Giáo án Tự động hóa và điều khiển thiết bị điện

tự động hoá điều khiển thiết bị điện Mở đầu:(1 tiết) Vai trò thiết bị điện công nghiệp Xu h- ớng việc tự động hoá thiết bị điện dây chuyền công nghệ Ch- ơng 1: Các nguyên tắc xây dựng hệ thống tự động điều khiển.(10 tiết) 1.1 Chức năng, yêu cầu tự động điều khiển thiết bị điện .c om 1.1.1 Chức mạch tự đông điều khiển Thông tin - giao tiếp: Giao tiếp ng- ời máy bao gồm mặt cung cấp cho ng- ời vận hành toàn thông tin theo dõi hoạt động máy, mặt khác nhận lệnh điều khiĨn cđa ng- êi vËn hµnh co ng Tïy theo thiết bị giao tiếp đ- ợc sử dụng mà phần giao tiếp có thể: Vào ch- ơng trình nhờ giao tiếp ng- ời máy thiết bị lập trình an Giao tiếp chun m¹ch g Xư lÝ tÝn hiƯu: th HiĨn thị trạng thái làm việc máy ánh sáng âm du on Bộ xử lí nÃo phần điều khiển Bộ xử lí mặt phát thông tin trạng thái máy, mặt khác phát lệnh ng- ời vận hành máy Điều khiển l- ợng cu u Các biến đổi tĩnh (chỉnh l- u, băm áp chiều, điều áp xoay chiều, biến tần) điều khiển nguồn l- ợng từ l- ới cấp cho tải Điều khiển động điện xoay chiều điều khiển biến đổi điện Điều khiển thông số thiết bị điện theo yêu cầu công nghệ chức là: Tự động khởi động, hÃm, đảo chiều nh- ổn định tốc độ động điện thay đổi tải Trong tr- ờng hợp th- ờng dùng khởi động, hÃm nhiều cấp tốc độ, khởi động, hÃm mềm nhằm hạn chế dòng điện mômen độ Nhiều hệ thống th- ờng gặp hệ thống mạch hở hệ thống có - u điếm mạch đơn giản, tin cậy CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tự động đặt giữ tốc độ cho tr-ớc động Hệ thống loại th- ờng dùng hệ thống kín có phản hồi , cho phép giữ ổn định tốc độ với độ xác cao Trong hệ thống mạch kín gồm có thiết bị nhrơle, công tắc tơ, biến đổi, cảm biến, động điện Kiểm soát tín hiệu đ-a vào hệ thống (hệ tùy động) Những tín hiệu đ- a vào hệ thống thay đổi theo quy luật định tr- ớc, sai số tr- ờng hợp không đ- ợc v- ợt phạm vi cho phép Chức năg đ- ợc thực hệ thống tùy động mạch vòng kín tác động liên tục hay gián đoạn .c om Tự động điều khiển theo ch-ơng trình đà đặt tr-ớc Chức đ- ợc thực mạch hở hay mạch kín tác động liên tục hay gián đoạn, phần mạch thiết bị nh- chức có thêm nhớ, tính toán, biến đổi tín hiệu đ- a vào điều khiển khối chấp hành co ng Tự động điều khiển dây chuyền công nghệ Để thực điện chức phức tạp hệ thống tự động cần bao gồm thiết bị điện thực tất chức an ổn định thông số - Các mạch điều khiển thiết bị điện cần ổn định thông số làm việc thiết bị 1.1.2 Yêu cầu mạch tự động điều khiển g th Một số yêu cầu việc tợ động hóa điều khiển thiết bị điện là: du on Yêu cầu kĩ thuật: - Đáp ứng chế độ làm việc thiết bị điện - Phù hợp dạng dòng điện điện áp cu u - Đảm bảo độ tác động nhanh xác - Đảm bảo sai số tĩnh động phạm vi cho phép - Có tiêu chất l- ợng (hiệu suất cos ) cao - Phù hợp với điều kiện môi tr- ờng Điều khiển đơn gián tin cậy Linh hoạt thuận tiện điều khiển Dễ dàng kiểm tra sửa chữa h- hỏng Tác động xác làm việc chế độ bình th- êng cịng nh- gỈp sù cè Thn tiƯn lắp đặt, vận hành sửa chữa CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Kích th- ớc giá thành thấp thiết bị điều khiển thấp An toàn lao động không bị cố nh- cháy, nổ khác 1.1.3 Mục tiêu hệ thống tự động hóa: Tự động hóa nhằm mục đích: Giảm giá thành sản phẩm: Nâng cao chất l- ợng sản phẩm Khả sẵn sàng đáp ứng sản phẩm Đổi sản phẩm c om Tự động hóa linh hoạt: Tác độnh lên nhiều khâu dây chuyền Tác động lên nhiều ph- ơng án sản xuất co ng Tự ®éng hãa ph¸t triĨn: DƠ thay ®ỉi theo sù tiÕn KHKT số l- ợng, đặc tính cđa s¶n phÈm an 1.2 CÊu tróc cđa hƯ thống tự động hoá th 1.2.1 Cấu trúc hệ thống Trong hệ thống tự động hoá có hai phần Phần tác động (PO) Tập hợp phận xử lí thông tin, lệnh điều khiển Tập hợp ph- ơng tiện, tác động lên vật t- thiết bị nhằm đảm bảo sản xuất, nh- động cơ, máy sản xuất cu u du on g Phần điều khiển (PC) CuuDuongThanCong.com Lệnh PHần tđ Máy sản xuất https://fb.com/tailieudientucntt Cảm biến Ôtômát lập trình Thiết bị điện Cơ cấu điều khiển