BCCD tự động hóa thiết bị điện

ĐỀ BÀI BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ 4 LỜI MỞ ĐẦU 5 PHẦN 1 LÝ THUYẾT 6 1 1 Hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo nguyên tắc thời gian 6 1 1 1 Nguyên tắc thời gian 6 1 1 2 Phân loại tiếp điểm Role thời gian 6 1 1 3 Một số mạch điều khiển động cơ điện theo nguyên tắc thời gian 7 1 2 Các bộ.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA BÁO CÁO CHUN ĐỀ NGÀNH: CƠNG NGHỆ KTĐK&TĐH CHUYÊN NGÀNH: Tự động hóa điều khiển TBĐCN HỌC PHẦN: Tự động hóa thiết bị điện Hà Nội,11/2021 MỤC LỤC Contents DANH SÁCH HÌNH VẼ DANH SÁCH BẢNG BIỂU ĐỀ BÀI BÁO CÁO CHUYÊN ĐỀ Phần 1: Lý thuyết Hãy trình bày hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo nguyên tắc thời gian? Trình bày loại tiếp điểm Role thời gian sử dụng điều khiển có tiếp điểm theo nguyên tắc thời gian? Các điều chỉnh có chức hệ thống tự động hóa điều khiển thiết bị điện Phân loại điều chỉnh này? Hãy trình bày nguyên tắc chuyển từ sơ đồ điều khiển có tiếp điểm sang sơ đồ điều khiển khơng có tiếp điểm nêu ví dụ? Phần 2: Bài tập ứng dụng Một hộ gia đình có cơng suất tiêu thụ 3,5kW gồm có nguồn cấp lưới điện quốc gia máy phát điện dự phịng có cơng suất 3kW Hãy thiết kế sơ đồ mạch lực mạch điều khiển hệ thống ATS chuyển đổi hai nguồn cho phụ tải gia đình LỜI MỞ ĐẦU Hiện nay, với phát triển cơng nghệ số hóa, dây chuyền tự động ứng dụng ngày rộng rãi sản xuất Các doanh nghiệp sản xuất ln tự cải tiến cơng nghệ, hệ thống máy móc để tạo sản phẩm có chất lượng tốt nhất, giá cạnh tranh Đó sở để nâng cao vị cạnh tranh, giúp doanh nghiệp đứng vững thị trường khốc liệt Do tự động hóa có vai trị quan trọng sản xuất đại Nó giúp tăng suất sản xuất, cắt giảm chi phí nhân cơng, nâng cao chất lượng sản phẩm, giảm chi phí nguyên liệu, mang lại linh hoạt tối đa sản suất Tự động hóa ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác nhau: công nghiệp sản xuất, gia cơng khí, dây chuyền lắp ráp tự động, ứng dụng kiểm soát chất lượng… Các hệ thống điều khiển thường dùng để vận hành trình sản xuất bao gồm servo, PLC, mạch điện tử, G code… Các hệ điều khiển bao gồm việc điều khiển từ đơn giản đến thuật toán phức tạp, điều khiển máy móc đơn giản hệ thống công nghiệp lớn Bài báo cáo chuyên đề tìm hiểu phân tích rõ số kiến thức Tự động hóa thiết bị điện Được hướng dẫn, giảng dạy tận tình Phạm Thị Thùy Linh q trình học tập, tìm hiểu, nhóm chúng em hồn thành báo cáo chuyên đề PHẦN 1: LÝ THUYẾT 1.1: Hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo nguyên tắc thời gian 1.1.1: Nguyên tắc thời gian Điều khiển theo nguyên tắc thời gian thiệt bị điện nhận lệnh hoạt động theo trì thời gian Trong mạch điều khiển này,người ta dùng rơle thời gian để lấy tín hiệu thời gian điều khiển.Như biết ,rơle thời gian có nhiều loại khác Xét theo nguyên lý hoạt động rơle thời