BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ Tự động hóa thiết bị điện Hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo nguyên tắc dòng điện

Tự động hóa thiết bị điện TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN & TỰ ĐỘNG HÓA BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ NGÀNH: ……………………………………………………… CHUYÊN NGÀNH: ………………………………………… HỌC PHẦN:…………………………………………………… Giảng viên hướng dẫn:… Nhóm sinh viên/ sinh viên thực hiện: Mã sinh viên: …… Lớp: …………… HÀ NỘI, … /2021 Sinh viên thực hiện: Tự động hóa thiết bị điện MỤC LỤC Chương I: Lý thuyết 1.1 Hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo nguyên tắc dòng điện 1.1.1 Nguyên tắc dòng điện 1.1.2 Khởi động động chiều kích từ độc lập theo ngun tắc dịng điện qua cấp điện trở 1.2 Các điều chỉnh hệ thống tự động 1.2.1 Chức 1.2.2 phân loại .4 1.3 Nguyên tắc chuyển từ sơ đồ điều khiển có tiếp điểm sang sơ đồ điều khiển khơng có tiếp điểm 1.3.1 Sự tương đương sơ đồ mạch điện hàm logic 1.3.2 Sử dụng bảng chân lý, bảng Cacno để thiết kế mạch logic 1.3.3 Các sơ đồ điều khiển có nhớ 10 1.3.4 Chuyển đổi từ sơ đồ dùng tiếp điểm sang sơ đồ dùng phần tử logic 12 1.3.5 Ví dụ chuyển đổi hình 3.4 sang mạch dùng phần tử logic 13 Chương 2: Bài tập ứng dụng 14 Kết luận 17 Tài liệu tham khảo 18 Sinh viên thực hiện: Tự động hóa thiết bị điện DANH SÁCH CÁC BẢNG, HÌNH VẼ Hình 1.1 Sơ đồ mạch lực động điện chiều theo ngun tắc dịng điện Hình 1.1 Sơ đồ mạch điều khiển động điện chiều theo ngun tắc dịng điện…2 Hình 1.3 : Sơ đồ mạch lực động điện chiều theo nguyên tắc dịng điện qua cấp điện trở Hình 1.4 : Sơ đồ mạch điều khiển động điện chiều theo nguyên tắc dòng điện qua cấp điện trở …………………………………………………………………… Hình 1.5: Chuyển đổi tương đương hàm OR Hình 1.6: Chuyển đổi tương đương hàm AND Hình 1.7: Chuyển đổi tương đương hàm NOT Hình 1.8: Chuyển đổi tương đương hàm NAND…………………………………………….6 Hình 1.9 : Chuyển đổi tương đương hàm NOR Hình 1.10: Chuyển đổi tương đương hàm NOT có cuộn hút trung gian Hình 1.11: Chuyển đổi tương đương hàm EX-OR Hình 1.12: Chuyển đổi tương đương hàm AND có cuộn hút trung gian Hình 1.13: Sơ đồ mạch chốt R-S Hình 1.14: Mạch ứng dụng Hình 1.15: Mạch tương đương mạch chốt R-S Hình 1.16: Sơ đồ mạch R-S đầu vào Hình 1.17: Mạch ứng dụng Hình 1.18: Mạch tương đương mạch chốt R-S có ba đầu vào Hình 1.19: Mạch chốt D Hình 1.20 : Sơ đồ mạch điện Hình 1.21: Sơ đồ mạch logic Hình 2.1 Sơ đồ mạch lực điều khiển máy bơm Hình 2.2 Sơ đồ mạch điều khiển mạch điều khiển máy bơm……………………… Sinh viên thực hiện: Tự động hóa thiết bị điện Chương I: Lý thuyết 1.1 Hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo nguyên tắc dòng điện Tự động điều khiển máy điện hệ thống đơn giản khởi động, hãm đảo chiều động thực bốn nguyên tắc bản: thời gian, tốc độ, dòng điện quãng đường Chúng dùng để điều khiển trình khởi động, hãm, đảo chiều động điện chiều động không đồng roto dây quấn trình khởi động, hãm động đồng Nguyên tắc điều khiển theo