ĐỒ án ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

KHỞI ĐỘNG BẰNG 4 CẤP ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐẤU VÀO MẠCH PHẦN ỨNG 3.. Sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ một chiều khởi động và hãm động năng, quay 2 chiều 1.2.1 Chức năng của các thiết bị trong s

111Equation Chapter 1 Section 1 TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT

KHOA CƠ ĐIỆN

BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HÓA XÍ NGHIỆP MỎ VÀ DẦU KHÍ

-*** -ĐỒ ÁN

ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN :

THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP VỚI CÁC YÊU CẦU :

1 QUAY 2 CHIỀU

2 KHỞI ĐỘNG BẰNG 4 CẤP ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐẤU VÀO MẠCH PHẦN ỨNG

3 DỪNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÃM ĐỘNG NĂNG KÍCH TỪ ĐỘC LẬP

4 ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH KHỞI ĐỘNG VÀ DỪNG THEO NGUYÊN TẮC THỜI GIAN

Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực hiện :

T.s Phan Minh Tạo 1 Nguyễn Thế Phương - 1621060082

2 Phạm Thành Công - 1621060323

3 Nguyễn Anh Dũng - 1611060011

4 Nguyễn Hồng Sơn - 1621060080

Lời mở đầu

Thế giới ngày càng phàt triến thếm nhiếu loài mày moc hiến đài Nhiếu loài đong cớ đà đước phàt minh rà đế phu hớp với tưng cong viếc, tưng muc đích khàc nhàu Do đo nhom ếm xin trính bày vế hế thong điếu khiến đong

cớ mot chiếu kích tư đoc làp

Mong thày quàn tàm nhom chung ếm!

1 Ưu, nhược điểm và ứng dụng của động cơ điện 1 chiều

Ưu điểm của động cơ điện 1 chiều

- Ưu điếm noi bàt đong cớ điến 1 chiếu là co momếnt mớ, mày lớn, do vày kếo đước tà,i nà.ng khi khớ,i đong

- Khà, nà.ng điếu chí,nh toc đo và quà tà,i tot

- Tiết kiếm điến nà.ng

- Tuoi tho lớn

Nhược điểm của động cơ điện 1 chiều

- Bo phàn co gop co càu tào phưc tàp, đà1t tiến nhưng thướng hư ho,ng trong quà trính vàn hành nến càn bà,o dướng, sư,à chưà thướng xuyến

- Tià lư,à điến phàt sinh trến co gop và choi thàn sế gày nguy hiếm trong moi trướng dế3 chày no

- Già thành đà1t, cong suàt khong cào

Ứng dụng động cơ điện 1 chiều

Ư5ng dung cu,à đong cớ điến 1 chiếu cung ràt đà dàng và hàu hết trong moi lính vưc cu,à đới song Trong tivi, trong đài FM, o đíà DC, mày in- photo, mày cong nghiếp, đà.c biết trong cong nghiếp giào thong vàn tà,i, và càc thiết bi càn điếu khiến toc đo quày liến tuc trong phàm vi lớn (vd: trong mày càn thếp, mày cong cu lớn, đàu mày điến )

1.1 Cấu tạo

*Stator: (Phàn tính)

- Cực từ chính:

+ Là phàn sinh rà tư trướng gom loi sà1t cưc tư và dày quàn kích tư

+ Loi thếp: gom nhiếu là thếp ky thuàt điến hày thếp càcbon ghếp lài với nhàu

+ Dày quàn kích tư: đước quàn bà>ng dày đong đà.t trến cưc tư và mà1c noi tiếp với nhàu

- Cực từ phụ:

Đước làm bà>ng thếp khoi trến thàn co đà.t giày quàn, đà.t giưà cưc tư chính dung đế cà,i thiến đoi chiếu, triết tiếu tià lư,à điến trến choi thàn

- Vỏ máy: (Gông từ)

Làm nhiếm vu kết càu và làm màch tư noi liến càc cưc tư

- Các bộ phận khác:

+ Nà1p mày: Bà,o vế càc bo phàn bến trong mày

+ Cớ càu choi thàn: Đế đưà điến tư phàn quày rà ngoài hoà.c ngước lài

*Rotor: (Phàn quày)

- Lõi sắt phần ứng:

Đế dà3n tư trướng dung thếp là ky thuàt điến co sớn càch điến 2 mà.t roi ếp chà.t lài đế già,m ton hào do dong điến xoày gày nến Trến càc là thếp co dàp càc rành đế đà.t dày quàn Ngới rà càc mày lớn con co càc rành thong gio ngàng truc

- Dây quấn phần ứng:

+ Là phàn sinh rà sưc điến đong và cho dong điến chày quà

+ Dày quàn thướng đước làm bà>ng đong co boc càch điến

+ Dày co tiết diến tron đoi với càc mày điến nho, và tiết diến hính chư nhàt đoi với mày điến vưà và nho,

- Cổ góp:

+ Dày quàn phàn ưng đước noi rà co gop

+ Co gop thướng đước làm bà>ng nhiếu phiến đong mo,ng đước càch điến với nhàu bà>ng nhưng tàm mikà và hớp thành mot tru tron

- Chổi than:

Mày co bào nhiếu cưc thí co bày nhiếu choi thàn càc choi thàn cưng

cư tính đước noi với nhàu đế co mot cưc àm hày dướng duy nhàt

- Các bộ phận khác: Cánh quạt, Trục máy.

1.2 Sơ đồ nguyên lý

(Sơ đồ mạch lực và sơ đồ mạch điều khiển)

M

KT A

T

N

RH

Rh

H T

1K 2K

3K 4K

1Rth

2Rth

3Rth

4Rth

D MT N

T

T

N MN

T

N

T

N

RH

1Rth

2Rth

3Rth

4Rth

1K

2K

3K

4K

H RH

N T

B

Hình 2 Sơ đồ nguyên lý điều khiển động cơ một chiều khởi động và hãm động năng, quay 2 chiều

1.2.1 Chức năng của các thiết bị trong sơ đồ nguyên lý

TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU CHỨC NĂNG

Áp tô mát mạch lực A cung cấp nguồn và bảo vệ mạch lực

Aptomat mạch điều B cấp nguồn và bảo vệ mạch điều khiển

Nút nhấn D dừng động cơ

MT điều khiển động cơ quay theo chiều thuận

MN điều khiển động cơ quay theo chiều ngược Contactor T điều khiển tiếp điểm T

N điều khiển tiếp điểm N K1 điều khiển tiếp điểm K1, cắt điện trở phụ r1 K2 điều khiển tiếp điểm K2, cắt điện trở phụ r2 K3 điều khiển tiếp điểm K3, cắt điện trở phụ r3 K4 điều khiển tiếp điểm K4, cắt điện trở phụ r4

Role H điều khiển tiếp điểm H để thực hiện hãm Role trung gian RH điều khiển rơ le hãm động năng H

Role thời gian 1Rth đếm thời gian t c đ 1điều khiển tiếp điểm 1Rth

2Rth đếm thời gian t c đ 2điều khiển tiếp điểm 2Rth 3Rth đếm thời gian t c đ 3điều khiển tiếp điểm 3Rth 4Rth đếm thời gian t c đđiều khiển tiếp điểm 4Rth

1.2.2 Nguyên lý điều khiển hệ thống

1 Chuẩn bị khởi động:

Đóng aptomat A, B cung cấp nguồn cho mạch lực, mạch điều khiển, mạch cuộn dây kích thích của động cơ Role thời gian 1Rth, 2Rth,

3Rth, 4Rth có điện, tiếp điểm thường đóng đóng chậm 1Rth, 2Rth, 3Rth, 4Rth mở

2 Điều khiển khởi động và làm việc :

Muốn động cơ quay theo chiều thuận ta tiến hành nhấn nút khởi động MT, contactor T tác động, role thời gian 1Rth, 2Rth, 3Rth, 4Rth mất điện, động cơ được cung cấp điện và khởi động trên đặc tính biến trở :

R∑1= R u+ r1 +r2 + r3 + r4

Do có điện áp trên phần ứng của động cơ nên rơ le RH tác động Sau khoảng thời gian chỉ định t cđ 1 rơ le thời gian 1Rth tác động, tiếp điểm thường đóng đóng chậm 1Rth đóng lại, công tắc tơ 1K tác động, điện trở phụ r1 được loại ra khỏi mạch phần ứng, động cơ được cấp điện và khởi động trên đặc tính biến trở:

R∑2= R u +r2 + r3+ r4

Sau khoảng thời gian chỉ định t cđ 2 rơ le thời gian 2Rth tác động, tiếp điểm thường đóng đóng chậm 2Rth đóng lại, công tắc tơ 2K tác động, điện trở phụ r2 được loại ra khỏi mạch phần ứng, động cơ được cấp điện và khởi động trên đặc tính biến trở:

R∑3= R u+ r3+ r4

Sau khoảng thời gian chỉ định t cđ 3 rơ le thời gian 3Rth tác động, tiếp điểm thường đóng đóng chậm 3Rth đóng lại, công tắc tơ 3K tác động, điện trở phụ r3 được loại ra khỏi mạch phần ứng, động cơ được cấp điện và khởi động trên đặc tính biến trở:

R∑4= R u+ r4

Sau khoảng thời gian chỉ định t cđ 4 rơ le thời gian 4Rth tác động, tiếp điểm thường đóng đóng chậm 4Rth đóng lại, công tắc tơ 4K tác động, điện trở phụ r4 được loại ra khỏi mạch phần ứng, động cơ chuyển sang tăng tốc trên đặc tính tự nhiên R u, cuối quá trình khởi động sẽ làm việc ổn định tại LV

3 Dừng động cơ bằng phương pháp hãm động năng:

Khi muốn dừng ta tiến hành ấn nút dừng D, công tắc tơ T mất điện, phần ứng của động cơ không được cung cấp điện Do vẫn còn sức điện động nên rơ le RH vẫn tác động, khi tiếp điểm thường đóng T đóng lại thì

rơ le hãm động năng H tác động, điện trở hãm động năng R h được đưa vào mạch phần ứng Quá trình hãm động năng kích từ độc lập xảy ra, tốc

độ động cơ giảm dần về 0 Khi điện áp không đủ duy trì thì rơ le RH không tác động, rơ le H mất điện, điện trở R hbị loại ra, quá trình hãm động năng kết thúc

4 Điều khiển đảo chiều:

Muốn động cơ làm việc vói chiều quay ngược, ta tiến hành ấn nút khởi động MN, quá trình khởi động tương tự như với chiều thuận

1.2.3 Đặc tính biểu diễn các chế độ làm việc

1

8 9 LV

1'

2' 3'

4' 5'

6' 7'

8' 9'

LV’

10

10'

Mc -Mc

ω ωo

ωlv

Hình 3 Đặc tính biểu diễn các chế độ làm việc

Theo chiều quay thuận của động cơ :

Đặc tính khởi động : 1 → 2 → 3 → 4 → 5 → 6 → 7 → 8 → 9 →LV

Đặc tính hãm động năng và dừng : LV → ω lv → 10 → 0

Đảo chiều : 1’ → 2’ → 3’ → 4’ → 5’ → 6’ → 7’ → 8’ → 9’ →LV’

Đặc tính hãm và dừng khi đảo chiều : LV’ → ω' lv → 10’ → 0

1.2.4 Ưu nhược điểm

- Thiết bị đơn giản, tin cậy, an toàn

- Do thời gian chỉnh định cố định nên với hệ thống có M c, J thay đổi thì quá trình khởi động không chính xác nữa cần phải chỉnh định lại cho phù hợp

- Khi điện áp cung cấp giảm thấp, mô mem khởi động thứ cấp giảm nhỏ, quá trình khởi động sẽ bị kéo dài trên đặc tính tự nhiên

2 Lựa chọn thiết bị

2.2 Động cơ (M)

Động cơ một chiều kích từ độc lập

Cấu tạo động cơ điện một chiều

Động cơ điện một chiều có cấu tạo hai phần riêng biệt: phần cảm bố trí ở phần tĩnh (stato), phần ứng (roto)

A.Phần tĩnh (stator)

Cực từ chính, cực từ phụ, cổ góp, các bộ phận khác

1 Bulông 2.Vỏ máy 3 Lõi sắt cực từ 4.dây quấn kích từ

H1: Cực từ chính của động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

A Phần tĩnh (stator)

B.Phần động (Roto)

