Giáo trình Trang bị điện (Dùng cho hệ Cao đẳng, Trung cấp) - Phần 1

c các nguyên lý truyền động cơ bản của một hệ thống truyền động điện  Phân loại được các dạng máy cắt gọt kim loại.  Trình bày được các dạng chuyển động trong máy cắt gọt kim loại 1.1. Khái niệm Hệ thống truyền động điện là một tổ hợp các thiết bị điện, điện tử phục vụ cho việc biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho các cơ cấu công tác trên các máy sản xuất, cũng như gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng lượng đó theo yêu cầu công nghệ. Cấu trúc chung: Hình 1.1: Mô tả cấu trúc chung của hệ thống truyền động điện. Trong đó:  BBĐ: Bộ biến đổi  ĐC: Động cơ điện Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 2  MSX: Máy sản xuất  R và RT: Bộ điều chỉnh truyền động và công nghệ  K và KT: Các bộ đóng cắt phục vụ truyền động và công nghệ  GN: Mạch ghép nối  VH: Người vận hành Cấu trúc của hệ thống truyền động điện gồm 2 phần chính:  Phần động lực (Mạch động lực): Từ lưới điện hoặc nguồn điện cung cấp điện năng đến bộ biến đổi (BBĐ) và động cơ điện (ĐC) truyền động cho phụ tải (MSX). Các bộ biến đổi như: bộ biến đổi máy điện (máy phát điện một chiều, xoay chiều, máy điện khuếch đại), bộ biến đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bảo hòa), bộ biến đổi điện tử, bán dẫn (chỉnh lưu Thyristor, bộ điều áp một chiều, biến tần transistor, thyristor). Động cơ có các loại như: động cơ một chiều, xoay chiều, các loại động cơ đặc biệt.  Phần điều khiển (Mạch điều khiển): gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh tham số và công nghệ, các khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ công nghệ và cho người vận hành. Đồng thời một số hệ thống truyền động điện khác có cả mạch ghép nối với các thiết bị tự động khác hoặc với máy tính điều khiển. 1.2. Các dạng truyền động  Truyền động điện không điều chỉnh: thường chỉ có động cơ nối trực tiếp với lưới điện, quay máy sản xuất với một tốc độ nhất định.  Truyền động điện có điều chỉnh: tùy thuộc vào yêu cầu công nghệ mà ta có hệ truyền động điện điều chỉnh tốc độ, hệ truyền động điện tự động điều chỉnh moment, lực kéo, và hệ truyền động điện tự động điều chỉnh vị trí. Trong hệ này có thể là hệ truyền động điện tự động nhiều động cơ.  Theo cấu trúc và tín hiệu điều khiển mà ta có hệ truyền động điện tự động điều khiển số, điều khiển tương tự, điều khiển theo chương trình  Theo đặc điểm truyền động ta có hệ truyền động điện tự động động cơ điện một chiều, động cơ điện xoay chiều, động cơ bước  Theo mức độ tự động hóa có hệ truyền động không tự động và hệ truyền động tự Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 3 động.  Ngoài ra còn có hệ truyền động điện không đảo chiều, có đảo chiều, hệ truyền động đơn, hệ truyền động nhiều động cơ 1.3. Các dạng truyền động trong máy cắt gọt kim loại Máy cắt gọt kim loại dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt bớt các lớp kim loại thừa, để sau khi gia công có kích thước, hình dạng gần đúng yêu cầu (gia công thô) hoặc thỏa mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chính xác nhất định về kích thước và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công tinh) 1.3.1. Phân loại máy cắt gọt kim loại Máy cắt gọt kim loại gồm nhiều chủng loại và rất đa dạng trong từng nhóm máy cắt, nhưng có thể phân loại chúng dựa trên các đặc điểm sau: 1.3.1.1. Theo đặc điểm quá trình công nghệ Đặc trưng bởi phương pháp gia công trên máy,dạng dao cắt, đặc tính chuyển động các máy cắt gọt kim loại chia thành 9 nhóm máy sau:  Máy tiện  Máy khoan và doa  Máy mài và đánh bóng  Máy phay  Máy liên hợp  Máy gia công ren, răng  Máy bào, máy sọc và máy chuốt  Máy cắt gọt kim loại  Một số máy đặc chủng 1.3.1.2. Theo đặc điểm của quá trình sản xuất  Máy vạn năng là các máy có thể thực hiện được một số phương pháp gia công khác nhau trên cùng một máy như tiện, khoan, bào để gia công các chi tiết khác nhau về hình dáng và kích thước  Máy chuyên dùng là các máy dùng để gia công các chi tiết có cùng hình dàng nhưng Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 4 khác nhau về kích thước  Máy đặc biệt là các máy chỉ thực hiện gia công các chi tiết có cùng hình dáng và kích thước 1.3.1.3. Theo kích thước và khối lượng chi tiết gia công trên máy Các máy bình thường có thể gia công các chi tiết có khối lượng tới 10.103kg  Các máy cỡ lớn có thể gia công các chi tiết có khối lượng tới 30.103kg  Các máy cỡ nặng có thể gia công các chi tiết có khối lượng tới 100.103kg  Các máy siêu nặng có thể gia công các chi tiết có khối lượng lớn hơn 100.103kg 1.3.1.4. Theo độ chính xác gia công  Máy có độ chính xác bình thường  Máy có độ chính xác cao  Máy có độ chính xác rất cao 1.3.2. Các chuyển động và các dạng gia công điển hình trên máy cắt gọt kim loại. Trên các máy cắt gọt kim loại có hai loại chuyển động: chuyển động cơ bản và chuyển động phụ  Chuyển động cơ bản là sự di chuyển tương đối của dao cắt so với phôi để thực hiện quá trình cắt gọt. Chuyển động cơ bản được chia thành hai dạng chuyển động:  Chuyển động chính (chuyển động làm việc) là chuyển động thực hiện quá trình cắt gọt kim loại bằng dao cắt  Chuyển động ăn dao là chuyển động xê dịch của dao hoặc của phôi (tùy thuộc vào từng loại máy) để tạo ra lớp phôi mới.  