Thông tin vào PHần ĐK Động cơ, thiết bị biến đổi Truyền thông tin thực theo sơ đồ Chi tiết hệ thống tự động hóa có sơ đồ cấu trúc nh- hình vẽ Phần thao tác Phần điều khiển ĐK công suất Hội thoại Tác động lên vật t- Cơ cấu tác động Truyền động c om Bộ giao tíêp Gia công sản phẩm Xử lí liệu co ng Bộ xử lí Sản phẩm Phần Vật tvào Tác động lên HT Bộ liên lạc Cảm biến du on g th an Thông báo Các cảm biến điều khiển khác cu u Hình 12.1 Sơ đồ cấu trúc hệ thống tự động hoá 1.2.2 Các phần tử hệ thống TĐ ĐKTBĐ Những phần tử hệ thống tự động điều khiển thiết bị điện đa dạng Những phần tử th- ờng thiết bị sau: máy điện quay, biến áp, khí cụ điện, biến đổi tĩnh, cảm biến, máy phát tốc, mạch điều khiển điện tử khác Lựa chọn loại thiết bị vào tài liệu chuyên ngành Khi phân tích tổng hợp tự động điều khiển chế độ làm việc tĩnh động nhiều thiết bị đặc tính cần đ- ợc tuyến tính hoá hàm truyền số khâu th- ờng gặp hệ thống thông số đại l- ợng giới thiệu bảng 1.1 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tên gọi phần tử Động không đồng có điều khiển a) thay đổi điẹn áp stator Hàm truyền Kệ số khuếch đại số thời gian (p ) W (p ) U f (p ) K (U f ) T1 (U )p f K (U T1 (U U f s nm ) f s c ) f nm c 2K 2K J c M1 c U rad ; s V f ;s U M1 M f ! s r2 r1 K r2* (p ) K (r2* ) T (r2* )p (p ) W (p ) an f1 (p ) du on Động pha có điều khiển u cu a) thay đổi điện áp phần ứng K 2K U W (p ) M1 U (p ) U u (p ) Tcp U K T1p 4Tu u T 1,2 (p ) U dk E L u ru Tc 2 r2 ; r2* r roto C J ; e b nm f1 ; N m s rad s V c e c rad jr u ; s ,Tc x ; s , M ,b V ; s 4 10 , T dc N m K r roto r1 s V dc r1 rad ; x 1 (p ) kd dc Tu dc TuTcp K M r1 f b s M ! Jr ; rad ; rad p c ; 4Tu Tc ; s M ; s dc T2p Tc ) CuuDuongThanCong.com x M c (f1 ) dc c K ( (p ) dc T dc p W (p ) dk K c r1 ;s M T (f1 ) (p ) W (p ) K Động điện chiều kích từ độc lËp ®iỊu khiĨn b»ng Jr * g T (f1 )p K ( r1 c M r2* (f1 ) th K K nm c (r2* ) T (r2* ) K c) thay đổi tần số điện áp nguån cÊp M1 x c om (p ) W (p ) co ng b) b»ng thay ®ỉi ®iƯn trë roto 1,5 ;K nm https://fb.com/tailieudientucntt nm ) Tªn gọi phần tử Hàm truyền b) thay đổi dòng điện kích từ W (p ) Kệ số khuếch đại c¸c h»ng sè thêi gian (p ) U (p ) kt K c) thay đổi tải Tcp Tu Jr u cec M I kt L ; s , T kt , s V kt r kt kt ; s M ru dc c (p ) Ct Tup M TC p d (t) E W (p ) du on g mét K T kt p W (p ) cu u Bé chØnh l- u Bộ khuếch đại dẫn chiều Bộ khuếch đại bán dẫn xoay chiều (có liên hệ tụ) - hệ số biến dạng C (t)- cấp hàm thời gian th M M dt an dt d co ng Ph- ơng trình vi J-momen quán tính động phân không xét -góc quay trục động quán tính điện từ M- giá trị tức thời momen đồng hoá cuộn dây động động J Máy phát chiều Tc ceI (p ) TuTC p Động c¬ b- íc r kt rad 0) W (p ) K kt ; c om ( I ! T kt p r kt I u K W (p ) W (p ) U F kt (p ) K (p ) F TF U U U F V (p ) K (p ) (p ) K U V (p ) K kd T kd p T kd p kd CL K K CL kd T kd E F U kt L f1 U kt f2 U r kt U U V U U V R tai kt kt ; C ; T kd ; s Ra R R a tai ri ri C; s CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tên gọi phần tử Hàm truyền Kệ số khuếch đại số thời gian 1.3 Kí hiệu phần tử vẽ thiết kế g th cu u Biến dòng du on Biến áp tự ngẫu Phần ứng động điện chiều Kích từ động điện chiều Máy điện không đồng rô to lồng sóc Máy điện không đồng rô to dây quấn kí hiệu c om Máy điện đồng Dây quấn nối Dây quấn nối tam giác an Máy điện Máy biến áp Tên gọi co ng Tên gọi kí hiệu Loại nguồn điện Dòng điện chiều Dòng ®iƯn xoay chiỊu D©y trung tÝnh N Ngn ba pha 3F 50 HZ 380/220V Pin, acquy D©y dÉn, mèi nèi Dây dẫn, nhóm dây, đ- ờng dây, cáp, mạch Đ- ờng dây ba pha Dây có chắn Cáp đồng trục Cực, đầu nối Chỗ rẽ nhánh Hai dây chéo không nối Phích cắm, zắc nối Đầu Đầu đực Nối dây dầu nối Điểm kiểm tra Phần tử đóng cắt CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tên gọi kí hiệu Tên gọi kí hiệu đóng chậm Cuộn hút rơle, có trì thời gian nhả chậm Cuộn hút rơle có trì thời gian đóng, nhả chậm Cuộn hút rơle, công tắc tơ có khoá liên động Phần tử đốt nóng rơ le nhiệt