Đề cương bài giảng Trang bị điện 1

Chương 1: Các nguyên tắc khống chế hệ thống truyền động điện. 1-1. Những vấn đề chung về hệ thống trang bị điện - tự động hoá các máy sản xuất I-1-1. Khái quát về hệ thống trang bị điện - tự động hoá các máy sản xuất 1. Chức năng, nhiệm vụ của hệ thống TBĐ -TĐH các máy sản xuất a. Chức năng: * Hệ thống TBĐ-TĐH các máy sản xuất là tổng hợp các thiết bị điện được lắp ráp theo một sơ đồ phù hợp nhằm đảm bảo cho các máy sản xuất thực hiện nhiệm vụ sản xuất * Hệ thống TBĐ-TĐH các máy sản xuất giúp cho việc Nâng cao năng suất máy Đảm bảo độ chính xác gia công Rút ngắn thời gian máy Thực hiện các công đoạn gia công khác nhau theo một trình tự cho trước. * Hệ thống TBĐ-TĐH cần có: Các thiết bị động lực Các thiết bị điều khiển Các phần tử tự động Nhằm tự động hoá một phần hoặc toàn bộ các quá trình sản xuất của máy, hệ thống TBĐ-TĐH sẽ điều khiển các bộ phận công tác thực hiện các thao tác cần thiết với những thông số phù hợp với quy trình sản xuất. b. Nhiệm vụ của hệ thống TBĐ-TĐH: * Nhận và biến đổi năng lượng điện thành dạng năng lượng khác để thực hiện nhiệm vụ sản xuất thông qua bộ phận công tác * Khống chế và điều khiển bộ phận công tác làm việc theo trình tự cho trước với thông số kỹ thuật phù hợp. * Góp phần nâng cao năng suất, chất lượng, hiệu quả của quá trình sản xuất, giảm nhẹ điều kiện lao động cho con người. * Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị trong quá trình sản xuất. 2. Kết cấu của hệ thống TBĐ-TĐH: a. Phần thiết bị động lực: Là bộ phận thực hiện việc biến đổi năng lượng điện thành các dạng năng lượng cần thiết cho quá trình sản xuất. Thiết bị động lực có thể là: * Động cơ điện * Nam châm điện, li hợp điện từ trong các truyền động từ động cơ sang các máy sản xuất hay đóng mở các van khí nén, thuỷ lực... * Các phần tử đốt nóng trong các thiết bị gia nhiệt... * Các phần tử phát quang như các hệ thống chiếu sáng... * Các phần tử R, L, C, để thay đổi thông số của mạch điện để làm thay đổi chế độ làm việc của phần tử động lực b. Thiết bị điều khiển: Là các khí cụ đóng cắt, bảo vệ, tín hiệu nhằm đảm bảo cho các thiết bị động lực làm việc theo yêu cầu của máy công tác. Các trạng thái làm việc của thiết bị động lực được đặc trưng bằng: Tốc độ làm việc của các động cơ điện hay của máy công tác Dòng điện phần ứng hay dòng điện phần cảm của động cơ điện Mômen phụ tải trên trục động cơ... Tuỳ theo quá trình công nghệ yêu cầu mà động cơ truyền động có các chế độ công tác khác nhau. Khi động cơ thay đổi chế độ làm việc, các thông số trên có thể có giá trị khác nhau. Việc chuyển chế độ làm việc của động cơ truyền động được thực hiện tự động nhờ hệ thống điều khiển. Như vậy: Hệ thống khống chế truyền động điện là tập hợp các khí cụ điện và dây nối được lắp ráp theo một sơ đồ nào đó nhằm đáp ứng việc việc điều khiển, khống chế và bảo vệ cho phần tử động lực trong quá trình làm việc theo yêu cầu công nghệ đặt ra. I-1-2. Chức năng, yêu cầu của hệ thống khống chế truyền động điện. 1. Các chức năng của hệ thống khống chế truyền động điện a. Đóng cắt: Là quá trình đưa phần tử