Tài liệu Kỹ thuật điều khiển tự động _ Chương 6 docx

Ch 6: Cơ cấu tác động ộ g • Bộ điều khiển nhận tín hiệ vào từ cấu cảm biến (sau qua phần xử lý tín điề khiể hậ tí hiệu hữ ấ ả biế ( hầ tí hiệu) ộ ệ , ộ g g phần tử đóng/mở, phần tử tác động g ,p ộ g • Bộ điều khiển xuất tín hiệu ra, tác động lên p khí nén / thủy lực, van điều khiển trình, động điện …Những phần tử phân vào nhóm cấu tác động © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6.1 Cơ cấu đóng mở điện g 6-1 Toggle gg switch Công tắc (mechanical switch) g ( ) Là thiết bị đóng / mở, theo mà cho dịng điện chạy qua hay khơng SPST switch SPDT switch (single-pole/single-throw) (single-pole/double-throw) DPDT switch it h (double-pole/double-throw) © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-2 6.1 Cơ cấu đóng mở điện g Normally open switch (NO) N ll it h Normally closed switch (NC) Push-button switch © C.B Pham NC and NO switch Kỹ thuật điều khiển tự động 6-3 6.1 Cơ cấu đóng mở điện g DIP switch Thumb-wheel © C.B Pham switch Kỹ thuật điều khiển tự động 6-4 6.1 Cơ cấu đóng mở điện g Rotary switch © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-5 6.1 Cơ cấu đóng mở điện g Membrane switch © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-6 6.1 Cơ cấu đóng mở điện g Rơ le (relay) ( y) Thiết bị sử dụng lực điện từ để đóng / mở tiếp điểm – công tắc tác động điện © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-7 6.1 Cơ cấu đóng mở điện g Tùy theo mục đích sử dụng, rơ le phân thành hai loại: rơ le bảo vệ rơ le điều khiển Rơ le bảo vệ (rơ le nhiệt, rơ le điện áp, rơ le dòng điện, rơ le áp suất …) dùng ề ể ấ để bảo vệ mạch điện khỏi bị ảnh hưởng tác động khơng bình thường q tải, sụt áp … Temperature switch Liquid level switch Pressure switch Flow switch Biểu diễn chung: © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-8 6.1 Cơ cấu đóng mở điện g Rơ le thời gian ( g (time-delay relay) y y) Rơ le thời gian thiết kế để trì hỗn thời gian đóng/mở tiếp điểm kích hoạt Time relay Time delay when the coil is energized NO © C.B Pham NC Time delay when the coil is deenergized NO Kỹ thuật điều khiển tự động NC 6-9 6.1 Cơ cấu đóng mở điện g Cơng tắc tơ ( g (contactor) khởi động từ ( ) g (motor starter) ) Rơ le cấu tạo dùng để đóng/mở mạch động lực, ví dụ đóng ngắt, hãm, đảo chiều, khóa lẫn thiết bị điện Khi đối tượng động điện rơ le gọi khởi động từ, trường hợp khác gọi cơng tắc tơ ắ © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-10 6.2 Phần tử tác động bán dẫn g Các phần tử bán dẫn thường gặp hệ thống điều khiển làm nhiệm vụ đóng/mở khuếch đại © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-11 6.2 Phần tử tác động bán dẫn g Transistor lưỡng cực (BJT – Bipolar j g ( p junction transistor) ) Transistor hệ thống gồm lớp bán dẫn đặt tiếp giáp nhau, lớp loại bán dẫn có tính dẫn điện khác với hai lớp bên cạnh Transistor có điểm cực: cực gốc (B) cực thu (C) cực phát (E) (B), (C), (E) Tùy theo trình tự xếp lớp bán dẫn P N, ta có loại transistor điển hình: © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-12 6.2 Phần tử tác động bán dẫn g Hoạt động transistor dựa phương trình sau: Với: β: hệ số khuếch đại dòng IC: dòng cực thu IB: dịng cực gốc IE: dịng cực phát PD: cơng suất tiêu hao VCE: điệ tiê h ( iữ C E) điện áp tiêu hao (giữa © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-13 6.2 Phần tử tác động bán dẫn g Điều kiện phân cực © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-14 6.2 Phần tử tác động bán dẫn g Thí dụ: xác định dòng cực thu cho mạch bên cách dùng transistor có đường đặc tính hình có hệ số khuếch đại dịng β = 70 ố ế Giải: Dựa vào đường đặc tính → IB ≈ 1.7 (mA) © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-15 6.2 Phần tử tác động bán dẫn g Ứng Ứ dụng: khuếch đại, đóng/mở, dao động… ế © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-16 6.2 Phần tử tác động bán dẫn g SCR – silicon-controlled rectifier SCR cấu tạo lớp bán dẫn PNPN Các tiếp xúc tạo cực: cực A, cực K, cực G © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-17 6.2 Phần tử tác động bán dẫn g © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-18 6.2 Phần tử tác động bán dẫn g Mạch SCR tải DC © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-19 6.2 Phần tử tác động bán dẫn g Mạch SCR tải AC © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-20 Động DC g Phần ứng động DC Moment tạo với: © C.B Pham T: moment động KT: số dựa vào cấu tạo động IA: dòng điện phần ứng φ: từ thông Kỹ thuật điều khiển tự động 6-33 Động DC g Khi phần ứng quay môi trường từ trường, sức điện động xuất cuộn dây phần ứng (ngược chiều với điện áp nguồn cấp vào phần ứng) ầ ề ấ ầ với: EMF: điện áp tạo KE: số dựa vào cấu tạo động φ: từ thông S: tốc độ động (rpm) với: VA: điện áp thực phần ứng VTn: điện áp nguồn cấp vào phần ứng CEMF: điện áp tạo động IA: dòng điện phần ứng