Công tắc Cầu dao cu u Chì tự rơi Thiết bị phòng nổ Chống sét van Cuộn dây điều khiển Cuộn hút rơle, công tắc tơ Cuộn hút rơle có trì thời gian Thiết bị ph- ơng pháp điều khiển Chuyển động trễ theo chiều chuyển dịch Đièu khiển núm ấn Đièu khiển b»ng nóm kÐo §iỊu khiĨn xoay co ng an th g du on Tiếp điểm rơle, công tắc tơ th- ờng hở Tiếp điểm rơle, công tắc tơ th- ờng kín Tiếp điểm rơle, công tắc tơ có dập hồ quang Tiếp điểm rơle, công tắc tơ không tự phục hồi Chuyển mạch nhiều vị trí Nút nhấn th- ờng hở Nút nhấn th- ờng kín Thiết bị bảo vệ Cầu chì c om Aptomát Điều khiển hiệu ứng gần Điều khiển sờ tay Điều khiển núm ấn an toàn kiểu đập mạnh Điều khiển vô lăng Điều khiển pedan Điều khiển cần Điều khiển chìa khoá Điều khiển CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tªn gäi maniven kÝ hiƯu Tªn gäi kÝ hiƯu §iỊu khiĨn b»ng bé dÕm §iỊu khiĨn b»ng phÇn tư nhiÖt u du on g th an co ng c om Điều khiển cam Điều khiển động ®iƯn §iỊu khiĨn b»ng ®ång hå §iỊu khiĨn b»ng møc chất lỏng Điều khiển l- u l- ợng chất lỏng Điều khiển l- u l- ợng khí cu 1.4 Cách thể sơ đồ nguyên lí sơ đồ lắp ráp 1.4.1 Cách thể sơ đồ nguyên lí Thể nét vẽ sơ đồ động lực điều khiển Để cho ng- ời khác đọc đ- ợc sơ đồ mạch thiết kế ng- ời thiết kế cần phải biết cách thể mạch theo nguyên tắc thống Tr- ớc tiên phải vẽ kí hiệu thiết bị điện nh- đà giới thiệu phần 1.3 Ngoài thể sơ đồ mạch thiết kế cần theo nguyên tắc: nét vẽ mạch động lực dậm nét vẽ mạch điều khiển vẽ mảnh nh- ví dụ h×nh 14.1 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt RD RD K K K K M D RD RD K b) a) H×nh 14.1 thể sơ đồ mạch điện a) sơ đồ động lực, b) sơ đồ mạch điều khiển Kí hiệu vẽ co ng c om Trên vẽ phải có kí hiệu linh kiện Kí hiệu đặt tên linh kiện rút gọn, cần đặt cho ng- ời đọc vẽ dễ nhớ Điều nhằm mục đích cho ng- ời đọc vẽ tìm hiểu sơ đồ nhanh Ng- ời ta th- ờng chọn chữ đầu tên linh kiện (ví dụ rơle R, cầu dao CD, Aptomat AT ), dùng chữ đầu chức mà linh kiện thực để kí hiệu (ví dụ công tắc tơ thuận T, công tắc tơ ng- ợc N ) hay số cách kÝ hiƯu kh¸c an Bè trÝ linh kiƯn du on g th Khi b¶n vÏ lín, nhiỊu linh kiƯn vẽ cần đ- ợc phân khu vực để vẽ Việc phân khu vực nên theo chức nhóm thiết bị, để đọc vẽ tránh phải phân tán suy nghĩ vào việc tìm linh kiện Trong trang vẽ cần phân khu vực theo cột để tìm cho dễ ví dụ nh- vẽ hình 14.2, vẽ đ- ợc chia khu vực thành cột Việc phân khu vực theo cột vẽ nh- thuân tiện dẫn linh kiện cu u Những vẽ nhiều trang phải đ- ợc đánh số trang, đ- ờng nối mạch điện từ trang gửi sang trang khác phải có dẫn Cách dẫn đ- ợc thực theo nhóm số, ví dụ thông thi đ- ợc viết 12/5 nhóm số đ- ợc hiểu thông tin cần biết tìm trang vẽ 12 cột số 14.3 VÝ dơ: Trong mét trang b¶n vÏ cã vÏ sơ đồ mạch nh- hình Chúng ta hiểu thông tin cần dẫn vẽ nh- sau: Muốn biết rơle R1 hoạt động (khi đóng, cắt cần tìm hiểu mạch trang 12 cét R¬le R sư dơng hai tiÕt ®iÓm th- êng hë, mét tiÕp ®iÓm th- êng ®ãng Hai tiếp điểm th- ờng hở rơ le R đ- ợc dùng mạch trang 11 cột trang 10 cột Tiếp điểm th- ờng hở đ- ợc dùng để đóng cát mạch trang cét 4 12/6 R1 10 T§ TH CuuDuongThanCong.com 11/5 10/6 7/4 https://fb.com/tailieudientucntt làm cho đặc tính máy điện có chiều tăng lên dòng điện tăng Từ đặc tính thấy rằng: muốn điện áp máy điện ổn định tải tăng sđđ E (từ thông hay dòng điện kích từ) máy điện cần tự động tăng, theo đặc tính điều chỉnh hình oa3 Uđk1 _ UfU Uđk + UfI UKT Bộ biến đổi KT Kích từ Máy phát UMF IMF Phản hồi dòng điện Phản hồi điện áp c om Uđặt co ng Hình oa4 Sơ đồ khối ổn áp máy phát điện xoay chiều điện máy điện th an Sơ đồ khối mạch ổn áp máy phát điện xoay chiều đ- ợc vẽ hình oa4 Tự động ổn định điện áp máy điện đ- ợc thực cách lấy hồi tiếp d- ơng dòng điện âm điện áp điện áp Khi dòng điện tải tăng, điện áp máy phát tăng hay giảm tùy theo tính chất tải Các tín hiệu phản hồi làm cho Uđk1 , Uđk1 tự đông thay đổi theo tín hiệu điện áp dòng du on g Ví dụ, tải máy điện có tính điện cảm Dòng điện tải tăng, điện áp máy