Giáo trình Trang bị điện (Nghề: Điện tử công nghiệp - Cao đẳng): Phần 1 - Trường CĐ nghề Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội

(NB) Giáo trình Trang bị điện với mục tiêu giúp các bạn có thể phân tích được nguyên lý, cách thực hiện phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 3 pha, động cơ một chiều; Đọc, vẽ và phân tích các sơ đồ mạch điều khiển dùng rơle công tắc tơ dùng trong khống chế động cơ 3 pha, động cơ một chiều;... Mời các bạn cùng tham khảo nội dung giáo trình phần 1 dưới đây.

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI NGUYỄN THANH HÀ (Chủ biên) TRẦN VĂN NAM – TRƯƠNG VĂN HỢI GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Nghề: Điện tử cơng nghiệp Trình độ: Cao đẳng (Lưu hành nội bộ) Hà Nội - Năm 2018 LỜI NÓI ĐẦU Để cung cấp tài liệu học tập cho học sinh - sinh viên tài liệu cho giáo viên giảng dạy, Khoa Điện tử Trường CĐN Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội chỉnh sửa, biên soạn giáo trình “TRANG BỊ ĐIỆN” dành riêng cho học sinh - sinh viên nghề Điện tử công nghiệp Đây mơn học kỹ thuật sở chương trình đào tạo nghề Điện tử cơng nghiệp trình độ Cao đẳng Nhóm biên soạn tham khảo tài liệu: Giáo trình “Trang bị điện điện tử cho máy cơng nghiệp’’, Vũ quang Hồi, NXB giáo dục Hà Nội 1996 Giáo trình “Điều khiển tự động truyền động điện’’, Trịnh Đình Đề, NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp 1983 nhiều tài liệu khác Mặc dù nhóm biên soạn có nhiều cố gắng khơng tránh thiếu sót Rất mong đồng nghiệp độc giả góp ý kiến để giáo trình hồn thiện Xin chân thành cảm ơn! Hà Nội, tháng 09 năm 2018 Chủ biên: Nguyễn Thanh Hà MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Bài 1Điều chỉnh tốc độ động điện 1.1.Khái niệm chung điều chỉnh tốc độ 1.2 Điều chỉnh tốc độ động điện DC 1.3 Điều chỉnh tốc độ động điện không đồng ba pha 16 Bài 2Tự động khống chế truyền động điện 29 2.1 Khái niệm chung tự động khống chế 29 2.2 Các nguyên tắc tự động khống chế 33 2.3.Tự động khống chế động không đồng ro-to lồng sóc 37 2.4 Tự động khống chế động khụng đồng ro-to dây quấn 73 2.5 Tự động khống chế động điện chiều 76 Bài 3Trang bị điện cho máy công nghiệp 80 3.1 Trang bị điện - điện tử cho máy cắt gọt kim lọai 80 3.2 Trang bị điện - điện tử cho cấu sản xuất 100 TÀI LIỆU THAM KHẢO 113 GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: Trang bị điện Mã số mô đun: MĐ 15 Thời gian mô đun: 60 (LT 20 giờ; BT: 37 giờ; KT: giờ) I Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơ đun Vị trí mơn học: Mơ đun bố trí dạy sau môn học linh kiện điện tử, đo lường điện tử, kỹ thuật xung - số, học song song với môn khác máy điện, điện tử công suất, Vi mạch tương tự Tính chất mơn học: Là mơ đun kỹ thuật sở Ý nghĩa mô đun: Là môn học bắt buộc Vai trò mô đun: Sau học xong mơ đun này, người học ứng dụng để lắp đặt vận thiết bị điện công nghiệp, động điện nhà máy sản