Bài tập lớn trang bị điện điện tử trong máy công nghiệp

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP.HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA CƠ KHÍ – BỘ MƠN CƠ ĐIỆN TỬ BÀI TẬP LỚN TRANG BỊ ĐIỆN ĐIỆN TỬ TRONG MÁY CƠNG NGHIỆP NHĨM – L01 Giảng viên hướng dẫn ThS.Phạm Phương Tùng Sinh viên thực MSSV Nguyễn Minh Hòa 2011246 Nguyễn Hiếu Nghĩa 2013870 Trần Nguyễn Việt Nguyên 2010467 Nguyễn Tấn Toàn 2012232 Lê Văn Vương 1915998 TP.HỒ CHÍ MINH, 2022 BẢNG THƠNG TIN CƠNG VIỆC TỪNG THÀNH VIÊN Tên thành viên Công việc thực Nguyễn Minh Hòa Câu 2.3; câu 3.1 Nguyễn Hiếu Nghĩa Câu 2.2 Trần Nguyễn Việt Nguyên Câu 1.1, 1.2, 1.3; câu 2.4 Nguyễn Tấn Toàn Câu 2.1 Lê Văn Vương Câu 1.1, 1.4; câu 3.2; tổng kết ii MỤC LỤC Câu 1: .1 1.1 Sơ đồ nguyên lý mạch điện 1.2 Giới thiệu trang bị điện có mạch vai trị trang bị 1.3 Nguyên lý vận hành mạch điện đảo chiều quay động giới hạn hành trình đơn .4 1.4 Mô mạch điện hệ thống Câu 2: .12 2.1 Động không đồng pha 12 2.2 Động DC không chổi than (Brushless DC motor) 21 2.3 Động bước 37 2.4 Máy biến áp pha 41 Câu 3: .48 3.1 Trang thiết bị sử dụng sơ đồ mạch điện vai trò chúng 48 3.2 Nguyên lý hoạt động sơ đồ mạch 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO 52 iii MỤC LỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1.1: Sơ đồ nguyên lý mạch điện đảo chiều quay động giới hạn hành trình đơn Hình 2.1.1: Động khơng đồng pha 12 Hình 2.1.2: Cấu tạo chung động pha khơng đồng 13 Hình 2.1.3: Cấu tạo chung Stator động pha không đồng 13 Hình 2.1.4: Sơ đồ mặt cắt Stator động pha không đồng 14 Hình 2.1.5: Hình chiếu mặt cắt lõi thép Stator động pha không đồng 15 Hình 2.1.6: Sơ đồ khai triển dây quấn ba pha đặt 12 rãnh động pha không đồng .15 Hình 2.1.7: Cấu tạo chung rotor động pha không đồng .16 Hình 2.1.8: Sơ đồ mặt cắt rotor động pha không đồng 16 Hình 2.1.9: Lõi thép rotor động pha không động 17 Hình 2.1.10: Hình minh họa dây quấn bên rotor động ba pha không đồng 17 Hình 2.1.11: Rotor dây quấn sơ đồ mạch điện Rotor dây quấn 18 Hình 2.1.12: Rotor lồng sóc rotor lồng sóc rãnh chéo 18 Hình 2.1.13: Hình minh họa chế độ động điện .20 Hình 2.1.14: Hình minh họa chế độ hãm điện từ 21 Hình 2.2.1: Động BLDC 22 Hình 2.2.2: Các thành phần động BLDC .22 Hình 2.2.3: Sơ đồ khối động BLDC 23 Hình 2.2.4: Stato động BLDC 24 Hình 2.2.5: Các dạng sức điện động động BLDC .25 Hình 2.2.6: Roto động BLDC 25 Hình 2.2.7: Các dạng Rotor động chiều khơng chổi than 26 Hình 2.2.8: Hiệu ứng Hall .27 Hình 2.2.9: Động BLDC cấu trúc nằm ngang 27 Hình 2.2.10: Thiết bị cảm biến vị trí rotor dung quang .29 iv Hình 2.2.11: Mạch điện tử công suất gồm transistor 29 Hình 2.2.12: Sơ đồ cấp điện cho cuộn dây stato .30 Hình 2.2.13: Hoạt động sector