quảng đường sử dụng điều khiển động cho cấu dịch chuyển tịnh tiến định trước Trong trường hợp này, động khởi động, hãm có mang sẵn tải cấu chuyển động tịnh tiến Ngoài ra, cịn có số ngun tắc điều khiển khác nguyên tắc: mômen, công suất, sức căng, áp suất, nhiệt độ 1.1.1 Nguyên tắc dòng điện Điều khiển theo nguyên tắc dòng điện tiếp điểm tác động theo tín hiệu dịng điện Tín hiệu dịng điện lấy từ rơle dịng điện Hình 1.1 vẽ sơ đồ mạch ví dụ điều khiển động điện chiều theo ngun tắc dịng điện Tín hiệu dòng điện phần ứng lấy từ hai rơle dòng điện RD1, RD2 Sau cấp nguồn chiều tới mạch động lực mạch điều khiển, chưa có thiết bị cấp điện Nhấn nút M công tắc tơ K có điện, đóng tiếp điểm mạch động lực, dòng điện động tăng lớn chỉnh định rơle RD 1, RD2 làm mở tiếp điểm rơle dòng mạch RD1 (9–11), RD2 (11–13) Tiếp điểm K mạch (1–7) đóng, rơle R1 có điện đóng mạch (1–9) K1 chưa hút mạch (9–11) hở Tốc độ động tăng, dòng điện động giảm, tới giá trị nhả tiếp điểm RD1 mạch (9-11) kín, K1 đóng tự giữ tiếp điểm K (9–11) Do cố ý chỉnh định RD2 có giá trị dịng điện nhả nhỏ RD1 nên tiếp điểm RD1 (911) đóng lại RD2 (11––13) khơng đóng K1 đóng làm dịng điện lại tăng lên, RD2 tiếp tục hở tiếp điểm Động tiếp tục khởi động, dòng điện giảm tới giá trị tác động RD2 tiếp điểm (11–13) đóng lại, K hút, ngắn mạch tiếp cấp điện trở thứ hai, động tiếp tục khởi động theo đường đặc tính tự nhiên tới tốc độ xác lập Tự động hóa thiết bị điện Hình Sơ đồ mạch lực động điện chiều theo nguyên tắc dòng điện Hình 1.3 Sơ đồ mạch điều khiển động điện chiều theo nguyên tắc dòng điện 1.1.2 Khởi động động chiều kích từ độc lập theo ngun tắc dịng điện qua cấp điện trở Hình 1.3 : Sơ đồ mạch lực động điện chiều theo nguyên tắc dòng điện qua cấp điện trở Tự động hóa thiết bị điện Hình 1.4 : Sơ đồ mạch điều khiển động điện chiều theo nguyên tắc dòng điện qua cấp điện trở Tín hiệu dịng điện phần ứng lấy từ hai rơle dòng điện RD1, RD2, RD3 Sau cấp nguồn chiều tới mạch động lực mạch điều khiển, chưa có thiết bị cấp điện Nhấn nút M cơng tắc tơ K có điện, đóng tiếp điểm mạch động lực, dòng điện động tăng lớn chỉnh định rơle RD 1, RD2, RD3 làm mở tiếp điểm rơle dòng mạch RD1 (9–11), RD2 (11–13), RD3(13-15) Tiếp điểm K mạch (1–7) đóng, rơle R1 có điện đóng mạch (1–9) K1 chưa hút mạch (9–11) hở Tốc độ động tăng, dòng điện động giảm, tới giá trị nhả tiếp điểm RD1 mạch (9-11) kín, K1 đóng tự giữ tiếp điểm K1 (9–11) Do cố ý chỉnh định RD2 có giá trị dịng điện nhả nhỏ RD1 nên tiếp điểm RD1 (911) đóng lại RD2 (11––13) khơng đóng K1 đóng làm dòng điện lại tăng lên, RD2 tiếp tục hở tiếp điểm Động tiếp tục khởi động, dòng điện giảm tới giá trị tác động RD2 tiếp điểm (11–13) đóng lại, K2 hút, tiếp tục đóng đến K3 làm ngắn mạch tiếp cấp điện trở, động tiếp tục khởi động theo đường đặc tính tự nhiên tới tốc độ xác lập 1.2 Các điều chỉnh hệ thống tự động 1.2.1 Chức a) Thông tin – giao tiếp Giao tiếp người máy bao gồm mặt cung cấp cho người vận hành tồn thơng tin theo dõi hoạt