điện giảm Phản hồi d- ơng dòng điện âm điện áp thay đổi theo nguyên tắc: Uđk = Uđk1 + UfI ; (oa - 3) Uđk1 = Uđặt - UfU; cu u Trong tín hiệu phản hồi dòng điện UfI, = k.I phản hồi điện áp UfU = kUMF Thay giá trị vào biểu thức ta có: Uđk = Uđặt + kI.I - kU.U (oa - 4) Điện áp điều khiển tăng dòng điện tải tăng Mạch điều khiển cần đ- ợc thiết kế theo nguyên tắc tải tăng điện áp điều khiển tăng, điện áp dòng điện kích từ tăng để kéo điện áp máy điện trị số đặt Khâu phản hồi điện áp Khâu phản hồi điện áp máy phát điện xoay chiều (hình đa1) phản hồi âm, có nhiệm vụ giữ điện áp máy phát không đổi 32 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Uđặt _ BĐ Uđk Chỉnh l- u Điều khiển Uph TN Phản hồi I Sự đa dạng mạch kích từ c om Hình đa1 Sơ đồ khối mạch phản hồi điện áp Máy phát điện xaoy chiều th- ờng gặp có ba loại: Loại kích từ trực tiếp vẽ hình oa5a an co ng Loại kích từ gián tiếp qua máy phát điện chiều vẽ hình oa5b Do công suất kích từ chiếm khoảng (0,1 0,5) SMF nên máy ®iƯn cã c«ng st lín c«ng st kÝch tõ cịng lớn, máy phụ làm nhiệm vụ khuếch đại công suất cho máy điện đ- ợc sử dụng máy phát ®iƯn mét chiỊu IKT UKT MFC 220/380V; 50 Hz cu u du on g th Loại kích từ gián tiếp máy phát điện xoay chiều với chỉnh l- u quay (hình oa5c) Nh- ợc điểm máy phát điện chiều cổ góp chúng hay phải bảo d- ỡng quán tính điện từ loại máy lớn Thay cho máy phụ chiều hình oa5b máy phát điện xoay chiều chế tạo đặc biệt đ- ợc sử dụng Đặc điểm máy phụ xoay chiều cuộn dây phần ứng đ- ợc quấn rotor để quay trục với máy phát Một chỉnh l- u, biến đổi dòng điện xoay chiều máy phụ thành chiều cấp điện kích từ cho máy chính, đ- ợc lắp trục quay máy điện làm cho loại máy không cổ góp quét Tần số máy phụ th- ờng đ- ợc chế tạo hai lần tần số máy IKT UKT KT MF MFC 220/380V; 50 Hz a) IKT UKT CuuDuongThanCong.com 80V; 50 Hz b) https://fb.com/tailieudientucntt 33 du on g th an co ng c om Nguån cÊp cho c¸c mạch kích từ đ- ợc lấy từ thân máy điện, nguồn th- ờng điện áp đầu máy điện, loại máy phát có máy phụ máy điện chiều lấy từ phần ứng máy phụ Mạch điều khiển kích từ th- ờng đ- ợc dùng chỉnh l- u (nh- hình 0a6a) hay băm áp (hình oa6b) cu u Mạch điều khiển PHU PHI a) PHU Mạch điều khiển PHI b) Hình oa6 Sơ đồ động lực ổn áp máy điện th- ờng gặp; a điều khiển chỉnh l- u; b điều khiển băm áp 34 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt §iỊu khiĨn kÝch tõ b»ng chØnh l- u đ- ợc dùng phổ biến máy phát công suất lớn (có công suất kích từ lớn) Cuộn dây kích từ máy điện có số vòng dây lớn, có điện cảm lớn Các m¹ch chØnh l- u tèt nhÊt dïng lo¹i ba pha (tia ba pha hay cầu ba pha), sơ đồ chỉnh l- u ba pha có chất l- ợng dòng điện chiều tốt Tuy nhiên, điện cảm cuộn dây lớn nên dùng sơ ®å chØnh l- u mét pha .c om C¸c m¸y cã c«ng suÊt nhá, c«ng suÊt kÝch tõ nhá ng- êi ta cịng th- êng sư dơng ®iỊu khiĨn kÝch từ mạch băm áp với van động lực tranzitor Sơ đồ điều khiển có - u điểm đơn giản, dễ điều khiển, chất l- ợng dòng điện chiều tốt ổn áp máy điện có máy phụ máy chiều an co ng Đối với loại máy phát điện xoay chiều, nguồn cấp cho cuộn dây kích từ máy phát đ- ợc lấy từ thân máy phát (không có nguồn cấp lấy từ bên vào) Trong tr- ờng hợp máy phát có cấu tạo nh- hình oa5b, nguồn cấp cho cuộn dây kích từ đ- ợc lấy theo hai cách nhhình 2.34 IKT th KT du on g MF §iỊu khiĨn dßng kÝch tõ 220/380V; 50 Hz MFC a) cu u IKT KT MF 220/380V; 50 Hz MFC ChØnh l- u tiristor UKT b) Hình 2.34 Các ph- ơng án cấp nguồn cho cuộn dây kích từ Ưu điểm sơ đồ hình 2.34a điện áp nguồn cấp cuộn dây kích từ không bị suy giảm từ thông máy phát bị khử từ Do đó, việc bù từ thông khử từ xảy nhanh Sơ ®å ®éng lùc cho m¹ch thiÕt kÕ cã d¹ng nh- h×nh 2.35 35 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt AT IKT 220/380V; 50 Hz D KT MF MFC Rf T MĐK c om Hình 2.35 Sơ đồ mạch động lực điều khiển kích từ máy phát có máy phụ máy chiều an co ng Mô tả chức mạch: Cuộn dây kích từ có nguồn cấp chiều lấy từ đầu máy phụ chiều Dòng điện cuộn kích