Bài giảng Thiết bi điều khiển điện: Phần 1 - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

Tập bài giảng Điện công nghiệp biên soạn theo chương trình môn học Thiết bị điều khiển điện với nội dung chia làm bốn chương. Phần 1 bài giảng này sẽ trình bày nội dung 2 chương đầu với các nội dung chính như: Các nguyên tắc tự động điều khiển hệ thống truyền động điện; Thiết bị biến tần. Mời các bạn cùng tham khảo!

Bộ lao động thương binh và xã hội Trường đại học sư phạm kỹ thuật nam định

TẬP BÀI GIẢNG THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN

Mó số: TB2113-03-05

Biờn soạn:

TS Nguyễn Đức Hỗ ThS Nguyễn Thị Duyờn

Nam định 2013

LỜI NÓI ĐẦU

Tập bài giảng Thiết bị điều khiển điện được biên soạn với mục tiêu tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình giảng dạy, nghiên cứu và học tập của sinh viên và giảng viên tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định và là tài liệu tham khảo cho bạn đọc có nhu cầu tìm hiểu về các thiết bị điều khiển điện trong các máy móc dùng trong công nghiệp và đời sống

Tập bài giảng Điện công nghiệp biên soạn theo chương trình môn học Thiết bị điều khiển điện với nội dung chia làm bốn chương

Chương 1 : Các nguyên tắc tự động điều khiển hệ thống truyền động điện Chương 2 : Thiết bị biến tần

Chương 3 : Thiết bị điều khiển lập trình LOGO

Chương 4 : Thiết bị điều khiển điện khác

Trong quá trình biên soạn tập bài giảng này, nhóm tác giả đã tham khảo các tài liệu liên quan, cập nhật những thông tin mới nhất trong lĩnh vực điều khiển bằng các thiết bị tự động Mặc dù nhóm biên soạn đã cố gắng nhưng chắc chắn không thể tránh được những thiếu sót, chúng tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của bạn đọc để tập bài giảng được hoàn thiện hơn

Nhóm biên soạn

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU i

Chương 1: CÁC NGUYÊN TẮC TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN 1

1.1 Khái quát 1

1.1.1 Thông số đặc trưng thiết bị truyền động 1

1.1.2 Nguyên tắc tự động điều khiển thiết bị điện 3

1.2 Nguyên tắc tự động điều khiển 4

1.2.1 Nguyên tắc tự động điều khiển theo thời gian 4

1.1.3 Nguyên tắc tự động điều khiển theo dòng điện 25

1.1.4 Nguyên tắc tự động điều khiển theo hành trình 32

1.1.5 Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ 39

1.1.6 Nguyên tắc tự động điều khiển theo nhiệt độ 45

1.3 Bảo vệ và tín hiệu hóa trong hệ thống điều khiển điện 49

1.3.1 Ý nghĩa của bảo vệ và tín hiệu hóa trong điều khiển điện 49

1.3.2 Các dạng bảo vệ cơ bản 49

1.3.3 Tín hiệu hóa trong hệ thống tự động điều khiển 53

CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 54

Chương 2: THIẾT BỊ BIẾN TẦN 56

2.1 Khái quát thiết bị biến tần 56

2.1.1 Chức năng của thiết bị biến tần 56

2.1.2 Phân loại thiết bị biến tần 56

2.1.3 Ứng dụng của thiết bị biến tần 57

2.2 Cấu trúc nguyên lý của thiết bị biến tần 58

2.2.1.Thiết bị biến tần trực tiếp 58

2.2.2 Thiết bị biến tần gián tiếp 60

2.3 Giới thiệu thiết bị biến tần MM440 (MICROMASTER 440) 67

2.3.1 Sơ đồ khối của thiết bị biến tần MM440 69

2.3.2 Thông số kỹ thuật của biến tần MM440 70

2.3.3 Lắp đặt phần điện 72

2.3.4 Các thông số cài đặt nhanh 74

2.3.5 Các thông số cài mặc định của biến tần 99

2.3.6 Làm việc với Panel vận hành cơ bản 100

2.3.7 Một số ví dụ cài đặt cho biến tần 103

CÂU HỎI ễN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 111

Chương 3 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRèNH LOGO 112

3.1 Khỏi quỏt thiết bị điều khiển lập trỡnh 112

3.1.1 Phương phỏp điều khiển nối cứng (Hard-wired conỳtrol) 112

3.1.2 Phương phỏp điều khiển sử dụng thiết bị lập trỡnh 113

3.2 Cấu trỳc đặc điểm hoạt động của thiết bị LOGO 116

3.2.1 Cấu trỳc của thiết bị LOGO 116

3.2.2 Đặc điểm hoạt động của Logo 123

3 3 Lập trỡnh với LOGO 129

3.4 Bài tập ứng dụng thiết bị lập trỡnh LOGO 152

3.4.1 Chiếu sỏng hành lang cầu thang lối đi 152

3.4.2 Chuụng bỏo giờ trong trường học 154

3.4.3 Tưới cõy trong nhà kớnh 154

3.4.4 Chiếu sỏng nhà hàng, khỏch sạn, siờu thị, cửa hàng 155

3.4.5 Hệ thống tự động bơm nước cung cấp 157

3.4.6 Hệ thống phun sương trong nhà kớnh 158

3.4.7 Điều khiển động cơ theo thời gian 160

3.4.8 Điều khiển đốn giao thụng tại nỳt giao thụng ngó tư (giao thụng 6 đốn) 163

CÂU HỎI ễN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 169

Chương 4 THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÁC 171

4.1 Khỏi quỏt thiết bị lưu điện (Uninterruptible Power Supply- UPS) 171

4.1.1 Chức năng của thiết bị lưu điện 171

4.1.2 Phõn loại thiết bị lưu điện 171

4.1.3 Nguyờn tắc hoạt động của UPS 172

4.2 Bộ điều khiển chuyển đổi nguồn tự động (Automatics transfer Switches ATS) 174

4.3 Bộ đo tốc độ quay bằng xung tỷ lệ (Incremental rotary encoders) 176

4.3.1 Bộ mó húa Encoder 176

4.4 Bộ điều khiển nhiệt độ (Temperature conỳtrollers) 179

4.5.3 Cấu trúc HMI 187

4.5.4 Nhiệm vụ cơ bản của HMI 188

4.5.5 Màn hình HMI của một số hãng 189

4.5.6 Một số hệ điều khiển giám sát sử dụng HMI 190

CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 199

TÀI LIỆU THAM KHẢO 200

Chương 1: CÁC NGUYÊN TẮC TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN

THIẾT BỊ ĐIỆN

1.1 Khái quát

1.1.1 Thông số đặc trưng thiết bị truyền động

Các thiết bị, máy móc trong sản xuất hay dây chuyền sản xuất, để sản xuất

ra các sản phẩm hay bán sản phẩm trên nó cần phải có các chuyển động Bản thân các chuyển động này là do các thiết bị điện, thiết bị khí nén hoặc thiết bị thủy lực truyền chuyển động sang Để điều khiển các chuyển động theo yêu cầu công nghệ của máy, cơ cấu sản xuất, hệ thống truyền động (điện, khí nén, thủy lực hoặc phối hợp các hệ thống) tự động được thiết kế tính toán làm việc ở những trạng thái (chế độ) xác định

Tuy nhiên, do đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động và tính chất các phần

tử trong hệ thống truyền động, cùng với những yếu tố tác động khách quan của thực tế quá trình sản xuất, những trạng thái sự cố hay hư hỏng thông thường của

hệ thống truyền động được dự đoán khi thiết kế tính toán để áp dụng những thiết

bị và biện pháp bảo vệ cần thiết

Theo yêu cầu công nghệ của máy hay cơ cấu sản xuất, những trạng thái làm việc của hệ thống truyền động (điện, khí nén, thủy lực hoặc phối hợp các hệ

thống) tự động có thể được đặc trưng bằng các thông số:

- Tốc độ làm việc của các thiết bị truyền động (động cơ điện, động cơ thủy lực, xi lanh thủy lực, động cơ khí nén, xi lanh khí nén) hay cơ cấu chấp hành của máy sản xuất (n);

- Dòng điện của thiết bị điện (I);

- Mô men phụ tải trên trục cơ cấu truyền động (M)

Mối quan hệ giữa các đại lượng này được biểu diễn bằng phương trình đặc tính tốc độ và đặc tính cơ

Tuỳ theo quá trình công nghệ mà các thông số trên có thể lấy giá trị khác

Khi thiết bị chuyển từ chế độ xác lập này sang chế độ xác lập khác, các thông số này sẽ nhận giá trị mới sau một thời gian làm việc Thời gian này gọi là thời gian quá độ của hệ thống truyền động

