Bài giảng Điều khiển tự động thuỷ lực & khí nén - Chương 5: Các phần tử điện, điện - thủy lực, điện - khí nén - Uông Quang Tuyến

ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG THUỶ LỰC - KHÍ NÉN GIẢNG VIÊN: ThS.UÔNG QUANG TUYẾN Hà Nội - 2010 TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ - ĐỊA CHẤT BỘ MÔN TỰ ĐỘNG HOÁ -----o0o----- EBOOKBKMT.COM 2 ThS.Uông Quang Tuyến CHƯƠNG 5. CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN, ĐIỆN - THỦY LỰC, ĐIỆN - KHÍ NÉN 5.1. Các phần tử điện 1. Công tắc Trong kĩ thuật điều khiển, công tắc và nút ấn thuộc các phần tử đưa tín hiệu. Hình 6-1 biểu diễn một số loại công tắc thông dụng. Có 2 loại công tắc: công tắc đóng-mở (on/off switch) và công tắc chuyển mạch. Hình 6.1. Công tắc a, Công tắc đóng-mở; b, Công tắc chuyển mạch 3 ThS.Uông Quang Tuyến CHƯƠNG 5. CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN, ĐIỆN - THỦY LỰC, ĐIỆN - KHÍ NÉN 2. Nút ấn Nút ấn đóng-mở biểu diễn ở hình 6-2a. Khi chưa tác động thì chưa có dòng điện chạy qua, mạch hở; khi có tác động, dòng điện đi qua 3-4 Nút ấn chuyển mạch được biểu diễn và ký hiệu trình bày ở hình 6-2b Hình 6-2 Nút ấn a, Nút ấn đóng-mở; b, Nút ấn chuyển mạch 4 ThS.Uông Quang Tuyến CHƯƠNG 5. CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN, ĐIỆN - THỦY LỰC, ĐIỆN - KHÍ NÉN 3. Rơle Trong kỹ thuật điều khiển, rơle như là phần tử xử lý tín hiệu. Có nhiều loại rơle khác nhau, tuỳ theo công dụng. Phần trình bày tiếp theo sẽ giới thiệu một số loại rơle thông dụng, ví dụ như rơle công suất (công tắc tơ), rơle đóng-mở, rơle điều khiển, rơle thời gian. a, Công tắc tơ Nguyên lý hoạt động của công tắc tơ được biểu diễn ở hình 6-3. Khi dòng điện vào cuộn dây cảm ứng, xuất hiện lực điện từ sẽ hút lõi sắt, trên đó có lắp các tiếp điểm. Các tiếp điểm có thể là các tiếp điểm chính để đóng, mở mạch chính và các tiếp điểm phụ để đóng mở mạch điều khiển. Công tắc tơ ứng dụng cho mạch điện có công suất 1kW-500kW. Hình 6-3- Công tắc tơ 5 ThS.Uông Quang Tuyến CHƯƠNG 5. CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN, ĐIỆN - THỦY LỰC, ĐIỆN - KHÍ NÉN b, Rơle điều khiển Nguyên lý hoạt động của rơle điều khiển cũng tương tự như công tắc tơ (xem biểu diễn và ký hiệu hình 6.4); khác với công tắc tơ ở chỗ là rơle điều khiển đóng, mở cho những mạch có công suất nhỏ và thời gian đóng, mở của các tiếp điểm rất nhỏ (1ms đến 10ms) Hình 6.4. Rơle điều khiển a, Nguyên lý hoạt động; b, Ký hiệu 6 ThS.Uông Quang Tuyến CHƯƠNG 5. CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN, ĐIỆN - THỦY LỰC, ĐIỆN - KHÍ NÉN Ký hiệu rơle theo DIN 40 713 biểu diễn ở hình 6.5 Hình 6.5 Ký hiệu rơle điều khiển - K Rơle - A1 Cửa nối với cực dương + - A2 Cửa nối với cực âm - - Tiếp điểm thường mở ký hiệu 3-4 - Tiếp điển thường đóng ký hiệu 1-2 7 ThS.Uông Quang Tuyến CHƯƠNG 5. CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN, ĐIỆN - THỦY LỰC, ĐIỆN - KHÍ NÉN c, Rơle thời gian đóng muộn Nguyên lý hoạt động của rơle thời gian đóng muộn, xem hình 6.6. Tương tự như rơle thời gian đóng muộn của phần tử khí nén, xem [TK-28], điốt tương tự như van một chiều, tụ điện như bình trích chứa, biến trở R1 như và tiết lưu. Đồng thời R2 có nhiệm vụ giảm điện áp trên tụ, khi rơle bị ngắt. Hình 6.6. Rơle thời gian đóng muộn a, Sơ đồ nguyên lý làm việc b, Sơ đồ thời gian đóng muộn của phần tử