động lực vào hoặc ra khỏi mạch điện để thay đổi trạng thái làm việc của hệ thống truyền động Chức năng đóng cắt do các khí cụ đóng cắt thực hiện Các thiết bị đóng cắt bao gồm: Cầu dao, áp tômát Côngtăctơ, khởi động từ Nút ấn, công tắc hành trình Bộ khống chế chỉ huy hay động lực..... Kết quả hoạt động của quá trình đóng cắt sẽ đưa hệ thống động lực đến trạng thái làm việc mới trong đó có ít nhất một thông số đặc trưng của hệ thống động lực nhận giá trị mới. b. Khống chế: Nhằm đảm bảo cho quá trình đóng cắt xảy ra đúng thời điểm, đúng trình tự yêu cầu. Nhờ chức năng khống chế của hệ thống mà thiết bị động lực sẽ làm việc với tốc độ, dòng điện, mô men,thời gian, trình tự theo yêu cầu của quy trình công nghệ đòi hỏi. Chức năng khống chế do các khí cụ khống chế thực hiện Các khí cụ khống chế bao gồm: Các loại rơle như rơle điện áp, dòng điện, tốc độ, thời gian Công tắc hành trình Các phần tử tự động như đát trích nhiệt độ, đát trích kiểm tra kích thước, áp suất,... Các khí cụ khống chế đóng vai trò là các phần tử tín hiệu, còn các khí cụ đóng cắt là phần tử chấp hành. c. Bảo vệ: Nhằm đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị trong quá trình sản xuất. Chức năng bảo vệ do các khí cụ bảo vệ thực hiện. Các khí cụ bảo vệ bao gồm cầu chì, áp tômat, rơ le nhiệt, rơle dòng điện, điện áp, công tắc cực hạn.... 2. Các yêu cầu của hệ thống khống chế truyền động điện: a. Phù hợp nhất với quy trình công nghệ: Đây là yêu cầu quan trọng nhất của hệ thống khống chế vì hệ thống khống chế được hình thành từ yêu cầu công nghệ. Một hệ thống khống chế được gọi là "phù hợp nhất với quy trình công nghệ" phải có các đặc điểm sau: - Động cơ điện truyền động phải có đặc tính cơ và đặc tính điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất mà nó dẫn động - Động cơ phải có được các chế độ công tác cần thiết đáp ứng được đòi hỏi của máy công tác. Khi đó hệ thống truyền động sẽ được khai thác triệt để nhất về mặt công suất, hiệu suất, nâng cao được hiệu quả kinh tế- kỹ thuật của phương án lựa chọn. b. Kết cấu đơn giản, tác động tin cậy: Tính đơn giản được thể hiện: - Kết cấu của thiết bị đơn giản. - Sử dụng ít chủng loại thiết bị. Số lượng thiết bị là ít nhất. - Số lượng và chiều dài dây nối là ít nhất. Tính tin cậy được thể hiện: - Thiết bị phải có thống số và đặc tính làm việc ít biến đổi theo thời gian và điều kiện môi trường - Thiết bị co tuổi thọ về cơ, điện, tần số đóng cắt phù hợp với đặc tính của máy công tác. c. Thuận tiện, linh hoạt trong điều khiển: Tính linh hoạt: Một hệ thống điều khiển được coi là linh hoạt khi nó nhanh chóng và dễ dàng: - Chuyển từ chế độ điều khiển bằng tay sang điều khiển tự động, bán tự động và ngược lại. - Chuyển từ khối làm việc sang khối dự phòng và ngược lại. - Chuyển từ quy trình làm việc này sang quy trình làm việc khác. Tính thuận tiện: Tính thuận tiện trong điều khiển nghĩa là: - Từ một chỗ có thể điều khiển được nhiều đối tượng. - Từ nhiều chỗ điều khiển được một đối tượng. d. Đơn giản cho kiểm tra và phát hiện sự cố: Quá trình hoạt động của hệ thống kỹ thuật nói chung cũng như hệ thống