Như vậy các thông số I, M, n sẽ biến đổi theo một quy luật xác định, bằng các bài toán truyền động ở chế độ xác lập hay quá độ, ta biết được quy luật biến đổi của các thông số sao cho sự chuyển đổi chế độ là có lợi nhất Dựa vào các quy luật biết trước ta có thể tác động vào hệ thống bằng cách thay đổi thông số của đối tượng điều khiển sẽ thay đổi chế độ làm việc với quy luật mong muốn Như vậy, tự động điều khiển hệ thống truyền động thực chất là việc thay đổi các thông số của đối tượng điều khiển theo quy luật nào đó để làm thay đổi chế độ làm việc của thiết bị truyền động theo yêu cầu

Tuỳ theo quá trình công nghệ yêu cầu mà các thông số trên được xác định tại các giá trị khác nhau Việc chuyển từ giá trị này sang giá trị khác được thực hiện tự động nhờ các hệ thống điều khiển Kết quả hoạt động của phần điều khiển sẽ đưa hệ thống truyền động đến một trạng thái làm việc mới, trong đó ít nhất một thông số đặc trưng của hệ truyền động có được giá trị mới

Như vậy về thực chất điều khiển hệ thống truyền động là đưa vào hoặc loại

ra khỏi hệ thống các phần tử, thiết bị nào đó (ví dụ: điện trở, điện kháng, điện dung hoặc khâu hiệu chỉnh nào đó) để thay đổi một hay nhiều thông số đặc trưng hoặc để giữ một thông số nào đó (tốc độ, dòng điện, mô men .) không thay đổi khi có sự thay đổi ngẫu nhiên của các thông số khác

Để tự động điều khiển hoạt động của hệ thống truyền động nói chung và hệ thống truyền động điện nói riêng, 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 (có thể là modul, cũng có thể về cả dấu và thông số)

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 thụ cảm đến trị số ngưỡng đã đặt, phần tử thụ cảm theo thông số này sẽ bắt đầu làm việc (tác động) phát ra một tín hiệu đưa đến phần tử chấp hành Kết quả là sẽ đưa vào hoặc loại

ra khỏi hệ thống những phần tử cần thiết

Trong phạm vi của chương trình môn học điện công nghiệp, chúng ta tập

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

- Tự động điều khiển quá trình mở máy: Quá trình đưa tốc độ động cơ từ bằng không đến tốc độ làm việc theo yêu cầu sao cho dòng mở máy nhỏ và mô men lớn Nói cách khác là điều khiển được quá trình mở máy theo một quy luật tính sẵn

- Tự động điều khiển quá trình làm việc: Trong khi làm việc động cơ truyền động phải có được chế độ làm việc theo yêu cầu của cơ cấu máy sản xuất, việc điều khiển có thể là duy trì một thông số không đổi, hoặc biến đổi theo quy luật, trình tự tính trước

- Tự động điều khiển quá trình hãm dừng máy: Quá trình hãm thường nhằm thúc đẩy quá trình dừng máy để tiết kiệm thời gian máy hoạt động không tải, góp phần nâng cao năng suất của máy Quá trình hãm thường tiêu tốn nhiều năng lượng, do vậy phải điều khiển quá trình này sao cho hiệu quả nhất và tốn ít năng lượng nhất

1.1.2 Nguyên tắc tự động điều khiển thiết bị điện

Trên cơ sở giám sát sự thay đổi (biến thiên) các thông số đặc trưng của các thiết bị (đối tượng điều khiển ) trong hệ thống truyền động điện, phần tử thụ cảm (giám sát) với các giá trị đặt trước sẽ cung cấp những tín hiệu điều khiển làm thay đổi hoặc duy trì chế độ hoạt động của thiết bị điện, khi đó ta có một số nguyên tắc tự động điều khiển sau:

- Hệ thống truyền động điện, khi hoạt động các thông số đặc trưng của thiết

bị biến đổi theo thời gian, sử dụng phần tử thụ cảm liên quan tới thời gian (rơ le thời gian cơ, điện từ, điện tử hay chương trình lập trình ) với khoảng thời gian đặt trước (phù hợp với khoảng thời gian biến thiên các thông số của thiết bị ) cung cấp tín hiệu để điều khiển thiết bị duy trì chế độ hoạt động của thiết bị theo yêu cầu, ta có hệ thống truyền động điều khiển theo nguyên tắc thời gian

- Hệ thống truyền động điện, khi hoạt động thông số đặc trưng của thiết bị

là dòng điện có sự thay đổi, sử dụng phần tử thụ cảm liên quan tới dòng điện của

điều khiển theo nguyên tắc dòng điện

- Hệ thống truyền động điện, khi hoạt động thông số đặc trưng của thiết bị

là tốc độ có sự thay đổi, sử dụng phần tử thụ cảm liên quan tới tốc độ của thiết bị (rơ le tốc độ, máy phát tốc ) với giá trị tốc độ đặt trước (phù hợp với thay đổi tốc độ của thiết bị ) cung cấp tín hiệu để điều khiển thiết bị duy trì chế độ hoạt động của thiết bị theo yêu cầu, ta có hệ thống truyền động điều khiển theo nguyên tắc tốc độ

Ngoài ra hệ thống truyền động điện, khi hoạt động một số thông số đặc trưng khác của thiết bị như nhiệt độ, hành trình, mô men, công suất, ….cũng biến đổi, sử dụng phần tử thụ cảm liên quan tới các thông số này của thiết bị (cảm biến nhiệt độ, công tắc hành trình, rơ le mô men, ) với giá trị đặt trước (phù hợp với thay đổi các thông số cần giám sát của thiết bị ) cung cấp tín hiệu

để điều khiển thiết bị duy trì chế độ hoạt động của thiết bị theo yêu cầu, ta có hệ thống truyền động điều khiển theo nguyên tắc nhiệt độ, nguyên tắc hành trình …

1.2 Nguyên tắc tự động điều khiển

1.2.1 Nguyên tắc tự động điều khiển theo thời gian

a) Nội dung nguyên tắc

Trong hệ thống điều khiển truyền động điện những thiết bị điện (đối tượng điều khiển) đấu trong mạch động lực chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố (chế độ khởi động, làm việc, dừng, nguồn điện, phụ tải, sự tuân thủ yêu cầu vận hành của người công nhân…) cho nên các thông số đặc trưng của nó bị biến đổi theo thời gian Sử dụng phần tử thụ cảm phát ra những tín hiệu theo một qui luật thời gian cần thiết để điều khiển làm thay đổi trạng thái của thiết bị, của hệ thống là vận dụng nguyên tắc điều khiển theo thời gian

Thời gian để phát tín hiệu của phần tử thụ cảm được cần được chỉnh định dựa theo ngưỡng thay đổi các thông số đặc trưng của thiết bị Ví dụ: Các thông

số đặc trưng như tốc độ, dòng điện, mô men quay… của mỗi động cơ được tính toán chọn ngưỡng cho thích hợp với từng hệ thống truyền động điện cụ thể Những phần tử thụ cảm được thời gian có thể gọi chung là rơ le thời gian

Nó tạo nên được một khoảng thời gian trễ (duy trì ) kể từ lúc có tín hiệu đưa vào đầu vào của nó đến khi nó phát được tín hiệu ra dựa vào phần tử chấp hành Các

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

rơ le thời gian điện tử…

b) Mạch điện các khâu điều khiển điển hình

+) Mạch điện điều khiển động cơ điện một chiều

Để làm rõ cơ sở xuất phát của việc tự động điều khiển theo nguyên tắc thời gian ta khảo sát sự biến tháiên các thông số làm việc của mạch động lực khi khởi động động cơ điện một chiều kích thích độc lập có hai cấp điện trở phụ trong mạch phần ứng để hạn chế dòng điện khởi động

Thí nghiệm xây dựng đặc tính tốc độ quá trình khởi động động cơ điện một chiều kích từ độc lập qua cấp điện trở phụ trong mạch phần ứng cho thấy việc tăng tốc độ từ không tới tốc độ danh định tốt nhất là theo các điểm chuyển đổi ở tốc độ 1, 2 hoặc ở dòng điện I2 hoặc tại thời điểm t = t1 và t = t2

Các giá trị 1, 2, I2 là những ngưỡng chuyển đổi trạng thái làm việc của

hệ Những trị số này sẽ đạt được ở những thời điểm t = t1 và t = t2 Vì vậy để điều khiển quá trình khởi động động cơ một chiều ta có thể xây dựng mạch điều khiển theo nguyên tắc thời gian

* Sơ đồ mạch điện

Hình 1.2 Sơ đồ điều khiển động cơ điện một chiều

*Giới thiệu thiết bị

Động cơ điện một chiều kích từ độc lập, khởi động qua 2 cấp điện trở phụ trong mạch phần ứng, khi dừng thực hiện hãm động năng

Công tắc tơ K điều khiển cấp điện cho phần ứng động cơ;

Công tắc tơ ĐG điều khiển cấp điện cho cuộn dây kích từ của động cơ; Công tắc tơ 1K, 2K và H đưa vào và loại ra điện trở phụ trong mạch phần ứng thực hiện quá trình khởi động và hãm động năng động cơ;

Hai rơ le thời gian Rth1, Rth2 chỉnh định thời gian tác động theo sự biến đổi trị số dòng khởi động của động cơ để điều khiển thời gian mở máy tự động qua

hai cấp điện trở phụ trong mạch phần ứng;