khí nén c, Ký hiệu; d, Biểu đồ thời gian 8 ThS.Uông Quang Tuyến CHƯƠNG 5. CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN, ĐIỆN - THỦY LỰC, ĐIỆN - KHÍ NÉN d, Rơle thời gian nhả muộn Nguyên lý hoạt động của rơle thời gian nhả muộn, xem hình 6.7. Tương tự như rơle thời gian nhả muộn của phần tử khí nén, xem [TK-28], điốt tương tự như van một chiều, tụ điện như bình trích chứa, biến trở R1 như và tiết lưu. Đồng thời R2 có nhiệm vụ giảm điện áp trên tụ, khi rơle bị ngắt. Hình 6.7. Rơle thời gian nhả muộn a, Sơ đồ nguyên lý làm việc b, Sơ đồ thời gian nhả muộn của phần tử khí nén c, Ký hiệu; d, Biểu đồ thời gian 9 ThS.Uông Quang Tuyến CHƯƠNG 5. CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN, ĐIỆN - THỦY LỰC, ĐIỆN - KHÍ NÉN 4. Công tắc hành trình điện - cơ Nguyên lý hoạt động của công tắc hành trình điện - cơ được biểu diễn ở hình 6.8. Khi con lăn chạm cữ hành trình, thì tiếp điểm (1) nối với (4). Hình 6.8. Công tắc hành trình điện - cơ 10 ThS.Uông Quang Tuyến CHƯƠNG 5. CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN, ĐIỆN - THỦY LỰC, ĐIỆN - KHÍ NÉN Cần phân biệt các trường hợp: công tắc hành trình điện - cơ trong mạch đóng, khi chưa có tác động hình 6.9a và công tắc hành trình điện - cơ trong mạch đóng, khi có tác động hình 6.9b Hình 6.9. Công tắc hành trình điện - cơ a, Trạng thái đóng khi không có tác động b, Trạng thái đóng khi có tác động 11 ThS.Uông Quang Tuyến CHƯƠNG 5. CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN, ĐIỆN - THỦY LỰC, ĐIỆN - KHÍ NÉN 5. Công tắc hành trình nam châm Công tắc hành trình nam châm thuộc loại công tắc hành trình không tiếp xúc. Nguyên lý hoạt động và kí hiệu được biểu diễn hình 6.10 Hình 6.10. Công tắc hành trình nam châm a, Vị trí chưa đóng; b, Vị trí đóng; c, Ký hiệu 12 ThS.Uông Quang Tuyến CHƯƠNG 5. CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN, ĐIỆN - THỦY LỰC, ĐIỆN - KHÍ NÉN 6. Cảm biến a, Cảm biến cảm ứng từ Nguyên lý hoạt động của cảm biến cảm ứng từ biểu diễn ở hình 6.11. Bộ tạo dao động sẽ phát ra tần số cao. Khi có vật cản bằng kim loại nằm trong vùng đường sức của từ trường, trong kim loại đó sẽ hình thành dòng điện xoáy. Như vậy năng lượng của bộ dao động sẽ giảm, dòng điện xoáy sẽ tăng, khi vật cản càng gần cuộn cảm ứng. Qua đó biên độ dao động của bộ dao động sẽ giảm. Qua bộ so, tín hiệu ra được khuếch đại. Trong trường hợp tín hiệu ra và tín hiệu nhị phân, mạch Schmitt trigơ sẽ đảm nhận nhiệm vụ này. Hình 6.11. Nguyên lý hoạt động của cảm biến cảm ứng từ 13 ThS.Uông Quang Tuyến CHƯƠNG 5. CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN, ĐIỆN - THỦY LỰC, ĐIỆN - KHÍ NÉN Sơ đồ đơn giản của mạch dao động LC được biểu diễn ở hình 6-12a. Nguyên lý của bộ dao động bằng tranzitor biểu diễn hình 6-12b Hình 6.12. Sơ đồ đơn giản a, mạch dao động; b, Bộ dao động bằng tranzitor 14 ThS.Uông Quang Tuyến CHƯƠNG 5. CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN, ĐIỆN - THỦY LỰC, ĐIỆN - KHÍ NÉN Mạch Schmitt trigơ có nhiệm vụ là chuyển tín hiệu có dạng hình sin thành tín hiệu có dạng xung, sơ đồ mạch và nguyên lý được trình bày ở hình 6.13 Hình 6.13. Nguyên lý hoạt động mạch Schmitt trigơ a, Sơ đồ mạch với tranzitor lưỡng cực T1, T2 b, Đường đặc tính chuyển tiếp c, Ví dụ chuyển đổi hiệu điện thế dạng hình sin thành hiệu điện thế dạng xung 15 ThS.Uông Quang Tuyến