truyền động điện nói riêng có thể xảy ra các chế độ làm việc không mong muốn hoặc sự cố. Các chế độ này thường gây thiệt hại về nhiều mặt. Do đó khi xuất hiện các chế độ này cần nhanh chóng loại bỏ để giảm thiểu những thiệt hại do chúng mang lại. Việc thiết kế và xây dựng hệ thống phải làm sao cho cho nhân viên vận hành có các xử lý đúng đắn trong quá trình làm việc đồng thời giúp cho nhân viên sửa chữa thuận tiện cho việc bảo dưỡng, thay thế và nhanh chóng phát hiện ra các phần mạch bị sự cố Khi thiết kế và xây dựng hệ thống nên bố trí thiết bị theo các quy tắc: * Bố trí thiết bị thành nhóm theo từng cụm chức năng của sơ đồ * Các nhóm khác nhau được cung cấp từ cầu dao, cầu chì riêng * Các cụm quan trọng phải có tín hiệu báo về tình trạng làm việc bình thường hay sự cố của chúng bằng âm thanh, ánh sáng * Các thiết bị phải thường xuyên kiểm tra bảo dưỡng phải được bố trí ở chỗ thuận tiện cho xem xét, tháo lắp thay thế, sửa chữa * Đặt ký hiệu và số hiệu đầu nối của dây dẫn * Sử dụng các dây dẫn với màu sắc khác nhau e.Tác động phân minh lúc bình thường cũng như khi có sự cố: Hoạt động của mạch phải tốt cả khi vận hành bình thường cũng như khi có sự cố. Không được tạo ra các mạch giả khi có sự hoạt đông không bình thường của mạch. Mạch phải được thiết kế đảm bảo sao cho khi nhân viên vận hành tthao tác nhầm, không để gây ra sự cố. g. Kích thước và giá thành nhỏ nhất Kích thước và giá thành của hệ thống điều khiển ảnh hưởng đáng kể đến kích thước và giá thành của máy. Do đó việc tính toán, thiết kế hệ thống truyền động phải được chú trọng nhưng phải đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật, chắc chắn và tính mỹ thuật cho cả máy h. An toàn và các yêu cầu khác An toàn cho người và thiết bị trong quá trình khai thác, vận hành thiết bị là yêu cầu quan trọng. Khi thiết kế và xây dựng hệ thống cần dự kiến đến các chế độ làm việc xấu và sự cố để có các phương án bảo vệ cần thiết, đồng thời phải có các biện pháp đảm bảo an toàn cho người vận hành và những người liên quan. Ngoài các biện pháp kỹ thuật phải có cả các biện pháp quản lý như hệ thống biển báo, biển cấm đối với những khu vực hoặc những thiết bị có nguy cơ gây mất an toàn cho người và thiết bị Ngoài ra cón các yêu cầu phụ như yêu cầu về môi trường làm việc (khói bụi, hóa chất ăn mòn, phòng chống cháy nổ ) từ đó lựa chọn thiết bị điện theo đúng yêu cầu làm việc. 1.1.3. Các loại sơ đồ điện: a. Sơ đồ khai triển: Là sơ đồ thể hiện đâỳ đủ tất cả các phần tử của mạch điện. Trong sơ đồ này các máy điện, khí cụ điện được thể hiện dưới dạng khai triển, trong đó vị trí của các chi tiết, phần tử của máy điện, khí cụ điện trên sơ đồ không xét đến vị trí tương quan thực tế của chúng, mà chỉ xét đến vị trí thực hiện chức năng của nó. Ví dụ: Côngtăctơ gồm các bộ phận chính là cuộn dây (cuộn hút), các tiếp điểm chính, các tiếp điểm phụ thường mở, thường kín....Mỗi chi tiết có một chức năng riêng. - Cuộn hút: quyết định đến trạng thái làm việc của công tắc tơ. Khi cuộn hút có điện (và đủ trị số tác động) nó sẽ mở các tiếp điểm thường kín, đóng các tiếp điểm thường