xuất như: Điều khiển động điện AC pha, AC pha, động điện chiều, có khả vận hành sửa chữa số loại máy công nghiệp II Mục tiêu mô đun Về kiến thức: - Phân tích nguyên lý, cách thực phương pháp điều chỉnh tốc độ động pha, động chiều Đọc, vẽ phân tích sơ đồ mạch điều khiển dùng rơle công tắc tơ dùng khống chế động pha, động chiều Về kỹ năng: - - Phân tích qui trình làm việc yêu cầu trang bị điện cho máy cắt gọt kim loại (máy khoan, tiện, phay, bào, mài ); cho máy sản suất (băng tải, cầu trục, thang máy, lò điện ) Lắp mạch điều khiển tốc độ động theo sơ đồ nguyên lý Kiểm tra, xác định hư hỏng mạch điện điều khiển xác Về thái độ: - Rèn luyện tính tỷ mỉ, cẩn thận, an tồn vệ sinh công nghiệp III Nội dung mô đun Thời gian Mã 15-01 Tên mô đun Điều chỉnh tốc độ động điện Tổng số Lý thuyết Thực hành Kiểm tra 20 13 1 Khái niệm chung điều chỉnh tốc độ Điều chỉnh tốc độ động điện DC Điều chỉnh tốc độ động điện không đồng ba pha 15-02 Tự động khống chế truyền động 20 điện 11 Khái niệm chung tự động khống chế Các nguyên tắc tự động khống chế Tự động khống chế động khơng đồng ro-to lồng sóc Tự động khống chế động không đồng ro-to dây quấn 5 Tự động khống chế động điện chiều 15-03 Trang bị điện cho máy công 20 nghiệp 13 Trang bị điện - điện tử cho máy 10 cắt gọt kim lọai Trang bị điện - điện tử cho cấu sản xuất 1 Bài Điều chỉnh tốc độ động điện Mục tiêu Thực điều chỉnh tốc độ động pha, động chiều phương pháp Áp dụng phương pháp điều chỉnh tốc độ phù hợp với loại động cơ, phù hợp với đặc tính, trạng thái làm việc hệ thống sản xuất Rèn luyện tính tỷ mỉ, xác, an tồn vệ sinh công nghiệp 1.1.Khái niệm chung điều chỉnh tốc độ 1.1.1.Khái niệm chung Ngày nay, đại đa số máy sản xuất từ nhỏ đến lớn, từ đơn lẻ đến dây chuyền sản xuất sử dụng truyền động điện (TĐĐ) Để đảm bảo yêu cầu công nghệ phức tạp khác nhau, nâng cao mức độ tự động suất, hệ TĐĐ thường phải điều chỉnh tốc độ, tức cần phải điều chỉnh tốc độ máy theo u cầu cơng nghệ Có thể điều chỉnh tốc độ máy phương pháp khí phương pháp điện qua việc điều chỉnh tốc độ động điện Ở đây, ta xem xét việc điều chỉnh tốc độ theo phương pháp điện 1.1.2 Chất lượng phương pháp điều chỉnh tốc độ đánh giá qua số tiêu sau a Dải điều chỉnh tốc độ Dải điều chỉnh tốc độ (hay phạm vi điều chỉnh tốc độ) tỉ số giá trị tốc độ làm việc lớn nhỏ hệ TĐĐ ứng với mômen tải cho : D max min b Độ trơn điều chỉnh Độ trơn điều chỉnh tốc độ điều chỉnh biểu thị tỷ số giá trị tốc độ cấp dải điều chỉnh: c Độ ổn định tốc độ (độ cứng đặc tính cơ) Để đánh giá so sánh đặc tính cơ, người ta đưa khái niệm độ cứng đặc tính cơ: ( hình 1.1)  M  Hình 1.1 độ cứng đặc tính d Tính kinh tế - Hệ điều chỉnh có tính kinh tế vốn đầu tư nhỏ, tổn hao lượng ít, phí tổn vận hành không nhiều e Sự phù hợp đặc tính điều chỉnh đặc tính tải - Khi chọn hệ điều chỉnh tốc độ với phương pháp điều chỉnh cho máy sản xuất cần lưu ý cho đặc tính điều chỉnh bám