Lõi sắt phần ứng, dây quấn phần ứng, cổ góp, các bộ phận khác

1.Rãnh lỗ 2 Thông gió

H2: Lõi sắt phần ứng

2.3 Contactor(T, N, H, K1, K2, K3, K4)

Công tắc tơ là khí cụ điện để đóng, ngắt thường xuyên các mạch điện động lực, từ xa, bằng tay (thông qua nút bấm) hoặc tự động Việc đóng cắt công tắc tơ có thể được thực hiện bằng nam châm điện, thủy lực hoặc khí nén Thông thường sẽ sử dụng nam châm điện để đóng cắt công tắc tơ

Một số loại contactor:

Các thông số cơ bản của contactor gồm:

- Điện áp Ui: là điện áp chịu được khi làm việc của contactor, nếu vượt quá điện

áp thì contactor sẽ bị phá hủy, hỏng

- Điện áp xung chịu đựng: Uimp, khả năng chịu đựng điện áp xung của contactor

- Điện áp Ue: giải điện áp mà contactor chịu được, trên mỗi contactor thời ghi

rõ dải dòng và áp làm việc mà nó chịu đựng được

- Dòng điện In: là dòng điện chạy qua tiếp điểm chính của contactor khi làm việc (tải định mức và điện áp định mức)

- Dòng điện ngắn mạch Icu: dòng điện mà contactor chịu đựng được trong vòng 1s, thường nhà sản xuất cung cấp theo loại contactor

- Điện áp cuộn hút Uax: theo mạch điều khiển ta chọn, là DC 110V hay 220V nhưng thông thường chọn theo kinh nghiệm như sau:

- Idm = Itt x 2

- Iccb = Idm x 2

- Ict = (1,2-1,5)Idm

Ta nên chọn dòng contactor cao hơn để đảm bảo làm việc lâu dài nhưng cũng phù hợp, không nên cao quá sẽ tăng chí phí và thay đổi thiết kế khi kích thước thay đổi

2.4 Rơ le trung gian (RH)

Rơ le trung gian là một kiểu nam châm điện có tích hợp thêm hệ thống tiếp

điểm Rơle trung gian còn gọi là rơ le kiếng là một công tắc chuyển đổi

hoạt động bằng điện Gọi là một công tắc vì rơ le có hai trạng thái ON và OFF Rơ le ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dòng điện chạy qua

rơ le hay không

3

2.3.1 Các loại rơ le trung gian

- Rơ le trung gian 12v

- Rơle trung gian 8 chân

- Rơ le trung gian 14 chân

- Rơle trung gian 220v

…

2.3.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của rơ le trung gian

- Cấu tạo của rơ le trung gian

Thiết bị nam châm điện này có thiết kế gồm lõi thép động, lõi thép tĩnh và cuộn dây Cuộn dây bên trong có thể là cuộn cường độ, cuộn điện áp, hoặc

cả cuộn điện áp và cuộn cường độ Lõi thép động được găng bởi lò xo cùng định vị bằng một vít điều chỉnh Cơ chế tiếp điểm bao gồm tiếp điểm nghịch

và tiếp điểm nghịch

- Nguyên lý hoạt động

+Khi có dòng điện chạy qua rơ le, dòng điện này sẽ chạy qua cuộn dây bên trong và tạo ra một từ trường hút Từ trường hút này tác động lên một đòn bẩy bên trong làm đóng hoặc mở các tiếp điểm điện và như thế sẽ làm thay đổi trạng thái của rơ le Số tiếp điểm điện bị thay đổi có thể là 1 hoặc nhiều, tùy vào thiết kế

+Rơ le có 2 mạch độc lập nhau họạt động Một mạch là để điều khiển cuộn dây của rơ le: Cho dòng chạy qua cuộn dây hay không, hay có nghĩa là điều khiển rơ le ở trạng thái ON hay OFF Một mạch điều khiển dòng điện ta cần kiểm soát có qua được rơ le hay không dựa vào trạng thái ON hay OFF của

rơ le

2.3.3 Công dụng của rơle trung gian

Công dụng của Rơle trung gian là làm nhiệm vụ "trung gian" chuyển tiếp mạch điện cho một thiết bị khác, ví như bộ bảo vệ tủ lạnh chẳng hạn-khi điện yếu thì rơle sẽ ngắt điện ko cho tủ làm việc còn khi điện hoẻ thì nóp lại cấp điện bình thường.Trong bộ nạp ắc quy xe máy, ô tô thì khi máy phát điện đủ khoẻ thì rơ le trung gian sẽ đóng mạch nạp cho ác quy