hở. Như vậy vị trí của cuộn hút là ở mạch điều khiển. - Các tiếp điểm chính: Để cho dòng điện cấp cho động cơ chạy qua. Vậy vị trí của chúng là ở mạch điện cấp cho động cơ hay còn gọi là mạch động lực. - Các tiếp điểm phụ tuỳ thuộc nó điều khiển đối tượng nào thì vị trí của chúng sẽ được vẽ ở trong mạch cấp điện cho đối tượng đó như tiếp điểm tự giữ là tiếp điểm cấp điện cho cuộn hút của công tắc tơ nên nó được vẽ trong mạch cuộn dây công tăc tơ.... - Tiếp điểm thường hở của công tắc tơ là tiếp điểm mà ở trạng thái cuộn dây không có điện hoặc có mà không đủ để hút mạch từ (trạng thái thường) nó ở trạng thái ngắt mạch điện. Khi cuộn dây có dòng điện (đủ trị số) chạy qua, ta nói cuộn dây có điện, thì tiếp điểm sẽ đóng lại - Tiếp điểm thường kín thì ngược lại, khi cuộn dây không có điện (hoặc có nhưng không đủ hút) nó ở trạng thái kín mạch. Khi cuộn dây tác động, thiếp điểm thường kín sẽ mở ra. Trên sơ đồ khai triển thiết bị điện được biểu diễn ở trạng thái thường, nghĩa là trạng thái thiết bị không chịu tác động về cơ, điện, nhiệt, quang. Ví dụ: - Cầu dao điện, công tắc, áp tô mát vẽ ở trạng thái hở mạch điện (không có tác động cơ học - tay người tác động vào để đóng mạch điện. - Rơ le, công tắc tơ vẽ ở trạng thái cuộn dây không có điện, tiếp điểm thường hở ở trạng thái hở mạch điện, tiếp điểm thường kín ở trạng thái đóng mạch điện. . .... Sơ đồ khai triển gồm 2 phần mạch là: Mạch động lực: cấp điện cho động cơ qua cầu dao, cầu chì, tiếp điểm chính của côngtăctơ... vẽ bằng nét đậm. Mạch điều khiển: gồm các nút ấn điều khiển, công tắc hành trình, cuộn dây các rơle, công tăc tơ, các tiếp điểm phụ... vẽ bằng nét mảnh. Tên của các thiết bị điện được đặt theo nhiệm vụ của nó và viết tắt bằng các chữ cái bên cạnh, phía trên bên phải.Tất cả các chi tiết của cùng một thiết bị đều có cùng tên gọi. (cuộn dây K, tiếp điểm K. Rơle RH, tiếp điểm RH...) Các điểm nối phải đánh số thứ tự để thuận lợi cho việc sử dụng sơ đồ, dễ lắp ráp... b. Sơ đồ nguyên lí: Là một dạng của sơ đồ khai triển đơn giản hoá nhằm giúp người đọc hiểu được nguyên lí làm việc của sơ đồ hoặc của một khâu nào đó của hệ thống tự động. Trong sơ đồ nguyên lí chỉ để lại các mạch chính biểu thị máy điện, các khí cụ điện có thể nêu được nguyên lí làm việc của sơ đồ. Những chi tiết, phần tử không liên quan đến nguyên lý làm việ cuả sơ đồ thì không cần vẽ. Ví dụ cầu dao, cầu chì, cuộn dây kích từ của máy điện một chiều kích thích độc lập.... c. Sơ đồ lắp ráp: Là sơ đồ giới thiệu vị trí lắp đặt thực tế của thiết bị điện trong tủ điều khiển và ở các bộ phận khác của máy, chỉ rõ đường dây nối giữa các khí cụ, thiết bị, kể cả tiết diện của dây dẫn và số hiệu của nó. Các thiết bị của máy được bố trí tại 3 nơi: Động cơ điện, rơ le tốc độ, áp tômat, công tăc hành trình...