từ đ- ợc điều chỉnh mạch băm áp chiều, nhờ tranzitor T Do xung điện áp gián đoạn nên điốt D đ- ợc đ- a vào nhằm xả l- ợng cuộn dây để tạo dòng điện liên tục cho dòng kích từ bảo vệ cuộn dây nhtranzitor Điện trở Rf đ- ợc dùng cho việc hình thành điện áp (mồi kích từ) cu u du on g th Mạch điều khiển hình 2.36 đ- ợc giải thích nh- sau: E Tại thời điểm ban đầu khgởi E động máy phát, ch- a hình thành đ- ợc điện EXL K áp Máy phát phơ cã tõ d- , tõ d- nµy sinh E điện áp từ d- (khoảng (0,05 - 0,1)Uđm ) Ikt.Rkt điện áp tự kích theo đ- ờng cong từ hóa E2 (hình oa7) Sức điện động từ d- E0 m¹ch kÝch tõ kÝn qua Rf sinh dòng điện I0, dòng điện I0 tự cảm sức điện động E1, sức E1 điện động E1 lại sinh dòng I1, dòng điện I1 lại cảm ứng E2 nh- tiếp diễn E0 Ikt điểm làm việc xxác lập điểm K kết thúc I0 I1 I1 I3 IXL trình tự kích Chỉ điện áp máy phát tự kích tới đủ điện áp nguồn cấp ổn định Hình oa7 Nguyên lí tự kích máy điện cho mạch điều khiển (khoảng 0,5 Uđm) mạch ổn áp đ- ợc hoạt động bình th- ờng UA t UB U®k t 36 UC CuuDuongThanCong.com t https://fb.com/tailieudientucntt .c om an co ng Sau đủ điện áp nguồn cấp, mạch điều khiển hình 2.36 thực chức ổn áp Các KĐTT tạo điện áp tựa UB, điện áp tựa so sánh với điện áp điều khiển lấy từ KĐTT A5 Hai điện áp so sánh cho đầu KĐTT A4 xung điện áp không đối xứng UC Khi điện áp UC d- ơng có dòng điện chạy qua sơ cấp ghép quang, dòng điện làm dẫn tranzitor động lực, đặt điện áp nguồn lên cuộn dây kích từ Điện áp dòng điện kích từ có dạng nh- đ- ờng cuối cïng cđa h×nh oa7 R 12 dk R 14 U R 12 V R 13 U phU cu u U du on g th ổn định điện áp máy phát đ- ợc thực mạch phản hồi điện áp Biến áp lấy tín hiệu đầu máy phát, chỉnh l- u biến đỏi thành chiều, đ- a tín hiệu UphU tỷ lệ với điện áp máy phát tới cộng điện áp Điện áp Uđk đầu A5 đ- ợc tính: Trong đó: - Một số sơ đồ ổn áp Các nguồn cấp độc lập nh- tầu thủy, máy xúc máy phát điện xoay chiều cấp điện cho tải, đặc điểm loại tải công suất máy 37 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt phát t- ơng đ- ơng công suất tải Do đó, máy điện đòi hỏi tự động điều khiển điện áp đột ngột mang tải cắt tải Nhiệm vụ hệ thống điều khiển đảm bảo chất l- ợng cao trình độ, đáp ứng yêu cầu thời gian biên độ dao động điện áp nhỏ Tổng hợp hệ thống tự động diều khiển điệnu áp máy phát đồng Quá trình độ thay đổi điện áp thay đổi tải, đ- ợc ®¸nh dÊu b»ng ®iĨm thay ®ỉi tøc thêi ®iƯn ¸p, điểm thay đổi cực đại điện áp điểm phục hồi điện áp Sai số tĩnh thay đổi tải .c om VÝ dơ thiÕt kÕ cho hƯ thèng cã điều kiện sau: Hệ thống bao gåm m¸y ph¸t xoay chiỊu, kÝch tõ b»ng bé chØnh l- u cã ®iỊu khiĨn; co ng HƯ thèng nguồn khác, máy phát đồng nói tới; Tải máy phát tải ®iƯn c¶m; th an Khi mang t¶i, ®iƯn c¶m có giá trị định mức độ sụt điện áp cực đại đạt đ- ợc khoản 2-3 chu kì điện áp xoay chiều không v- ợt 17-18%, điểm phục hồi điện áp định mức đạt đ- ợc sau 0,2 s, Quá độ xảy không v- ợt lần dao động; du on g Dao động điện áp máy phát mang tải không v- ợt 0,5% (ở chế độ tĩnh) 5.8.1 ôn áp pha biến áp tự ngẫu Nguyên tắc ổn áp: cu u Điện áp biến áp cã trÞ sè: U U W W1 Để điện áp U2 không đổi số vòng dây thứ cấp W2 không đổi Khi điện áp vào U1 thay đổi, cuộn dây sơ cấp W1 phải thay ®ỉi theo cïng tû lƯ víi sù thay ®ỉi điện áp vào Hiện ổn áp pha dân dụng nh- công nghiệp th- ờng dùng biến áp tự ngẫu có tr- ợt để thay đổi số vòng dây sơ cấp Để kéo tr- ợt, ng- ời ta dùng động chiều công suất nhỏ, đ- ợc điều chỉnh mạch điện tử kiểm soát điện áp đầu tải 38 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Sơ đồ nguyên lí mạch động lực ổn áp biến áp tự ngầu vẽ hình 58.1 160-260V S 50-170V 220V c om UV §C co ng 110V du on g th an Hình 58.1 sơ ®å ®éng lùc ỉn ¸p xoay chiỊu b»ng biÕn ¸p tự ngẫu Công tắc S vị trí t- ơng ứng với nguồn vào 220V, vị trí t- ơng ứng với nguồn vào 110V Nguồn vào 220V cho phép dao động điện áp khoảng 160 - 220V Nguồn vào mức 110V cho phép dao động khoảng 50-170V Động chiều kéo tr- ợt biến áp tự ngẫu, tự động