3.2 Rơ le thời gian (1Rth, 2Rth, 3Rth, 4Rth)

Rơle thời gian là một rơle có chức năng tạo ra thời gian duy trì cần thiết khi truyền tín hiệu từ một thiết bị này sang một thiết bị khác, thời gian này có thể vài giây cho đến hàng giờ Ở đây rơ le thời gian có nhiệm vụ chỉ định thời gian đóng tiếp điểm Rth, điều khiển contactor K

Một số hình ảnh về rơ le thời gian :

Thời gian chậm thực hiện bởi rơ le phải ổn định ít phụ thuộc vào các yêu

tố khác như điện áp nguồn,dòng điện,nhiệt độ môi trường……

3.3 Điện trở phụ (r1, r2, r3, r4)

Trong quá trình tính toán điện trở phụ cần thiết ta có thể bỏ qua giá trị điện trở tiếp xúc của chổi than, điện trở cuộn cực từ phụ, điện trở cuộn dây phần ứng

3.4 Điện trở hãm (R h)

Ta cần chọn điện trở hãm sao cho dòng hãm ban đầu nằm trong giới hạn dòng cho phép : I hđ = (2 ÷ 2,5) I đm

3.5 Aptomat (A, B)

3.4.1 Khái niệm : CB là khí cụ điện dung để đóng ngắt mạch điện, có công dụng bảo vệ quá tải, ngắn mạch, sụt áp… mạch điện

3.4.2 Cấu tạo :

a Tiếp điểm

CB thường được chế tạo có hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm 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 điềm chính Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính mở trước, sau 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 Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm chính

b Hộp dập hồ quang

Để CB dập được hồ quang trong tất cả các chế độ làm việc của lưới điện, người ta thường dùng hai kiểu thiết bị dập hồ quang là: kiểu nửa kín và kiểu hở Kiểu nửa kín được đặt trong vỏ kín của CB và có lỗ thoát khí Kiểu này có dòng điện giới hạn cắt không quá 50KA Kiểu hở được dùng khi giới hạn dòng điện cắt lớn hơn 50KA hoặc điện áp lớn 1000V(cao áp)

Trong buồng dập hồ quang thông dụng, người ta dùng những tấm thép xếp thành lưới ngăn, để phân chia hồ quang thành nhiều đọan ngắn thuân lợi cho việc dập tắt hồ quang

c Cơ cấu truyền động cắt CB

Truyền động cắt CB thường có hai cách : bằng tay và bằng cơ điện điện từ, động cơ điện)

Điều khiển bằng tay được thực hiện với các CB có dòng điện định mức không lớn hơn 600A Điều khiển bằng điện từ (nam châm điện) được ứng dụng

ở các CB có dòng điện lớn hơn (đến 1000A)

Để tăng lực điều khiển bằng tay người ta dùng một tay dài phụ theo nguyên

lý đòn bẩy Ngoài ra còn có cách điều khiển bằng động cơ điện hoặc khí nén

d Móc bảo vệ

CB tự động cắt nhờ các phần tử bảo vệ – gọi là móc bảo vệ, sẽ tác động khi mạch điện có sự cố quá dòng điện (quá tải hay ngắn mạch) và sụt áp

+ Móc bảo vệ quá dòng điện (còn gọi là bảo vệ dòng điện cực đại) để bảo

vệ thiết bị điện không bị quá tải và ngắn mạch, đường thời gian – dòng điện của móc bảo vệ phải nằm dưới đường đặc tính của đối tượng cần bảo vệ Người ta thường dùng hệ thống điện từ và rơle nhiệt làm móc bảo vệ, đặt bên trong CB Móc kiểu điện từ có cuộn dây mắc nối tiếp với mạch chính, cuộn dây này được quấn tiết diện lớn chịu dòng tải và ít vòng Khi dòng điện vượt quá trị số cho phép thì phần ứng bị hút và móc sẽ dập vào khớp rơi tự do, làm tiếp điểm của CB mở ra Điều chỉnh vít để thay đổi lực kháng của lò xo, ta có thể điều chỉnh được trị số dòng điện tác động Để giữ thời gian trong bảo vệ quá tải kiểu điện từ, người ta thêm một cơ cấu giữ thời gian (ví dụ bánh xe răng như trong

cơ cấu đồng hồ) khí nén