động máy, mặt khác nhận lệnh điều khiển người vận hành Tùy theo thiết bị giao tiếp sử dụng mà phần giao tiếp có thể: – Vào chương trình nhờ giao tiếp người máy thiết bị lập trình Tự động hóa thiết bị điện – Giao tiếp chuyển mạch – Hiển thị trạng thái làm việc máy ánh sáng âm b) Xử lý tín hiệu Bộ xử lý não phần điều khiển Bộ xử lý mặt phát thông tin trạng thái máy, xuất lệnh điều khiển hoạt động máy theo chương trình định sẵn, mặt khác phát lệnh người vận hành máy c) Điều khiển lượng Các biến đổi tĩnh (chỉnh lưu, băm áp chiều, điều áp xoay chiều, biến tẩn) điều khiển nguồn lượng từ lưới cấp cho tải Điều khiển động điện xoay chiều điều khiển biến đổi điện d) Điều khiển thông số thiết bị điện theo yêu cầu công nghệ Những chức điều khiển thông số là: - Tự động khởi động, hãm, đảo chiều điều khiển tốc độ động điện thay đổi tải Trong trường hợp này, thường dùng khởi động, hãm nhiều cấp tốc độ khởi động, hãm mềm nhằm hạn chế dịng điện mơmen độ Nhiều hệ thống thưởng gặp hệ thống mạch hở Những hệ thống có ưu điểm mạch đơn giản, tin cậy - Tự động đặt giữ tốc độ cho trước động Hệ thống loại thường dùng hệ thống kín có phản hối, cho phép giữ ổn định tốc độ với độ xác cao Trong hệ thống mạch kín, gồm có thiết bị rơle, công tắc tơ, biến đổi điện tử, cảm biến, động điện thông số đặt giữ ổn định phạm vi cho phép - Kiểm sốt tín hiệu đưa vào hệ thống (hệ tùy động) Những tín hiệu đưa vào hệ thống thay đổi theo quy luật định trước, sai số trường hợp không vượt mức vi phạm cho phép Chức thực hệ thống tùy động, mạch vịng kín tác động liên tục gián đoạn - Tự động điều khiển theo chương trình đặt trước Chức thực mạch hay mạch kín, tác động liên hay gián đoạn Trong phản mạch điều khiển, thiết bị chức trên, đổi tín hiệu đưa vào điều khiển chấp hành - Tự động điều khiển dây chuyển công nghệ Để thực chức phức tạp này, hệ thống tự động cần bao gồm thiết bị điện thực tất chức e) Ổn định hệ thống Những thơng điều chỉnh tốc điện áp, dịng diện, nhiệt độ… thưởng bị thay đổi trình làm việc, thơng mạch có đổi, thơng tải thay đổi Sự thay đổi thông số làm cho chất lượng điều khiển xấu, làm ảnh hưởng tới chất lượng sản phẩm đầu Do mạch điều khiển thiết bị cần ổn định thông số làm việc chúng 1.2.2 phân loại Tùy theo phương pháp điều khiển hệ thống mà ta chia thành loại: Tự động hóa thiết bị điện - Bộ điều chỉnh tương tự - Bộ điều chỉnh xung - Bộ điều chỉnh số 1.3 Nguyên tắc chuyển từ sơ đồ điều khiển có tiếp điểm sang sơ đồ điều khiển khơng có tiếp điểm 1.3.1 Sự tương đương sơ đồ mạch điện hàm logic - Hai đầu vào hàm OR tương đương hai tiếp điểm thường hở ( NO) song song Hình 1.5: Chuyển đổi tương đương hàm OR Bảng trạng thái hàm OR - A B Y 0 0 1 1 1 Hai đầu vào hàm AND tương đương với hai tiếp điểm NO mắc nối tiếp Hình 1.6: Chuyển đổi tương đương hàm AND Tự động hóa thiết bị điện Bảng trạng thái hàm AND A 0 1 - B 1 Y 0 Hàm NOT tương đương với tiếp điểm kín mắc nối tiếp với phần tử logic Hình 1.7: Chuyển đổi tương đương hàm NOT Bảng