được bố trí tại máy. Các khí cụ tự động như rơ le điện áp, dòng điện, côngtăctơ, khởi động từ, biến áp chỉnh lưu... đặt trong tủ điện. Các khí cụ cần quan sát như các loại đồng hồ chỉ thị, các đèn tín hiệu, nút ấn, các khoá điều khiển... bố trí trên bảng điện. Sơ đồ lắp ráp phải vẽ theo một tỉ lệ xích nhất định, phải ghi rõ kích thước của bản điện, tủ điện, kích thước của khí cụ điện... Các đầu dây ở từng khối đều được đánh số thống nhất với sơ đồ nguyên lí. Các dây dẫn đi theo một chiều được bó thành một bó... Sơ đồ lắp ráp dùng cho lắp ráp hoặc sửa chữa khi có hỏng hóc. 3. Bảng kí hiệu các chi tiết, phần tử của thiết bị điện trên sơ đồ nguyên lý. Khi xây dựng sơ đồ nguyên lý mạch điện, cần tuân thủ các ký hiệu thể hiện của các chi tiết, phần tử của thiết bị điện trên sơ đồ. Bảng ký hiệu sau giới thiêu một số ký hiệu thường dùng trong các sơ đồ nguyên lý mạch điện trang bị điện tự động hóa cácmáy sản xuất. TT Tên gọi Ký hiệu Động cơ điện một chiều a/ Kích từ độc lập b/ Kích từ nối tiếp c/ Kích từ song song d/ Kích từ hỗn hợp Động cơ điện xoay chiều a/ Không đồng bộ rotor lồng sóc b/ Không đồng bộ rotor dây quấn c/ Động cơ đồng bộ Máy biến áp đo lường Máy biến dòng áp tô mat a/ Một cực ; b/ Hai cực; c/ Ba cực Cầu dao a/ Một cực ; b/ Hai cực; c/ Ba cực Cầu chì Rơ le, công tăc tơ kiểu điện từ a/ Cuộn dây; b/ Tiếp điểm thường hở c/ Tiếp điểm thường kín Rơ le nhiệt a/ Phần tử phát nóng; b/ Tiếp điểm Rơ le thời gian a/ Tiếp điểm thường hở, đóng chậm b/ Tiếp điểm thường hở, mở chậm c/ Tiếp điểm thường kín, đóng chậm d/ Tiếp điểm thường kín, mở chậm Nút ấn a/ Đơn, tiếp điểm thường hở b/ Đơn, tiếp điểm thường hở c/ Nút ấn kép (1 TĐ hở, 1TĐ kín) Công tăc hành trình a/ Đơn, tiếp điểm thường hở b/ Đơn, tiếp điểm thường hở c/ Kép (1 tiếp điểm hở, 1TĐ kín) Bộ khống chế chỉ huy Số hàng biểu thị số tiếp điểm Số cột biểu thị vị trí của tay gạt điều khiển Dấu chấm biểu thị trạng thái đóng của tiếp điểm ở vị trí đó của tay gạt Bóng đèn tín hiệu Chuông điện Còi điện Cầu chỉnh lưu 1 pha I-2: CÁC NGUYÊN TẮC KHỐNG CHẾ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.2.1. Khái niệm về khống chế truyền động điện Các chế độ làm việc của hệ thống truyền động điện được đặc trưng bằng các thông số: Tốc độ của động cơ điện truyền động hoặc tốc độ của cơ cấu sản xuất. Dòng điện phần ứng của đông cơ- là thành phần sinh mô men quay của động cơ. Mô men điện từ do động cơ sinh ra hoặc mô men cản của cơ cấu sản xuất trên trục động cơ. Mối quan hệ giữa các đại lượng này được biểu diễn bằng các phương trình đặc tính tốc độ và phương trình đặc tính cơ. Khi động cơ làm việc ổn định, ứng với một trị số phụ tải trên trục động cơ ta có các cặp thông số (n,M) hoặc (n,I) xác định. Khi động cơ chuyển đổi từ chế độ xác lập này sang chế độ xác lập khác, các thông số trên sẽ nhận giá trị mới sau một thời gian chuyển đổi chế độ làm việc. Thời gian đó được gọi là thời gian quá độ của hệ thống truyền động. Như vậy các thông số n, M, I sẽ biến đổi theo thời gian với quy luật được xác định bằng các bài toán quá trình quá độ. Bằng các bài toán truyền động điện ở chế độ xác lập và chế độ quá độ ta biết được các quy luật biến đổi của các thông số sao cho sự chuyển đổi chế độ làm việc là có lợi nhất. Dựa vào các quy luật biết trước ta có thể tác động vào hệ thống bằng cách thay đổi tham số của mạch điện cấp cho động cơ điện dẫn đến động cơ sẽ chuyển đổi chế độ làm việc với