BLDC dùng phần tử quang 31 Hình 2.2.14: Hoạt động sector BLDC dùng phần tử quang 31 Hình 2.2.15: Hoạt động sector BLDC dùng phần tử quang 32 Hình 2.2.16: Hoạt động sector BLDC dùng phần tử quang 32 Hình 2.2.17: Hoạt động sector BLDC dùng phần tử quang 33 Hình 2.2.18 Hoạt động sector BLDC dùng phần tử quang 33 Hình 2.2.19: Hoạt động sector 1’ .34 Hình 2.2.20: Hoạt động sector 2’ .35 Hình 2.2.21: Hoạt động sector 3’ .35 Hình 2.2.22: Hoạt động sector 4’ .36 Hình 2.2.23: Hoạt động sector 5’ .36 Hình 2.2.24: Hoạt động sector 6’ .37 Hình 2.3.1: Động bước có rotor nam châm vĩnh cửu 38 Hình 2.3.2: Động bước có rotor từ trở biến thiên 39 Hình 2.3.3: Động bước có rotor từ trở biến thiên 40 Hình 2.3.4: Stator pha stator pha 40 Hình 2.3.5: Nguyên lý hoạt động động bước .41 Hình 2.4.1: Lõi thép máy biến áp 42 Hình 2.4.2: Cấu trúc chung máy biến áp 43 Hình 2.4.3: Nguyên lý hoạt động máy biến áp .44 Hình 2.4.4: Máy biến áp pha ngâm dầu 45 Hình 2.4.5: Máy biến áp pha tự ngẫu 46 Hình 2.4.6: Máy biến áp pha cách ly 47 Hình 3.1: Sơ đồ điện máy tiện T620 .48 v MỤC LỤC BẢNG Bảng 1.2.1: Các trang bị điện sử dụng mạch điện đảo chiều động giới hạn hành trình Bảng 2.2.1: bảng đóng mở transistor chiều quay thuận .33 Bảng 2.2.2: Bảng trạng thái đóng mở transistor điều khiển quay ngược 37 Bảng 3.1.1: Trang thiết bị điện máy tiện T620 48 vi Câu 1: Đề bài: Vẽ sơ đồ mạch điện đảo chiều quay động giới hạn hành trình đơn Yêu cầu mạch: Mạch cho phép điều khiển động quay theo chiều thuận chiều nghịch, làm cho bàn máy tịnh tiến theo hướng trái phải Khi bàn máy chạm vào cơng tắc hành trình, động phải dừng lại Có bảo vệ tải Có bảo vệ ngắn mạch Có đèn tín hiệu báo chiều quay động báo cố bàn máy chạm vào cơng tắc hành trình Có nút dừng khẩn cấp Mạch có phịng chạm đất 1.1 Sơ đồ ngun lý mạch điện Sơ đồ nguyên lý mạch điện đảo chiều quay động giới hạn hành trình đơn Hình 1.1.1: Sơ đồ nguyên lý mạch điện đảo chiều quay động giới hạn hành trình đơn 1.2 Giới thiệu trang bị điện có mạch vai trò trang bị Bảng 1.2.1: Các trang bị điện sử dụng mạch điện đảo chiều động giới hạn hành trình Thiết bị điện Tên Kí hiệu mạch điện Vai trị Cầu dao 1CD Cấp điện cho mạch Cầu dao 2CD Cấp điện cho mạch Cầu chì Bảo vệ ngắn mạch động lực điều khiển Rơ le nhiệt Bảo vệ tải Công tắc tơ Đóng mở tiếp điểm mạch dùng cho chiều xoay thuận (nghịch) Nút nhấn thường mở Mở chế độ chạy Nút nhấn thường đóng Ngừng động Nút dừng khẩn cấp – Nút nhấn tự giữ Ngừng khẩn cấp Cơng tắc hành trình Ngừng động thuận (nghịch) chạm giới hạn hành trình Đèn Báo hiệu động quay theo chiều thuận (nghịch) giới hạn hành trình Motor Thực truyền động 1.3 Nguyên lý vận hành mạch điện đảo chiều quay động giới hạn hành trình đơn Bật 1CD cấp điện cho mạch