Chuyển động phụ là những chuyển động không liên quan trực tiếp đến quá trình cắt gọt, chúng cần thiết khi chuẩn bị gia công, nâng cao hiệu suất và chất lượng gia công, hiệu chỉnh máyVí dụ như di chuyển nhanh bàn dao hoặc phôi (trong máy tiện), nới – siết xà trên trụ (trong máy khoan cần), nâng hạ xà dao (trong máy bào giường) bơm dầu của hệ thống bôi trơn, bơm nước làm mát Chuyển động chính và chuyển động ăn dao có thể chuyển động quay hoặc chuyển động tịnh tiến của dao cắt hoặc của phôi Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 5 Trên hình 1.2 biểu diễn các dạng gia công điển hình được thực hiện trên các máy cắt gọt kim loại: Hình 1.2: Gia công điển hình trên các máy cắt gọt kim loại  Gia công trên máy tiện (hình 1.2a):  n: Là tốc độ quay của chi tiết (chuyển động chính)  v: Vận tốc xê dịch của dao cắt vào chi tiết (chuyển động ăn dao)  Gia công trên máy khoan (hình 1.2b):  n: Là tốc độ quay của mũi khoan (chuyển động chính)  v : Chuyển động tịnh tiến của mũi khoan vào chi tiết (chuyển động ăn dao)  Gia công trên máy phay (hình 1.2c):  n: Tốc độ quay của dao phay (chuyển động chính)  v: Chuyển động tịnh tiến của phôi (chuyển động ăn dao)  Gia công trên máy mài tròn ngoài: (hình 1.2d):  n: Tốc độ quay của đá mài (chuyển động chính)  v: Chuyển động tịnh tiến của đá mài vào chi tiết (chuyển động ăn dao)  Gia công trên máy bào giường (hình 1.2e):  vt, vn: Chuyển động qua lại của bàn (chuyển động chính), chuyển động di chuyển của dao theo chiều ngang của bàn (chuyển động ăn dao) Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 6 1.3.3. Các thiết bị chuyên dụng dùng trong các máy cắt gọt kim loại 1.3.1. Nam châm điện  Thường dùng để điều khiển các van thủy lực, van khí nén, điều khiển đóng cắt ly hợp ma sát, ly hợp điện từ và dùng để hãm động cơ điện  Nam châm điện dùng trong các máy cắt gọt kim loại là nam châm điện xoay chiều có lực hút từ 10 đến 80N với hành trình của phần ứng (lõi nam châm) từ 5 đến 15mm.  Nguyên lý làm việc của nam châm điện như sau: khi cấp nguồn cho cuộn dây 2, sẽ xuất hiện từ thông khép kín theo mạch từ 1. Sự tác dụng tương hỗ giữa từ thông và dòng điện trong cuộn dây sẽ sinh ra một lực kéo hút phần ứng 4 vào sâu trong nam châm điện. Thanh hướng dẫn 3 có chức năng giảm hệ số ma sát giữa phần ứng và mạch từ, đảm bảo cho phần ứng không bị hút lệch.  Đặc tính quan trọng nhất của nam châm điện là đặc tính cơ (đặc tính lực kéo). Nó biểu hiện sự phụ thuộc giữa lực kéo sinh ra của nam châm điện và hành trình của phần ứng F=f(). Đặc tính đó được biểu diễn trên hình F  0 Hình 1.3: Cấu tạo của nam châm điện; 1: Mạch từ; 2: Cuộn dây nam châm; 3: Thanh dẫn hướng; 4: Phần ứng (lõi nam châm); 5: vòng ngắn mạch 1.3.2. Bàn từ  Dùng để cặp chi tiết gia công trên các máy mài mặt phẳng  Cấu tạo của bàn từ gồm: hộp sắt non (1) với các cực lõi (2), cuộn dây (3), bàn từ (4) có lót các tấm lót mỏng (5) bằng vật liệu không nhiễm từ. Khi cấp nguồn một chiều cho cuộn Đặc tính của nam châm điện Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 7 dây, bàn sẽ trở thành nam châm với nhiều cặp cực: cực bắc N và cực nam S  Bàn từ được cấp nguồn 1 chiều (trị số điện áp có thể là 24, 48, 110 và 220V với công suất từ 100 ÷ 300W) từ các bộ chỉnh lưu dùng diod bán dẫn. Sau khi gia công xong, muốn lấy chi tiết ra khỏi bàn phải khử từ dư của bàn từ, thực hiện bằng cách đảo cực tính nguồn cấp cho bàn từ. Hình 1.4: Cấu tạo của bàn từ 1.3.3. Khớp ly hợp điện từ Dùng để điều chỉnh tốc độ quay, điều khiển động cơ truyền động: khởi động, đảo chiều, điều chỉnh tốc độ và hãm. Khớp ly hợp điện từ là khâu trung gian nối động cơ truyền động với máy công tác cho phép thay đổi tốc độ động cơ không đổi, thường dùng trong hệ truyền động ăn dao của các máy cắt gọt kim loại. Đối với hệ truyền động ăn dao của máy cắt gọt kim loại, yêu cầu duy trì momen không đổi trong toàn dải điều chỉnh tốc độ. Về cấu tạo và nguyên lý hoạt động, người ta phân biệt hai loại khớp ly hợp điện từ: khớp ly hợp điện từ ma sát và khớp ly hợp điện từ trượt. 1.3.3.1. Khớp ly hợp điện từ ma sát Khớp ly hợp điện từ ma sát gồm: thân ly hợp (3), cuộn dây (4), các đĩa ma sát (8) và (9), đĩa ép (10), giá kẹp (11). Tất cả các phần tử kể trên được gá lắp trên bạc lót (2) làm từ vật liệu không nhiễm từ và bạc lót được lắp trên trục vào (1). Nguồn cấp cho cuộn dây của ly hợp được cấp như sau: cực âm của nguồn được nối với cực âm của ly hợp 3, cực dương của nguồn được cấp qua chổi than 7 và vành trượt tiếp điện 6, còn 5 là vành tiếp điện giữa cực dương của nguồn và thân ly hợp. Nguyên lý làm việc của khớp ly hợp ma sát như sau: Khi cuộn dây 4 được cấp nguồn, sẽ tạo ra một từ trường khép kín qua các đĩa ma sát. Từ trường đó tạo ra một lực hút kéo đĩa Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 8 ma sát 9 về thân ly hợp 3. Các đĩa ma sát 8 và 9 ăn khớp với nhau. Đĩa ma sát 9 nối với trục 1 (trục động cơ truyền động), còn đĩa ma sát 8 nối với trục 12 (trục máy công tác) Hình 1.5: Khớp ly hợp điện từ 1.3.3.2. Khớp ly hợp điện từ trượt. Cấu tạo của nó gồm hai phần chính: phần ứng (1) được gắn với trục của động cơ truyền động (2) (trục chủ động) và phần cảm (3) của cuộn dây kích thích (4) được nối với trục của máy công tác (trục thụ động). Nguồn cấp cho cuộn dây kích thích là nguồn một chiều tiếp điện bằng chổi than (5) và vành trượt (7) lắp trên trục (6). Hình 1.6: Khớp ly hợp điện từ trượt Nguyên lý làm việc của khớp ly hợp điện từ trượt như sau: Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 9 Khi cho động cơ truyền động quay và cấp nguồn cho cuộn kích thích, trong phần ứng sẽ xuất hiện sức điện động cảm ứng, sức điện động đó sẽ sinh ra dòng điện xoáy (dòng Fucô). Sự tác dụng tương hỗ giữa dòng điện trong phần ứng và từ thông của phần cảm sẽ sinh ra momen điện từ làm cho phần cảm quay theo cùng chiều với phần ứng. Hệ số trượt của khớp ly hợp phụ thuộc vào trị số dòng điện trong cuộn kích thích và momen của phụ tải. Bởi vậy, với momen tải không đổi, khi ta thay đổi dòng điện trong cuộn kích thích sẽ thay đổi được tốc độ của máy công tác. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 10 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP 1- Hãy trình bày cấu trúc của hệ thống truyền động điện? 2- Để phân loại máy cắt gọt kim loại cần dựa trên những đặc điểm gì? ? 3- Trình bày các chuyển động trên máy cắt gọt kim loại? Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện 11 CHƢƠNG 2: CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN TRONG ĐIỆN MÁY CÔNG NGHIỆP Mục tiêu:  Nhận biết được các lọai khí cụ điện điều khiển, hiểu nguyên lý hoạt động và cách vận hành.  Biết sử dụng thành thạo các khí cụ đúng theo yêu cầu kỹ thuật. 