thay đổi số vòng dây sơ cấp biến áp Điều khiển động điện chiều mạch kiểm soát điện áp đầu D- ới đay giới thiệu số mạch điều khiển ổn áp loại cu u Sơ đồ điều khiển ổn áp pha Hình 58.2 vẽ mạch điều khiển ổn áp Đài Loan CL1 45V R1 R4 VR +15V S1 CL2 R5 T1 R6 R3 R7 T2 S2 Z Thông số tham khảo R1 = k R3 = k R4 = 1,8 k R5 = 100 §C R = 56 Z - 30 V T1 = D667 T2 – B647 -15V 39 Hình 58.2 vẽ mạch điều khiển ổn áp Đài Loan CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Mạch điều khiển nhận nguồn nuôi từ biến áp có đàu vào nhận điện từ đầu ổn áp Một cuộn thứ cấp biến áp nguồn nuôi đ- a tới chỉnh l- u CL1 cho điện áp UCC = 45V, cấp điện cho mạch so sánh điện áp Một cuộn thứ cấp khác tới chỉnh l- u CL2 có điện ¸p ®èi xøng U = 12V, cÊp ®iƯn cho ®éng chiều Hai nguồn cách ly đẻ trnhs dòng điện giả chạy mạch .c om Nguồn cấp UCC qua cầu phân áp R1, VR, R3 để lấy điện áp mẫu UM phân cực cho bazơ hai tranzitor Đồng thời, nguồn UCC qua phân áp R4 diod ổn áp Z có điện áp ổn áp 30V dể tạo điện áp chuẩn Uch cấp cho cực emitor cđa hai tranzitor Th«ng sè cã thĨ chän Uch = VZ = 30V nªn UE1 = UE2 = 30V co ng Hai tranzitor T1, T2 hai tranzitor khác loại mắc theo kiểu đẩy kéo nên đ- ợc phân cực cho bazơ hai mức điện áp khác Bình th- ờng biến trở VR cho điện áp mÉu lµ: an UM1 = UB1 = 30,5V UM2 = UB2 = 29,5V th Nh- hai tranzitor đ- ợc phân cực với mức điện áp du on g UBE1 = +0,5V cho tranzitor T1, UBE2 = -0,5V cho tranzitor T2 Hai tranzitor T1, T2 đ- ợc chọn loại silic nên mức phân cực hai tranzitor ®Ịu khãa cu u Colector cđa tranzitor T1 ®- ỵc nối tới nguồn +12V, Colector tranzitor T2 đ- ợc nối tới nguồn -12V trạng thái ổn định, tr- ợt nằm vị trí t- ơng ứng với điện áp vào cuộn sơ cấp, hai tranzitor khóa nên dòng điện chay qua động cơ, động dừng, Khi điện áp l- ới tăng lên làm tăng điện áp mẫu U M1, UM2 Sự tăng điện áp làm tăng thiên áp cho T1, giảm thiên áp T2 (ví dụ, điện áp mẫu tăng lên UM1 = 30,7V, UM2 = 29,7V, điện áp chuẩn cực E giữ nguyên 30V, UBE1 = 0,7V UBE2 = -0,3V) kết T1 dẫn, T2 khóa T1 dẫn có dòng điện chạy qua động động quay kéo tr- ợt chạy theo chiều làm tăng số vòng dây sơ cấp biến áp tự ngầu, điện áp mẫu trở lại giá trị ban đầu UM1 = 30,5V, UM2 = 29,5V Tr- ờng hợp ng- ợc lại điện áp l- ới giảm xuống làm giảm điện áp mẫu UM1, UM2 (Giả sử điện áp mẫu giảm xuống U M1 = 30,3V, UM2 = 29,3V, điện áp chuẩn cực E giữ nguyên 30V, UBE1 = 0,3V UBE2 = -0,7V) T1 khoá T2 dẫn Động quay kéo tr- ợt chạy theo chiều ng- ợc lại giảm số vòng dây cuộn sơ cấp biến áp tự ngẫu 40 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Tr- ờng hợp điện áp l- ới tăng hay giảm giới han cho phép, tr- ợt chạy đè lên công tắc hành trình S1, S2 mạch điện động bị hở, động dừng Hình 58.3 giới thiệu mạch điều khiển ổn áp IC Nguồn cấp cho mạch điều khiển đ- ợc nhËn tõ biÕn ¸p BA, qua chØnh l- u cho điện áp 20V IC công suất BA 6268 đ- ợc cấp điện áp ổn định từ IC ổn áp 7812 .c om Mạch so sánh điện áp đ- ợc thiết kế từ KĐTT (loại LM 324) thông qua hai diod ổn áp Z1, Z2 điện trở R1 Mạch ổn áp đồng thời tạo điện áp chuẩn Uch = 6V để đ- a tới cổng vào - hai KĐTT 1, Tín hiệu biến thiên điện áp UM đ- ợc lấy từ chia áp ®iƯn trë R2, R3, R4, R7 ®- a tíi hai cổng vào + hai KĐTT 1, hai mạch so sánh có trạng thái cân R2 UM R3 Uch cu u 6V Z2 - du on g 12V Z1 220V 12V th R1 an 7812 co ng Trong thực tế, khó có trạng thái cân mà điện áp mẫu (UM) đ- a vào hai cổng không đảo KĐTT 1, dao động xung quanh điện áp chuẩn 6V Hai điện trở R5, R6 điện trở hồi tiếp d- ơng để tạo trạng thái dứt khoát cho mạch khuếch đại so sánh BA 20V R4 +1 R5 A B + + C - S1 R8 D S2 R9 + - R7 R6 R10 IC BA6208 Thông số tham khảo R1 = k - 2W, R2 = 22 k , R3 = 10 k , R4 = 330 , R5 = R6 =1 M , R7 = 8,2 k , R8 = R9=2,2 k , R10 = 820 Z1, Z2 - V, K§TT 1, 2, 3, – LM 324, C 4,7 F Hình 58.3 Mạch điều khiển ổn áp xoay chiều dùng IC Điện áp KĐTT 1, đ- ợc đ- a tới KĐTT 3, 4để so sánh mức điện áp chuẩn 6V KĐTT 3, đ- ợc mắc ng- ợc nhau, KĐTT mạch không đảo, KĐTT mạch