Rơ le thời gian RH để điều khiển tự động thời gian khi hãm động năng động cơ

*Nguyên lý làm việc

Khởi động động cơ: Ấn nút mở máy M, công tắc tơ ĐG có điện, đóng tiếp điểm thường mở ĐG trong mạch điều khiển và mạch động lực để tự duy trì và cấp điện cho các cuộn dây của công tắc tơ ĐG, cuộn dây kích từ KTĐ của động

cơ và cuộn dây rơ le dòng điện RI Rơ le dòng làm việc đóng tiếp điểm thường

mở bên mạch điều khiển cấp điện cho cuộn dây của công tắc tơ K, công tắc tơ K làm việc đóng tiếp điểm thường mở K trên mạch động lực cấp điện cho phần ứng động cơ Động cơ được khởi động với 2 điện trở phụ trong mạch phần ứng theo đường đặc tính thứ nhất (hình 1.1a)

Sau khoảng thời gian chỉnh định của rơ le thời gian Rth1 tiếp điểm thường

mở đóng chậm Rth1 đóng lại cấp điện cho công tắc tơ 1K, tiếp điểm thường mở 1K đóng, loại cấp điện trở phụ thứ nhất ra khỏi mạch phần ứng, động cơ chuyển sang khởi động trên đường đặc tính số 2, khi đó điện áp rơi trên cuộn dây của rơ

le thời gian Rth2 bằng không, rơ le Rth2 thôi không tác động

Sau thời gian chỉnh định của rơ le thời gian Rth2, tiếp điểm thường đóng đóng chậm Rth2 đóng lại cấp điện cho cuộn dây công tắc tơ 2K, tiếp điểm thường

mở 2K đóng loại cấp điện trở phụ thứ hai trong mạch phần ứng, động cơ kết thúc quá trình khởi động chuyển sang chế độ làm việc trên đặc tính cơ tự nhiên (hình 1.1b)

Hãm động cơ: Ấn nút dừng D, công tắc tơ H có điện, mở tiếp điểm thường đóng H, cắt nguồn cấp điện cho cuộn dây công tắc tơ K, cắt nguồn cấp cho phần ứng động cơ, đóng tiếp điểm thường mở bên mạch điều khiển và động lực, duy trì cấp điện cho cuộn dây K, cấp điện cho rơ le thời gian RH Điện trở RH được đấu song song với phần ứng động cơ, kích từ động cơ vẫn được cấp, quá trình hãm động năng động cơ được thực hiện, sau thời gian chỉnh định trùng với thời điểm tốc độ động cơ bằng không, tiếp điểm thường đóng mở chậm RH bên mạch điều khiển mở ra, cắt điện toàn bộ mạch điều khiển, các công tắc tơ và rơ le thôi không tác động, kích từ và phần ứng động cơ bị mất điện, động cơ dừng lại kết thúc quá trình hãm động năng, điện trở hãm được loại ra khỏi mạch phần ứng, động cơ chuẩn bị cho lần làm việc tiếp theo

+) Mạch điện khởi động qua một cấp điện trở phụ động cơ điện ba pha

*Sơ đồ mạch điện

Hình 1.3 Sơ đồ mạch điện khởi động qua một cấp điện trở phụ

mạch stator động cơ điện 3 pha theo nguyên tắc thời gian

Máy sấy thùng quay làm việc ở áp suất khí quyển Tác nhân sấy có thể là không khí hay khói lò Thường thì vật liệu sấy hay tác nhân sấy chuyển động cùng chiều để tránh sấy quá khô và tác nhân sấy khỏi mang theo vật liệu sấy nhiều như sấy ngược chiều Vận tốc của không khí hay khói lò đi trong thùng khoảng 2 3 m/s

* Giới thiệu sơ đồ

- Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha ro to lồng sóc ĐC;

- Công tắc tơ K điều khiển cấp nguồn ba pha cho cuộn dây stator của động cơ;

- Công tắc tơ G thực hiện loại điện trở phụ Rf ra khỏi mạch cuộn dây stator khi động cơ kết thúc quá trình khởi động;

- Rơ le thời gian RTh điều khiển thời gian khởi động có điện trở Rf trong mạch cuộn dây stator

*Nguyên lý làm việc

Điều chỉnh thời gian tác động của rơ le thời gian Rth cho phù hợp quá trình khởi động của động cơ Đóng ATM cấp điện cho mạch động lực và điều khiển Khởi động động cơ: Ấn nút mở M, cuộn dây công tắc tơ K, cuộn dây rơ le thời gian Rth có điện đồng thời, công tắc tơ K và rơ le thời gian Rth làm việc, các tiếp điểm thường mở K trong mạch điều khiển và mạch động lực đóng lại để duy trì cấp điện cho các cuộn dây và cấp điện cho cuộn dây stator của động cơ, động cơ được khởi động qua một cấp điện trở phụ Rf Sau thời gian chỉnh định trên Rth, từ (5-7) giây, tiếp điểm thường mở đóng chậm Rth sau (5-7) giây đóng lại cuộn dây G được cấp điện Công tắc tơ G làm việc, tiếp điểm thường mở của công tắc tơ G ở mạch động lực đóng lại, loại điện trở phụ Rf ra khỏi mạch động

cơ, điện áp được cấp trực tiếp vào cuộn dây stato động cơ, động cơ làm việc với đặc tính cơ tự nhiên với các thông số định mức

Dừng động cơ: Ấn nút dừng D, cuộn dây của các công tắc tơ K, G và rơ le thời gian Rth mất điện, các công tắc tơ và rơ le thời gian dừng làm việc, các tiếp điểm của công tắc tơ K, G và rơ le thời gian Rth trở về trạng thường, mạch điều khiển dừng hoạt động, cắt điện vào cuộn dây stator động cơ, động cơ dừng tự

do Các nội dung bảo vệ:

- Bảo vệ ngắn mạch dùng cầu chì CÁC, áp tô mát ATM;

- Bảo vệ quá tải dùng rơle nhiệt RN;

- Bảo vệ điện áp không và điện áp cực tiểu thiết kế sử dụng tiếp điểm

thường mở của công tắc tơ K làm chức năng bảo vệ

+) Mạch điện khởi động qua máy biến áp tự ngẫu động cơ điện 3 pha

* Sơ đồ mạch điện

Hình 1.4 Sơ đồ mạch điện khởi động qua máy biến áp tự ngẫu

động cơ điện 3 pha theo nguyên tắc thời gian

*Giới thiệu thiết bị

Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha ro to lồng sóc AC;

Máy biến áp tự ngẫu BATN hạ thấp điện áp cấp cho cuộn dây stator của động cơ khi khởi động ;

Áp tô mát AB1 đóng cắt nguồn điện cấp cho mạch động lực và mạch điều khiển;

Công tắc tơ K1, K2 điều khiển cấp nguồn cho cuộn dây stator của động cơ; Rơle thời gian Rth điều khiển thời gian khởi động động cơ;

Nút ấn mở máy M, nút ấn dừng D điều khiển mạch điều khiển điều khiển

động cơ làm việc hoặc dừng;

*Nguyên lý làm việc

Chỉnh định mức điện áp đầu ra thứ cấp của máy biến áp tự ngẫu cho phù hợp điện áp khởi động của động cơ, đóng cầu dao CD cấp nguồn cho toàn mạch; Khởi động động cơ: Ấn nút mở máy M, cuộn dây của công tắc tơ K1 được cấp điện, đóng các tiếp điểm K1 thường mở trong mạch điều khiển và động lực lại, duy trì cấp điện cho mạch điều khiển; cấp điện cho cuộn dây stator của động

cơ thông qua cuộn thứ cấp của máy biến áp tự ngẫu, động cơ khởi động với điện

áp thấp hơn so với điện áp định mức của động cơ; đồng thời đóng tiếp điểm K1 thường mở lại cuộn dây rơ le thời gian Rth có điện

Sau khoảng thời gian chỉnh định phù hợp với thời gian khởi động của động

cơ, tiếp điểm thường mở đóng chậm Rth đóng lại, cuộn dây Công tắc tơ K2 được cấp điện, đóng các tiếp điểm thường mở trong mạch động lực, mở các tiếp điểm thường đóng K2 mạch động lực ra, loại máy biến áp tự ngẫu, điện áp nguồn cấp trực tiếp vào cuộn dây stator của động cơ, động cơ tiếp tục khởi động

và làm việc với các thông số là định mức

Dừng động cơ: Ấn nút dừng D, mạch điều khiển mất điện, công tắc tơ K1, K2 mất điện nhả các cặp tiếp điểm thường mở K1, K2 mạch động lực ra, cắt điện động cơ, động cơ ngừng quay

