Giáo trình trang bị điện (nghề kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí cao đẳng)

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ VIỆT NAM - HÀN QUỐC THÀNH PHỐ HÀ NỘI TRẦN QUANG ĐẠT (Chủ biên) NGUYỄN VĂN SÁU - NGUYỄN THỊ NGUYỆT GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN Nghề: Kỹ thuật máy lạnh điều hịa khơng khí Trình độ: Cao đẳng (Lưu hành nội bộ) Hà Nội - Năm 2021 LỜI NÓI ĐẦU Để cung cấp tài liệu học tập cho học sinh - sinh viên tài liệu cho giáo viên giảng dạy, Khoa Điện 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 Kỹ thuật máy lạnh điều hịa khơng khí Đây mơn học kỹ thuật chun mơn chương trình đào tạo nghề Kỹ thuật máy lạnh điều hịa khơng khí trình độ Cao đẳng Nhóm biên soạn tham khảo tài liệu: “ Vũ Quang Hồi, Trang bị điện - điện tử máy gia công kim loại, NXB Giáo dục 1996” , Tài liệu “Bùi Quốc Khánh, Hoàng Xuân Bình, Trang bị điện – điện tử tự động hóa cầu trục cần trục, Nxb KHKT 2006” 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, ngày … tháng … năm 2021 Chủ biên: MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU MỤC LỤC Bài Khái quát chung hệ thống trang bị điện 1.1 Đặc điểm hệ thống trang bị điện 1.2 Yêu cầu hệ thống trang bị điện công nghiệp Bài Tự động khống chế truyền động điện 2.1 Khái niệm tự động khống chế (TĐKC) 2.2 Các yêu cầu TĐKC 2.3 Phương pháp thể sơ đồ điện TĐKC 2.4 Các nguyên tắc điều khiển 11 2.5 Các khâu bảo vệ liên động TĐKC - TĐĐ 18 Bài Các sơ đồ tự động khống chế điển hình 22 3.1 Mạch điều khiển động quay chiều 22 3.3 Mạch đảo chiều trực tiếp (sử dụng nút ấn liên động) 31 3.4 Mạch đảo chiều sử dụng tay gạt khí 35 3.5 Mạch điện điều khiển động theo thứ tự, dừng 38 3.6 Mở máy qua cuộn kháng 38 3.7 Mở máy Y –  44 3.8 Mở máy qua biến áp tự ngẫu 50 3.9 Mạch hãm ngược 54 3.10 Mạch hãm động 57 3.11 Mạch mở máy qua cấp điện trở phụ theo nguyên tắc thời gian 65 3.12 Mạch mở máy qua cấp điện trở phụ theo nguyên tắc thời gian 71 Bài Lắp đặt biến tần 75 4.1 Khái niệm chung 75 4.2 Bộ biến tần gián tiếp 75 4.3 Biến tần trực tiếp 79 4.4 Sự làm việc có dịng điện vịng 85 4.5 Điều khiển biến tần trực tiếp 88 4.6 Bộ biến tần đường bao 90 TÀI LIỆU THAM KHẢO 92 CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN Tên mô đun: TRANG BỊ ĐIỆN Mã mô đun: MĐ 15 Thời gian thực mô đun: 90 giờ; (Lý thuyết: 30 giờ; Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, tập: 57 giờ, kiểm tra: 03 giờ) I Vị trí tính chất mơ đun: - Vị trí: Mơ đun Trang bị điện học sau môn học,mô đun: Máy điện, Đo lường điện lạnh, sở kỹ thuật nhiệt – lạnh ĐHKK - Tính chất: Là mô đun sở nghề II Mục tiêu mô đun: * Kiến thức: - Đọc, vẽ phân tích thiết bị điện sơ đồ điều khiển tự động khống chế động pha - Phân tích nguyên lý hoạt động sơ đồ làm sở cho việc phát hư hỏng chọn phương sửa chữa * Kỹ năng: - Lắp đặt, đấu nối sửa chữa mạch điện điều khiển cho động không đồng pha - Vận hành mạch theo nguyên tắc, theo qui trình định Từ vạch kế hoạch bảo trì hợp lý, đảm bảo an tồn vệ sinh công nghiệp * Năng lực tự chủ trách nhiệm: - Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, xác, sáng tạo khoa học - Có tác phong làm việc cơng nghiệp, an tồn thời gian quy định III Nội dung mô đun: Nội dung tổng quát phân bổ thời gian: Thời gian (giờ) TT Tên mô đun