đảo 41 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Nếu điện áp l- ới tăng lên UM > Uch hai KĐTT 1, bÃo hoà âm điện áp điểm A, B 0V (UA = UB = 0V) Lúc đầu KĐTT 3, cã UC = 0V, UD = 12V Hai điện áp UC, UD điều khiển IC công suất BA 6208 với chân 0V, chân 12V động chạy kéo tr- ợt tăng số vòng dây sơ cấp biến áp tự ngẫu Nếu điện áp l- ới giảm xuống UM < Uch trình so sánh xảy ng- ợc lại hai KĐTT 1, bÃo hoà d- ơng UA = UB = 12V, đầu KĐTT 3, đổi trạng thái UC = 12V, UD = 0V Điện áp điều khiển đ- a vào hai chân 7, BA 6208 đổi lại, động chạy theo chiều ng- ợc lại, kéo tr- ợt chạy theo chiều giảm số vòng dây sơ cấp biến áp tự ngẫu .c om Mạch ổn áp sắt từ Mạch ổn áp sắt từ vẽ hình 58.4 co ng Mạch động lực gồm hai biến áp BA1, BA2 Biến áp BA1 có cuộn dây W1, tác dụng nh- cuộn chặn có điện cảm XL đ- ợc thay đổi theo dòng điện chiều chạy cuén d©y W5 160-240V W1 A CL1 110V W2 W5 D W3 cu u UV du on g th an Cuộn dây W1 đ- ợc chia thnhf hai cuộn đối xứng quấn hai trục lõi sắt chữ E Cuộn dây W5 đ- ợc quấn truch lõi sắt Hai nửa cuộn dây W1 ®- ỵc qn cho tõ tr- êng nã sinh ng- ợc chiều trụ lõi sắt Nh- điện áp cảm ứng W5 0V Cuộn dây W1 đ- ợc mắc nối tiếp với phần cuộn dây sơ cấp biên áp BA2 220V W4 0V D1 IC T2 T1 R4 R5 + Z2 R2 Uch C1 B CL2 R3 C2 Z1 UM K W6 VR R1 Hình 58.4 Mạch điều khiển ổn ¸p s¾t tõ 42 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt BiÕn ¸p BA2 cã cuộn dây W6 để lấy điện áp mẫu đ- a vào mạch điều khiển điện tử Cuộn dây thứ cấp W4 lấy điện áp cảm ứng đ- a nối tiếp với cuộn W# BA1 để tạo điện áp xoay chiều cho chỉnh l- u CL1, tạo dòng điện chiều phân cực cho lõi sắt biến áp BA1 Dòng điện chiều qua cuộn dây điều khiển W5 đ- ợc điều khiển hai tranzitor T1, T2 .c om Mạch điều khiển đ- ợc cấp nguồn từ cuộn dây W6 cấp điện 12 V cho KĐTT Đồng thời điện áp qua mạch Z1-VR-R1 lấy điện áp mẫu đ- a vào cổng đảo KĐTT, đồng thời qua diod D1 để cách li lọc C2 tạo điện áp chuẩn đ- a vào cổng không đảo KĐTT nhớ diod ổn áp Z 5,6V Đầu KĐTT điều khiển phân cực cho T1, T2 co ng Biến trở VR đ- ợc điều chỉnh cho UM < Uch đẻ đầu KĐTT có điện áp d- ơng 1,4V, đủ để phân cực cho T1, T2 dẫn, tạo dòng điện chiều IC qua cuộn W5, làm nhiệm vụ từ hoá cho lõi sắt BA1 cho cuộn dây W1 giảm điện áp khoảng 60-70 V Lúc đó, điện áp l- ới 220 V qua cuộn W1 giảm 70 V lại tên khoảng AB biến áp BA2 150V du on g th an Khi điện áp l- ới tăng, điện áp cuộn W6 tăng Lúc đó, điện áp mẫu UM tăng nên KĐTT có mức chênh lệch đầu vào nhỏ làm cho phân cực cho tranzitor giảm Dòng điện IC qua W5 giảm, giá trị điện cảm W1 lí mà tăng lên, điện áp W1 tăng lên Do điện áp đ- a tới phần AB cuộn dây biến áp BA giữ mức danh định 150V 5.9 Nạp Acquy tự động 5.9.1 Nguyên tắc nạp acquy cu u HiƯn chóng ta cã nhiỊu lo¹i acquy, hai loại acquy kiếm acquy axit Nạp acquy kiềm Acquy kiềm th- ờng đ- ợc dùng hai loại acquy sắt - kền (Niken) acquy cađimi - kền Cực âm loại acquy túi l- ới sắt chứa bột sắt acquy sắt - kền túi l- ới sắt chứa bột cađimi Cực d- ơng túi l- ới sắt mạ kền chứa đầy bột hỗn hợp: 75% hyđrôxit niken, 23% bột than graphit; 2% vảy kền (bột than vảy kền làm tăng độ dẫn điện) Dung dich điện phân acquy kiỊm lµ NaOH hay KOH pha víi n- íc cất n- ớc ta loại acquy dung dịch NaOH đ- ợ dùng nhiều 43 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Khi acquy phóng đến điện áp (1 - 1,1)V/ 1ngăn acquy phải đ- ợc nạp lại Khi nạp có phản ứng hóa học cực nh- sau: cực d- ơng, d- ới tác dụng dòng điện ion OH- cực d- ơng phản ứng với Ni(OH)2 theo ph- ơng trình phản ứng: 2Ni(OH)2 + 2OH 2Ni(OH)3 + 2e cực âm, d- ới tác dụng dòng điện ion Na+ cực âm phản ứng với Cd(OH)2 theo ph- ơng trình phản ứng: Cd(OH)2 + 2Na+ Cd + 2NaOH - 2e Nh- vËy ph¶n ứng tổng hợp nạp điện là: 2Ni(OH)2 + 2NaOH + Cd(OH)2 c om 2Ni(OH)3 + 2NaOH + Cd Từ thấy rằng, d- ới tác dụng dòng điện Ni(OH)3 đ- ợc phục hồi cực d- ơng, Cd đ- ợc phục hồi cực âm Do dung l- ợng sức điện động acquy tăng dần co ng Phản ừn hóa học nạp phong ng- ợc nhau, đ- ợc mô tả theo phản