2.1. Khái niệm chung Khí cụ điện được chế tạo phải sử dụng lâu dài, để đáp ứng được yêu cầu này khi sử dụng khí cụ điện cần chú ý các thông số kỹ thuật của khí cụ điện:  Điện áp định mức của khí cụ điện phải lớn hơn điện áp của lưới điện (Uđmkcđ>Uđmn)  Dòng điện định mức của khí cụ điện phải lớn hơn dòng điện cung cấp cho phụ tải hay thiết bị ( Idmkcđ > Ipt ).  Khí cụ điện phải ổn định nhiệt, ổn định lực điện động. Vật liệu sử dụng để chế tạo khí cụ điện có đặc tính cơ tốt, chịu nhiệt cao, khi có sự cố quá tải hay ngắn mạch khí điện tác động mà không hư hỏng hay biến dạng  Vật liệu cách điện tốt, khí cụ điện làm việc chính xác, an toàn, gọn nhẹ, dễ gia công, rẽ tiền, dễ lắp đặt, kiểm tra, vận hành, sửa chữa 2.2. Công tắc Công tắc là một loại khí cụ đóng ngắt dòng điện bằng tay kiểu hộp, dùng đễ đóng ngắt mạch điện có công suất bé, có điện áp một chiều đến 440v và điện áp xoay chiều đến 500 V. Công tắc thường được dùng làm cầu dao tổng cho các máy công cụ, dùng đóng mở trực tiếp cho các động cơ điện công suất nhỏ, hoặc dùng để đối nối, khống chế trong các mạch điện tự động, có khi dùng để thay đổi chiều quay động cơ điện, hoặc đổi cách đấu có dây stato động cơ từ sao sang tam giác. Công tắc làm việc chắc chắn hơn cầu dao, đập tắt hồ quang nhanh hơn vì thao tác ngắt nhanh hơn cầu dao. 2.2.1. Phân loại và cấu tạo  Công tắc 1 ngả ( hình 2.1a).  Công tắc 2 ngả ( hình 2.1b). Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện 12  Công tắc 3 ngả ( hình 2.1c) Hình 2.1: Cấu tạo công tắc Theo hình dạng bên ngồi, người ta chia công tắc ra làm 3 loại:  Loại hở.  Loại bảo vệ.  Loại kín. Theo công dụng, người ta chia công tắc ra các loại:  Công tắc đóng ngắt trực tiếp .  Công tắc chuyển mạch (hay công tắc vạn năng): Công tắc vạn năng dùng để đóng, ngắt, chuyển đổi mạch điện các quận dây hút của công tắc tơ, khởi động từ, vvchuyển đổi các mạch điện ở các dụng cụ đo lường vv nó thường được dùng trên các mạch điện điều khiển và điện áp đến 440V một chiều và đến 500V xoay chiều, 50HZ.  Công tắc hành trình và cuối hành trình: Công tắc hành trình dùng để đóng ngắt mạch điện điều khiển trong chuyển động điện tự động hóa, tùy thuộc vị trí cữ gạt ở các cơ cấu chuyển động cơ khí nhằm tự động điều khiển hành trình làm việc hay tự động ngắt điện ở cuối hành trình để đảm bảo an toàn. 2.2.2. Thông số kỹ thuật của công tắc Bên cạnh các yêu cầu cơ khí, va đập, dao động v.v trong việc kiểm tra chất lượng công tác ta còn phải quan tâm đến các thông số :  Điện áp cách điện: thử xuyên thủng bằng cách đặt điện áp xoay chiều 1500V trong thời gian một phút ở các điểm cần phải cách điện. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện 13  Điện trở cách điện: thử cách điện bằng cách đo điện trở cách điện, điện trở này không được bé hơn 2 MΩ.  Sự phát nóng: cho một dòng điện bằng 125% Iđm đi qua ở các đầu cực không được phép có một điện áp rơi lớn 50 mV đối với mỗi vị trí đóng của công tắc và không phát nóng.  Công suất cắt: cho một dòng điện 125% Iđm đi qua và ở điện áp bằng điện áp định mức Uđm công tắc phải chịu được số lần ngắt với thời gian sau : + Đối với công tắc ≤ 10A , 90 lần ngắt trong thời gian 3 phút . + Đối với công tắc 25A , 60 lần ngắt trong thời gian 3 phút.  Sức bền cơ khí: tiến hành 10000 lần thay đổi vị trí tần số thao tác 25 lần / phút không có điện áp và dòng điện sau đó công tắc phải ở trạng thái làm việc tốt và có thể chịu tiêu chuẩn xuyên thủng trên .  Nhiệt độ: Các chi tiết cách điện phải chịu đựng 100oC trong thời gian 2 giờ mà không bị biến dạng hoặc sủi nhám 2.3. Cầu dao Cầu dao là một loại khí cụ đóng ngắt dịng điện bằng tay đơn giản nhất được sử dụng trong các mạch điện có điện áp nguồn cung cấp đến 220V điện một chiều và 380V điện xoay chiều. Cầu dao thường dùng để đóng ngắt mạch điện công suất nhỏ và khi làm việc không cần thao tác đóng ngắt nhiều lần nếu điện áp cao hơn hay mạch điện có công suất trung bình và lớn thì cầu dao chỉ làm nhiệm vụ đóng ngắt không tải vì trong trường hợp này khi ngắt mạch hồ quang sinh ra rất lớn tiếp súc sẻ bị phá hủy trong một thời gian rất ngắn; từ đó vật liệu cách điện sẻ bị hỏng , nguy hiểm cho thiết bị và người thao tác .cầu dao cần đảm bảo ngắt điện tin cậy các thiết bị dùng điện ra khỏi nguồn điện áp. Do đó khoảng cách giữa tiếp xúc điện đến và đi , tức chiều dài lưỡi dao phải lớn hơn 50 mm Đối với cầu dao xoay chiều có dòng điện lớn hơn 75A hồ quang được kéo dài do tác dụng của lực điện độngvà được dập tắc ở thời điểm dòng điện qua trị số không nên không cần kết cấu có lưỡi dao phụ . 2.3.1. Phân loại và cấu tạo Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện 14 Hình 2.2: Cấu tạo cầu dao Theo kết cấu: Cầu dao thành loại 1 cực, 2 cực, 3 cực hoặc 4 cực. 2.3.2. Thông số kỹ thuật của cầu dao  Điện áp định mức : 250V và 500V hoặc cao hơn.  Dòng điện định mức :15, 25, 30, 40, 60, 75, 100, 150, 200, 350, 600, 1000A .  Vật liệu cách điện: Có các loại đế sứ , để nhựa bakêlit.  Kiểu bảo vệ: loại không có hộp, loại có hộp che chắn (nắp nhựa, nắp gang, nắp sắt , )  Theo yêu cầu sử dụng : Cầu dao có cầu chì bảo vệ và loại không có cầu chì bảo vệ. 2.4. Nút Nhấn: Mỗi nút nhấn mang một tên gọi, tên gọi thông thường được đặt tùy ý và nên sử dụng tên gọi theo nhiệm vụ, để dễ nhận biết trong quá trình sử dụng. 2.4.1. Nút nhấn thƣờng mở (NO). 2.4.1.1. Ký hiệu: 3 4 Tên gọi Hình 2.3: Ký hiệu nút nhấn NO a b Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện 15 Theo hình vẽ, nút nhấn NO có 2 chân và được ký hiệu bằng hai chữ số là 3 và 4. 2.4.1.2. Nguyên lý hoạt động: Khi tác động vào nút nhấn (ấn vào), thì 3-4 được nối tắt, khi hết tác động thì 3-4 được trở về trạng thái ban đầu (hở ra). 2.4.2. Nút nhấn thƣờng đóng (NC). 2.4.2.1. Ký hiệu: Theo hình vẽ, nút nhấn NC có 2 chân và được ký hiệu bằng hai chữ số là 1 và 2. 2.4.2.2. Nguyên lý hoạt động: Khi tác động vào nút nhấn (ấn vào), thì 1-2 được hở ra, khi hết tác động thì 1-2 được trở về trạng thái ban đầu (nối nhau). 2.4.3. Nút nhấn kép (NC). 2.4.3.1. Ký hiệu: Theo hình vẽ, nút nhấn NC có 4 chân và được ký hiệu bằng bốn chữ số là 1-2 và 3-4. 