LỜI MỞ ĐẦU Trong bối cảnh công nghiệp hóa và hiện đại hóa ngày càng phát triển, truyền độngđiện trở thành một lĩnh vực quan trọng trong hệ thống điều khiển tự động.. Hệ thống truyền động
TỔNG QUAN VỀ ĐỂ TÀI
Truyền động điện là gì
Truyền động điện là hệ thống sử dụng điện năng để điều khiển và vận hành các thiết bị cơ khí Nó bao gồm các thành phần như động cơ điện, bộ điều khiển, cảm biến và các cơ cấu truyền động Truyền động điện có nhiều ứng dụng trong công nghiệp, giao thông, và các thiết bị gia dụng, cho phép điều chỉnh tốc độ, mô-men xoắn và vị trí của các máy móc một cách linh hoạt và chính xác So với các phương pháp truyền động khác, truyền động điện thường tiết kiệm năng lượng và dễ dàng bảo trì hơn.
Phân loại truyền động điện
- Truyền động điện không điều chỉnh: Động cơ nối trực tiếp với lưới điện, dẫn động quay máy sản xuất với một tốc độ nhất định
- Truyền động có điều chỉnh: Theo cầu công nghệ sản xuất có thể có các hệ truyền động điều chỉnh sau
+ Truyền động điện điều chỉnh tốc độ
+ Truyền động điện tự động điều chỉnh mô men, lực kéo
+ Truyền động điện tự động điều chỉnh vị trí (Các hệ này có thể là hệ truyền động điện tự động nhiều động cơ)
- Theo cấu trúc và tín hiệu điều khiển: Truyền động điện tự động điều khiển số, truyền động điện tự động điều khiển tương tự, truyền động điện tự động điều khiển theo chương trình
- Theo đặc điểm truyền động: Truyền động điện tự động với động cơ điện một chiều, động cơ điện xoay chiều, động cơ bước, v.v.
- Theo mức độ tự động hóa: Truyền động không tự động và truyền động điện tự động.
- Ngoài ra, còn có hệ truyền động điện không đảo chiều, có đảo chiều, hệ truyền động đơn, truyền động nhiều động cơ, v.v.
Động cơ không đồng bộ
1.3.1 Khái niệm động cơ điện không đồng bộ Động cơ điện không đồng bộ là động cơ điện vận hành với tốc độ quay của roto chậm hơn so với tốc độ quay bình thường của từ trường Stator Ta thường gặp nhiều nhất động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc vì thực tế đặc tính hoạt động của nó được xem là tốt hơn động cơ dạng dây quấn.
Stator được quấn với các cuộn dây lệch nhau về không gian (thông thường là 3 cuộn dây sẽ lệch nhau 1 góc là 120°) Khi cấp điện áp 3 pha vào bên trong dây quấn, trong lòng Stator lúc này sẽ xuất hiện từ trường Fs được quay tròn với tốc độ n`*f/ p, với p là số lượng cặp cực của dây quấn stato, còn f gọi là tần số Từ trường này sẽ chạy theo hướng móc vòng qua Rotor và gây ra điện áp cảm ứng ở trên các thanh dẫn lồng sóc của rotor Điện áp này gây ra dòng điện ngắn mạch chạy trong các thanh dẫn Trong miền từ trường do stato tạo ra, thanh dẫn này sẽ mang dòng I phải chịu tác động của lực có tên là Biot-Savart-Laplace kéo đi Có thể nói cách khác, dòng điện I khi đó đã gây ra một lực từ trường ký hiệu Fr (từ trường cảm ứng của Rotor), đồng thời có sự tương tác giữa Fr và Fs sẽ gây ra mô men kéo rotor chuyển động theo chiều từ trường quay Fs của Stator.
1.3.2 Cấu tạo động cơ không đồng bộ
Máy điện không đồng bộ (viết tắt là KĐB) bao gồm 2 bộ phận chủ yếu chính là stator và rotor Ngoài ra nó còn có phần vỏ máy, nắp máy và phần trục máy Trục máy được làm bằng thép, trên đó có gắn rotor, 1 ổ bi và phía cuối của trục có gắn 1 chiếc quạt gió để làm mát máy dọc theo thân trục a) Stator (còn gọi là phần tĩnh)
Stator gồm có 2 bộ phận chính là lõi thép và phần dây quấn, ngoài ra còn có vỏ máy và nắp máy Lõi thép stato có dạng hình trụ, từ các lá thép kỹ thuật điện người ta dập rãnh ở bên trong và ghép chúng lại để tạo thành các rãnh chạy dọc theo hướng trục. Lõi thép được ép luôn vào bên trong của vỏ máy Dây quấn stator thường được làm bằng 1 sợi dây đồng có bọc 1 lớp cách điện và đặt vào trong các rãnh của lõi thép. Dòng điện xoay chiều 3 pha chạy qua trong dây quấn 3 pha stato sẽ tạo nên 1 từ trường quay Vỏ máy bao gồm có phần thân và nắp, thường được làm bằng gang. b) Rotor (còn gọi là phần quay)
Rotor là phần quay, bao gồm có lõi thép, dây quấn và phần trục máy Lõi thép rotor bao gồm có các lá thép kỹ thuật điện được lấy từ bộ phận bên trong của lõi thép stato ghép lại, mặt bên ngoài được dập thành rãnh để đặt dây quấn, ở giữa có dập lỗ để có thể lắp trục Trục của máy điện xoay chiều không đồng bộ được làm bằng thép, trên đó có gắn lõi thép roto Dây quấn rotor của động cơ điện không đồng bộ có 2 kiểu:kiểu roto ngắn mạch (còn gọi là roto lồng sóc) và kiểu roto dây quấn.