trạng thái hàm NOT A - Y Hàm NAND có hai đầu vào tương đương hai tiếp điểm thường kín (NC) mắc song song Hình 1.8: Chuyển đổi tương đương hàm NAND Tự động hóa thiết bị điện Bảng trạng thái hàm NAND A 0 1 - B 1 Y 1 Hàm NOR có hai đầu vào tương đương hai tiếp điểm NC mắc song song Hình 1.9 : Chuyển đổi tương đương hàm NOR Bảng trạng thái hàm NOR A 0 1 - B 1 Y 0 Hàm NOT có tính đến cuộn hút trung gian Tự động hóa thiết bị điện Hình 1.10: Chuyển đổi tương đương hàm NOT có cuộn hút trung gian  Mục đích tiếp điểm A đóng đèn tắt, tiếp điểm A ngắt đèn tối Do mạch có sử dụng cuộn hút trung gian nên  Ở nhánh 1, ta cho tiếp điểm A cuộn hút CR1 trạng thái logic  Ở nhánh 2, ta dùng hàm NOT tiếp điểm CR1 - Hàm XOR có hai đầu tương đương với hai công tắc cầu thang mắc vào Hình 1.11: Chuyển đổi tương đương hàm EX-OR Tự động hóa thiết bị điện Bảng trạng thái hàm EX-OR A 0 1 - B 1 Y 1 Hàm AND có tính đến cuộn hút trung gian Hình 1.12: Chuyển đổi tương đương hàm AND có cuộn hút trung gian  Mục đích hai tiếp điểm A B đóng làm cho đèn sáng  Do mạch có sử dụng cuộn hút trung gian  Ở nhánh 1, ta cho cuộn hút CR1 đầu hàm NAND với hai tiếp điểm thường kín A B  Ở nhánh 2, ta thực hàm NOT tiếp điểm CR1 1.3.2 Sử dụng bảng chân lý, bảng Cacno để thiết kế mạch logic Tự động hóa thiết bị điện Đây phương pháp thường dùng thiết kế mạch số, vào bảng chân lý mô tả hoạt động mạch logic, thiết kế mạch điều khiển thông qua tối giản bảng Cacno 1.3.3 Các sơ đồ điều khiển có nhớ  Mạch chốt R-S Mạch chốt R-S hai mạch trạng thái ổn định, để tạo mạch dùng hai cổng NOR Hình 1.13: Sơ đồ mạch chốt R-S Bảng trạng thái S R Q Q 0 1 1 latch latch 0 Nhìn vào bảng trạng thái ta thấy Q Q hai trạng thái ngược Tuy nhiên hai đầu vào S R mức hai đầu 0, trạng thái không hợp lệ( trạng thái cấm) mạch chốt R-S Khi hai đầu vào S R mức tượng chốt có nhớ xảy Một ứng dụng thực tế cho mạch chốt mạch dừng khởi động động sử dụng cuộn hút K với phần tử có tiếp điểm Hình 1.14: Mạch ứng dụng 10 Tự động hóa thiết bị điện Hình 1.15: Mạch tương đương mạch chốt R-S  Mạch R-S có ba đầu vào Trong số sơ đồ mạch, thay đổi trạng thái đầu vào có tác dụng thỏa mãn đầu vào cho phép đó, gọi E(Enable) Lợi dụng tính chất thiết kế mạch R-S có them đầu vào E hình 1.16 Hình 1.16Sơ đồ mạch R-S đầu vào E S 0 0 1 1 0 1 0 1 Bảng trạng thái R 1 1 Q latch latch latch latch latch Q latch latch latch latch latch 0 Nhìn vào sơ đồ mạch thấy tín hiệu E = hai đầu vào S R có tác dụng, cịn khơng tạo tính chất nhớ( chốt) trạng thái đầu Q Q trước Mạch R-S ba đầu vào dùng để dừng khởi động động cơng tắc E đóng 11 Tự động hóa thiết bị điện Hình 1.17: Mạch ứng dụng Hình 1.18: Mạch tương đương mạch chốt R-S có ba đầu vào  Mạch chốt D Mạch chốt dạng cần đầu vào, cấu trúc gần giống với mạch chốt R-S có ba đầu vào Mạch chốt D hình … khác với mạch hình… chỗ đầu vào R thay phần tử NOT có chung đầu với đầu vào D( thay cho đầu vào S) Mạch chốt D thường dùng để nhớ trạng thái đầu Q đầu vào E mức logic thấp Hình 