gian,nó loại tác động số thời gian điện từ,tác động theo dây cót đồng hồ ,tác động theo thuỷ lực ,tác đọng theo mạch điện tử Trong kí hiệu chung (khơng kể tác động theo nguyên lý nào)lấy tín hiệu thời gian để xử lý tiếp điểm trì thời gian để thời gian tác động sau có lệnh vào cuộn dây 1.1.2: Phân loại tiếp điểm Role thời gian - Thường mở đóng chậm – bình thường trạng thái hở,khi có lệnh vào cuộn hút,sau thời gian chỉnh định đóng tiếp điểm lại - Thường mở chậm -loại tiếp điểm có điện cuộn hút đóng ,khi cắt lệnh cuộn hút tiếp điểm tính thời gian mở - Thường kín dóng chậm – bình thường khơng điện cuộn hút đóng,có điện cuộn hút mở ngay, cắt điện cuộn hút sau thờ gian chỉnh định đóng tiếp điểm lại - Thường kín mở chậm – khơng điện cuộn hút tiếp điểm đóng,có điện cuộn hút tính thời gian mở - Thường mở thường kín mở,đóng chậm – loại tiếp điểm có cắt điện cuộn hút trì thời gian tác động 1.1.3: Một số mạch điều khiển động điện theo nguyên tắc thời gian Hình 1: Mạch điều khiển theo nguyên tắc thời gian Trên hình 1.1 vẽ số mạch điều khiển động điện theo nguyên tắc thời gian Hình 1.1a mạch động lực động điện không đồng khởi động theo nguyên tắc thời gian, hình 1.1b,c mạch điều khiển cho động Hình 1.1b vẽ mạch điều khiển dùng role thời gian có tiếp điểm thường mở đóng chậm, hình 1.1c vẽ mạch điều khiển dùng role thời gian có tiếp điểm thường kín đóng chậm Hình 1.1d vẽ mạch điều khiển khởi động động điện chiều theo nguyên tắc thời gian, hình 1.1e mạch điều khiển hãm động động điện chiều Nói chung mạch hoạt động tương tự nhau, nên em xin trình bày chi tiết hoạt động mạch điều khiển hình 1.1b Sau cấp điện tới hai đầu dây 1,2 chưa phần tử có điện, nhấn nút M, cuộn dây K có điện làm đóng tiếp điểm K mạch động lực hình 1.1a đóng tiếp điểm tự giữ (3-5) để cuộn dây K trì có điện nhả nút nhấn, tiếp điểm K (1-7) đóng để role Rth1 tính thời gian Hết thời gian chỉnh định R th1 , tiếp điểm thường mở đóng chậm Rth1 (1-11) đóng lại cấp điện cho cuộn dây K 1, công tắc tơ K1 hút đóng tiếp điểm K1 roto động ( hình 1.1a), đồng thời đóng tiếp điểm (1-9) cấp điện cho role Rth2 Hết thời gian chỉnh định Rth2 tiếp điểm Rth2 (11-13) đóng lại, cấp điện cho cuộn hút công tắc tơ K2 Công tắc tơ K2 hút, đóng tiếp điểm K2 mạch roto động cơ, động tiếp tục khởi động theo đường đặc tính tự nhiên kết thúc q trình khởi động 1.2: Các điều chỉnh hệ thống tự động hóa điều khiển thiết bị điện 1.2.1: Chức điều chỉnh hệ thống tự động hóa điều khiển thiết bị điện Trong mạch điều khiển tự động,mạch hiệu chỉnh có vai trị quan trọng,nó đảm bảo chất lượng tĩnh động hệ thống.Nhiệm vụ điều chỉnh -Khuếch đại tín hiệu sai lệch nhỏ -Tạo hàm điều khiển để đảm bảo chất lượng tĩnh động Tuỳ theo phương pháp điều khiển mà ta có điều chỉnh tương tự ,bộ điều chỉnh xung hay điều chỉnh số 1.2.2: Phân loại điều chỉnh • Nguyên tắc tạo