Rth1 và Rth2

 Hoạt động của sơ đồ :

Đóng cầu dao CD , ấn nút mở máy M , công tắc tơ K

có điện , động cơ được nối vào lưới và tiến hành mở máy với toàn bộ điện trở phụ trong mạch rô to , đồng thời K có điện thì rơ le thời gian Rth1 cũng có điện , sau khoảng thời gian t1 tiếp điểm thường mở đóng chậm Rth1 đóng cấp điện cho công tắc tơ 1K đóng cấc tiếp điểm thường mở 1K ở mạch động lực

 đồng thời tiếp điểm thường mở 1K ở mạch khống

chế cũng đóng cấp điện cho rơ le thời gian Rth2 , sau thời gian chỉnh định t2 – t1 tiếp điểm thường mở đóng chậm Rth2 đóng cấp điện cho 2K ngắn mạch nốt cấp điện trở phụ thứ hai , động cơ chuyển sang làm việc trên đặc tính tự nhiên

 Các nhân tố ảnh hướng đến phương pháp khống chế

tự động theo nguyên tắc thời gian :

­

­ Ảnh hưởng của mô men cản trên trục động cơ : Ảnh hưởng của mô men cản trên trục động cơ :

Việc chỉnh định thời gian của các rơ le thời gian được

tiến hành trên cơ sở các đồ thị đặc tính khởi động được xây dựng theo các số liệu tính toán

Trong thực tế làm việc của hệ thống nếu các thông số đó

dao động sai khác với tính toán thì các thời gian đã đặt

Khi mô men MC chằng hạn tăng lớn hơn trị số tính

toán là MC1 thì mô men động Mđg1 = M1 – MC1 và Mđ đ g2 g2

= M2 – MC1 sẽ giảm nhỏ đi , do đó gia tốc của hệ sẽ bé

đi Vì vậy đến hết thời gian duy trì của rơ le thời gian tốc độ động cơ không đạt được giá trị tốc độ mong muốn mà sẽ đạt giá trị thấp hơn , do dó điểm chuyển đổi sẽ thấp hơn Điều đó dẫn đến dòng điện và mô men chuyển đổi có thể lớn hơn giá trị cần hạn chế

 *ảnh hưởng của mô men quá tính J :

­ Ta có

­ TC là hằng số thời gian điện cơ của động cơ

­ Do đó giả sử khi J tăng lên thì TC tăng và khi đó tốc

độ tại điểm chuyển đổi sẽ giảm đi , nghĩa là điểm chuyển đổi hạ thấp dẫn đến sự vượt quá trị số cho phép của dòng điện và mô men trong động cơ

 * ảnh hưởng của điện áp lưới :

­ Đối với động cơ một chiều kích từ song song giả sử điện áp lưới giảm 10% mà tốc độ động cơ vẫn không thay đổi thì tốc độ không tải lý tưởng ω0 sẽ giảm xuống 10% Các đặc tính cơ khởi động tương ứng

sẽ tịnh tiến theo trục ω xuống dưới một đoạn như nhau Khi MC không đổi thì mô men động ở cấp đầu tiên sẽ giảm nhỏ , điểm chuyển đổi thấp xuống , do

đó quá trình khởi động sẽ kéo dài

 * ảnh hưởng của điện trở cuộn dây rơ le thời gian :

Khi nhiệt độ tăng thì điện trở cuộn dây rơ le thời gian tăng lên dẫn đến giảm dòng điện chạy qua cuộn dây và

do đó giảm sức từ động của rơ le , làm thay đổi thời gian duy trì của nó Sự thay đổi này tuỳ thuộc vào từng loại rơ le

 * ảnh hưởng của điện trở khởi động : Trong quá trình khởi động các điện trở khởi động bị đốt nóng do đó mô men động giảm đi làm cho quá trình khởi động bị kéo

 * Kết luận * Kết luận :

 Ưu điểm : Nguyên tắc này có thể chỉnh được thời : Nguyên tắc này 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 điện áp lưới , của mô men cản và của điện trở cuộn dây hầu như không đáng kể đến sự làm việc của hệ thống và đến quá trình gia tốc của truyền động điện Thiết bị của sơ đồ đơn giản , làm việc tin cậy ngay cả khi phụ tải thay đổi Rơ le thời gian dùng đồng loại cho bất

kỳ công suất và động cơ nào, có tính kinh tế cao

ξ 1.2 Khống chế tự động theo nguyên tắc tốc độ

1: Nội dung nguyên tắc:

 Tốc độ quay trên trục động cơ 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 thụ cảm được chính xác tốc độ làm việc của động cơ ­ rơ le tốc

độ Khi tốc độ đạt được những trị số ngưỡng đã đặt thì

rơ le tốc độ sẽ phát tín hiệu đến phần tử chấp hành để

Rơ le tốc độ có thể cấu tạo theo nguyên tắc ly tâm , nguyên tắc cảm ứng hoặc cũng có thể dùng máy phát tốc độ Đối với động cơ một chiều có thể gián tiếp kiểm tra tốc độ thông qua sức điện động động cơ Đối với động cơ xoay chiều có thể thông quá sức điện động và tần số mạch rô to để xác định tốc độ.