điều khiển Để động M chạy thuận Nhấn nút 1K, cuộn dây contactor T có điện đóng tiếp điểm trì T mạch điều khiển đóng tiếp điểm T mạch động lực cấp điện pha cho động M hoạt động, đồng thời đèn 1DD báo hiệu sáng Bên cạnh tiếp điểm T(11, 12) mở khống chế cuộn dây N có điện ta nhấn nút 2K Giả sử động hoạt động quay theo chiều thuận đưa bàn máy phía A (và chạm vào hành trình 1CH Khi tiếp điểm 1CH(11,12) mở cuộn dây contactor T điện, tiếp điểm T mạch động lực mở động ngừng hoạt động theo chiều thuận, đèn 1DD tắt Đồng thời tiếp điểm 1CH(13,14) đóng, đèn 3DD báo hiệu sáng Chạy nghịch: Để đưa bàn máy di chuyển từ A B , nhấn nút 2K, cuộn dây contactor N có điện đóng tiếp điểm N mạch động lực cấp điện pha cho động M hoạt động với thứ tự pha thay đổi nên động quay theo chiều ngược lại đưa bàn máy từ A B, đồng thời đèn 2DD báo hiệu sáng Bên cạnh tiếp điểm N(11,12) mở khống chế cuộn dây T có điện nhấn nút 1K Khi bàn máy di chuyển B chạm vào hành trình 2CH Khi tiếp điểm 2CH(11,12) mở cuộn dây contactor N điện, tiếp điểm N mạch động lực mở động ngừng hoạt động theo chiều nghịch Khi bấm nút dừng Stop, toàn mạch điều khiển điện, tiếp điểm T N mở ra, động ngừng hoạt động Khi bấm bút ngừng khẩn cấp tương tự bấm nút ngừng Stop nút dừng khẩn cấp giữ vị trí mở Khi tải pha phần tử đốt nóng rơ le nhiệt 1RN 2RN tác động mở tiếp điểm 1RN, 2RN cuộn dây contactor T N điện tiếp điểm động lực T N mở động ngừng hoạt động Khi ngắn mạch, cầu chì 1CC,2CC,3CC bị chảy ngắt dịng điện dây Rotor nam châm vĩnh cửu: Rotor nam châm vĩnh cửu thẳng hàng với từ trường mạch stato tạo Giải pháp đảm bảo mô-men xoắn tốt mơ-men xoắn hãm Điều có nghĩa động chống lại, không mạnh lắm, thay đổi vị trí cuộn dây có cấp điện hay khơng Hạn chế giải pháp có tốc độ thấp độ phân giải thấp so với loại khác Hình cho thấy đại diện phần động bước nam châm vĩnh cửu Hình 2.3.1: Động bước có rotor nam châm vĩnh cửu Rotor từ trở biến thiên: Rotor làm lõi sắt có hình dạng cụ thể cho phép thẳng hàng với từ trường Với giải pháp này, việc đạt tốc độ độ phân giải cao dễ dàng hơn, mô-men xoắn mà tạo thường thấp khơng có mơ-men xoắn hãm 38 Hình 2.3.2: Động bước có rotor từ trở biến thiên Rotor hybrid(lai): Loại rôto có cấu trúc cụ thể kết hợp phiên nam châm vĩnh cửu từ trở thay đổi Rơto có hai nắp với xen kẽ từ hóa dọc trục Cấu hình cho phép động có ưu điểm phiên nam châm vĩnh cửu từ trở biến đổi, cụ thể độ phân giải, tốc độ mơ-men xoắn cao Hiệu suất cao địi hỏi cấu trúc phức tạp hơn, chi phí cao Hình cho thấy ví dụ đơn giản cấu trúc động Khi cuộn dây A cấp điện, nắp nhiễm từ N thẳng hàng với nhiễm từ S stato Đồng thời, cấu trúc rôto, từ tính S thẳng hàng với từ tính N stato Động thật có cấu tạo phức tạp hơn, số nhiều