2.4.3.2. Nguyên lý hoạt động: Khi tác động vào nút nhấn (ấn vào), thì 1-2 được hở ra, 3-4 đóng lại. Khi hết tác động thì 1-2 và 3-4 được trở về trạng thái ban đầu. 2.5. Công tắc tơ. 2.5.1. Cấu tạo: 1 2 Tên gọi Hình 2.4: Ký hiệu nút nhấn NC 1 2 Tên gọi 3 4 Hình 2.5: Ký hiệu nút nhấn kép Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện 16 Contactor có nhiều hình dáng khác nhau tùy theo model của nhiều hãng sản xuất khác nhau. Thông thường mỗi contactor có ba tiếp điểm chính, và một hoặc hai cặp tiếp điểm phụ NC và NO. Ngoài ra, contactor còn có thể gắn thêm nhiều tiếp điểm phụ NC và NO 2.5.2. Ký hiệu: 2.5.2.1. Cuộn hút (coil) Cuộn hút của contac tor có hai chân, có điện trở khỏang vài trăm ohm, và được ký hiệu là A1 và A2 2.5.2.2. Ký hiệu tiếp điểm chính Ba tiếp điểm chính luôn được ký hiệu bằng sáu chữ số như hình trên. Ngòai ra, có thể được ký hiệu bằng sáu chữ cái khác nhau, tùy theo model và nhà sản xuất khác nhau như sau: Ba số (1,3,5) có thể được thay thế bằng ba chữ cái (T1,T3,T5) hoặc (R,S,T) hoặc (L1, L2 , L3). Ba số (2,4,6) có thể được thay thế bằng ba chữ cái (T2, T4,T6 hoặc (U,V,W) TÊN GỌI A1 A2 Hình 2.6: Ký hiệu cuộn hút contactor TÊN GỌI 1 2 3 4 5 6 Hình 2.7: Ký hiệu bộ tiếp điểm chính Contactor Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện 17 Tên gọi của ba tiếp điểm chính phải cùng tên với tên gọi của cuộn hút contactor. 2.5.2.3. Ký hiệu tiếp điểm phụ NC và NO. Tiếp điểm NC có hai chân, và được ký hiệu bằng hai cặp chữ số 11 và 12. Nếu trong contactor có nhiều tiếp điểm NC, thì thứ tự các tiếp điểm sẽ được ký hiệu bằng hai cặp chữ số 21-22, 31-32v.v 2.6. Rơ le nhiệt (OVERLOAD) Là khí cụ điện bảo vệ quá tải có điều chỉnh. Thông thường Rơ-Le nhiệt sẽ được sử dụng kèm theo Contactor, có thông số tương thích và cùng hãng sản xuất với Contactor. Rơ-Le nhiệt bao gồm hai phần chính là bộ phận đốt nóng và tiếp điểm bảo vệ. Có hai tiếp điểm bảo vệ: Tiếp điểm NO và NC 2.6.1. Ký hiệu bộ phận đốt nóng: Bộ phận đốt nóng của Rơ-Le nhiệt có sáu chân, và được ký hiệu trên các chân giống nghư 3 tiếp điểm chính của Contactor. 2.6.2. Ký hiệu tiếp điểm bảo vệ 11 12 b TÊN GỌI Hình 2.8 b: Ký hiệu tiếp điểm NC của Contactor 13 14 a TÊN GỌI Hình 2.8 a: Ký hiệu tiếp điểm NO của Contactor 1 3 5 2 4 6 Hình 2.9: Ký hiệu bộ phận đốt nóng Rơ-Le nhiệt Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện 18 Tiếp điểm NC của Rơ-Le nhiệt có 2 chân, và được ký hiệu bằng hai cặp chữ số 95-96. Tiếp điểm NO của Rơ-Le nhiệt có 2 chân, và được ký hiệu bằng hai cặp chữ so 97-98. 2.6.3. Nguyên tắc hoạt động. Hai bộ phận đốt nóng và tiếp điểm bảo vệ này có liên quan mật thiết với nhau. Bộ phận đốt nóng được đấu nối tiếp với tải (hay còn gọi là sử dụng bên mạch động lực). Tiếp điểm bảo vệ được sử dụng để cắt nguồn mạch điều khiển và mạch báo sữ cố. Khi dòng điện qua bộ phận đốt nóng bị vượt quá định mức, thì hai tiếp điểm bảo vệ sẽ bị đổi trạng thái. Lúc đó sẽ cắt nguồn mạch động lực, và đóng nguồn cho mạch báo sự cố. Khi hết sự cố, ta phải nhấn nút Reset trên Rơ-Le nhiệt để cho 2 tiếp điểm NC và NO của Rơ-Le nhiệt trở về trạng thái ban đầu. 2.7. Rơ-Le thời gian 2.7.1. Sơ đồ Chân trên Đế của Rơle thời gian 1 2 3 4 5 6 7 8 Hình 2.11: Vị trí chân 95 96 Hình 2.10 a: Tiếp điểm NC Tên Gọi 97 98 Tên Gọi Hình 2.10 b: Tiếp điểm NO Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện 19 2.7.2. Tiếp điểm: Rơle thời gian có tám chân. Trong đó:  Hai chân 2-7 là nơi cấp nguồn cho Rơle.  Ba chân 8-5 và 8-6 là một bộ tiếp điểm kép. Đối với lọai ON DELAY thì 8-5 là thường đóng mở chậm, 8-6 là thường hở đóng chậm. Đối với lọai OFF DELAY thì 8-5 là thường đóng đóng chậm, 8-6 là thường hở mở chậm.  Ba chân 1-3 và 1-4 là một bộ tiếp điểm kép. Trong đó 1-3 là thường đóng, 1-4 là thường hở. Có những lọai ba chân 1-3 và 1-4 có chức năng giống như ba chân 8-5 và 8-6. 2.8. Rơ-Le trung gian 2.8.1. Sơ đồ Chân trên Đế của Rơle trung gian lọai 11 chân 2.8.2. Tiếp điểm Hai chân 2-10 là cuộn hút. Có 1ại 3 cặp tiếp điểm kép 1-4, 1-5; 3-6, 3-7 và 11-8, 11-9. Trong đó:  1-4 là tiếp điểm thường hở  1-5 là tiếp điểm thường đóng.  3-6 là tiếp điểm thường hở  3-7 là tiếp điểm thường đóng.  11-9 là tiếp điểm thường hở  11-8 là tiếp điểm thường đóng. 2.9. Bộ khống chế 1 2 3 4 5 6 10 7 9 8 11 Hình 2.12: Vị trí chân Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện 20 2.9.1. Khái quát và công dụng Là loại khí cụ chuyển đổi mạch điện bằng tay gạt hay bằng vôlăng quay, điều khiển trực tiếp hay gián tiếp từ xa, thực hiện các chuyển đổi mạch điện phức tạp để điều khiển các hệ thống truyền động điện. Bộ khống chế được chia thành hai loại: Bộ khống chế động lực và bộ khống chế chỉ huy.  Bộ khống chế động lực: dùng để điều khiển trực tiếp các động cơ điện có công suất nhỏ và trung bình, nhằm đơn giản hoá thao tác cho người vận hành, bộ khống chế động lực còn dùng để thay đổi trị số các cấp điện trở đấu trong các mạch điện, nam châm điện và các thiết bị điện khác.  Bộ khống chế chỉ huy dùng để điều khiển gián tiếp các động cơ điện công suất lớn, qua chuyển đổi mạch điều khiển các cuộn hút của các công tắc tơ. 2.9.2. Phân loại và cấu tạo  Theo kết cấu gồm 2 loại: bộ không chế hình trống và bộ khống chế hình cam.  Theo loại dòng điện gồm 2 loại: bộ khống chế điện xoay chiều và bộ khống chế điện một chiều. Bộ khống chế hình trống có các cấp dòng điện định mức: 25, 40, 50, 100, 150, 300A khi làm việc liên tục dài hạn. Khi làm việc ngắn hạn lặp lại có thể chọn mức dòng điện cao hơn. Cấu tạo cơ bản gồm: Tang trống có trục quay được quay từng vị trí nhờ vôlăng, trên tang trống có gắn các vành trượt , các vành trượt có thể nối với nhau nhờ thanh nối . Do vậy các má đồng tiếp xúc tĩnh gắn trên thanh cách điện có thể được nối liền mạch qua vành tiếp xúc động ở một góc quay tương ứng nào đó, vị trí quay được chia trên dĩa chia độ cố định . Trên vỏ hộp bộ khống chế thường có sơ đồ tiếp điểm chỉ rõ vị trí tác động của bộ khống chế mà các tiếp điểm tương ứng được nối thông. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện 21 Hình 2.13: Cấu tạo bộ khống chế 2.9.3. Các thông số kỹ thuật cơ bản Bên cạnh các yêu cầu cơ khí ,va đập, dao động v.v trong việc kiểm tra chất lượng công tác ta cịn phải quan tâm đến các thông số :  Điện áp cách điện: Thử xuyên thủng bằng cách đặt điện áp xoay chiều 1500V trong thời gian một phút ở các điểm cần phải cách điện giữa chúng.  Điện trở cách điện: Thử cách điện bằng cách đo điện trở cách điện, điện trở này không được bé hơn 2 MΩ.  Sự phát nóng: Cho một dòng điện bằng 125%Iđm đi qua ở các đầu cực không được phép có một điện áp rơi lớn 50 mV đối với mỗi vị trí đóng của công tắc và không phát nóng.  Sức bền cơ khí: tiến hành 10000 lần thay đổi vị trí tần số thao tác 25 lần / phút không có điện áp và dịng điện, sau đó công tắc phải ở trạng thái làm việc tốt và có thể chịu tiêu chuẩn xuyên thủng trên .  Nhiệt độ: các chi tiết cách điện phải chịu đựng 100oC trong thời gian 2 giờ mà không bị biến dạng hoặc sủi nhám . Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện 22 Kí hieäu maïch Teân goïi Kí hieäu maïch Teân goïi Nuùt nhaán thöôøng hôû Coâng taéc ñoùng maïch (Thöôøng môû) Nuùt nhaán thöôøng kín Coâng taéc môû maïch (Thöôøng ñoùng) Thöôøng hôû (ñoùng chaäm) Thöôøng kín ( môû chaäm ) Vaän haønh cô ñieän vôùi söï trì hoaõn Rô le nhieät Vaän haønh baèng cô ñieän Caàu chì Coâng taéc ñaûo chieàu Caét doøng quaù taûi (nhieät ñieän) a: 1 cöïc; b: nhieàu cöïc Coâng taéc haønh trình (Thöôøng hôûû) Coâng taéc haønh trình (Thöôøng kín) Caét doøng quaù taûi a: 1 cöïc ; b: nhieàu cöïc Caét ñieän aùp thaáp a: 1 cöïc ;b: nhieàu cöïc Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện 23 Ký hiệu của mạch điện Ký hiệu Ký hiệu Tên gọi Công tắc dóng mạch (thường hở) Công tắc hở mạch (thường đóng) Công tắc đảo chiều Công tắc đảo chiếu không cắt(đóng mạch tuần tự) Công tắc đóng mạch 1 đóng trước 2 Công tắc thường đóng Cong tắc đóng mạch theo 2 hướng Thường đóng (mở chậm) Thường mở(đóng chậm) Thường đóng(đóng chậm) Thường mở(mở chậm) Công tắc cách ly Tên gọi 1 2 1 2 Công tắc có cầu chì cách ly Công tắc tải Công tắc công suất Vận hành bằng cơ - điện Vận hành bằng cơ-điện (cắt mạch khi quá dòng) Rơle nhiệt Vận hành cơ điện với sự trì hoãn Vận hành cơ điện (mở chậm) Vận hành cơ điện (đóng và mở chậm) Cắt dòng quá tải (nhiệt điện) a) 1cực ; b) nhiều cực Cắt dòng quá tải Cắt điện áp thấp áp a) 1 cực ;b) nhiều cực a b I I a b U a b Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện 24 Ký hiệu của mạch theo tiêu chuẩn DIN 40713 Tên gọiKý hiệu Ký hiệu Tên gọi Cắt điện áp thiếu pha Vận hành bằng điện từ có kích thích Công tắc thường đóng tự khởi động, tự phục hồi Công tắc thường mở tự khởi động ,tự phục hồi Phích cắm Lỗ cấm Jắc cắm với phích cắm và lỗ cấm Jắc cấm với phích cắm và lỗ cắm có dây bảo vệ Cầu chì Cầu chì có đầu cắm Thiết bị cắt điện áp quá tải Khoảng cách phóng tia lửa điện U> hoặc Nút nhấn thường mở Nút nhấn thường đóng Công tắc hành trình khởi động bằng tay Công tắc 3 pha với khóa chuyển mạch bằng tay Cầu dao cách ly 3 cực với khóa chuyển mạch bằng tay 1234 1 2 3 4 5 12345 A B C 1 2 3 4 5 A B C Công tắc 5 cực có vấu với 5 vị trí Công tắc 3 cực có vấu với 5 vị trí Vẽ đơn giản trong sơ đồ mạch Bảng mô tả sơ đồ mạch điện Đóng mạch Mở mạch Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện 25 Ký hiệu của mạch theo tiêu chuẩn DIN 40713 Ký hiệu ngắn Ký hiệu mạch Tên gọi Công tắc 3 cực với bộ cắt dòng quá tải bằng rơle nhiệt Công tắc 3 cực với bộ cắt dòng quá tải bằng rơle nhiệt Công tắc tơ với bộ cắt dòng quá tải bằng rơle nhiệt Công tắc 3 cực với bộ cắt dòng quá tải bằng rơle nhiệt và cắt dòng ngắn mạch bằng điện từ Công tắc 4 cực với bộ cắt dòng điện dò Công tắc 1 cực với bộ cắt dòng quá tải bằng rơle nhiệt và điện từ 3 3 3 3 I >> I >>I >> 4 I > 3 3 Máy biến áp 3 pha Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện 26 Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện 27 Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện 28 Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện 29 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP 1- Trình bày đặc tính công dụng của công tắc? Các thông số kỹ thuật cơ bản của công tắc? 2- Trình bày đặc tính công dụng của nút nhấn? Các thông số kỹ thuật cơ bản của nút nhấn? 3- Trình bày đặc tính công dụng của cầu dao? Các thông số kỹ thuật cơ bản của cầu dao ? 4- Trình bày đặc tính công dụng của bộ khống chế? Các thông số kỹ thuật cơ bản của bộ khống chế? Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 30 CHƢƠNG 3: NGUYÊN TẮC CƠ BẢN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Mục tiêu:  Nắm được các nguyên tắc điều khiển hệ thống truyền động kiểu hở.  Nắm được các nguyên tắc điều khiển hệ thống truyền động kiểu kín có phản hồi tín hiệu đầu ra,  Nắm được các nguyên tắc điều khiển hệ thống truyền động kiểu kín có mạch phản hồi âm tín hiệu đầu ra. 3.1. Khái niệm chung Do yêu cầu công nghệ của máy, cơ cấu sản xuất, các hệ thống truyền động điện tự động đều được thiết kế, tính toán để làm việc ở các trạng thái xác định, trạng thái của hệ thống truyền động điện được xác định bằng các thông số của hệ như các thông số cơ học như mômen cơ, quán tính cơ... Và các thông số về điện như dòng điện, điện áp, tần số.... Mỗi thông số xác định một trạng thái xác lập của hệ thống, sự thay đổi của một thông số bất kỳ kể trên đều dẫn đến việc thay đổi trạng thái của hệ thống và việc chuyển từ giá trị này đến giá trị khác được thực hiện tự động nhờ hệ thống điều khiển Quá trình điều khiển hệ thống TĐĐ có thể chia thành những quá trình sau:  Tự động điều khiển quá trình mở máy (khởi động), tức là đưa tốc độ động cơ từ tốc độ bằng 0 lên tới một giá trị tốc độ nào đó.  Tự động điều khiển quá trình làm việc của hệ thống truyền động theo yêu cầu cho trước.  Tự động điều khiển quá trình hãm và dừng máy. 3.2. Các nguyên tắc điều khiển hệ thống truyền động điện kiểu hở Giả sử điều khiển mở máy một động cơ KĐB 3 pha rotor lồng sóc bằng phương pháp đổi nối Y/, nhằm giảm điện áp lúc mở máy, có đặc tính cơ như trên (Hình 3.1). Ban đầu đặc tính mở máy động cơ theo đường nét đậm (1) trên (Hình 3.1a). Đến thời điểm t1 (điểm A) là thời điểm chuyển đổi nối Y thành , động cơ chuyển đặc tính mở máy từ A sang B. Từ đường đặc tính cơ lúc mở máy, suy ra giản đồ thời gian của dòng điện (Hình 3.1b) và của tốc độ (Hình 3.1c). Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 31 Hình 3.1: Đặc tính mở máy động cơ KĐB 3 pha đổi nối Y/ Từ các đường đặc tính mở máy và các đồ thị của dòng điện, tốc độ theo thời gian lúc mở máy, ta thấy: Để đảm bảo diễn biến của quá trình chuyển đổi đặc tính tại điểm A có thể dùng các giá trị hoặc dòng điện (I1) hoặc tốc độ (1) hoặc thời gian t1 ... làm mốc chuyển đổi.Từ đó, có thể có các nguyên tắc điều khiển sau:  Nguyên tắc điều khiển theo thời gian: Đổi nối Y/ sau thời gian t1  Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ: Đổi nối Y/ khi động cơ đạt đến tốc độ 1=B  Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện: Đổi nối Y/ khi dòng điện mở máy của động cơ giảm còn I1 Ngoài ra, còn có các nguyên tắc điều khiển khác như nguyên tắc điều khiển theo vị trí (hành trình) (không áp dụng cho trường hợp trên). Đó là điều khiển hệ truyền động điện một cách tự động tùy theo vị trí của 1 chuyển động nào đó của hệ a. Đặc tính cơ lúc mở máy b. Giản đồ dòng điện c. Giản đồ tốc độ Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 32 3.2.1. Nguyên tắc điều khiển theo thời gian Điều khiển theo thời gian dựa trên cơ sở các thông số làm việc của mạch động lực biến đổi theo thời gian như tốc độ quay, mômen, dòng điện ... Các tín hiệu điều khiển phát ra theo một quy luật thời gian cần thiết từ phần tử điều khiển sẽ làm thay đổi trạng thái của hệ thống. Các phần tử điều khiển phát tín hiệu theo thời gian chỉnh định có thể là rơle thời gian, tạo nên một khoảng thời gian trễ (duy trì) kể từ lúc có tín hiệu đưa vào (mốc 0) đầu vào đến khi phát được tín hiệu ra đưa vào phần tử chấp hành. Dưới dây giới thiệu sơ đồ khởi động động cơ không đồng bộ 3 pha rotor dây quấn có một cấp điện trở phụ (Hình 3.2) theo nguyên tắc thời gian: Hình 3.2: Sơ đồ mạch điện khởi động động cơ KĐB 3 pha rotor dây quấn qua 1 cấp điện trở a. Đường đặc tính cơ b. Giản đồ tốc độ Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 33 Nhấn nút M, công tắc tơ K được cấp điện. Các tiếp điểm phụ (duy trì) và tiếp điểm chính (động lực) của K đóng lại. Động cơ được cấp điện khởi động dưới tác dụng của momen điện từ ban đầu Mmin và làm việc theo đặc tính cơ (1) (Hình 1-2a) tính cho trường hợp rotor có điện trở phụ Rf tham gia (đặc tính cơ nhân tạo). Cùng lúc đó trên mạch điều khiển cơ cấu định thời gian là rơle thời gian Rth bắt đầu tính thời gian để đóng tiếp điểm Rth. Sau một thời gian chỉnh định tcđ, tiếp điểm Rth đóng lại, cấp điện cho công tắc tơ G. Công tắc tơ G đóng các tiếp điểm thường hở trên mạch rotor, cắt điện trở phụ Rf ra khỏi rotor, chuyển động cơ sang làm việc ở đặc tính cơ tự nhiên. Điểm chuyển A (Hình 3.2 a) có tốc độ 1và momen M1 sẽ chuyển sang điểm B trên đặc tính cơ tự nhiên. Từ điểm B động cơ tăng tốc và ổn định tại điểm làm việc C. Quá trình tăng tốc độ được minh họa trên ( Hình 3.2 b) (đường (t)) 3.2.2. Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ Trong ví dụ minh họa (Hình 3.3), tốc độ quay trên trục động cơ hay của cơ cấu chấp hành là một thông số đặc trưng quan trọng xác định trạng thái của hệ thống truyền động điện. Dựa vào thông số này để điều khiển sự làm việc của hệ thống, mạch điều khiển phải có phần tử thụ cảm được chính xác tốc độ của động cơ, phần tử này có thể là rơle tốc độ. Rơle tốc độ sẽ phát tín hiệu cho phần tử chấp hành để chuyển trạng thái làm việc của hệ thống khi tốc độ đạt đến các giá trị ngưỡng đã chỉnh định sẵn. Ngoài rơle tốc độ có cấu tạo theo nguyên tắc ly tâm và nguyên tắc cảm ứng. Trong thực tế còn sử dụng những thiết bị cảm thụ các đại lượng tỉ lệ với tốc độ. Các đại lượng này có thể làsức điện động của động cơ điện một chiều tỉ lệ thuận với tốc độ. Sức điện động trên vành trượt của động cơ điện xoay chiều rotor dây quấn tỉ lệ thuận với hệ số trượt hay tỉ lệ nghịch với tốc độ của động cơ. Sức điện động của máy phát tốc độ tỉ lệ với tốc độ động cơ khi máy phát tốc độ gắn trên trục động cơ có kích thích cố định. Có thể dùng các thiết bị như rơle, công tắc tơ để cảm thụ sức điện động nêu trên, bằng cách chọn các trị số điện áp hút, nhả thích hợp ở các tốc độ cần điều khiển. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 34 Hình 3.3: Rơ le tốc độ kiểu cảm ứng Ở (Hình 1-3) trình bày cấu tạo đơn giản của rơle tốc độ kiểu cảm ứng: Rotor (1) là nam châm vĩnh cữu được gắn đồng trục với trục quay động cơ hay cơ cấu chấp hành. Stator (2) cấu tạo như một lồng sóc và có thể quay được trên bộ đỡ. Trên cần (3) gắn vào stator bố trí má động (11) của hai tiếp điểm có các má tĩnh là (7) và (15). Khi rotor không quay các tiếp điểm (7,11) và (15,11) mở, do các lò xo giữ cần (3) ở chính giữa. Khi rotor quay sẽ tạo từ trường quay quét qua stator, trong lồng sóc xuất hiện dòng điện cảm ứng chạy qua. Tác dụng tương hỗ giữa dòng điện này và từ trường quay hình thành nên một momen quay làm cho stator quay đi một góc nào đó. Lúc đó các lò xo cân bằng (4) bị nén hay kéo tạo ra một momen chống lại và cân bằng với momen quay điện từ. Trị số ngưỡng của tốc độ được điều chỉnh bằng bộ phận (5) để thay đổi độ kéo nén của lò xo cân bằng (4). Khi tốc độ quay của rotor nhỏ hơn trị số ngưỡng đã đặt, momen điện từ không thắng được momen phản của các lò xo cân bằng nên tiếp điểm không đóng được. Nếu tốc độ quay của rotor đạt giá trị lớn hơn hoặc bằng ngưỡng đã đặt thì momen điện từ mới thắng được Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 35 momen phản của các lò xo làm cho stator quay và đóng tiếp điểm tương ứng theo chiều quay của rotor. Hình 3.4: Sơ đồ mở máy động cơ DC kích từ song song theo nguyên tắc tốc độ qua 1 cấp điện trở Sơ đồ mạch điện động cơ điện một chiều kích từ song song mở máy qua một cấp điện trở (Hình 3.4 a). Tốc độ được kiểm soát qua sức điện động của động cơ. Khi đóng cầu dao CD, cuộn kích từ của động cơ được cấp điện. Nhấn