Bảo vệ quá tải: Giả sử khi động cơ đang làm việc xảy ra sự cố quá tải, dòng điện trong động cơ tăng lên, dòng điện đi qua các phần tử đốt nóng của rơ le nhiệt tăng lên đạt đến trị số dòng nhất định, các phiến kim loại kép rơ le nhiệt dãn nở dài ra đẩy bật tiếp điểm thường đóng RN cắt điện vào cuộn dây công tắc

tơ K1, K2 các tiếp điểm thường mở của công tắc tơ K1, K2 trong mạch động lực

mở ra cắt điện vào động cơ, động cơ được bảo vệ không làm việc trong tình trạng quá tải

Muốn cho mạch điện làm việc trở lại ta phải khắc phục sự cố quá tải này và chờ 1 khoảng thời gian đủ để các phần tử nhiệt của rơle nhiệt hạ nhiệt độ về trạng thái ban đầu rồi mới ấn được nút ấn phục hồi và khởi động lại động cơ

+) Mạch điện điều khiển khởi động sao tam giác, có đảo chiều quay động cơ điện ba pha

*Sơ đồ mạch điện

Hình 1.5 Mạch điện khởi động Y/ có đảo chiều quay

động cơ không đồng bộ ba pha

*Giới thiệu thiết bị

Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha rô to lồng sóc M trên nhãn của động cơ có ghi ký hiệu Y/Δ – 380/220, các thông số định mức: Uđm; Iđm; nđm;

Pđm; …được lựa chọn phù hợp với thông số của phụ tải

Công tắc tơ KT, KN và rơ le nhiệt RN có các thông số định mức: Uđm; Iđm;

fđm được lựa chọ phù hợp với các thông số của động cơ và nguồn điện, tạo nên

bộ khởi động từ kép thực hiện cấp nguồn cho cuộn dây stator và đảo chiều quay động cơ;

Công tắc tơ KY, KΔ có các thông số định mức: Uđm; Iđm; fđm được lựa chọ phù hợp với các thông số của động cơ và nguồn điện, thực hiện đấu sao, đấu tam

giác cuộn dây stator

Áp tô mát AB dùng đóng cắt nguồn điện và bảo vệ mạch điện động lực có thông số định mức Uđm; Iđm; phù hợp với thông số của động cơ và nguồn điện Cầu chì CC dùng để bảo vệ mạch điện điều khiển, thông số định mức Uđm;

Iđm; được lựa chọn theo thông số của các công tắc tơ và các phần tử sử dụng trong mạch điện điều khiển;

Bộ nút ấn kép MT, MN và nút dừng D điều khiển động cơ quay theo chiều thuận và dừng động cơ có thông số Uđm; Iđm; phù hợp với thông số của các khí

cụ điện có trong mạch và nguồn điện

Rơ le thời gian Rth dùng để điều khiển thời gian khởi động động cơ có thông số định mức Uđm; Iđm; và dải thời gian tác động; các thông số phù hợp với nguồn điện và thông số của động cơ

Căn cứ thông số kỹ thuật của động cơ ghi trên lý lịch máy, kiểm tra nguồn điện cấp cho động cơ, khảo sát thực tế, lựa chọn và chỉnh định thời gian tác động của rơ le thời gian

*Nguyên lý làm việc

Trong mọi trường hợp khi khởi động động cơ, mạch điện đều phải thực hiện đổi nối sao tam giác để hạn chế dòng khởi động (dòng khởi động giảm lần)

Khi động cơ đang làm việc muốn đảo chiều quay động cơ, mạch điện thực hiện hãm ngược động cơ sau đó mới thực hiện đảo chiều

Đóng áp tô mát AB cấp nguồn cho toàn mạch Chọn chiều quay của động

trạng thái nên công tắc tơ KY vẫn làm việc và khi đó cuộn dây công tắc tơ KΔ chưa có điện, công tắc tơ KΔ chưa làm việc, đóng các tiếp điểm thường mở KY trong mạch động lực, cuộn dây stator động cơ được đấu sao, động cơ thực hiện khởi động sao Quá trình khởi động tốc độ động cơ tăng lên, dòng khởi động giảm xuống, sau thời gian chỉnh định của rơ le thời gian Rth tiếp điểm thời gian của rơ le thời gian thay đổi trạng thái, làm cho công tắc tơ KY mất điện, công tắc tơ KΔ có điện, cuộn dây stator động cơ chuyển sang đấu tam giác, kết thúc quá trình khởi động chuyển sang chế độ làm việc ổn định

Đảo chiều quay động cơ : Động cơ đang làm việc quay theo chiều thuận

KT hoặc quay theo chiều ngược KN, muốn đảo chiều quay chỉ cần thao tác ấn nút ấn MN hoặc nút ấn MT, khi đó cuộn dây stato động cơ bị cắt nguồn cấp theo chiều đang quay và được cấp nguồn điện đã tráo 2 trong 3 pha, động cơ thực hiện quá trình hãm ngược sau đó thực hiện quá trình khởi động sao tam giác và làm việc theo chiều quay ngược lại

Hãm động cơ: Có thể thực hiện hãm ngược hoặc dừng tự do động cơ

Hãm ngược động cơ được thực hiện như quá trình đảo chiều quay động cơ, khi tốc độ động cơ bằng không (ro to dừng quay), ấn nút dừng D cắt điện cuộn dây công tắc tơ KT hoặc KN và rơ le thời gian Rth, các tiếp điểm thường mở của công tắc tơ KT hoặc KN mở ra, cắt điện nguồn ba pha cấp cho cuộn dây stator của động cơ

Hãm dừng tự do: Động cơ đang làm việc quay theo chiều thuận KT hoặc quay theo chiều ngược KN, muốn dừng chỉ cần thao tác ấn nút dừng D cắt điện cuộn dây công tắc tơ KT hoặc KN và rơ le thời gian Rth, các tiếp điểm thường

mở của công tắc tơ KT hoặc KN mở ra, cắt điện nguồn ba pha cấp cho cuộn dây stator của động cơ, ro to của động cơ do quán tính tiếp tục quay cho đến khi mô men quay quán tính cân bằng với mô men ma sát thì dừng lại

+) Mạch khởi động qua hai cấp điện trở phụ động cơ 3 pha rôto dây quấn

K3 K3

K3 Rth2

Hình 1.6 Sơ đồ mạch điện khởi động qua hai cấp R f mạch rô to động cơ 3

pha theo nguyên tắc thời gian

*Giới thiệu sơ đồ

Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha rô to dây quấn M trên nhãn của động cơ có ghi các thông số định mức: Uđm; Iđm; nđm; Pđm; …được lựa chọn phù hợp với thông số của phụ tải

Công tắc tơ K1và rơ le nhiệt RN có các thông số định mức: Uđm; Iđm; fđm được lựa chọ phù hợp với các thông số của động cơ và nguồn điện, tạo nên bộ khởi động từ đơn thực hiện cấp nguồn cho cuộn dây stator của động cơ;

Công tắc tơ K2, K3 có các thông số định mức: Uđm; Iđm; fđm được lựa chọ phù hợp với các thông số của động cơ và nguồn điện, thực hiện đấu chụm để loại các cấp điện trở phụ trong cuộn dây rô to động cơ

Bộ nút ấn đơn M và nút dừng D điều khiển động cơ làm việc và dừng có thông số Uđm; Iđm; phù hợp với thông số của các khí cụ điện có trong mạch và nguồn điện

Rơ le thời gian Rth1 và Rth2 dùng để điều khiển thời gian khởi động động

cơ có thông số định mức Uđm; Iđm; và dải thời gian tác động; các thông số phù hợp với nguồn điện và thông số của động cơ

Căn cứ thông số kỹ thuật của động cơ ghi trên lý lịch máy, kiểm tra nguồn điện cấp cho động cơ, khảo sát thực tế, lựa chọn và chỉnh định thời gian tác động của rơ le thời gian cho phù hợp thời gian khởi động của động cơ

Rơ le thời gian làm việc, các tiếp điểm thời gian chưa thay đổi trạng thái nên công tắc tơ K2 vẫn chưa làm việc Quá trình khởi động tốc độ động cơ tăng lên, dòng khởi động giảm xuống, sau thời gian chỉnh định của rơ le thời gian Rth1 tiếp điểm thường mở đóng chậm của rơ le thời gian đóng lại, làm cho công tắc

tơ K2 và rơ le thời gian Rth2 có điện, đóng các tiếp điểm thường mở trong mạch điện điều khiển và mạch điện động lực thực hiện đấu chụm loại cấp điện trở phụ thứ nhất trong mạch rô to, động cơ tiếp tục khởi động với một cấp điện trở phụ,

Rơ le thời gian làm việc, các tiếp điểm thời gian chưa thay đổi trạng thái nên công tắc tơ K3 vẫn chưa làm việc Quá trình khởi động tốc độ động cơ tăng lên, dòng khởi động giảm xuống, sau thời gian chỉnh định của rơ le thời gian Rth2 tiếp điểm thường mở đóng chậm của rơ le thời gian đóng lại, làm cho công tắc

tơ K3 có điện đóng các tiếp điểm thường mở trong mạch điện điều khiển và mạch điện động lực thực hiện đấu chụm loại cấp điện trở phụ thứ hai trong mạch

rô to, động cơ kết thúc quá trình khởi động chuyển sang chế độ làm việc định mức

Hãm động cơ thực hiện dừng tự do: Động cơ đang làm việc muốn dừng chỉ cần thao tác ấn nút dừng D cắt điện các cuộn dây các công tắc tơ K1;K2; K3 và

rơ le thời gian Rth1, Rth2, các tiếp điểm thường mở của công tắc tơ K1, K2, K3

và rơ le thời gian mở ra, cắt điện nguồn ba pha cấp cho cuộn dây stator của động

cơ, rô to của động cơ do quán tính tiếp tục quay cho đến khi mô men quay quán tính cân bằng với mô men ma sát thì dừng lại