các quy luât như mong muốn. Như vậy, khống chế truyền động điện thực chất là việc thay đổi thông số của mạch điện cấp cho động cơ theo một quy luật nào đó để làm thay đổi chế độ làm việc của động cơ như yêu cầu Quá trình khống chế hệ thống truyền động điện bao gồm: Tự động điều khiển quá trình mở máy là quá trình đưa tốc độ động cơ từ n = 0 đến tốc độ làm việc nào đó theo yêu cầu của máy sản xuất sao cho dòng điện mở máy nhỏ, mô men mở máy lớn. Nói một cách khác phải khống chế được quá trình mở máy theo quy luật đã được tính sẵn. Tự động điều khiển quá trình làm việc. Trong quá trình làm việc động cơ truyền động phải có được các chế độ làm việc theo yêu cầu của cơ cấu sản xuất, có thể phải duy trì một thông số nào đó theo một quy luật cho trước như duy trì tốc độ không đổi hoặc biến đỏi theo quy luật, theo trình tự tính sẵn. Tự động điều khiển quá trình hãm và dừng máy. Các quá trình hãm dừng máy thường nhằm đẩy nhanh quá trình dừng máy để nâng cao năng suất máy. Các chế đọ hãm dừng thường kéo theo sự tiêu phí năng lượng và làm đốt nóng động cơ điện. Phải điều khiển quá trình này nhằm hãm dừng máy hiệu quả nhất và tiêu tốn năng lượng ít nhất. I-2-2. Khống chế truyền động điện theo thời gian. 1. Nội dung nguyên tắc khống chế theo thời gian Các thông số n; M; I đặc trưng cho chế độ công tác của hệ truyền động. Khi động cơ chuyển chế độ làm việc thì chúng thay đổi từ giá trị này sang giá trị khác và biến đổi theo thời gian với một quy luật nào đó. Dựa vào các bài toán truyền động điện (quá trình quá độ) ® tính được các giá trị chuyển đổi n; M; I,tại đó quá trình chuyển đổi là tối ưu nhất. Ứng với các giá trị chuyển đổi của tốc độ, dòng điện, mô men, có thời gian chuyển đổi tương ứng. Thời điểm tại đó cần tác động để thay đổi tham số mạch điện cấp cho động cơ làm chuyển đổi chế độ làm viẹc được gọi là thời điểm chuyển đổi. Để khống chế được các chế độ làm việc của hệ thống truyền động điện theo nguyên tắc thời gian, trong hệ thống điều khiển phải có thiết bị tín hiệu để đo các khoảng thời gian và tại các thời điểm tính toán sẵn, thiết bị tín hiệu sẽ điều khiển phần tử đóng cắt thực hiện việc đưa vào hoặc đưa ra khỏi hệ thống các phần tử cần thiết (R, L, C...) để làm thay đổi tham số mạch điện dẫn đến thay đổi chế độ làm việc của động cơ Phần tử tín hiệu được sử dụng là rơle thời gian. 2. Sơ đồ ứng dụng: Ta hãy xét sơ đồ khống chế quá trình khởi động động cơ một chiều kích từ độc lập qua 2 cấp điện trở phụ. Để đảm bảo an toàn cho cuộn dây phần ứng của động cơ khi khởi động, cần phải hạn chế trị số dòng điện phần ứng trong thời gian khởi động không vượt quá trị số lớn nhất cho phép. Mặt khác khi tốc độ động cơ tăng lên, dòng điện phần ứng giảm làm giảm gia tốc của quá trình khởi động. Do đó người ta trong quá trình khởi động cần phải loại bỏ dần các điện trở phụ cho đến khi tốc độ động cơ bằng với tốc độ làm việc. Quá trình khởi động của động cơ qua 2 cấp điện trở phụ được mô tả qua các đặc tính tĩnh (chế độ xác lập) và đặc tính động như hình vẽ 1-1. Trên đường đặc tính tĩnh (1-1a) quá trình khởi động đi theo các đoạn