CHƯƠNG 5. CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN, ĐIỆN - THỦY LỰC, ĐIỆN - KHÍ NÉN Cách lắp trong mạch và kí hiệu cảm biến cảm ứng từ biểu diễn ở hình 6.14 Hình 6.14. Cách lắp và ký hiệu cảm biến cảm ứng từ 16 ThS.Uông Quang Tuyến CHƯƠNG 5. CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN, ĐIỆN - THỦY LỰC, ĐIỆN - KHÍ NÉN b, Cảm biến điện dung Nguyên tắc hoạt động của cảm biến điện dụng biểu diễn ở hình 6.15. Bộ tạo dao động sẽ phát ra tần số cao. Khi có vật cảm bằng kim loại hoặc phi kim loại nằm trong vùng đường sức của điện trường, điện dung tụ điện thay đổi. Như vậy tần số riêng của bộ dao động thay đổi. Qua bộ so và bộ nắn dòng, tín hiệu ra được khuyếch đại. Trong trường hợp tín hiệu ra là tín hiệu nhi phân, mạch Schmitt trigơ sẽ đảm nhận nhiệm vụ này Hình 6.15. Nguyên lý hoạt động của cảm biến điện dung 17 ThS.Uông Quang Tuyến CHƯƠNG 5. CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN, ĐIỆN - THỦY LỰC, ĐIỆN - KHÍ NÉN Cách lắp trong mạch và kí hiệu cảm biến điện dung biểu diễn ở hình 6.16 Hình 6.16. Cảm biến điện dung A, Hình dáng; b, Cấu tạo; c, Ký hiệu và cách lắp 18 ThS.Uông Quang Tuyến CHƯƠNG 5. CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN, ĐIỆN - THỦY LỰC, ĐIỆN - KHÍ NÉN c, Cảm biến quang Cấu tạo cảm biến quang gồm 2 bộ phận phát và bộ phận nhận (thu). Nguyên tắc hoạt động của cảm biến quang biểu diễn ở hình 6.17. Bộ phận phát sẽ phát ra đi tia hồng ngoại bằng điôt phát quang, khi gặp vật chắn, tia hồng ngoại sẽ phản hồi lại vào bộ phận nhận. Như vậy ở bộ phận nhận, tia hồng ngoại phản hồi được xử lý và cho tín hiệu ra sau khi qua bộ khuyếch đại Hình 6.17. Cảm biến quang 19 ThS.Uông Quang Tuyến CHƯƠNG 5. CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN, ĐIỆN - THỦY LỰC, ĐIỆN - KHÍ NÉN Tuỳ theo vị trí sắp xếp của bộ phận phát và bộ phận nhận, người ta chia cảm biến quang thành hai loại chính - Cảm biến quang một chiều, xem hình 6.18a - Cảm biến quang phản hồi, xem hình 6.18b Hình 6.18. Cảm biến quang a, Cảm biến quang một chiều b, Cảm biến quang phản hồi c, Ký hiệu và cách lắp trong mạch 20 ThS.Uông Quang Tuyến CHƯƠNG 5. CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN, ĐIỆN - THỦY LỰC, ĐIỆN - KHÍ NÉN 5.2. Van đảo chiều điều khiển bằng nam châm điện 1. Các loại tín hiệu điều khiển Van đảo chiều điều khiển bằng nam châm điện kết hợp với thuỷ lực hoặc khí nén điều khiển trực tiếp ở hai đầu nòng van hoặc gián tiếp qua van phụ trợ. Hình 6.19 biều diễn một số loại và ký hiệu 2. Ký hiệu van đảo chiều Ký hiệu van đảo chiều được tiêu chuẩn hoá theo DIN 24340, CETOP R 35 H và ISO 4401: 21 ThS.Uông Quang Tuyến CHƯƠNG 5. CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN, ĐIỆN - THỦY LỰC, ĐIỆN - KHÍ NÉN Hình 6.19. Ký hiệu các loại tín hiệu điều khiển Van đảo chiều điều khiển trực tiếp bằng tay Van đảo chiều điều khiển trực tiếp bằng tay có gạt định vị Van đảo chiều điều khiển trực tiếp bằng cữ hành trình Van đảo chiều điều khiển trực tiếp bằng chân Van đảo chiều điều khiển trực tiếp bằng thuỷ lực Van đảo chiều điều khiển trực tiếp bằng khí nén Van đảo chiều điều khiển trực tiếp bằng nam châm điện Van đảo chiều điều khiển trực tiếp bằng nam châm điện và lò xo Van đảo chiều điều khiển trực tiếp bằng nam châm điện cả 2 phía Van đảo chiều điều khiển gián tiếp (2 cấp) bằng nam châm điện và thuỷ lực