sát yêu cầu đặc tính tải máy sản xuất Như hệ làm việc đảm bảo yêu cầu chất lượng, độ ổn định 1.1.3 Yêu cầu chung việc điều chỉnh tốc độ động điện Dãi điều chỉnh phải đủ rộng Sự thay đổi tốc độ đáp ứng yêu cầu thay đổi tốc độ thiết bị mang tải Điều chỉnh dễ dàng 1.2 Điều chỉnh tốc độ động điện DC 1.2.1 Đặc tính tự nhiên động DC kích từ độc lập Động điện chiều kích từ độc lập: Cuộn kích từ cấp điện từ nguồn chiều độc lập với nguồn điện cấp cho rơto ( hình 1.2, 1.3) Hình 1.3 Sơ đồ ngun lý động điện chiều kích từ song song Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý động điện chiều kích từ độc lập Nếu cuộn kích từ cuộn dây phần ứng cấp điện nguồn điện động loại kích từ song song Trường hợp nguồn điện có cơng suất lớn so với cơng suất động tính chất động tương tự động kích từ độc lập Khi động làm việc, rơto mang cuộn dây phần ứng quay từ trường cuộn cảm nên cuộn ứng xuất sức điện động cảm ứng có chiều ngược với điện áp đặt vào phần ứng động Theo sơ đồ nguyên lý hình 1.2 hình 1.3, viết phương trình cân điện áp mạch phần ứng (rôto) sau: U = E + (R + R ).I (2.1) Trong đó: U- điện áp phần ứng động cơ, (V) E- sức điện động phần ứng động (V) R- điện trở cuộn dây phần ứng Rp điện trở phụ mạch phần ứng I- dòng điện phần ứng động Rư = rư + rct + rcb + rcp (2.2) rư - Điện trở cuộn dây phần ứng rct - Điện trở tiếp xúc chổi than phiến góp rcb - Điện trở cuộn bù rcp - Điện trở cuộn phụ Sức điện động phần ứng tỷ lệ với tốc độ quay rôto: Eu  p.N *  *  K *  * 2 a ( 2.3) K p.N 2 a hệ số kết cấu động  - Từ thông qua cực từ p - Số đơi cực từ N - Số dẫn tác dụng cuộn ứng a - Số mạch nhánh song song cuộn ứng Hoặc ta viết: Ee  Ke N ( 2.4 ) Và Vậy: Ke = K/ 9,55 = 0,105K Nhờ lực từ trường tác dụng vào dây dẫn phần ứng có dòng điện, rôto quay tác dụng mômen quay: M  K I u (2.5) Từ hệ phương trình (2.1) (2.3) ta rút phương trình đặc tính điện biểu thị mối quan hệ động điện chiều kích từ độc lập sau:  Uu Ru  Rp  *M k  ( K ) ( 2.6 ) Có thể biểu diễn đặc tính dạng khác: Sth   Trong đó:   0   R,2 R 21  X nm gọi tốc độ không tải lý tưởng ( 2.7 )   Ru  Rp ( K ) *M gọi độ sụt tốc độ Phương trình đặc tính (2.6) có dạng hàm bậc y = B + Ax, nên đường biểu diễn hệ tọa độ M0  đường thẳng với độ dốc âm Đường đặc tính cắt trục tung  điểm có tung độ: Hình 1.4 đặc tính động điện chiều kích từ độc lập Tốc độ  gọi tốc độ không tải lý tưởng lực cản Đó tốc độ lớn động mà đạt chế độ động khơng xảy trường hợp Mc = Khi phụ tải tăng dần từ Mc = đến Mc = Mđm tốc độ động giảm dần từ  đến  đm Điểm A(Mđm,  đm) gọi điểm định mức Rõ ràng đường đặc tính vẽ từ điểm w0 A Điểm cắt đặc tính với trục hồnh 0M có tung độ  = có hồnh độ suy từ phương trình (2.6): M  M nm  Kdm U dm  Kdm* I nm Ru ( 2.7 ) Hình 1.5 Đặc tính tự nhiên động điện chiều kích từ độc lập Mơmen Mnm Inm gọi mơmen ngắn mạch dòng điện ngắn mạch Đó giá trị mômen lớn dòng điện lớn động cấp điện đầy đủ mà tốc