Bài 1: Khái quát chung hệ thống trang bị điện – điện tử Tổng Lý Thực hành, Kiểm số thuyết thí nghiệm, tra thảo luận, tập 2 Bài 2: Tự động khống chế truyền động điện 10 2.1.Khái niệm tự động khống chế (TĐKC) 0.5 0.5 2.2.Các yêu cầu TĐKC 0.5 0.5 3 2 1 Bài 3: Các sơ đồ tự động khống chế điển hình 58 16 40 3.1 Mạch điều khiển động quay chiều (1 vị trí, vị trí) 2 2.3.Phương pháp thể sơ đồ điện TĐKC 2.3.1.Phương pháp thể mạch động lực 2.3.2.Phương pháp thể mạch điều khiển 2.3.3.Bảng ký hiệu phần tử sơ đồ TĐKC 2.4.Các nguyên tắc điều khiển 2.4.1.Nguyên tắc điều khiển theo thời gian 2.4.2.Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ 2.4.3 Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện 2.4.4 Nguyên tắc điều khiển theo điện áp 2.4.5 Nguyên tắc điều khiển theo vị trí 2.5 Các khâu bảo vệ liên động TĐKC 2.5.1 Bảo vệ theo dòng điện 2.5.2 Bảo vệ theo điện áp 2.5.3 Bảo vệ thiếu từ trường 2.5.4 Bảo vệ liên động tín hiệu 3.2 Mạch đảo chiều gián tiếp (sử dụng nút ấn) 2 3.3.Mạch đảo chiều trực tiếp (sử dụng nút ấn liên động) 3.4 Mạch đảo chiều trực tiếp có giới hạn hành trình 3.5 Mạch điện điều khiển động theo thứ tự (nguyên tắc khóa, nguyên tắc bắc cầu) 3.6 Mở máy động gián tiếp qua cuộn kháng điện 3.7.Mở máy Y/ dùng nút ấn (Điều khiển tay) 3.8 Mở máy Y/  dùng Rth (Điều khiển tự động) 3.9 Mạch hãm ngược 3.10 Mạch hãm tái sinh 3.11 Mạch hãm động 3.12 Mạch điện điều khiển động tốc độ Y/YY, /YY 3.13 Mạch mở máy động KĐB pha Roto dây quấn qua cấp điện trở phụ 3.14 Mạch mở máy ĐC chiều qua cấp điện trở phụ Bài 4: Lắp đặt biến tần 20 11 4.1.Khái niệm chung 1 4.2.Bộ biến tần pha 4.3.Bộ biến tần pha 10 Cộng: 90 30 57 Bài Khái quát chung hệ thống trang bị điện Giới thiệu: Động điện sử dụng phổ biến dây truyền tự động q trình sản xuất cơng nghiệp Điều khiển, khống chế động vấn đề ln giới chun mơn quan tâm, tìm hiểu giải cách tối ưu, đa phổ dụng Đối với người công tác lĩnh vực điện cơng nghiệp mảng kiến thức kỹ hệ thống trang bị điện dùng điều khiển, khống chế động điện yêu cầu bắt buộc Nó tiền đề cho việc tiếp thu, thực mạch điều khiển linh kiện điện tử điều khiển lập trình Mục tiêu: - Phân tích đặc điểm hệ thống trang bị điện - Vận dụng yêu cầu hệ thống trang bị điện thiết kế, lắp đặt - Rèn luyện tính cẩn thận, nghiêm túc học tập thực cơng việc Nội dung chính: 1.1 Đặc điểm hệ thống trang bị điện Hệ thống trang bị điện máy sản xuất tổng hợp thiết bị điện lắp ráp theo sơ đồ phù hợp nhằm đảm bảo cho máy sản xuất thực nhiệm vụ sản xuất Hệ thống trang bị điện máy sản xuất giúp cho việc nâng cao suất máy, đảm bảo độ xác gia cơng, rút ngắn thời gian máy, thực công đoạn gia công khác theo trình tự cho trước Hệ thống trang bị điện cần có: Các thiết bị động lực, thiết bị điều khiển phần tử tự động Nhằm tự động hố phần tồn trình sản xuất máy, hệ thống trang bị điện điều khiển phận công tác thực thao tác cần thiết với thông số phù hợp với quy trình sản xuất Kết cấu hệ thống trang bị điện: - Phần thiết bị động lực: Là phận thực việc biến đổi lượng điện thành dạng lượng cần thiết cho q trình sản xuất Thiết bị động lực là: Động điện, nam châm điện, li hợp điện từ truyền động từ động sang máy sản xuất hay đóng mở van khí nén, thuỷ lực, phần tử đốt nóng thiết bị gia nhiệt, phần tử phát quang hệ thống chiếu