hàm chức Hình Mạch tạo hàm Sơ đồ hình (1.2) có quan hệ : I d + I + I1 = I v : I d = Yd ( p).U d I = Yht ( p).U I = Y1 ( p).U1 Yd ( p ).U d + Yht ( p ).U + Y1 ( p ).U1 = U2 =  Yd ( p )  Y1 ( p ) U1 ÷ U d − Yht ( p)  Yd ( p)  (1-1) Hai điện áp Ud U1 trái dấu • Điều chỉnh tỷ lệ Sơ đồ điều chỉnh tỷ lệ vẽ hình 1.3a, đáp ứng mạch cho hình 1.3b a) Sơ đồ mạch b) Đáp ứng đầu Hình 3: Bộ điều chỉnh tỷ lệ Từ quan hệ (1-1) viết hàm truyền hệ U2 U R F = = =− =K ( p) U − U ∆U R 1 d • (1-2) Bộ điều chỉnh tích phân Sơ đồ mạch đáp ứng điều chỉnh tích phân hình vẽ 1.4 : a) Sơ đồ ngun lý b) Đặc tính đầu Hình 4: Bộ điều chỉnh tích phân Thay vào biểu thức cuối (1.1) với giá trị U2 = − U d = U v , U1 = ta có : Yv ( p) U v Yht ( p ) (1-3) Thay giá trị Yv(p) =1/R, Yht = 1/Cp vào (1-3) ta hàm truyền U2 = − • Cp U v R (1-4) Hàm truyền khâu tích phân tỉ lệ a) Sơ đồ nguyên lý b) Đặc tính đầu Hình 5: Bộ tích phân tỷ lệ Sơ đồ mạch đáp ứng điều chỉnh tích phân tỉ lệ hình 1.5: Y =− K X ; K = p R.C (1-5) Thay vào biểu thức cuối (1.1) với: Yv ( p ) = − Yht = − R2 + C p 10 = R C p R2C p + (1-6) Ta có : U2 R R C p + Tp + =− 2 = −K Uv R1 R2C p Tp 11 (1-7) • Hàm truyền khâu vi phân Sơ đồ mạch đáp ứng điều chỉnh vi phân vẽ hình 1.6: a) Sơ đồ mạch điện b) Đặc tính đầu Hình 6: Bộ vi phân Hàm truyền khâu vi phân : Y = − K p X ; K = R.C (1-8) Trên cho hàm truyền số khâu điển hình  PID Trong mạch điều khiển tự động, cần chất lưỡng tĩnh chất lượng động tốt người ta cần mạch hiệu chỉnh Dạng mạch hiệu chỉnh thường dùng mạch PID ( tỷ lệ tích phân vi phân ) Sơ đồ khối tổng quát khâu hiệu chỉnh PID cho hình Hình 7: Sơ đồ khối tổng quát mạch PID 12 Tín hiệu đầu tính: Hàm truyền viết: U = K pUV + K I ∫ U V dt + K D dUV dt   K U ( p) =  K p + I + K D p ÷U v ( p ) p   U ( p)  K D p + K p p + K i  = ÷ ÷ U v ( p)  p  Viết lại biểu thức hàm truyền: A1 p + A2 p + W ( p) = τp K K A1 = D ; A2 = p ;τ = KI KI KI 13 (1-9) (1-10) (1-11) Hình 8: Sơ đồ ví dụ mạch PID 14 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; Ngun tắc chuyển từ sơ đồ điều khiển có tiếp điểm sang sơ đồ điều khiển khơng có tiếp điểm - Xây dựng phương trình hàm logic cho cuộn hút đầu - Từ phương trình hàm tiến hành áp dụng hàm logic để xây dựng mạch điều khiển không tiếp điểm - Tiến hành tối giản hàm logic cần 1.3.2: Chuyển đổi tiếp điểm sang phần tử logic - Hàm OR: Hai đầu vào hàm OR tương đương hai tiếp điểm thường hở ( NO) song song Hình 9: Chuyển đổi tương đương hàm OR Bảng 1: Bảng trạng thái hàm OR A 0 1 - B 1 Y 1 Hàm AND: Hai đầu vào hàm AND tương đương với hai tiếp điểm NO mắc nối tiếp Hình 10: Chuyển đổi tương đương hàm AND Bảng 2: Bảng trạng thái hàm AND 15 A 0 1 - B 1 Y 0 Hàm NOT: Hàm NOT tương đương với tiếp điểm kín mắc nối tiếp với phần tử logic Hình 11: Chuyển đổi tương đương hàm NOT Bảng 3: Bảng trạng thái hàm NOT A - Y Hàm NAND: Hàm