RA: trở kháng phần ứng Điện áp thực phần ứng © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-34 Động DC g Thí dụ: Một động 12 Vdc có điện trở phần ứng 10 Ω sức điện động tạo 0.3 V/100 rpm Xác định dòng phần ứng thực tế động làm việc vận tốc rpm ầ ế ố vận tốc 1000 rpm Giải: ta có • S = rpm • S = 1000 rpm Lưu ý: động làm việc, dòng điện phần ứng giảm © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-35 Động DC g Đường đặc tính (moment - tốc độ) động nam châm vĩnh cữu (permanent magnet) © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-36 Động DC g Thí dụ: Xác định tốc độ động dịng điện phần ứng trường hợp sau: ầ © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-37 Động DC g Thí dụ: Một động DC PM sử dụng máy quay băng Khi trả băng, động làm việc 10 V với vận tốc 500 rpm Để rút ngắn thời gian trả băng, nguời ta muốn động ố ể ắ ố làm việc với vận tốc 650 rpm Khi moment tải ước tính tăng thêm 50% Hãy xác định điện áp phần ứng để động đáp ứng yêu cầu © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-38 Động DC g Điều khiển động • Bộ khuếch đại cơng suất: dùng mạch khuếch đại tín hiệu tương tự • Bộ điều chế độ rộng xung: tạo xung DC mức điện áp cố định © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-39 Động DC g • Mạch khuếch đại tín hiệu tương tự © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-40 Động DC g Đảo chiều động © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-41 Động DC g • Mạch điều chế độ rộng xung Ưu điểm: • có dạng tín hiệu số - đóng/mở mạch, điều khiển trực tiếp từ máy tính (dùng bit) mà khơng cần qua DAC • Hiệu mặt lượng (ít tiêu hao cơng suất mạch đóng/mở) © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-42 Động DC g © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-43 Động DC không chổi than g g Nguyên lý làm việc động DC không chổi than pha © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-44 Động DC không chổi than g g Sơ đồ nguyên lý mạch chuyển pha Ưu điểm: có độ ổn định cao sử dụng hiệu dễ điều khiển cao, khiển © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-45 Kỹ thuật điều khiển tự động 6-46 Động bước g Nguyên lý làm việc © C.B Pham Động bước g Ảnh hưởng tải lên động © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-47 Kỹ thuật điều khiển tự động 6-48 Động bước g Chế độ kích • Động pha © C.B Pham Động bước g © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-49 Kỹ thuật điều khiển tự động 6-50 Động bc g ã ng c pha â C.B Pham Động bước g • Động / pha - Nếu sử dụng động pha: dây dây không sử dụng - Nếu sử dụng động pha: dây dây dùng điểm chung © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-51 Động bước g • Động bước từ trở thay đổi (variable-reluctance stepper motor): rotor nam châm vĩnh cữu, mà cấu tạo từ lõi sắt non © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-52 Động bước g Ưu điểm: rotor dễ chế tạo để tăng số → tăng số bước bước © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-53 Động bước g • Động bước hỗn hợp: kết hợp ưu điểm động bước nam châm vĩnh cửu (moment lớn) động bước từ trở thay đổi (số bước lớn) © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-54 Động bước g Điều khin ng c ã ng c pha â C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-55 Kỹ thuật điều khiển tự động 6-56 Động bước g © C.B Pham Động bước g • Động pha © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-57 Kỹ thuật điều khiển tự động 6-58 Động bước g © C.B Pham Động AC g © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6-59 Kỹ thuật điều khiển tự động 6-60 Động AC g Nguyên lý làm việc © C.B Pham Động AC g Khi có từ trường quay xung quanh dẫn, cảm ứng tạo nên dịng điện chạy qua dẫn rotor Dòng điện làm cho dẫn có từ trường Từ trường tương tác với từ trường quay stator tạo nên moment xoắn trục động Tốc độ quay rotor nhỏ tốc độ từ trường quay để tồn chuyển động tương đối stator rotor (từ trường quay) Điều thể qua hệ số trượt với: © C.B Pham Ss: tốc độ đồng stator (rpm) Sr: tốc độ quay rotor (rpm) f: tần số nguồn điện AC P: số cực pha Kỹ thuật điều khiển tự động 6-61 Kỹ thuật điều khiển tự động 6-62 Động AC g Điều khiển động © C.B Pham ... điều khiển tự động 6- 55 Kỹ thuật điều khiển tự động 6- 56 Động bước g © C.B Pham Động bước g • Động pha © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6- 57 Kỹ thuật điều khiển tự động 6- 58 Động bước g... Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6- 39 Động DC g • Mạch khuếch đại tín hiệu tương tự © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6- 40 Động DC g Đảo chiều động © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6- 41... Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6- 17 6. 2 Phần tử tác động bán dẫn g © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động 6- 18 6. 2 Phần tử tác động bán dẫn g Mạch SCR tải DC © C.B Pham Kỹ thuật điều khiển tự động