hình, nguyên lý hoạt động động bước Số lượng cao cho phép động đạt kích thước bước nhỏ 39 Hình 2.3.3: Động bước có rotor từ trở biến thiên STATOR: Stator phần động chịu trách nhiệm tạo từ trường mà rotor thẳng hàng Các đặc điểm mạch stato bao gồm số pha số cặp cực, cấu hình dây dẫn Số pha số cuộn dây độc lập, số cặp cực cho biết pha chiếm cặp Động bước hai pha sử dụng phổ biến nhất, động ba pha năm pha phổ biến Hình 0.1Hình 2.3.4: Stator pha stator pha Nguyên lý hoạt động 40 Nguyên lý hoạt động động bước sau: Bằng cách cung cấp lượng cho nhiều pha stato, từ trường tạo dịng điện chạy cuộn dây rơto thẳng hàng với trường Bằng cách cung cấp pha khác theo thứ tự, rơto quay theo lượng cụ thể để đạt vị trí cuối mong muốn Hình cho thấy đại diện nguyên tắc làm việc Lúc đầu, cuộn dây A cấp điện rôto thẳng hàng với từ trường mà tạo Khi cuộn dây B cấp điện, rôto quay 60° theo chiều kim đồng hồ để thẳng hàng với từ trường Điều tương tự xảy cuộn dây C cấp điện Trong ảnh, màu sắc stato biểu thị hướng từ trường cuộn dây stato tạo Hình 2.3.5: Nguyên lý hoạt động động bước 2.4 Máy biến áp pha Cấu tạo Máy biến áp ba pha thiết bị điện từ tĩnh chế tạo để truyền tải lượng đưa tín hiệu điện xoay chiều mạch điện với thông qua tượng cảm ứng điện từ Faraday Để sử dụng hệ thống lưới điện lớn, máy biến áp pha thiết kế tương đối phức tạp Cấu tạo máy biến áp ba pha gồm thành phần chính: Lõi thép thành phần cấu tạo nên máy biến áp pha Lõi thép máy biến áp pha có trụ từ để quấn dây gơng từ để khép kín mạch từ Lõi thép máy làm từ thép kỹ thuật điện, mặt phủ sơn cách điện ghép lại với thành hình trụ 41 Hình 2.4.1: Lõi thép máy biến áp Dây quấn máy pha có dây quấn đồng bọc cách điện, quấn quanh trụ Dây quấn đảm nhiệm việc nhận vào truyền lượng trình máy vận hành Vỏ máy phận quan trọng, giúp bảo vệ trì tuổi thọ cho máy biến áp Thông thường, vỏ máy biến áp pha làm từ nguyên liệu nhựa, sắt, thép, tùy theo kết cấu máy hãng máy biến áp pha mà chúng cấu tạo khác 42 Hình 2.4.2: Cấu trúc chung máy biến áp Nguyên lý hoạt động Máy biến áp pha làm việc dựa nguyên lý dòng điện tạo từ hiệu điện sơ cấp cuộn dây sơ cấp xuất dải từ trường biến thiên bên lõi sắt cuộn dây Dải từ trường biến thiên tác động tạo mạch điện hiệu điện thứ cấp Như hiệu điện sơ cấp máy biến áp pha thay đổi hiệu điện thứ cấp thông qua từ trường Sự biến đổi hiệu điện điều chỉnh vòng quấn xung quanh lõi sắt máy biến áp 43 Hình 2.4.3: Nguyên lý hoạt động máy biến áp Phân loại Máy biến áp pha ngâm dầu Đây loại máy biến áp có dây tiết diện dạng trịn có kết cấu đơn giản, lõi thép máy chủ yếu sử dụng từ công nghệ quấn liền nên giúp giảm tổn hao mức thấp nhất, mang lại lợi ích lâu dài cho khách hàng Do hầu hết máy biến áp pha điện lực sử dụng