sáng, phần tử R, L, C, để thay đổi thông số mạch điện để làm thay đổi chế độ làm việc phần tử động lực - Thiết bị điều khiển: Là khí cụ đóng cắt, bảo vệ, tín hiệu nhằm đảm bảo cho thiết bị động lực làm việc theo yêu cầu máy công tác Các trạng thái làm việc thiết bị động lực đặc trưng bằng: Tốc độ làm việc động điện hay máy cơng tác, dịng điện phần ứng hay dịng điện phần cảm động điện, Mômen phụ tải trục động Tuỳ theo q trình cơng nghệ yêu cầu mà động truyền động có chế độ công tác khác Khi động thay đổi chế độ làm việc, thơng số có giá trị khác nhau.Việc chuyển chế độ làm việc động truyền động thực tự động nhờ hệ thống điều khiển Như vậy: Hệ thống khống chế truyền động điện tập hợp khí cụ điện dây nối lắp ráp theo sơ đồ nhằm đáp ứng việc việc điều khiển, khống chế bảo vệ cho phần tử động lực q trình làm việc theo u cầu cơng nghệ đặt 1.2 Yêu cầu hệ thống trang bị điện công nghiệp - Nhận biến đổi lượng điện thành dạng lượng khác để thực nhiệm vụ sản xuất thông qua phận công tác - Khống chế điều khiển phận công tác làm việc theo trình tự cho trước với thơng số kỹ thuật phù hợp - Góp phần nâng cao suất, chất lượng, hiệu trình sản xuất, giảm nhẹ điều kiện lao động cho người - Đảm bảo an toàn cho người thiết bị trình sản xuất Bài Tự động khống chế truyền động điện Mục tiêu: - Đọc, vẽ phân tích sơ đồ mạch điều khiển dùng rơle công tắc tơ dùng khống chế động không đồng pha, động chiều theo yêu cầu - Vận dụng nguyên tắc tự động khống chế phù hợp, linh hoạt, đảm bảo an toàn cho loại động qui trình máy sản xuất - Lắp đặt, sửa chữa số mạch điều khiển đơn giản bảng thực hành đảm bảo an tồn tiết kiệm vệ sinh cơng nghiệp - Phát huy tính tích cực, chủ động tư sáng tạo Nội dung chính: 2.1 Khái niệm tự động khống chế (TĐKC) TĐKC tổ hợp thiết bị, khí cụ điện liên kết dây dẫn nhằm tạo mạch điều khiển phát tín hiệu điều khiển để khống chế hệ thống truyền động điện làm việc theo qui luật định qui trình cơng nghệ đặt 2.2 Các yêu cầu TĐKC 2.2.1 Yêu cầu kỹ thuật - Thỏa mãn tối đa qui trình cơng nghệ máy sản xuất để đạt suất cao q trình làm việc - Mạch phải có độ tin cậy cao, linh hoạt, đảm bảo an toàn 2.2.2 Yêu cầu kinh tế - Giá tương đối, phù hợp với khả khách hàng - Nên sử dụng thiết bị đơn giản, phổ thông, chủng loại tốt để thuận tiện việc sửa chữa, thay sau - Thiết bị phải đảm bảo độ bền, hỏng hóc 2.3 Phương pháp thể sơ đồ điện TĐKC 2.3.1 Phương pháp thể mạch động lực - Tất phần tử thiết bị, khí cụ điện trình bày mạch động lực phải thể dạng ký hiệu qui ước phải trạng thái bình thường (trạng thái khơng điện, chưa tác động) chúng - Phải hạn chế tối đa dây dẫn cắt mạch động lực khơng liên hệ điện (hình 2.1) - Giả sử ban đầu T1 dẫn điện cho dòng qua tải từ dưong nguồn qua T1 qua pha a pha c T2và âm nguồn Các tụ C1, C5 nạp với cực tính Hình vẽ ,tụ C3 chưa nạp , tương tự tụ C6 C2 nạp với cực tính Hình vẽ, tụ C4 chưa nạp - Trong trình làm việc dây quấn pha động điện xuất s.đ.