nút mở máy M, cuộn dây công tắc tơ K có điện làm đóng các tiếp điểm phụ (duy trì) và tiếp điểm chính (động lực) cấp điện cho cuộn K và cho phần ứng động cơ. Động cơ mở máy với điện trở phụ R và đường đặc tính cơ mở máy theo đường 1 (Hình 3.4 b). Tốc độ động cơ tăng từ 0 đến 1 (Hình 3.4 c), tại thời điểm t1 (ứng với điểm A) điện áp đặt lên cuộn dây công tắc tơ K1 là: U1 = E + I2. Rư = K..1 + I2 Rư (3.1) Trong đó:  U1 : điện áp đặt lên cuộn dây côngtắctơ K  E : sức điện động phần ứng động cơ a. Sơ đồ nguyên lý b. Đặc tính mở máy c. Giản đồ tốc độ theo thời gian Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 36  Rư: điện trở dây quấn phần ứng  K: hệ số phụ thuộc kết cấu động cơ K = )2.3( 2 . a Np   P. số đôi cực từ chính  N: Số thanh dẫn tác dụng của cuộn ứng  a. Số mạch nhánh song song của cuộn ứng Công tắc tơ K1 được chỉnh định để tác động ở điện áp U1. Tiếp điểm K1 mắc song song với điện trở R sẽ đóng lại làm điện trở R bị nối tắt. Động cơ chuyển sang làm việc tại điểm B trên đặc tính tự nhiên 2 với momen lớn hơn và tiếp tục tăng tốc từ 1 tới c tại điểm làm việc C. Quá trình mở máy kết thúc. 3.2.3. Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện Hình 3.5: Sơ đồ điều khiển mở máy động cơ DC kích từ nối tiếp qua 1 cấp điện trở theo nguyên tắc thời gian a. Sơ đồ nguyên lý b. Đặc tính cơ c. Giản đồ thời gian Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 37 Dòng điện của động cơ cũng là một thông số quan trọng, phản ánh trạng thái mang tải bình thường của hệ thống, trạng thái non tải, trạng thái quá tải, trạng thái đang khởi động hay trạng thái đang hãm của động cơ. Phần tử thụ cảm dòng điện có thể rơle dòng điện hoặc các khóa điện tử hoạt động theo tín hiệu vào là trị số dòng điện. Dòng điện của động cơ dùng làm tín hiệu vào trực tiếp hoặc gián tiếp cho các phần tử thụ cảm dòng điện nói trên. Khi trị số tín hiệu vào đạt đến giá trị ngưỡng xác định phần tử thụ cảm sẽ phát tín hiệu để điều khiển hệ thống chuyển đến các trạng thái làm việc theo yêu cầu. Ở (Hình 3.5a) là sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp mở máy quamột cấp điện trở phụ. Sau khi đóng cầu dao CD, ấn nút M, cuộn dây công tắc tơ K có địên làm đóng các tiếp điểm chính (động lực) K để động cơ mở máy với điện trở phụ R. Dòng điện mở máy ban đầu là Imm còn dòng điện chỉnh định của rơle dòng RD là Icđ  Imm ,do đó khi bắt đầu đóng các tiếp điểm K thì cuộn dây RD tác động ngay, mở tiếp điểm thường đóng RD, ngăn cấp điện cho cuộn dây công tắc tơ K1. Rơle khóa RK được tính chọn để thời gian tác động của nó lớn hơn thời gian tác động của RD. Do đó, tiếp điểm thường đóng RD mở ra trước khi tiếp điểm thường mở RK đóng. Trong quá trình tăng tốc theo đường đặc tính cơ (1) (Hình 3.5b) từ điểm A đến điểm B, dòng điện động cơ giảm từ Imm xuống I1 (Hình 3.5c) làm lực hút của cuộn dây RD yếu, nếu dòng điện chỉnh định Icđ = I1 tiếp điểm thường đóng RD sẽ đóng lại. Khi tiếp điểm RD đóng, cuộn dây công tắc tơ K1 có điện, đóng các tiếp điểm K1và loại điện trở mở máy R ra khỏi mạch động cơ. Động cơ chuyển sang làm việc tại điểm C trên đường đặc tính cơ tự nhiên (2) và tiếp tục tăng tốc đến điểm làm việc. Quá trình mở máy kết thúc. 3.2.4. Nguyên tắc điều khiển theo hành trình Khi quá trình thay đổi trạng thái làm việc của hệ truyền động có liên quan chặt chẽ với vị trí của các bộ phận động của máy, có thể dùng các thiết bị đặc biệt gọi là công tắc hành trình, đặt tại những vị trí thích hợp trên đường đi của các bộ phận động đó, để khi bộ phận di chuyển đến những vị trí này sẽ tác động lên các công tắc hành trình, công tắc hành trình sẽ phát những tín hiệu điều khiển hệ thống đến các trạng thái làm việc mới. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 38 Ví dụ: Thang máy lên (xuống) đến tầng cần dừng, sẽ tác động vào một công tắc chuyển đổi để giảm tốc và dừng lại. Các nguyên tắc điều khiển tự động hệ truyền động điện và phạm vi sử dụng. Nguyên tắc điều khiển Khí cụ điều khiển Ƣu điểm Nhƣợc điểm Phạm vi sử dụng ƣu tiên Thời gian  Rơle thời gian  Điện từ  Khí  Bán dẫn  Reed  Đơn giản. Tin cậy  Ổn định thời gian mở máy và hãm ngay cả khi Mc, Mj, Unguồn thay đổi Dòng mở máy và momen nhảy vọt khi tăng Mc và Mj  Dùng rộng rãi nhất khi mở máy và hãm động năng. Tốc độ  Rơle điện áp  Rơle kiểm tra tốc độ  Đơn giản. Rẻ.  Khối lượng nhỏ, kích thước gọn.  Khó điều chỉnh công tắc tơ ở các điện áp hút khác nhau  Thời gian mở máy và hãm phụ thuộc Mc, Mj, Ulưới.  Hãm động cơ một chiều, xoay chiều. Dòng điện Rơle dòng điện Duy trì dòng điện và momen khi mở máy và hãm ở mức độ đã định Không giữ ổn định thời gian mở máy vàhãm khi có biến động Mc, Mj, Ulưới.  Mở máy động cơ một chiều kích từ nốitiếp và động cơ KĐB rotor dây quấn Vị trí (hành trình) Công tắc hành trình (công tắc cuối) Đơn giản Độ chính xác không cao Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 39 3.3. Nguyên tắc điều khiển hệ thống truyền động điện kiểu kín có mạch phản hồi tín hiệu đầu ra: Hình 3.6: Sơ đồ khối của hệ thống tự động điều chỉnh.  BD là biến dòng.  BBĐ là bộ biến đổi, có thể là máy phát, khuếch đại từ, bán dẫn.  ĐK là khối điều khiển.  Kn, KI là hệ số phản hồi tốc độ và dòng điện.  Rn, RIlà bộ điều chỉnh tốc độ và dòng điện. Các bộ điều chỉnh tốc độ, dòng điện (Rn, RI) là bộ phận quan trọng nhất của hệ thống vì nó quyết định chất lượng tĩnh và chất lượng động của hệ thống. Nó có hai chức năng như sau:  Khuếch đại các sai lệch điều khiển nhỏ của hệ thống.  Đảm bảo chất lượng và độ chính xác của hệ. Đối với hệ thống truyền động điện làm việc ở các trạng thái hở, trong quá trình hãm, khởi động, đảo chiều, ăn tải, nhả tải thường gây ra các sai lệch lớn so với giá trị cho phép. Trong khi đó nhiều máy lại yêu cầu phải đảm bảo duy trì tốc độ không đổi hay các đại lượng khác theo yêu cầu của chất lượng tĩnh cũng như chất lượng động đặt ra.Trong trường hợp như vậy ta phải dùng hệ thống điều khiển tự động kiểu hệ kín. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 40 Đối với hệ thống sử dụng động cơ điện một chiều làm việc trong hệ thống truyền động điện kiểu hệ kín thường người ta phải sử dụng các bộ biến đổi để cung cấp nguồn điện áp một chiều cho phần ứng động cơ hay cung cấp cho cuộn kích từ của động cơ điều khiển tự động hệ kín người ta thường sử dụng bộ biến tần, hoặc điều khiển xung trở mạch rotor... Trong hệ thống điều khiển tự động truyền động điện kiểu hệ kín người ta thường tiến hành lấy một số phản hồi cơ bản sau:  Phản hồi âm: Tác động ngược chiều điện áp đặt.  Phản hồi dương: Tác động cùng chiều với điện áp đặt.  Phản hồi có ngắt: Tín hiệu phản hồi được so sánh với một lượng bên ngoài, nếu nó vượt qua giá trị đó thì khâu phản hồi mới tham gia tác động vào hệ thống.  Phản hồi thẳng: Tín hiệu ra quay trở lại trực tiếp đầu vào. 3.3.1. Khâu phản hồi âm điện áp. Hình 3.7: Sơ đồ nguyên lý phản hồi âm điện áp. BBĐ có thể sử dụng các bộ biến đổi máy điện, bộ biến đổi van BBĐ cung cấp điện áp một chiều cho phần ứng động cơ điện1 chiều kích từ độc lập. Để ổn định và nâng cao chất lượng tĩnh của khâu điều khiển ta dùng biến trở R1, R2 làm khâu phản hồi lấy điện áp quay trở lại khống chế điện áp cung cấp cho đông cơ. Thành lập phương trình đặc tính cơ: Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 41 )3.3( . . .. . . 21 1                      RR R RIEU RIEU nKE UKE UUUUU DDD D eD Ddihd      : Hệ số phản hồi Giải hệ phương trình ta được: )4.3( ).1( ).1([ ).1( .        KK KRRI KK UK n Dd      Từ hệ phương trình đặc tính cơ ta vẽ được đặc tính cơ như hình Hình 3.8: Đƣờng đặc tính cơ phản hồi âm điện áp. Để cho tốc độ không tải của hệ thống hở và kín bằng nhau thì điện áp đặt của hệ thống kín lớn hơn hệ thống hở là (1+KΠ) lần. Độ sụt tốc độ (sai lệch tĩnh) trong hệ thống kín sẽ nhỏ hơn trong hệ thống hở là (1+KΠ) lần. Như vậy phản hồi âm điện áp tạo nên đặc tính của hệ kín cao hơn so với hệ hở nhưng luôn thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên, điều đó chứng tỏ khả năng duy trì tốc độ của khâu phản hồi âm điện áp là kém. 3.3.2. Phản hồi dƣơng dòng điện: Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 42 Hình 3.9: Sơ đồ nguyên lý phản hồi dƣơng dòng điện. Từ sơ đồ nguyên lý ta viết được phương trình cân bằng sau: U∑ =Uđ +β.I.R với β= Rđo/R = Rđo/RΠ + RĐ EΠ = KΠ.U∑ UĐ = EΠ − I.RΠ UĐ =EĐ + I.RĐ EĐ = Ke.φ.n Giải hệ ta được: )5.3( ).1( . .     ee d K KIR K UK n   Từ phương trình đặc tính cơ ta có đặc tính cơ như hình. Hình 3.10: Đƣờng đặc tính cơ phản hồi dƣơng dòng điện. Nhận xét:  Đối với phản hồi dương dòng điện thì điện áp đặt vào hệ hở và hệ kín là như nhau. Mặc dù có thể tạo nên đường đặc tính cơ có độ cứng rất cao (độ sụt tốc độ ∆n% =0, thậm chí ∆n%<0). Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 43  Hệ thống không có đường đặc tính giới hạn do đó khi sử dụng phản hồi dương dòng điện trong các bộ biến đổi mang tính phi tuyến mạnh thì độ chính xác của hệ thống bị suy giảm cho nên phản hồi dương dòng điện thường được kết hợp với các phản hồi khác mà không sử dụng độc lập. 3.3.3. Phản hồi âm tốc độ: Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý phản hồi âm tốc độ.  FT là máy phát tốc.  BBĐ là bộ biến đổi điện hoặc điện tử. Phương trình đặc tính cơ: )6.3( . . .. ).(. .                   DDD D eD d d RIEU RIEU nKE nUKUKE nUU      Kết hợp giải hệ ta được: Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 44        RRR K K KKK K K IR K UK n Đ e Đ e d     ;. )1( .1 . Từ phương trình đặc tính cơ ta vẽ được đường đặc tính cơ như hình 9. Hình 3.12: Đƣờng đặc tính cơ phản hồi âm tốc độ. Nhận xét:  Để cho tốc độ không tải lý tưởng của hệ thống hở và hệ thống kín bằng nhau thì điện áp đặt lên hệ hở sẽ nhỏ hơn điện áp đặt lên hệ kín là (1+γk) lần.  Độ cứng đặc tính cơ của hệ kín cao hơn hệ hở là (1+γk) lần.  Đường đặc tính giới hạn: lim 𝐾−∞ 𝑛 𝐼 = 𝑈𝑑 𝛾 = 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑡 3.3.4. Phản hồi âm dòng có ngắt: Trong quá trình làm việc động cơ phải trải qua các giai đoạn như quá trình quá độ và phải làm việc ổn định nếu như dòng điện phần ứng vượt quá giá trị cho phép thì ta phải tìm biện pháp hạn chế công suất đầu vào. Phản hồi âm dòng có ngắt sẽ hạn chế phụ tải tĩnh khi cho động cơ bị quá tải và tạo nên đường đặc tính có dạng điển hình gọi là đường đặc tính máy xúc. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 45 Hình 3.13: Đƣờng đặc tính cho động cơ quá tải Ta thấy ở (Hình3.13a) đặc tính gồm 2 đoạn:  Đoạn 1 là đoạn n0B chỉ có các khâu duy trì tốc độ tham gia nó đảm bảo độ cứng cao để máy làm việc có năng suất chất lượng sản phẩm.  Đoạn 2 là đoạn BC lúc này trong hệ thống chỉ còn duy nhất 1 khâu phản hồi âm dòng điện có ngắt tham gia vào hệ thống. Nó tạo ra đường đặc tính có độ dốc lớn, nếu động cơ bị quá tải nặng nó sẽ dừng lại tại điểm C. Trong thực tế có thể chúng ta gặp trường hợp đặc tính tĩnh có 3 đoạn (Hình3.13b).  Đoạn AB là đoạn duy trì tốc độ có khâu phản hồi âm tốc độ tác động.  Đoạn BC là đoạn có thêm khâu phản hồi âm dòng có ngắt tham gia vào hệ thống.  Đoạn CD là đoạn chỉ có khâu phản hồi âm dòng có ngắt tham gia vào hệ thống. 3.3.5. Hệ thống điều khiển tự động với khâu phản hồi âm áp và âm dòng có ngắt: Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý hệ thống điều khiển tự động với khâu phản hồi âm áp và âm dòng có ngắt. Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 46 Khâu phản hồi âm dòng có ngắt không phải tham gia hoàn toàn vào hệ thống, mà chỉ tham gia vào hệ thống khi động cơ bị quá dòng: URđo> Uss Phƣơng trình đặc tính cơ: Từ sơ đồ ta viết được hệ phương trình sau: U∑=Uđ – α.UĐ– β.∆I.Rđo.1[∆I] EΠ = KΠ.U∑ UĐ =EΠ– I.RΠ UĐ = EΠ + I.RĐ EĐ = K.φ.n Khi giải hệ ta được phương trình đặc tính cơ: Khoa Kỹ thuật Điện – Điện tử Giáo trình Trang bị điện û 47 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP 1- Trình bày nguyên tắc điều khiển hở theo thời gian? 2- Trình bày nguyên tắc điều khiển hở theo tốc độ? 3- Trình bày nguyên tắc điều khiển kín có phản hồi điện áp? 4- Trình bày nguyên tắc điều khiển kín có phản hồi dòng điện? 5- Trình bày nguyên tắc điều khiển kín có phản hồi tốc độ?