1 Một số sơ đồ đặc trưng :

a: Sơ đồ mở máy động cơ một chiều kích từ độc lập theo

nguyên tắc tốc độ qua cấp điện trở phụ trong mạch phần ứng :

 Việc ngắn mạch các cấp điện trở khởi động trong mạch phần ứng động cơ có thể thực hiện được ở các tốc độ ω1, ω2, ω3

 Để làm các phần tử kiểm tra tốc độ ở đây ta dùng các Để làm các phần tử kiểm tra tốc độ ở đây ta dùng các

công tắc tơ gia tốc 1K , 2K, 3K có cuộn dây mắc trực tiếp vào hai đầu phần ứng động cơ , nó tiếp thụ được điện áp tỷ lệ với tốc độ động cơ với sai lệch nhỏ

 Theo hình vẽ các điểm chuyển đổi trạng thái cần xảy

 Giả sử ta cắt điện trở theo thứ tự r1, r2, r3 thì phải

chọn các công tắc tơ có điện áp hút lần lượt là

U = U ; U = U ; U = U

 * Hoạt động của sơ đồ :

Sau khi ấn nút mở máy , công tắc tơ K có điện đóng mạch phần ứng động cơ vào nguồn qua ba cấp điện trở phụ và động

cơ bắt đầu được gia tốc trên đường đặc tính cơ 1 Khi tốc độ động cơ đạt trị số ω1 điện áp trên hai đầu công tắc tơ 1K đạt trị số hút U 1 do đó 1K hút loại điện phụ r 1 , động cơ sẽ chuyển lên làm việc trên đường đặc tính cơ 2 Khi tốc độ động cơ đạt trị số

trị số ω2 ( ω2 > ω1 ) thì điện áp trên hai đầu công tắc tơ 2K đạt trị số hút U 2 , điện trở r 2 được ngắn mạch và động cơ sẽ

chuyển lên gia tốc trên đường đặc tính cơ (3) Khi tốc độ động

cơ đạt trị số ω3 ( ω3 > ω2 ) , điện áp hút trên hai đầu công tắc

tơ 3K đạt trị số hút U , r được ngắn mạch và động cơ sẽ

 Mạch này có ưu điểm là đơn giản rẻ tiền vì không có rơ le

 Trong sơ đồ này điện áp đặt lên các công tắc tơ có thể tính theo

công thức U 1K = U – I 2 r 1

 Sau khi 1K đã làm việc thì điện áp đặt trên 2K cũng có dạng tương

tự U 2K = U – I 2 r 2

 b Sơ đồ khởi động động cơ một chiều kích từ độc lập qua hai

cấp điện trở phụ và hãm động năng để dừng máy theo nguyên tắc tốc độ

 * Hoạt động của sơ đồ :

 Mở máy : ấn nút mở máy M , công tắc tơ K có điện , mạch phần ứng động cơ được nối vào lưới qua hai cấp điện trở phụ , khi tốc

 đạt trị số hút U 1K = KΦω1 + I 2 (r 2 +rư) công tắc tơ 1K tác động ngắn mạch cấp điện trở phụ thứ nhất Khi tốc độ động cơ đạt trị

số ω2 ( ω2> ω1 ) thì điện áp trên cuộn dây công tắc tơ 2K đạt trị số hút U 2K = KΦω2 + I 2 r ư công tắc tơ 2K tác động ngắn mạch cấp điện trở phụ thứ hai Động cơ tiếp tục khởi động lên đặc tính cơ

tự nhiên đến điểm công tác

 Dừng máy nhanh động cơ bằng hãm động năng : ấn nút dừng máy D , công tắc tơ K mất điện , phần ứng động cơ bị cắt rakhỏi lưới , tiếp điểm thường kín K đóng cấp điện cho rơ le điện áp RH

vì lúc này tốc độ động cơ vẫn còn lớn lên rơ le điện áp hãm RH sẽ tác động đóng tiếp điểm RH cấp điện cho công tắc tơ H đưa điện trở hãm vào song song với mạch phần ứng động cơ và xảy ra quá

c Sơ đồ mở máy động cơ không đồng bộ rô to dây quấn theo nguyên tắc tốc độ

 Hoạt động của sơ đồ : Ấn mút mở máy M , công tắc tơ K có điện , động cơ được nối với lưới , tại thời điểm này tốc độ động cơ bằng 0 (hệ số trượt S = 1) nên sức điện động rô to E 2 của động cơ là lớn

nhất nên rơ le điện áp cực đại RG tác động mở tiếp điểm thường kín

RG , 1K không có điện , động cơ được mở máy với điện trở phụ trong quá trình khởi động tốc độ động cơ tăng dần do đó hệ số trượt

 Nhận xét về nguyên tắc điều khiển theo tốc độ :

­ Ưu điểm : đơn giản , rẻ tiền , thiết bị có thể là công tắc tơ mắc trực tiếp vào phần ứng động cơ không cần thông qua rơ le

­Nhược điểm : Thời gian mở máy , hãm phụ thuộc nhiều vào mô men cản , mô men quán tính J , điện áp lưới U và điện trở cuộn dây công tắc tơ Các công tác tơ gia tốc có thể không làm việc vì điện áp lưới giảm thấp, vì quá tải , vì cuộn dây quá phát nóng sẽ dẫn đến quá phát nóng điện trở khởi động , có thể làm cháy các điện trở đó Khi điện áp lưới tăng cao có khả năng tác động đồng thời các công tắc tơ gia tốc làm tăng dòng điện quá trị số cho phép

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

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

ξ 1.2 Khống chế tự động theo nguyên tắc

dòng điện

1.Nội dung nguyên tắc

Dòng điện trong mạch phần ứng động cơ cũng là một thông số rất quan trọng xác định trạng thái của hệ thống truyền động điện Nó phản ánh trạng thái non 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 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