+) Mạch hãm động năng động cơ điện K.Đ.B ba pha

Khi động cơ điện K.Đ.B ba pha đang làm việc nếu cắt nguồn điện 3 pha cấp cho cuộn dây stator của động cơ sau đó đóng nguồn một chiều cấp cho cuộn dây stator của động cơ, động cơ thực hiện quá trình hãm động năng

*Sơ đồ mạch điện

Hình 1.7 Sơ đồ mạch điện hãm động năng động cơ không đồng bộ 3 pha

theo nguyên tắc thời gian

* Giới thiệu sơ đồ

hợp với thông số của phụ tải

Công tắc tơ KN, KT và rơ le nhiệt RN có các thông số định mức: Uđm; Iđm;

fđm được lựa chọ phù hợp với các thông số của động cơ và nguồn điện, tạo nên

bộ khởi động từ kép thực hiện cấp nguồn cho cuộn dây stator và đảo chiều quay động cơ;

Công tắc tơ KH và rơ le thời gian có các thông số định mức: Uđm; Iđm; fđm

và dải thời gian điều chỉnh được lựa chọ phù hợp với các thông số của động cơ

và nguồn điện, thực hiện hãm động năng động cơ

Áp tô mát AP1, AP2 dùng đóng cắt nguồn điện, bảo vệ mạch điện động lực

và mạch điện điều khiển, có thông số định mức Uđm; Iđm; phù hợp với thông số của động cơ, các khí cụ điện và nguồn điện

Bộ nút ấn đơn MT, MÀN và nút dừng D điều khiển động cơ làm việc theo chiều thuận hoặc chiều ngược và dừng có thông số Uđm; Iđm; phù hợp với thông

số của các khí cụ điện có trong mạch và nguồn điện

Căn cứ thông số kỹ thuật của động cơ ghi trên lý lịch máy, kiểm tra nguồn điện cấp cho động cơ, khảo sát thực tế, lựa chọn và chỉnh định thời gian tác động của rơ le thời gian cho phù hợp thời gian hãm động cơ

* Nguyên lý làm việc

Khởi động động cơ: Muốn động cơ làm việc theo chiều thuận hoặc theo chiều ngược ấn nút mở máy MT hoặc MÀN khi đó công tắc tơ KT hoặc KN làm việc, các tiếp điểm thường mở của công tắc tơ KT hoặc KN trong mạch đóng lại

để duy trì cấp điện cho mạch điều khiển và cấp nguồn xoay chiều ba pha cho cuộn dây stator của động cơ, động cơ sẽ khởi động và làm việc

Muốn dừng động cơ: Ấn nút dừng D cuộn dây công tắc tơ KT hoặc KN mất điện, công tắc tơ KT hoặc KN dừng làm việc, mở các tiếp điểm thường mở

ra, cắt nguồn điện 3 pha ra khỏi cuộn dây stator của động cơ, đồng thời khi đó cuộn dây công tắc tơ KH và rơ le thời gian Rth có điện, công tắc tơ KH và rơ le thời gian Rth làm việc, các tiếp điểm thường mở của công tắc tơ KH đóng lại để duy trì cấp điện cho mạch điều khiển hãm đồng thời cấp nguồn một chiều cho cuộn dây stator của động cơ 3 pha thực hiện quá trình hãm Sau thời gian đặt trước của rơ le thời gian Rth, tiếp điểm thường đóng mở chậm của Rth mở ra cắt

điện cuộn dây công tắc tơ KH, công tắc tơ KH dừng làm việc, các tiếp điểm thường mở của Rth mở ra động cơ kết thúc quá trình hãm động năng, nếu tốc độ động cơ chưa về 0, động cơ thực hiện dừng tự do

Mạch điện thực hiện điều khiển trong các trường hợp dừng hoặc đảo chiều quay động cơ phải thực hiện hãm động năng Các tiếp điểm thường mở của hai công tắc tơ KT và KN trong mạch điều khiển hãm có tác dụng điều khiển chỉ khi nào động cơ đã làm việc thì mới thực hiện quá trình hãm động năng

+) Hãm động năng động cơ điện một chiều

Phương pháp hãm động năng thường áp dụng cho động cơ một chiều kích

từ độc lập và kích từ song song Khi hãm mạch phần ứng của động cơ được khép kín qua Rf

*Sơ đồ mạch điện

Hình 1.8 Sơ đồ mạch điện hãm động năng động cơ điện một chiều

theo nguyên tắc thời gian

*Giới thiệu sơ đồ

Động cơ một chiều kích từ song song có cuộn dây kích từ CKT, cuộn dây phần ứng Rư

Công tắc tơ DG, K dùng cấp điện cho cuộn dây kích từ và cuộn dây phần ứng của động cơ Công tắc tơ H đấu điện trở hãm Rh vào mạch phần ứng của động cơ thực hiện quá trình hãm động năng động cơ

Rơ le bảo vệ mất trường RKK được đấu nối tiếp với cuộn dây kích từ của động cơ Rơ le thời gian Rth duy trì thời gian hãm động năng động cơ;

Nút ấn mở máy M điều khiển cấp nguồn cho mạch điều khiển khởi động động cơ; Nút ấn dừng D điều khiển hãm động năng dừng động cơ

*Nguyên lý làm việc

Đóng áp tô mát cấp điện cho mạch động lực và mạch điều khiển

Khởi động động cơ: Ấn nút mở máy M cuộn dây công tắc tơ DG có điện, công tắc tơ DG làm việc đóng các tiếp điểm thường mở trong mạch điều khiển

và mạch động lực để duy trì cấp điện cho mạch điều khiển và kích từ của động

cơ Rơ le bảo vệ mất từ trường RKK làm việc đóng tiếp điểm thường mở trong mạch điều khiển cấp điện cho cuộn dây của công tắc tơ K, công tắc tơ K làm việc đóng tiếp điểm thường mở K trong mạch động lực cấp điện cho cuộn dây phần ứng của động cơ, động cơ khởi động và làm việc

Dừng động cơ: Khi động cơ đang làm việc, nếu ấn nút dừng D, cuộn dây công tắc tơ H và rơ le thời gian Rth có điện, công tắc tơ H làm việc sẽ mở tiếp điểm thường đóng H để cắt điện cuộn dây công tắc tơ K, công tắc tơ K dừng làm việc, mở tiếp điểm thường mở K trong mạch động lực cắt nguồn cấp cho cuộn dây phần ứng của động cơ; đồng thời đóng các tiếp điểm thường mở trong mạch điều khiển và mạch động lực để khép mạch phần ứng qua điện trở hãm Rh, động

cơ điện sẽ làm việc ở trạng thái hãm động năng kích từ độc lập Lúc này nhờ động năng tích luỹ trong hệ thống truyền động mà rô to của động cơ tiếp tục quay Động cơ làm việc như một máy phát cung cấp điện cho Rh Dòng điện chạy trong phần ứng Iư do sức điện động của động cơ sinh ra sẽ ngược chiều với dòng điện trước lúc hãm Và khi đó mô men quay được tạo ra ngược chiều với

mô men quán tính nên tốc độ động cơ giảm dần, đến khi hai mô men này cân

K3 CC

RN3

ATM

bằng nhau thì phần ứng dừng lại, lúc này tiếp điểm thường đóng mở chậm của

rơ le thời gian Rth mở ra cắt điện cuộn dây công tắc tơ DG, công tắc tơ DG dừng làm việc cắt điện mạch điều khiển và mạch kích từ động cơ loại điện trở hãm ra khỏi mạch phần ứng, kết thúc quá trình hãm động năng động cơ

+) Mạch khởi động và dừng tuần tự 3 động cơ của hệ thống băng tải trong khai thác và vận chuyển nguyên liệu

Hệ thống băng tải vận chuyển vật liệu, khi khởi động để tránh việc vật liệu

bị dồn thành đống, đòi hỏi các băng tải phải hoạt động theo trình tự Nếu lấy chiều dịch chuyển của dòng vật liệu làm mốc thì thứ tự khởi động của các băng tải phải thực hiện theo chiều ngược với chiều dịch chuyển của dòng chuyển dịch của vật liệu, và thứ tự dừng của các băng tải phải cùng chiều với chiều của dòng vật liệu Xét hệ thống có 3 băng tải (BT1, BT2 BT3), khi khởi động băng tải BT1 phải khởi động đầu tiên, sau một thời gian băng tải BT2 khởi động, tiếp theo sau một thời gian băng tải BT3 khởi động, và khi dừng quá trình xẩy ra ngược lại, băng tải BT3 dừng trước rồi sau một thời gian băng tải BT2 dừng và tiếp theo sau một thời gian băng tải BT1 dừng Mỗi băng tải được truyền động bởi một động cơ nên ta có mạch khởi động và dừng tuần tự 3 động cơ như sau:

Rth3 Rth1

Rth2 Rth3

C C

Rth3 RN1 RN2

* Giới thiệu mạch điện

Rơle thời gian Rth1, Rth2, Rth3, Rth4 điều khiển thời gian thứ tự khởi động

và dừng các băng tải; Nút bấm đơn M và bộ nút bấm kép D điều khiển quá trình khởi động và dừng hệ thống băng tải; Áp tô mát AMT, cầu chì CÁC đóng cắt và bảo vệ mạch điện động lực và mạch điện điều khiển

*Nguyên lý hoạt động

Muốn hệ thống hoạt động đóng áp tô mát ATM cấp điện cho toàn mạch

Ấn M cuộn dây K1 và cuộn dây rơ le thời gian Rth1 có điện, công tắc tơ K1

và rơ le thời gian Rth1làm việc, đóng tiếp điểm thường mở K1 ở mạch điều khiển và mạch lực lại để duy trì và cấp điện cho động cơ Đ1, sau 1 khoảng thời gian tiếp điểm thường mở đóng chậm của Rth1 kín cấp điện cho cuộn dây công tắc tơ K2 Công tắc tơ K2 làm việc đóng các tiếp điểm thường mở ở mạch điều khiển và mạch động lực cấp điện cho động cơ Đ2 và rơ le thời gian Rth2, sau 1 khoảng thời gian đặt trước tiếp điểm thường mở đóng chậm của Rth2 kín cấp điện cho cuộn dây công tắc tơ K3 Công tắc tơ K3 làm việc đóng tiếp điểm thường mở ở mạch động lực cấp điện cho động cơ Đ3

Muốn dừng hệ thống băng tải, ta ấn nút dừng D ngắt điện vào cuộn dây K3, công tắc tơ K3 ngừng làm việc, mở các tiếp điểm K3 ở mạch lực, động cơ Đ3 mất điện và dừng lại, đồng thời khi ấn D thì rơ le thời gian Rth3 được cấp điện, tiếp điểm Rth3 thường hở đóng lại để duy trì, tiếp điểm Rth3 thường đóng mở ra cắt điện công tắc tơ K3, sau 1 khoảng thời gian tiếp điểm thường đóng mở chậm của Rth3 mở ra cắt điện công tắc tơ K2 Công tắc tơ K2 không làm việc mở các tiếp điểm K2 ở mạch lực ra cắt điện động cơ Đ2, tiếp điểm thường đóng K2 kín lại cấp điện cho rơ le thời gian Rth4 Sau 1 khoảng thời gian tiếp điểm thường đóng mở chậm của Rth4 mở ra cắt điện công tắc tơ K1 Công tắc tơ K1 không làm việc mở các tiếp điểm K1 ở mạch lực cắt điện động cơ Đ1

Khi hệ thống đang hoạt động mà có sự cố quá tải trên bất kỳ băng tải nào thì rơle nhiệt bảo vệ băng tải đó sẽ tác động, đóng tiếp điểm ở mạch điều khiển cấp điện cho rơ le thời gian Rth3 thực hiện quá trình dừng tuần tự các động cơ như khi ta bấm nút dừng D

c) Ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng nguyên tắc tự động điều khiển theo thời gian

Khi áp dụng nguyên tắc tự động điều khiển theo thời gian để điều khiển quá trình khởi động động cơ, ảnh hưởng của mô men tải trên trục động cơ, của

mô men quán tính, của điện áp lưới và của điện trở các phần tử đến sự làm việc của hệ thống cần phải được xem xét

* Ảnh hưởng của mô men cản trên trục động cơ M c

Việc chỉnh định thời gian của các rơ le được tiến hành trên cơ sở các đồ thị đặc tính cơ khởi động động cơ một chiều ( hình 1-10) được xây dựng từ các số liệu tính toán và được xác định theo các biểu thức: là thời gian chỉnh định ở mỗi cấp điện trở tham giáa vào quá trình khởi động, trong đó

là hằng số thời gian điện cơ của động cơ ở đặc tính có cấp điện trở phụ ở cấp thứ i với là khoảng biến tháiên tốc độ trên đường đặc tính cơ có cấp điện trở thứ i ở những mô men chuyển đổi , tương ứng; J là mô men quán tính của hệ thống truyền động và động cơ, tính quy đổi về trục động cơ hệ; 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 trước của rơ le là không phù hợp nữa

Khi mô men cản tăng lên lớn hơn trị số tính toán là Mc1 thì mô men động

Mđ = M1 – Mc1 và M2 – Mc1 sẽ giảm nhỏ đi, do đó giáa tốc của hệ sẽ bé đi Vì vậy đến hết thời gian duy trì của rơ le thời gian, tốc độ của động cơ không đạt được giá trị 1 mà thấp hơn, do đó điểm chuyển đổi thấp hơn Điều đó dẫn đến dòng điện và mô men chuyển đổi có thể lớn hơn giá trị cần hạn chế

Theo công thức

1 2

i ci

J T

* Ảnh hưởng của điện áp lưới

Đối với động cơ điện một chiều kích từ song song, giả sử điện áp lưới giảm 10% mà từ thông động cơ vẫn không thay đổi thì tốc độ không tải lý tưởng 0

* Ảnh huởng của điện trở cuộn dây rơ le thời gian

Nhiệt độ tăng lên thì điện trở cuộn dây rơ le 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 còn tuỳ theo từng loại rơ le Thời gian duy trì sẽ giảm đi theo mức độ đốt nóng của cuộn dây và mô men chuyển đổi sẽ tăng lên

có thể vượt quá trị số cho phép

*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 càng giảm đi, dần dần làm cho quá trình tăng tốc càng kéo dài ra

Thiết bị sơ đồ đơn giản làm việc tin cậy, được dùng rộng rãi trong truyền

động điện một chiều cũng như xoay chiều

1.1.3 Nguyên tắc tự động điều khiển theo dòng điện

a) Nội dung nguyên tắc

Dòng điện của động cơ là một thông số rất quan trọng, nó xác định trạng thái của hệ thống truyền động điện, phản ánh trạng thái mang tải bình thường của hệ thống hoặc trạng thái non tải hay quá tải, nó còn phản ánh trạng thái khởi động hay dừng của động cơ Quá trình khởi động động cơ điện, dòng điện khởi động của động cơ thay đổi và cần phải đảm bảo nhỏ hơn trị số định mức cho phép, còn quá trình làm việc của động cơ, dòng điện của động cơ cần phải giáữ một trị số định mức không đổi phù hợp với quá trình công nghệ của máy hoặc quá trình sản xuất và để tăng năng suất thì quá trình dừng động cơ cũng cần được điều khiển vì khi đó thông số dòng điện của động cơ cũng thay đổi Những phần tử thụ cảm sự thay đổi của dòng điện dùng để điều khiển quá trình mở máy, quá trình làm việc và quá trình dừng của động cơ là rơ le dòng điện kiểu điện từ, các công tắc tơ có cuộn dây dòng điện hoặc các khóa điện tử hoạt động theo tín hiệu vào là trị số dòng điện

Điều khiển theo nguyên tắc dòng điện dựa trên cơ sở thông số dòng điện biến đổi của đối tượng điều khiển (động cơ điện, thiết bị điện thuộc mạch động lực), phần tử thụ cảm dòng điện sẽ tạo ra những tín hiệu điều khiển cần thiết làm thay đổi trạng thái của hệ thống Trị số dòng điện tác động của phần tử thụ cảm dòng điện được chỉnh định dựa theo ngưỡng chuyển đổi dòng điện của đối tượng

Để làm rõ cơ sở điều khiển theo nguyên tắc dòng điện ta khảo sát sự biến tháiên các thông số làm việc của mạch động lực khi khởi động động cơ điện

b) Mạch điện các khâu điều khiển điển hình

+) Mạch điện mở máy động cơ một chiều

* Sơ đồ mạch điện

Hình 1.9 Sơ đồ mạch điện khởi động động cơ 1 chiều kích từ song song theo

nguyên tắc dòng điện qua 1 cấp điện trở phụ

*Giới thiệu thiết bị

Động cơ một chiều kích từ song song, công tắc tơ K điều khiển cấp điện cho phần ứng động cơ, điện trở phụ rf tham giáa mạch phần ứng khi động cơ khởi động và được loại ra khỏi mạch phần ứng nhờ công tắc tơ G khi động cơ chuyển sang chế độ làm việc

Rơ le dòng RI, phần tử thụ cảm dòng điện điều khiển quá trình khởi động của động cơ được chọn như sau: Dòng tác động (dòng hút) Itđ < I1; Dòng nhả Inhả