thẳng a-b-c-d-e-A. A là điểm làm việc của động cơ (kết thúc quá trình khởi động). a) Đặc tính tốc độ b) Đặc tính động Hình 1-1: Các đặc tính khởi động của động cơ qua 2 cấp điện trở phụ Trên đặc tính động, tốc độ của động cơ biến đổi theo thời gian qua các giai đoạn: - Từ (0 - t1) - động cơ khởi động với 2 điện trở phụ. Tại thời điểm t1 điện trở phụ thứ nhất bị ngắn mạch. - Từ (t1 - t2) - động cơ khởi động với điện trở phụ còn lại. Tại thời điểm t2 điện trở phụ thứ 2 bị ngắn mạch. - Thời gian khống chế khởi động được tính đến khi điện trở phụ cuối cùng bị lọai bỏ. a. Giới thiệu sơ đồ: Hình 1-2: Sơ đồ nguyên lý mạch điện khống chế khởi động động cơ một chiều kích thích độc lập qua 2 cấp điện trở phụ lhống chế theo thời gian. Các phần tử của sơ đồ bao gồm: - Phần ứng của động cơ Đ. - Cuộn kích từ động cơ CKĐ - Các điện trở phụ khởi động 1R, 2R. - Rơ le dòng điện bảo vệ mất từ thông kích từ động cơ. - Các rơ le thời gian RTZ1, RTZ2 để khống chế các quá trình khởi động. - Công tăc tơ làm việc K để nối phần ứng động cơ vào nguồn điẹn. - Các công tăc tơ khởi động K1, K2 để ngắn mạch các điện trở 1R, 2R tại các thời điểm cần thiết. - Các nút ấn điều khiển khởi động và dừng máy M, D. b. Hoạt động của sơ đồ Để khởi động động cơ, đóng điện vào mạch động lực và điều khiển. Qua cuộn kích từ CKT và rơ le dòng điện RTT có dòng điện kích từ cho động cơ. Nếu dòng điện kích từ đủ, RTT tác động đóng tiếp điểm của nó trong mạch cuộn dây công tăc tơ K, cho phép động cơ khởi động. Đồng thời rơ le thời gian RTZ1 có điện, tiếp điểm thường kín của nó mở làm các công tăc tơ K1, K2 không có điện vào thời điểm trước khi khởi động, các tiếp điểm K1, K2 mở làm các điện trở 1R, 2R được nối vào mạch phần ứng động cơ. Ấn nút khởi động M, công tăc tơ K có điện. Tiếp điểm thường kín K mở là RTZ1 mất điện, đồng thời các tiếp điểm thường mở K đóng lại để động cơ khởi động và duy trì dòng cấp điện cho động cơ. Do tiếp điểm RTZ đóng chậm nên các công tắc tơ K1, K2 vẫn chưa có điện, động cơ khởi động với 2 điện trở phụ trong mạch phần ứng. Khi có dòng điện qua điện trở 2R, tạo ra sụt áp làm RTZ2 tác động, mở tiếp điểm của nó đảm bảo trình tự khởi động. Sau thời gian chỉnh định của RTZ1(đến thời điểm t1), tiếp điểm thường kín RTZ1 đóng lại, công tăc tơ K1 có điện, đóng tiếp điểm K1, điện trở 1R bị nối ngắn mạch. Động cơ tiếp tục khởi động với điện trở phụ 2R. Khi điện trở 1R bị ngắn mạch, rơ le RTZ2 mất điện, Sau thời gian chỉnh định của RTZ2, tiếp điểm của nó đóng lại, công tăc tơ K2 có điện, điện trở 2R bị ngắn mạch, động cơ tăng tốc đến tốc độ làm việc, kết thúc quá trình khởi động. 3. Nhận xét về nguyên tắc khống chế theo thời gian: * Khi dùng nguyên tắc khống chế theo thời gian thì có các yếu tố như MC,Jå,U, R, L, C của mạch phải đúng với điều kiện tính toán. Nếu không thì tại các thời điểm chuyển đổi giá trị của n, M, I thực tế của động cơ sẽ không đúng với giá trị tính toán dẫn đến việc động cơ chuyển chế độ làm việc không đúng với yêu cầu. * Ưu điểm: có thể điều chỉnh được thời gian theo tính toán độc lập với thông số của hệ thống động lực, có thể