NAND có hai đầu vào tương đương hai tiếp điểm thường kín (NC) mắc song song Hình 12: Chuyển đổi tương tự hàm NAND Bảng 4: Bảng trạng thái hàm NAND 16 A 0 1 - B 1 Y 1 Hàm NOR: Hàm NOR có hai đầu vào tương đương hai tiếp điểm NC mắc song song Hình 13: Chuyển đổi tương đương hàm NOR Bảng 5: Bảng trạng thái hàm NOR - A B Y 0 1 0 1 Hàm NOT có tính đến cuộn hút trung gian + Mục đích tiếp điểm A đóng đèn tắt, tiếp điểm A mở đèn sáng Do mạch có sử dụng cuộn hút trung gian nên: + Ở nhánh 1, ta cho tiếp điểm A cuộn hút CR! Cùng trạng thái logic + Ở nhánh 2, ta dùng hàm NOT tiếp điểm CR1 Hình 14: Chuyển đổi tương đương hàm NOT có cuộn hút trung gian - Hàm XOR: Hàm XOR có hai đầu tương đương với hai công tắc cầu thang mắc vào 17 Hình 15: Chuyển đổi tương đương hàm EX-OR Bảng 6: Bảng trạng thái hàm EX-OR - A B Y 0 0 1 1 1 Hàm AND có tính đến 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 Hình 16: Chuyển đổi tương đương hàm AND có cuộn hút trung gian Bảng 7: Bảng trạng thái hàm AND có cuộn hút trung gian 18 A B Y 0 0 1 0 1 Ví dụ : Chuyển đổi sơ đồ mạch điện hình 1.17 sang mạch dùng phần tử Logic a) Sơ đồ mạch điện b) Sơ đồ mạch logic Hình 17: Chuyển đổi sơ đồ mạch điện thành mạch logic Từ sơ đồ hình 1.17a, xây dựng phương trình hàm đầu cho cuộn K K=(M+K).D Căn vào phương trình hàm dùng phần tử logic AND OR hình Ví dụ: Chuyển đổi sơ đồ mạch điện sang mạch dùng phần tử logic a) Sơ đồ mạch điện b) Sơ đồ mạch logic Hình 18: Ví dụ chuyển đối sơ đồ mạch điện thành mạch logic Từ sơ đồ hình 1.18 ta có phương trình hàm cho cuộn hút : 19 R1 = Rc RB RA Rtg = R1 + LD R2 = Rtg R1 (1-12) Từ phương trình hàm (1-12) ta thất R1 tổ hợp AND ba phần tử Trong Rtg lại hàm OR hai phần tử R1 LD R2 tổ hợp AND Rtg R1 Ví dụ : Chuyển đổi sơ đồ mạch điện sang dùng phần tử logic a) Sơ đồ mạch điện b) Sơ đồ mạch logic Hình 19: Ví dụ chuyển đổi sơ đồ mạch điện thành mạch logic Căn vào sơ đồ ta thấy K = ( M + K ).D Rtg = K K1 = Rtg K K = Rtg K (1-13) Từ hệ thống phương trình (1-13) sơ đồ mạch điện hình 1.19a ta lưu ý tiếp điểm thời gian Rtg trạng thái ngược để đảo trạng thái dùng hàm NOT Sơ đồ chuyển mạch logic hình 1.19b 20 PHẦN 2: BÀI TẬP ỨNG DỤNG Đề bài: Một hộ gia đình có cơng suất tiêu thụ 3,5kW gồm có nguồn cấp lưới điện quốc gia máy phát điện dự phịng có cơng suất 3kW Hãy thiết kế sơ đồ mạch lực mạch điều khiển hệ thống ATS chuyển đổi hai nguồn cho phụ tải gia đình Trả lời 2.1: Thiết kế sơ đồ mạch lực Hình 1: Sơ đồ mạch lực Trong đó: SS1,SS2: so sánh 21 2.2: Thiết kế sơ đồ mạch điều khiển 22 Hình 2: Sơ đồ mạch điều khiển 2.3: Phân tích nguyên lí hoạt động hệ thống Khi điện lưới tiếp điểm RA (1-9) đóng lại làm cho RL hút, tín hiệu báo điện nhận Tiếp điểm RL (51-53) đóng lại, đồng thời tiếp điểm RL (1-11) đóng, role thời gian T1 tính thời gian chuẩn bị chạy máy phát Hết thời gian chỉnh định, T đóng