< I2 ; I1, I2 được xác định từ điều kiện khởi động

RKT là rơ le dòng bảo vệ mất kích từ động cơ và khi thiết kế mạch điều khiển phải đảm bảo an toàn cho động cơ một chiều (loại kích từ độc lập và kích

từ song song) khi khởi động và khi dừng Việc kết hợp giáữa rơ le dòng Ri và công tắc tơ Gluôn đảm bảo điện trở phụ được tham giáa vào quá trình khởi động

và không tham giáa quá trình làm việc khi có sự thay đổi đột biến của dòng phần ứng động cơ

*Nguyên lý làm việc

Ấn M, cấp điện cho cuộn dây công tắc tơ ĐG, đóng các tiếp điểm thường

mở ĐG ở mạch điều khiển và mạch động lực để duy trì cấp điện cho cấp điện cho cuộn dây, cho mạch điều khiển và cấp điện cho cuộn dây kích từ của động

cơ Khi cuộn dây rơ le dòng RKT có điện, đóng tiếp điểm KT ở mạch điều khiển, cấp nguồn cho cuộn dây công tắc tơ K, đóng tiếp điểm thường mở K, phần ứng động cơ được cấp điện, động cơ khới động qua một cấp điện trở phụ rf

Quá trình khởi động, tốc độ động cơ tăng dần và dòng phần ứng giảm xuống, khi dòng giảm đến giá trị nhả của rơ le dòng Ri thì rơ le thôi tác động, tiếp điểm thường đóng Ri đóng lại, cuộn dây của công tắc tơ G có điện, tiếp điểm G đóng lại duy trì cấp điện cho cuộn dây G và loại điện trở phụ ra khỏi mạch phần ứng, động cơ kết thúc quá trình khởi động chuyển sang chế độ làm

việc định mức

+) Mạch điện khởi động động cơ ba pha rô to dây quấn

*Sơ đồ mạch điện

Hình 1.10 Sơ đồ mạch điện khởi động động cơ 3 pha rô to dây quấn qua 2

cấp điện trở phụ theo nguyên tắc dòng điện

*Giới thiệu thiết bị

Động cơ không đồng bộ 3 pha ro to dây quấn M được khởi động qua 2 cấp điện trở phụ trong mạch rô to

Công tắc tơ K điều khiển cấp điện cho cuộn dây stator động cơ ;

Công tắc tơ 1K, 2K điều khiển loại dần các điện trở phụ trong mạch rô to ;

Rơ le dòng 1Ri, 2Ri được mắc trong mạch rô to của động cơ, dòng điện nhả (dòng thôi không tác động) được chỉnh định khác nhau

*Nguyên lý làm việc

Dựa trên lý lịch động cơ (nhãn động cơ) xác định dòng điện định mức Iđm

và dòng khởi động Ikđ của động cơ, tiến hành điều chỉnh dòng tác động Itđ của rơ

le dòng 1Ri và 2Ri đảm bảo dòng thôi tác động (dòng nhả) của 1Ri lớn hơn dòng

nhả của 2Ri

Khi khởi động đông cơ, dòng khởi động Ikđ lớn cho nên cả 2 rơ le dòng 1Ri, 2Ri đều tác động Ấn nút mở máy M, công tắc tơ K có điện, do sự khác biệt thời gian tác động của rơ le dòng điện và rơ le điện áp, cả 2 rơ le dòng 1Ri và 2Ri đều tác động mở các tiếp điểm thường kín 1Ri và 2Ri trong mạch điều khiển, nên các cuộn dây của công tắc tơ 1K và 2K không được cấp điện, các tiếp điểm thường mở 1K, 2K mở, hai cấp điện trở phụ được nối trong mạch rô to đảm bảo động cơ khi khởi động, dòng khởi động được hạn chế

Quá trình khởi động, tốc độ động cơ tăng dần đến trị số 1, dòng điện trong mạch ro to giảm xuống tương ứng với giá trị dòng điện nhả của rơ le 1Ri, rơ le dòng 1Ri thôi không tác động nữa, tiếp điểm thường đóng 1Ri trở về trạng thái ban đầu, cấp điện cho công tắc tơ 1K, đóng tiếp điểm thường mở 1K loại Rf1 ra khỏi mạch roto, động cơ tiếp tục khởi động với một cấp điện trở phụ cho đến khi tốc độ đã tăng lên đến trị số 2 = đm và dòng điện trong mạch rô to giảm đạt trị

số nhả của rơ le dòng 2Ri, rơ le dòng 2Ri thôi không tác động nữa, khi đó tiếp điểm thường đóng 2Ri trở về trạng thái ban đầu, công tắc tơ 2K được cấp điện, đóng tiếp điểm thường mở 2K loại tiếp Rf2 ra khỏi mạch ro to, động cơ kết thúc quá trình khởi động và làm việc ở chế độ định mức

+) Mạch điện hãm ngược động cơ xoay chiều ba pha rô to dây quấn

*Sơ đồ mạch điện

Hình 1.11 Sơ đồ mạch điện hãm ngược động cơ xoay chiều 3 pha rô to dây

quấn theo nguyên tắc dòng điện

*Giới thiệu thiết bị

Động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha rô to dây quấn, có đảo chiều quay nhờ 2 công tắc tơ T và N

Công tắc tơ 1K, 2K và H thực hiện đưa vào hoặc loại ra các điện trở phụ trong mạch rô to khi thực hiện khởi động hoặc hãm ngược động cơ

Điện trở phụ rf1, rf2 thực hiện hạn chế dòng khi động cơ khởi động, kết hợp với điện trở phụ rh thực hiện hạn chế dòng điện khi thực hiện hãm ngược động

cơ

Quá trình khởi động, động cơ khởi động qua 2 cấp điện trở phụ r , r quá

phụ vào mạch rô to với trị số lớn hơn khi khởi động

Yêu cầu đối với rơ le hãm RH là:

Khi dòng điện rô to lớn hơn trị số dòng khởi động thì RH phải tác động Khi dòng điện rô to đã giảm nhỏ về gần trị số dòng khởi động (I1) thì RH phải nhả để chuẩn bị cho quá trình khởi động tiếp theo

Bộ điều khiển có 5 vị trí điều khiển:

- Tay gạt ở vị trí giáữa (0) toàn bộ mạch hở ;

- Tay gạt ở vị trí (1,2) phía bên trái điều khiển động cơ quay theo chiều ngược;

- Tay gạt ở vị trí (1,2) phía bên phải điều khiển động cơ quay theo chiều thuận

*Nguyên lý làm việc

Khi hãm ngược, dòng điện trong mạch rôto xuất hiện lớn hơn trị số chỉnh định hút của rơ le dòng điện RH nên RH tác động, mở tiếp điểm RH, cắt điện mạch cấp nguồn cho các cuộn dây của các công tắc tơ H, 1K và 2K bảo đảm cho

cả 3 điện trở Rf1, Rf2, RH tham giáa vào việc hạn chế dòng điện mạch roto Quá trình hãm ngược động cơ được thực hiện, tốc độ động cơ theo chiều cũ giảm dần đến bằng 0 thì dòng điện rôto cũng giảm đến trị số nhả của rơ le RH, rơle RH thội không tác động, tiếp điểm RH đóng lại, công tắc tơ H được cấp điện, đóng tiếp điểm thường mở H điện trở hãm Rh được loại ra khỏi mạch rô to kết thúc quá trình hãm ngược

Quá trình khởi động động cơ qua ba cấp điện trở phụ Rf1, Rf2 được thực hiện theo nguyên tắc thời gian Chuyển tay gạt bộ điều khiển qua vị trí 1 bên phải, cuộn dây của công tắc tơ T có điện, đóng tiếp điểm thường mở T bên mạch động lực cấp điện cho cuộn dây stator động cơ, ban đầu dòng điện khởi động lớn, rơ le dòng RH tác động mở tiếp điểm thường đóng RH bên mạch điều khiển, các cuộn dây công tắc tơ H, 1K, 2K chưa tác động, động cơ sẽ khởi động qua 3 cấp điện trở phụ trong mạch ro to Quá trình khởi động dòng trong mạch

ro to giảm dần đến bằng dòng thôi tác động của rơ le dòng RH, thì rơ le RH thôi tác động tiếp điểm thường đóng RH đóng lại, cuộn dây công tắc tơ H và rơ le thời gian Rth1 có điện đóng tiếp điểm thường mở H loại điện trỏ RH động cơ tiếp tục khởi động qua 2 cấp R phụ, sau thời gian chỉnh đinh của rơ le thời gian Rth1, tiếp điểm thường mở đóng chậm của rơ le đóng lại cuộn dây rơ le thời gian R

và cuộn dây của công tắc tơ 1K có điện, tiếp điểm thường mở của công tắc tơ đóng lại lọai cấp điện trở R2, tiếp tục chuyển tay gạt bộ điều khiển về vị trí số 2 bên phải, sau thời gian chỉnh định tiếp điểm thường mở đóng chậm của rơ le

Rth2 đóng lại cuộn dây công tức tơ 2K có điện, đóng tiếp điểm thường mở 2K bên mạch động lực loại cấp được trở thứ ba, động cơ kết thúc quá trình khởi động chuyển sang chế độ làm việc định mức

Đảo chiều quay động cơ, giả sử động cơ đang chạy thuận, tức tay gạt của

bộ điều khiển đang ở vị trí số 2 bên phải, muốn đảo chiều quay động cơ, quay tay gạt bộ điều khiển sang trái, khi lướt qua vị trí 0 các cuộn cuộn dây của công tắc tơ H, 1K, 2K đều mất điện, điện trở phụ Rf1, Rf2 và điện trở hãm RH được nối vào mạch, quá trình hãm ngược diễn ra như trên Khi tốc độ theo chiều thuận giảm về 0, bộ điều khiển ở vị trí 2 bên trái, RH đóng cấp nguồn cho cuộn H điện trở hãm được loại ra khỏi mạch Đồng thời lúc này Rơle thời gian Rth1 được cấp nguồn, sau 1 khoảng thời gian đóng tiếp điểm thường mở đóng chậm Rth1 cấp nguồn cho cuộn 1K và Rth2 Cuộn 1K có điện đóng tiếp điểm 1K mạch động lực loại cấp điện trở phụ ra khỏi mạch roto; Rth2 có điện sau 1 khoảng thời gian đóng tiếp điểm Rth2, cuộn 2K có điện tiếp tục loại cấp điện trở phụ thứ 2 ra khỏi mạch, động cơ chuyển sang chế độ làm việc bình thường theo chiều ngược

c) Ưu nhược điểm vận dụng nguyên tắc tự động điều khiển theo dòng điện

Sử dụng nguyên tắc tự động điều khiển theo dòng điện trong điều khiển hệ thống truyền động điện có ưu, nhược điểm:

Ưu điểm: Thiết bị đơn giản, sự làm việc của sơ đồ không chịu ảnh hưởng của nhiệt độ cuộn dây công tắc tơ, rơ le

Nhược điểm: Độ tin cậy thấp, có khả năng điều chỉnh giáa tốc ở cấp trung gian nếu động cơ khởi động bị quá tải, dòng điện không giảm xuống đến trị số nhả của rơ le dòng điện

Ứng dụng: Nguyên tắc tự động điều khiển theo dòng điện thường ứng dụng trong tự động điều khiển quá trình khởi động động cơ một chiều kích thích nối tiếp và động cơ xoay chiều rô to dây quấn

1.1.4 Nguyên tắc tự động điều khiển theo hành trình

a) Nội dung nguyên tắc

Nguyên tắc tự động điều khiển theo hành trình được sử dụng khi bộ phận hoặc một khâu nào đó của thiết bị hay công đoạn của dây chuyền sản xuất trong quá trình làm việc phụ thuộc vào không gian của các bộ phận khác nhau hoặc các cơ cấu làm việc khác nhau như: bàn xe dao, bàn máy Khi cần điều khiển một cơ cấu chấp hành chuyển động mà tại một số vị trí trên hành trình làm việc của nó cần có tín hiệu điều khiển để đổi hướng chuyển động hoặc dừng chính xác thì người ta áp dụng nguyên tắc điều khiển theo hành trình

Nguyên tắc tự động điều khiển theo hành trình không đề cập đến việc hạn chế hay thay đổi các thông số của đối tượng điều khiển mà chỉ đề cập đến chức năng đưa tín hiệu để mở máy hoặc dừng máy và nó ấn định phạm vi dịch chuyển

Sử dụng nguyên tắc điều khiển theo hành trình nhằm đảm bảo cho quá trình chuyển động của cơ cấu truyền động theo một hành trình nhất định, đúng trình

tự yêu cầu Một hệ thống xác định được hành trình chuyển động của cơ cấu truyền động thì ta có hệ điều khiển theo nguyên tắc hành trình

Để xác định được hành trình của một cơ cấu truyền động có nhiều cách khác nhau: đo khoảng cách dịch chuyển của cơ cấu chuyển động, xác định vị trí của cơ cấu tại đầu mỗi hành trình, hoặc phát hiện vị trí của cơ cấu khi chuyển động trong một hành trình nhất định

Các phần tử, thiết bị có thể đáp ứng được việc điều khiển hành trình là công tắc hành trình cơ khí - điện, cơ khí - khí nén, khí nén - điện, các loại cảm biến vị trí và đo dịch chuyển

b) Mạch điện các khâu điều khiển điển hình

+) Mạch điện tự động điều khiển đảo chiều di chuyển của đầu bào

Hình 1.12 Mạch điện tự động điều khiển đảo chiều di chuyển của đầu bào

* Giới thiệu thiết bị

Động cơ không đồng bộ 3 pha rô to lồng sóc thực hiện truyền động đầu bào

Điều khiển bằng tay: Đóng áp tô mát chuẩn bị cấp nguồn cho mạch điện

động lực và mạch điện điều khiển, bật công tắc TĐ về vị trí 0

Giả sử tiếp điểm công tắc hành trình K

T

M N

K 1 1

để duy trì và cấp điện cho cuộn dây, tiếp điểm thường đóng S1 mở ra tránh việc hai cuộn dây S1 và S2 có điện đồng thời, đóng tiếp điểm thường mở S1 ở mạch động lực cấp điện để động cơ quay thuận, bộ phận chuyển động trên máy di chuyển từ B đến A trên hành trình định trước, khi chạm vào công tắc hành trình tiếp điểm K1 mở ra và K2 đóng lại, cuộn dây S1 mất điện, công tắc tơ S1 dừng hoạt động, mở các tiếp điểm thường mở S1 mạch động lực động cơ mất điện, bộ phận chuyển động dừng lại

Điều khiển động M quay ngược: Ấn nút MN, cuộn dây công tắc tơ S2 có điện, công tắc tơ S2 làm việc, tiếp điểm thường mở S2 mạch điều khiển đóng lại

để duy trì và cấp điện cho cuộn dây S2, tiếp điểm thường đóng S2 mở ra tránh việc hai cuộn dây S1 và S2 có điện đồng thời, đóng tiếp điểm thường mở S2 ở mạch động lực cấp điện để động cơ quay ngược, bộ phận chuyển động trên máy

di chuyển ngược lại từ A đến B trên hành trình định trước khi chạm vào công tắc hành trình tiếp điểm K2 mở ra và K1 đóng lại cuộn dây S2 mất điện mở tiếp điểm thường mở S2 trong mạch động lực, động cơ mất điện dừng lại, bộ phận chuyển động dừng lại

Trong quá trình điều khiển đầu bào di chuyển từ A đến B hoặc ngược lại muốn dừng đầu bào tại bất cứ điểm nào trên hành trình ta chỉ việc tác động nút

ấn dừng D, khi đó cắt điện các cuộn dây của công tắc tơ S1 và S2 cả hai công tắc

tơ ngừng làm việc sẽ cắt điện động cơ và động cơ sẽ dừng lại

Điều khiển tự động: Giả sử tiếp điểm công tắc hành trình S1 đang kín còn

S2 đang hở Bật công tắc TĐ về vị trí đóng kín

Ấn nút MT cuộn dây công tắc tơ S1 có điện, đồng thời cuộn S3 có điện, hai công tắc tơ S1, S2 làm việc, tiếp điểm thường mở S1 đóng lại để duy trì chế độ tự động đảo chiều động cơ Động cơ M quay thuận bộ phận chuyển động di chuyển

từ B đến A, trên hành trình định trước khi chạm vào công tắc hành trình tiếp điểm K1 mở ra và K2 đóng lại, cuộn dây S1 mất điện, động cơ bị cắt điện theo chiều thuận, đồng thời cuộn dây S2 được cấp điện, tiếp điểm thường mở S2 mạch động lực đóng lại thực hiện tráo 2 trong ba pha cấp điện cho động cơ, động cơ quay theo chiều ngược lại, bộ phận chuyển động được đảo chiều tự động

Hành trình đảo chiều chuyển động của bộ phận chuyển động được thực hiện tự động nhờ sự tự động đảo chiều quay của động cơ do sự tác động của

công tắc hành trình Muốn dừng chuyển động của bộ phận di chuyển trên máy ta chỉ việc ấn nút dừng động cơ

+) Mạch điện đảo chiều hành trình bàn của máy bào giường

Để đảo chiều hành trình bàn của máy bào giường ta thực hiện đảo chiều quay của động cơ điện một chiều kéo bàn máy bằng một trong 2 phương pháp:

có thể đảo chiều dòng kích từ của động cơ (đối với động cơ có công suất lớn) hoặc thực hiện đảo chiều dòng phần ứng của động cơ (đối với động cơ có công suất nhỏ và trung bình), cả hai trường hợp thực hiện bằng cách đảo chiều cực tính nguồn cấp

* Sơ đồ mạch điện

Đảo chiều cực tính nguồn cấp kích từ động cơ

Đảo chiều cực tính nguồn cấp phần ứng động cơ

Hình 1.13 Sơ đồ mạch điện đảo chiều hành trình bàn của máy bào giường

KH