lõi sắt kiểu Máy biến áp pha ngâm dầu có kết cấu vững nên có khả chịu đựng điện động lục lục ngắn mạch, hiệu làm việc máy cao an tồn, khơng hoạt động máy sử dụng vật liệu nên tiết kiệm 44 Hình 2.4.4: Máy biến áp pha ngâm dầu Máy biến áp pha tự ngẫu Loại máy biến áp có tác dụng dùng để đổi nguồn điện cho thiết bị công nghiệp mà điện áp sử dụng theo tiêu chuẩn Nhật, Mỹ, Đài Loan…thường sử dụng nguồn điện có hiệu điện 110V 45 Hình 2.4.5: Máy biến áp pha tự ngẫu Máy biến áp pha cách ly Loại máy biến áp làm việc dựa cảm ứng điện từ nhiều máy biến áp thông thường Khi đặt điện áp xoay chiều U1 vào cuộn dây sơ cấp có số vịng dây N1 lúc có dịng điện xoay chiều chạy qua, tạo nên tượng từ thông biến thiên lõi thép 46 Hình 2.4.6: Máy biến áp pha cách ly Ứng dụng Máy biến áp pha sử dụng rộng rãi hệ thống truyền tải phân phối điện lớn, đặc biệt đường dây cao áp Do máy biến áp pha cấu tạo đơn giản, mà máy biến áp1 pha sử dụng hộ gia đình hay nơi tiêu thụ điện thấp Máy biến áp pha có cấu tạo phức tạp Chính vậy, máy biến áp pha sử dụng cơng trình tiêu thụ điện lớn Do cấu tạo phức tạp nên cần thường xuyên kiểm tra, bảo dưỡng định kỳ để đảm bảo tốc độ chạy cách ổn định Thông thường người ta hay lắp đặt máy biến áp pha nơi tiêu thụ điện lớn khu công nghiệp, trường học, bệnh viện, trung tâm mua sắm, tòa cao ốc hay trạm biến 47 Câu 3: Đề bài: Liệt kê trang bị điện sử dụng sơ đồ, nêu vai trò trang bị Hình 3.1: Sơ đồ điện máy tiện T620 3.1 Trang thiết bị sử dụng sơ đồ mạch điện vai trò chúng Bảng 3.1.1: Trang thiết bị điện máy tiện T620 Thiết bị điện Tên Ampe kế Vai trò Đo cường độ dòng điện Phích cắm ngắt động Đ𝑑 cần Máy biến áp Cơng tắc tơ nghịch 48 đóng ngắt điện cho Đ𝑛 Cơng tắc hành trình cho phép rơ le thời thứ gian hoạt động Cơng tắc hành trình cho phép công tắc tơ thứ N hoạt động Rơ le thời gian(đóng, ngắt mạch mạch mở chậm) chạy không tải thời gian quy định Công tắc tơ đóng ngắt điện cho hướng Đ𝑐 , Đ𝑏 , Đ𝑑 Nút khởi động K Khởi động máy Nút dừng Dừng máy Rơ le nhiệt thứ 1, Đóng ngắt động đủ điều kiện nhiệt Dây nối đất Bảo vệ người dùng khỏi rò rỉ điện Đèn chiếu sáng Sáng Công tắc thường Bật đèn Cầu chì thứ 1, 3,4 Bảo vệ hệ thống điện mạch xảy ngắn mạch q tải xảy tình trạng cháy nổ 49 Công tắc xoay thứ Cấp điện Động không đồng Thực truyền pha lồng sóc động Động khơng đồng Quay bơm dung dịch pha lồng sóc làm nguội Động không đồng Dùng cho hệ thống pha lồng sóc dầu ép Động khơng đồng Dùng cho hành trình pha lồng sóc chạy nhanh hợp xe dao 3.2 Nguyên lý hoạt động sơ đồ mạch Để sử dụng điện áp phù hợp cho cho mạch điều khiển ta sử dụng máy biến B Để cấp nguồn cho mạch động lực, ta đóng cầu dao 1Cx Trên mạch điều khiển, ta ấn nút khởi động K mạch – – – có điện, cơng tắc tơ M có điện dẫn đến đóng tiếp điểm Tiếp điểm M mạch điều khiển đóng lại để trì dịng điện qua mạch nút nhấn K nhả Đồng thời, tiếp điểm M mạch động lực đóng lại, khởi động động Đc, Đd, đóng cầu dao 2Cx động Đb khởi động Khi cần thiết ngắt động bơm dung dịch làm nguội Đb cầu dao 2Cx ngắt Đd phích cắm F(động ĐD lắp vào sử dụng bàn dao truyền động dầu ép) 50 Sau gia công xong chi tiết, ly hợp ma sát đĩa mở làm tiếp điểm thường mở cơng tắc hành trình 1CH đóng lại Cuộn dây rơle thời gian RT có điện, tiếp điểm thường đóng mở chậm RT mở sau thời gian chỉnh định trước dẫn đến công tắc tơ M điện, mở tiếp điểm mạch động lực kéo theo động Đc, Đb Đd ngưng hoạt động Rơle thời gian RT có tác dụng tự đông ngắt động thời gian chạy không tải dài nhằm hạn chế thời gian động chạy khơng tải cách vơ ích làm việc với hệ số công suất thấp Nếu thời giạn chạy không tải ngắn thời gian định rơle RT mạch hoạt động bình thường Động chạy dao nhanh Đn khởi động công tắc tơ N Công tắc tơ tác động cơng tắc hành trình 2CH đóng, nhờ quay trục phụ lắp hộp xe dao Trong sơ đồ điện dung ampe kế A lắp vào pha động chính.Vịng chia độ ampe kế có phần: phần khắc độ màu trắng bên trái máy chạy không tải làm việc với phụ tải nhỏ, phần màu đen chi phụ tải đạt từ 85 đến 100% phần chia độ màu trắng bên phải tải Các động bảo vệ tải rơle nhiệt 1RN, 2RN 3RN Khi xảy tương ngắn mạch cầu dao 1C, 2C tự động ngắt Khi làm việc môi trường thiếu ánh sáng ta bật Cơng tắc Ct để bật đèn Đt Dừng động ta nhấn nút dừng D 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO Lê Trường Thanh Nghiên cứu trạng thái hãm động điện thiết kế thiết bị hãm thu hồi lượng cho xe điện, truy cập từ https://lib.hpu.edu.vn/bitstream/handle/123456789/31462/Le-Truong-ThanhDC1801.pdf?sequence=1&isAllowed=y Lê Quang Tuyền Tìm hiểu động DC chiều không chổi than, truy cập từ https://lib.hpu.edu.vn/bitstream/handle/123456789/20551/2_LeQuangTuyen_DC1501 pdf Enertech Cấu tạo nguyên lý máy điện không đồng pha, truy cập từ: https://enertechvn.com/detail/cau-tao-va-nguyen-ly-may-dien-khong-dong-bo-3-pha46.html Real Group Cấu tạo nguyên lý hoạt động động không đồng bộ, truy cập từ: https://hocthatlamthat.edu.vn/cau-tao-va-nguyen-ly-hoat-dong-dong-co-khongdong-bo/ Stepper Motors Basics: Types, Uses, and Working Principles, truy cập từ: https://www.monolithicpower.com/en/stepper-motors-basics-typesuses?fbclid=IwAR39IjPPS-6qaRSmLWc1f5RMxNTYFsk4-uRTDsUXpomXjzJA5oCw6PdUd0 15/05/2021, Máy biến áp pha có loại máy biến áp pha sử dụng rộng rãi lĩnh vực nào, truy cập từ: https://favitec.com/may-bien-ap-3-pha.html MBT, Cấu tạo nguyên lý hoạt động máy biến áp pha, truy cập từ: https://mbt.com.vn/tin-tuc/cau-tao-va-nguyen-ly-hoat-dong-cua-may-bien-ap-3-pha 52