ứng hóa học sau: 2Ni(OH)2 + 2NaOH + Cd(OH)2 2Ni(OH)3 + 2NaOH + Cd an C¸c tr- ờng hợp sau cần nạp điện cho acquy kiềm: th Acquy đà phóng hết dung l- ợng, điện áp ngăn 1V du on g Acquy phãng ch- a hÕt dung l- ỵng nh- ng thêi gian phóng liên tục tuần Acquy dự trữ kho tháng Cách nạp: cu u Khi nạp, điện áp nguồn nạp lớn điện áp nhóm acquy khoảng (1 - 2)V Dòng điện nạp ®- ỵc chän In = Q [A] (Q - dung l- ợng danh định acquy) Thời gian nạp khoảng - Trong trình nạp phải th- ờng xuyên theo dõi nhiệt độ dung dịch acquy Nếu nhiệt độ lớn 450C (với dung dịch có pha thêm LiOH) lớn 350C (với dung dịch không pha thêm LiOH) phải giảm dòng điện nạp Khi nạp, điện áp ngăn acquy tăng từ 1V lên (1,3 1,4)V giữ thời gian dài Cuối trình nạp, điện áp ngăn tăng lên (1,7 - 1,8)V giữ nạp xong Những dấu hiệu đà nạp đầy: 44 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt Điện áp ba liền không thay đổi Dung dịch sủi tăm nhsôi Dung l- ợng đạt mức quy định, điện áp ngăn đay tới (1,7 - 1,8)V Đối với acquy mới, sau đổ dung dịch điện phân vào phải chờ sau cho dung dịch thấm vào cực đo điện áp Nếu ngăn có điện áp (1 - 1,1) V àcquy bình th- ờng coa thể tiến hành nạp điện Nếu điện áp thấp so với ng- ỡng phải chờ đủ ng- ỡng mơi nạp Quy trình nạp lần đầu cho acquy kiềm: với dòng nạp In = Q Q , sau nạp tiếp c om Nạp liên tục với dòng điện nạp In = ; Q co ng Cho phóng điện với dòng điện phóng: If = Quá trình nạp phóng nh- lặp lại - lần đ- ợc Sau lần nạp cuối phải đạt điện áp ngăn (1,7 - 1,8)V an N¹p acquy axit du on g th Bản cực acquy axit l- ới chì có chất tác dụng, l- ới cực đ- ợc đúc hợp kim chì (92 - 94 % chì nguyên chất, 8% Angtimoan để tăng độ cứng l- ới cực Chất tác dụng cực: cực d- ơng d- ợc trát lớp điôxit chì PbO2 mầu nâu sẫm cực âm đ- ợc trát chì nguyên chất Pb mầu xám cu u Diện tích cực định dung l- ợng acquy Dung dịch điện phân axit sunfuarich H2SO4 Quá trình phóng, nạp acquy đ- ợc thực hiện: Điện áp trung bình ngăn acquy axit (2,1 - 2,2)V Khi acquy phóng điện đến mức ngăn (1,7 - 1,8)V phải ngừng phóng điện Lúc hai cực acquy bị phủ kín sunfat chì Mạch điện điều khiển nạp Acquy Mạch dùng tiristor Mạch đơn giản nạp acquy vẽ hình aq3 Tiristor T1 loại tiristor công suất để đi9ều chỉnh dòng nạp cho acquy T2 với diod ổn áp D0 để điều khiển khóa T1 acquy nạp đầy Khi acquy nạp ch- a đầy, điện áp thấp điện áp danh định acquy, biến trở VR đ- ợc điều chỉnh cho diod æn ¸p ch- a dÉn, tiristor 45 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt T2 ch- a dẫn Tiristor T1 đ- ợc điều khiển từ điện trở R1 diod D3 Khi điện áp chỉnh l- u lớn điện áp acquy (trong khoảng t t2) có dòng điện điều khiển chạy qua D3 Khi acquy nạp đầy tới 1,1 điện áp danh định acquy, biến trở VR đ- ợc điều chỉnh cho diod ổn áp dẫn, việc dẫn diod ổn áp tạo dòng điện điều khiển cho T2 T2 dẫn làm cho điện áp điểm A giảm xuống nửa điện áp chỉnh l- u (do chọn R1 =R2) Điện áp giảm làm cho diod D3 phân cực ng- ợc (UA < UAQ ), ng- ng dòng điều khiển cho T1, T1 khóa không dòng nạp ®- a vµo acquy R1 T1 A D3 K R2 R3 R4 D0 an UAQ UAQ T1 t1 t t2 t3 t4 th D2 UCL U co ng U1 c om Khi làm việc, điện áp acquy giảm làm cho điện áp diod ổn áp T2 khóa Việc khóa T2 làm cho điện áp giảm, tới ng- ỡng khóa D0 điểm A điện áp chỉnh l- u T1 dÉn l¹i D1 du on g R5 cu u Hình aq4 Mạch nạp acquy tiristor 46 CuuDuongThanCong.com https://fb.com/tailieudientucntt ... nh- động cơ, thiết bị điện thực chức hoạt động khí co ng Các nguyên tắc thiết kế mạch tự động điều khiển thiết bị điện an Tự động điều khiển máy điện hệ thống đơn giản khởi động hÃm đảo chiều động. .. nguyên tắc thiết kế mạch tự động điều khiển thiết bị điện Tự động điều khiển máy điện hệ thống đơn giản khởi động hÃm đảo chiều động đ- ợc thực bốn nguyên tắc bản: thời gian, tốc độ, dòng điện quÃng... gồm thiết bị điện thực tất chức an ổn định thông số - Các mạch điều khiển thiết bị điện cần ổn định thông số làm việc thiết bị 1.1.2 Yêu cầu mạch tự động điều khiển g th Một số yêu cầu việc tợ động