độ Trường hợp xảy bắt đầu mở máy động chạy mà bị dừng lại bị kẹt tải lớn kéo không Dòng điện Inm lớn thường bằng: Inm = (10 đến 20)Iđm Nó gây cháy hỏng động tượng tồn kéo dài 1.2.2 Các phương pháp điều chỉnh tốc độ a Điều chỉnh tốc độ cách thay đổi điện áp phần ứng Sơ đồ nguyên lý biểu diễn hình 1.6 Từ thơng động giữ không đổi Điện áp phần ứng cấp từ biến đổi Điện áp U thay đổi phía giảm (U tRI1,2 (1) (2) Các nút ấn dừng M, D - Nguyên lý hoạt động Ấn nút M, công tắc tơ K có điện nối động vào lưới, RK, RI1, RI2 tác động Theo điều kiện (2) nên K1, K2 điện nên động khởi động với hai điện trở r1, r2 mạch rotor Khi dòng điện rotor giảm đến I2 dẫn đến rơ le RI1, RI2 nhả nên K1 có điện làm ngắn mạch điện trở r1, động tiếp tục khởi động với điện trở r2 dòng điện rotor giảm đến trị số dịng RI2 dẫn đến 74 Hình 2.3 Mạch khống chế Chú ý: Để đảm bảo trình tự khởi động người ta chọn RI2 có dòng điện nhỏ I2 khoảng 5% 2.4.2 Khống chế truyền động điện theo nguyên tắc hành trình Nội dung nguyên tắc Khi trình thay đổi trạng thái làm việc hệ thống có quan hệ chặt chẽ với vị trí phận di chuyển sử dụng cơng tắc hành trình để khống chế truyền động điện Tại vị trí thích hợp đường phận di chuyển người ta bố trí cơng tắc hành trình để khống chế di chuyển Khi phận di chuyển đén vị trí bố trí ngun tắc hành trình tác động lên cơng tắc làm đóng mở tiếp điểm điều khiển hệ thống đến trạng thái làm việc a Hạn chế hành trình cấu di chuyển Đối với phận di chuyển máy sản xuất cần phải hạn chế di chuyển chúng phạm vị Nếu vượt khỏi phạm vị làm hóng hóc hặc gây tai nạn Khi người ta sử dụng cơng tắc hành trình bố trí đoạn cuối hành trình di chuyển Khi phận chuyển động đến vị trí cơng tắc, lý mà động truyền động khơng bị cắt phận di chuyển tác động lên cơng tắc hành trình để mơt iếp điểm cắt điện 75 cuộn dây công tắc tơ để cắt động khỏi lưới Cơng tắc hành trình lúc gọi công tắc điểm cuối (công tắc cục hạn) b Tự động đảo chiều quay (chiều chuyển động tịnh tiến phận di chuyển) Với phận di chuyển, chuyển động theo chu kỳ thuận , ngược thời gian làm việc người ta sử dụng công tắc hành trình để tự động đảo chiều chuyển động cấu Thơng thường cơng tắc hành trình có hai tiếp điểm( thường kín thường mở) Giới thiệu sơ đồ Hoạt động sơ đồ Tuỳ thuộc vào vị trí cấu di chuyển để ấn nút ấn khởi động MT MN Giả sử cấu đầu hành trình thuận cơng tắc KH2 bị ấn làm cho tiếp điểm thường hở đóng lại thường kín mở Cơng tắc tơ N khơng thể có điện, cịn cơng tắc tơ T có điện để động quay theo chiều thuận Đến cuối hành trình thuận cơng tắc hành trình KH1 lại bị ấn, tiếp điểm thường kín mở ra, cịn tiếp điểm thường hở đóng lại nên cơng tắc tơ N có điện thực đảo chiều quay động để cấu di chuyển theo hành trình ngược Quá trình lặp lặp lại ca làm việc 2.5 Tự động khống chế động điện chiều 2.5.1 Khống chế truyền động điện theo nguyên tắc thời gian a Nội dung nguyên tắc khống chế theo thời