đ ua= U2sin  t 2 ub= 2` U2sin(  t  ) 4 uc= U2sin(  + ) -Quá trình chuyển mạch cầu biến tần trình chuyển mạch pha Xét trình chuyển mạch từ T1 đến T3 Giả sử thời điểm xét dòng điện từ T1, D1 qua pha a qua dây quấn pha ac động qua T2, D2 nguồn t≥0 t>1 L ud L Id ud Id T1 T3 uC1 C1 + - C5 + - D1 uC5 u13 u21 C6 u32 C2 + - T6 + - T2 D2 D5 T5 T4 D6 D3 C3 uC3 C4 D4 U V T1 C1 T3 C3 C5 + - + - D1 D4 D6 D5 T5 W T4 D3 + - C4 U C6 C2 + - + - D2 V T6 T2 W t>2 t>3 L ud L Id ud Id T3 T5 C1 C3 + - T1 + - C5 D1 D4 C4 T4 D3 D6 D5 U D2 V C6 + - C2 + - T6 T2 T1 C1 T3 C3 T5 W + - C5 + - D1 C4 T4 D3 D6 D5 U 78 D4 D2 V W C6 + - C2 + - T6 T2 C1 T3 C3 + - T1 C5 D1 uVU = u21 D6 D3 + - CT3 CT1 U iT1,T3 D2 D5 T5 V W t1 Xs uU uV t0 uW t = t1-t0 Maschine Hình 4.4: Quá trình chuyển mạch cầu biến tần - Tại thời điểm t= cho xung điều khiển vào T3, T3 dẫn tụ C1 phóng điện qua T3 làm cho T1 khố lại Lúc dòng tải chuyển từ T1đến T3 , thời điểm t  dịng tải có - Ở giai đoạn t > dịng tải pha a đựơc trì, điện áp tụ tạo nên điện áp ngược D3 D3 làm việc Vì chưa có dịng tải qua pha b Tại thời điểm tụ C1 C3 nạp với cực tính Hình vẽ Và C5 phóng hết hay điện áp D3 phân cực thuận trở lại ban đầu dẫn dòng, giai đoạn tụ tiếp tục phóng nạp ngược đầy Khi dịng tải pha a q trình chuyển mạch từ pha a qua pha b coi kết thúc Các tụ C1, C3, C5 phóng nạp tạo nên tụ có điện dung tương đương : Ctđ = C - Khi trình chuyển mạch kết thúc, tụ nạp để chuẩn bị cho trình chuyển mạch T3 vàT5 T2 T4 Đồ thị chuyển mạch dòng điện - Khoảng thời gian t = t1-t0 thời gian cần thiết để khoá T1 4.3 Biến tần trực tiếp a Sơ đồ nguyên lý G1 ,  UI Z G2 ,  iz Hình 4.5 Sơ nguyên lý biến tần trực tiếp 79 Bộ biền tần gồm hai chỉnh lưu nối song song ngược Các chỉnh lưu sơ đồ pha có điểm trung tính, sơ đồ cầu chỉnh lưu nhiều pha Số pha chỉnh lưu (m) lớn thành phần sóng điều hoà bậc cao giảm Nguyên lý làm việc biến tần sau: Để đơn giản, giả thiết tải trở, van lý tưởng Điện áp tải (u2) gồm hai nửa sóng dương âm Nửa sóng dương tạo nhóm van I làm việc (T1, T2, T3), cịn nửa sóng âm tạo nhóm van II (T4, T5, T6) làm việc Lần lượt đóng mở nhóm van I II, ta tạo tải điện áp xoay chiều có giá trị: 2U pha sin u2    m1 cos  m m1- số pha điện áp lưới;  - góc điều khiển chỉnh lưu Theo Hình vẽ ta có : 1 n  T2 T1 T   n  T1    m1 2  m1  n = 0, 1, 2, 3,… Tần số điện áp (f2) thấp tần số lưới Từ suy : f2  f1m1 2n  m1 Để điều chỉnh f2 , cần tạo thời gian trễ hai chỉnh lưu (góc  ) tần số : f2  f1m1  2n  m1 m1 Khi biến tần làm việc với tải trở cảm động điện, lượng tích luỹ tải trả lưới Lúc chỉnh lưu làm việc chế độ nghịch lưu phụ thuộc Nhóm I làm việc chế độ nghịch lưu điện áp tải mang dấu âm nhóm II chế độ nghịch lưu điện áp tải mang dấu dương Nếu chỉnh lưu mắc theo sơ đồ cầu điện áp tải lớn gấp lần so với sơ đồ pha có điểm trung tính: 2U pha sin U2    m1 m1 80 Xung điều khiển nhóm van lệch góc  /m1 Các biến tần có hiệu suất thấp (vì điều chỉnh  ) dịng điện áp có chứa nhiều thành phần sóng điều hồ bậc cao Để loại thành phần bậc cao cần dùng lọc Nếu thay đổi góc  nhóm chỉnh lưu I II theo quy luật điện áp thay đổi theo luật Để đảm bảo điện áp gần sin góc điều khiển  (chế độ chỉnh lưu)  (chế độ nghịch lưu) cần thay đổi theo luật sau:  = arccos (Asin  2) A U 2m U 2m0 U2m – giá trị biên độ điện áp tải; U2m0 – giá trị biên độ điện áp tải ứng với trạng thái mở Thyristor (  = 0); A = luật điều chỉnh  ,  tuyến tính Với luật điều khiển m1 tỷ số f1/f2 đủ lớn, điện áp  U2(  2t) = U1m  sin m1 sin  2t m1 tải có dạng hình sin : Đường cong điện áp có thêm phần sóng điều hồ với tần số f2 Các biến tần trực tiếp có tàn số nhỏ tần số vào (f2