tiếp điểm T1 (53-55), R3 hút đưa lệnh tiếp điểm R đóng động khởi động máy phát Khi máy phát có đủ điện áp, role điện áp R 200 ( thường lấy điện áp khoảng 200V đủ điện áp) làm mở tiếp điểm R200 (55-57) role R3 hở kết thúc trình khởi động Khi đủ điện áp 200V Đóng tiếp điểm R200 (1-13) tính thời gian chạy máy chờ đóng tải T2 Hết thời gian chờ đóng tải, role T2 đóng tiếp điểm T2 (65-67), cấp điện cho R6 lệnh cấp điện từ máy phát Khi có điện lưới trở lại (1-9) hở Rl điện làm đóng tiếp điểm Rl (1-15), T3 tính thời gian chuyển tải từ máy phát sang lưới, hết thời gian T 3, tiếp điểm T3 (1-65) mở ra, T3 (69-71) đóng lại làm cho R6 nhả R7 hút Tiếp điểm R7 lệnh cấp điện từ lưới Role R7 đóng, làm tiếp điểm R7 (1-17) cấp điện cho T 4, T4 tính thời gian máy chạy khơng tải ( làm mát ) Hết thời gian chạy làm mát, đóng tiếp điểm T (51-59) cấp điện cho R4 làm hở tiếp điểm R4 (37-39) R5 nhả, đóng đường nhiên liệu máy phát điện diezen, máy phát điện dừng Tín hiệu từ R5 làm nhiệm vụ mở đóng nhiên liệu cho máy chạy Khi máy làm việc R5 phải có điện để mở đường cấp nhiên liệu, muốn dừng máy cắt điện cuộn dây R5, đóng đường nhiên liệu 23 Kết luận Qua nội dung tìm hiểu, giảng dạy trình bày trên, nhóm chúng em hiểu rõ số kiến thức mơn Tự động hóa thiết bị điện như: Hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo nguyên tắc thời gian Phân loại tiếp điểm Role thời gian sử dụng điều khiển có tiếp điểm theo nguyên tắc thời gian • Tìm hiểu chức điều chỉnh hệ thống tự động hóa điều khiển thiết bị điện • Phân loại điều chỉnh • Nguyên tắc chuyển từ sơ đồ điều khiển có tiếp điểm sang sơ đồ điều khiển khơng có tiếp điểm • • Biết áp dụng, xây dựng thiết kế mạch lực mạch điều khiển hệ thống ATS chuyển đổi hai nguồn phụ tải Mặc dù thân em cố gắng, trình độ kiến thức cịn hạn chế, khoảng thời gian làm báo cáo chuyên đề ngắn nên trình thiết kế khơng thể tránh khỏi sai sót Vì em xin tiếp thu ý kiến đóng góp bảo thầy cô để báo cáo hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn cô Phạm Thị Thùy Linh, người trực tiếp hướng dẫn để em hoàn thành báo cáo 24 Tài liệu tham khảo Giáo trình: Tự động hóa điều khiển thiết bị điện; Nhà xuất giáo dục; Trần Văn Thịnh ( chủ biên ), Hà Xuận Hòa – Nguyễn Vũ Thanh 25 ... động 1.2: Các điều chỉnh hệ thống tự động hóa điều khiển thiết bị điện 1.2.1: Chức điều chỉnh hệ thống tự động hóa điều khiển thiết bị điện Trong mạch điều khiển tự động, mạch hiệu chỉnh có vai trị... khiển khởi động động điện chiều theo nguyên tắc thời gian, hình 1.1e mạch điều khiển hãm động động điện chiều Nói chung mạch hoạt động tương tự nhau, nên em xin trình bày chi tiết hoạt động mạch... giảng dạy trình bày trên, nhóm chúng em hiểu rõ số kiến thức môn Tự động hóa thiết bị điện như: Hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo nguyên tắc thời gian Phân loại tiếp điểm Role