điều chỉnh được thời gian chỉnh định của rơle cho phù hợp với thông số thực tế của hệ. * Thiết bị của sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy * Rơ le thời gian có thể dùng cho bất kì loại động cơ với công suất nào do đó rất thuận tiện và có tính kinh tế cao và được sử dụng rất rộng rãi. I-2-3. Khống chế truyền động điện theo tốc độ. 1. Nội dung nguyên tắc: Tốc độ động cơ truyền động hoặc tốc độ của cơ cấu sản xuất là thông số đặc trưng quan trọng xác định trạng thái của hệ truyền động điện, do đó dựa vào thông số này để khống chế hệ thống truyền động điện. Trong mạch điều khiển phải có phần tử thụ cảm được tốc độ làm việc của động cơ gọi là rơle tốc độ. Khi tốc độ đạt được giá trị đặt đã tính toán trước thì rơle tốc độ 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. Đối với động cơ động cơ điện một chiều khi vận hành vớ từ thông là hằng số, có thể gián tiếp kiểm tra tốc độ thông qua sức điện động của động cơ. Với động cơ xoay chiều rotor dây quấn có thể khống chế tốc độ thông qua s.đ.đ hoặc tần số dòng điện rotor. 2. Các khâu khống chế theo nguyên tắc tốc độ: a. Khởi động động cơ một chiều qua 2 cấp điện trở phụ: Hình 1-3: Sơ đồ nguyên lý khâu khởi động động cơ một chiều kích từ độc lập qua 2 cấp điện trở phụ, khống chế theo nguyên tắc tốc độ Các phần tử của sơ đồ: Các rơ le gia tốc 1G, 2G vừa là phần tử tín hiệu, vừa là phần tử chấp hành. Điện áp đặt lên các rơ le này phụ thuộc vào tốc độ của phần ứng động cơ. Tại thời điểm ban đầu của quá trình khởi động, điện áp đặt lên các rơ le 1G, 2G: Uhút1 = Ce.F.n + I.(Rư +2R) = U - I.1R Uhút2 = Ce.F.n + I.Rư = U - I.(1R+2R) Tại thời điểm ban đầu của quá trình khởi động, EĐ = 0, URG » 0, các điện trở phụ được nối vào mạch phần ứng động cơ động cơ khởi động với 2 điện trở phụ. Khi tốc độ động cơ đạt n1 (đã được chỉnh định), điện áp đặt lên 1G là: 1G tác động, ngắn mạch 1R. Động cơ tiếp tục tăng tốc với điện trở 2R. Tương tự, khi tốc độ động cơ là n2 công tăc tơ 2G tác động ngắn mạch điện trở 2R để động cơ tăng tốc đến tốc độ làm việc. b. Hãm ngược động cơ một chiều theo nguyên tắc tốc độ: Khi hãm ngược động cơ một chiều, dòng điện hãm rất lớn do sức điện động động cơ và điện áp phần ứng cùng dấu nên cần phải tăng thêm điện trở phụ trong mạch phần ứng. Yêu cầu của sơ đồ là khi khởi động, chỉ có 2 điện trở được nói vào mạch, khi đảo chiều quay (động cơ hãm ngược rồi khởi động theo chiều ngược lại), cả 3 điện trở phải được nối vào mạch phần ứng động cơ. Hình 1-4: Sơ đồ nguyên lý khâu hãm ngược động cơ một chiều kích từ độc lập khống chế theo tốc độ Các phần tử của sơ đồ: - Các điện trở khởi động Rkđ1, Rkđ2. - Điện trở hãm RH. - Các rơ le hãm RH1, RH2, điện áp đặt lên các rơ le này phụ thuộc vào tốc độ động cơ Từ yêu cầu của mạch, cần xác định điều kiện chọn của các rơ le hãm. Điện áp đặt lên rơ le khi khởi động là: rơle tác động, ngắn mạch điện trở Rh, động cơ khởi động qua 2 điện trở phụ. Trị số điện trở Rx và điện áp hút của RH được xác định theo dòng điện cho phép khi hãm lúc đó URH = 0 Điện áp đặt lên rơ le khi hãm ứng với dòng điện hãm không vượt quá tr