gian 76 Các thông số n, M, I xác định trạng thái làm việc truyền động điện, thay đổi trạng thái làm việc truyền động điện n, M, I thay đổi theo thời gian với quy luật n(t), M(t) Các quy luật xác định toán truyền động điện Dựa vào yêu cầu q trình chuyển đổi người ta tính đợc giá trị dòng điện mômen tốc độ thời điểm cần chuyển đổi tị thời điểm hệ thống khống chế phải có thiết bị tác động để làm thay đổi tham số mạch điện cấp cho động Dẫn đến động thay đổi chế độ làm việc b Sơ đồ ứng dụng truyền động điện theo nguyên tắc thời gian - Giới thiệu sơ đồ Nguyên lý làm việc Động khởi động qua hai giai đoạn: Giai đoạn 1: Đóng điện vào mạch cuộn kích từ, CKT có điện, rơ le thời gian Rth1 có điện, dẫn đến Rth1 mở, K1, K2 khơng có điện Điện trở phụ r1, r2 nối vào mạch trước động khởi động Ấn nút M , cơng tắc tơ K có điện nên tiếp điểm thường đóng K mở làm Rth1 điện tiếp điểm thường mở K đóng lại nối phần ứng động vào lưới động bắt đầu khởi động qua hai cấp điện trở r1, r2 2.5.2 Khống chế truyền động điện theo nguyên tắc tốc độ a Nội dung nguyên tắc khống chế theo tốc độ Tốc độ động truyền động cấu sản xuất thông số quan trọng xác định trạng thái làm việc hệ thống truyền động điện Khi động 77 điện thay đổi chế độ làm việc dẫn đến tốc độ thay đổi theo Vì khống chế truyền động điện theo nguyên tắc tốc độ Bằng tốn truyền động điện, thơng qua quan hệ n(t), n(I), n(M) người ta xác định trị số tốc độ mà tiến hành thay đổi tham số mạch điện dẫn đến hệ thống thay đổi tốc độ làm việc b Sơ đồ khống chế truyền động điện theo nguyên tắc tốc độ - Giới thiệu sơ đồ Các rơ le tốc độ RG1, RG2 vừa phần tử tín hiệu vừa phần tử chấp hành Các điện trở khởi động r1, r2 Cơng tắc tơ làm việc K Hình 2.4: Sơ đồ khởi động động chiều - Hoạt động sơ đồ Điện áp đặt lên rơle RG1, RG2 URG1 = U - Ir1 URG2 = U - I(r1+ r2) Tại thời điểm ban đầu phần ứng I = I1 = (2 - 2.5)Iđm nên URG1, URG2  0, rơle không tác động nên r1, r2 nối vào mạch phần ứng, lúc động khởi động với hai cấp điện trở phụ 78 Khi tốc độ động tăng làm I giảm n = n1 URG1 = Uh làm rle RG1 tác động ngắn mạch điện trở r1 Động chuyển sang khởi động với điện trở r2 mạch phần ứng Khi tốc độ động n= n2 URG2 = Uh làm RG2 tác động ngắn mạch điện trở r2, lúc động tăng tốc đến đặc tính tự nhiên đạt đến tốc độ làm việc 79 ... học sinh - sinh viên tài liệu cho giáo viên giảng dạy, Khoa Điện tử Trường CĐN Việt Nam - Hàn Quốc thành phố Hà Nội chỉnh sửa, biên soạn giáo trình ? ?TRANG BỊ ĐIỆN” dành riêng cho học sinh - sinh... ro-to dây quấn 5 Tự động khống chế động điện chiều 1 5-0 3 Trang bị điện cho máy công 20 nghiệp 13 Trang bị điện - điện tử cho máy 10 cắt gọt kim lọai Trang bị điện - điện tử cho cấu sản xuất 1. .. nghề Điện tử công nghiệp Đây môn học kỹ thuật sở chương trình đào tạo nghề Điện tử cơng nghiệp trình độ Cao đẳng Nhóm biên soạn tham khảo tài liệu: Giáo trình ? ?Trang bị điện điện tử cho máy công