1.19:Mạch chốt D 1.3.4 Chuyển đổi từ sơ đồ dùng tiếp điểm sang sơ đồ dùng phần tử logic Để chuyển từ sơ đồ dùng tiếp điểm sang sơ đồ dùng phần tử logic, trước tiên ta tiến hành viết phương trình hàm logic cho cuộn hút Sau tìm cách chuyển đổi sang phần tử logic 1.3.5 Ví dụ chuyển đổi hình 3.4 sang mạch dùng phần tử logic 12 Tự động hóa thiết bị điện Hình 1.20 : Sơ đồ mạch điện Từ hình 3.4 xây dựng phương trình hàm đầu cho cuộn K K  ( M  K ).D Rtg = K K1 = Rtg.K K2 = Rtg.K Căn vào phương trình hàm dùng hai phần tử logic AND OR Hình 1.21: Sơ đồ mạch logic 13 Tự động hóa thiết bị điện Chương 2: Bài tập ứng dụng Đề bài: Hãy thiết kế sơ đồ mạch lực mạch điều khiển hệ thống trạm bơm nước nông nghiệp gồm máy bơm nước dùng chung khởi động mềm nhằm mục đích hạn chế dịng khởi động làm việc Các động khởi động lần lượt, hết thời gian khởi động động chuyển làm việc trực tiếp với điện áp lưới Để đảm bảo an toàn cho thyristor, hai lần khởi động liên tiếp cần có khoảng thời gian nghỉ nhỏ  Thiết kế mạch lực: Hình Sơ đồ mạch lực điều khiển máy bơm 14 Tự động hóa thiết bị điện  Thiết kế mạch điều khiển: Hình 2 Sơ đồ mạch điều khiển mạch điều khiển máy bơm -  Nguyên lý hoạt động: Ấn nút M để khởi động, cấp điện cho cuộn hút K, tiếp điểm K (3-5) đóng lại, trì cho mạch Tiếp điểm K (1-2) đóng lại, cấp điện cho role thời gian Rth1 cuộn hút K1 Động khởi động khởi động mềm Role thời gian Rth1 đếm, sau khoảng thời gian chỉnh định tiếp điểm Rth1 (911) đóng lại cấp điện cho cuộn K2 role thời gian Rth2 Tiếp điểm tri K2 (911) đóng lại Tiếp điểm thường đóng K2 (2-4) mở ngắt điện cuộn K1 Lúc ĐC1 hoạt động nguồn trực tiếp 15 Tự động hóa thiết bị điện - Sau khoảng thời gian chỉnh định, tiếp điểm thời gian Rth2 (6-8) đóng lại cấp điện cho cuộn K3, tiếp điểm K4 (15-17) đồng thời đóng tiếp điểm tự giữ K4 (1315) ngắt điện cuộn K3 (8-10) Lúc ĐC2 hoạt động nguồn trực tiếp Tương tự động khởi đến động số Nếu xảy cố động cơ, role nhiệt ngắt động dừng Ấn nút D mạch không cấp điện, động dừng hoạt động 16 Tự động hóa thiết bị điện Kết luận Qua báo cáo chuyên đề em đạt kết sau: - Hiểu nguyên tắc dòng điện hệ thống có tiếp điểm - Phân biệt hàm logic - Hiểu mạch có nhớ - Thiết kế mạch điều khiển khởi động máy bơm khởi động mềm Tài liệu tham khảo 17 Tự động hóa thiết bị điện [1] Trần Văn Thịnh, Hà Xuân Hòa, Nguyễn Vũ Thanh Tự động hóa điều khiển thiết bị điện, NXB Giáo Dục, 2008 18 ... thực hiện: Tự động hóa thiết bị điện Chương I: Lý thuyết 1.1 Hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo ngun tắc dịng điện Tự động điều khiển máy điện hệ thống đơn giản khởi động, hãm.. .Tự động hóa thiết bị điện MỤC LỤC Chương I: Lý thuyết 1.1 Hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo ngun tắc dịng điện 1.1.1 Nguyên tắc dòng điện 1.1.2 Khởi động. .. ra, cịn có số nguyên tắc điều khiển khác nguyên tắc: mômen, công suất, sức căng, áp suất, nhiệt độ 1.1.1 Nguyên tắc dòng điện Điều khiển theo nguyên tắc dòng điện tiếp điểm tác động theo tín