THIẾT KẾ TỦ ĐIỆN
Sơ đồ khối
Giải thích sơ đồ khối
1 Khối Nguồn: Đây là khối cung cấp nguồn năng lượng cần thiết cho hệ thống
Nó có thể là nguồn điện hoặc năng lượng khác để duy trì hoạt động của các thành phần khác.
2 Khối Động Lực: Khối này sử dụng năng lượng từ Khối Nguồn để tạo ra công suất hoặc lực nhằm điều khiển các tải Nó có thể là động cơ hoặc các thiết bị tạo ra chuyển động cơ học.
3 Tải: Đây là thành phần cuối cùng của hệ thống, nơi năng lượng từ Khối Động
Lực được sử dụng Tải có thể là bất kỳ thiết bị hoặc hệ thống nào mà cần cung cấp năng lượng để hoạt động (ví dụ: máy móc, thiết bị điện tử, v.v.).
4 Đo Lường & Báo Pha: Khối này có chức năng giám sát và đo lường các thông số của hệ thống, như dòng điện, điện áp, hoặc pha Nó có thể cảnh báo nếu hệ thống gặp sự cố hoặc bất thường.
5 Mạch Điều Khiển: Khối này đảm nhận nhiệm vụ điều khiển toàn bộ hệ thống, điều chỉnh các thông số và đảm bảo hoạt động của Khối Động Lực và các thành phần khác Mạch điều khiển có thể bao gồm vi điều khiển, rơ le, hoặc các mạch logic.
Tính toán lựa chọn thiết bị
Lấy ví dụ: Dùng quạt hút khói công nghiệp có công suất = 2kW
Công thức tính công suất điện P = U* I*COSϕ*√𝟑
Trong đó : P là công suất tiêu thụ (Đơn vị : kW, W)
Qua tính toán ta chọn MCB 3P - 10A – 3kA
Qua tính toán ta chọn Coil 10A
Tính chọn dây dẫn điện cho tải theo MCB:
Sơ đồ nguyên lý
Hình 2.3.1 Sơ đồ mạch động lực
Bảo vệ bằng MCB (Cầu dao tự động): Mạch được khởi động và bảo vệ bởi MCB. Nếu có sự cố như quá dòng, MCB sẽ tự động ngắt để bảo vệ mạch.
Khi nhấn nút START (nút khởi động), dòng điện sẽ được cấp đến cuộn dây của các contactor K1 và K2, tương ứng với hai động cơ (DC1 và DC2).
Khi contactor K1 hoặc K2 được cấp điện, nó sẽ đóng các tiếp điểm chính để cấp điện cho động cơ, và động cơ sẽ bắt đầu hoạt động.
Khi nhấn nút STOP (nút dừng), cuộn dây contactor sẽ bị ngắt điện, mở các tiếp điểm chính và dừng cấp điện cho động cơ, khiến động cơ ngừng hoạt động.
Bảo vệ rơle nhiệt: Mạch có các rơle nhiệt T1, T2, và T3 để bảo vệ động cơ khỏi hiện tượng quá tải Nếu dòng điện chạy qua động cơ vượt quá mức cho phép, rơle nhiệt sẽ ngắt mạch điều khiển, ngăn không cho động cơ hoạt động để bảo vệ hệ thống. Đèn báo: Có các đèn báo hiệu (H1, H2) hiển thị trạng thái hoạt động của mạch, như đèn sáng khi mạch đang hoạt động và tắt khi mạch ngừng.
Hình 2.3.2 Sơ đồ mạch điều khiển
Sơ đồ tủ điện
Hình 2.4.2 Sơ đồ bố trí thiết bị
Danh sách thiết bị
STT Tên thiết bị Mã hàng Hãng Số lượng Đơn vị
5 Rơ le thời gian (Timer)
2.7 Giới thiệu các thiết bị chính a Aptomat (MCB)
Aptomat là từ tiếng Nga dùng để gọi thiết bị đóng cắt tự động hay còn gọi là cầu dao tự động, được viết tắt là CB (Circuit Breaker) hoặc được gọi tắt là Át.
Aptomat có vai trò quan trọng trong hệ thống điện, nhiệm vụ chính của Aptomat là bảo vệ mạch điện, ngăn các trường hợp quá tải, ngắn mạch, sụt áp, truyền công suất ngược, chống giật, chống rò, bảo vệ theo từ nhiệt.
- Dựa theo cấu tạo: Dạng tép (MCB), Dạng khối (MCCB)
- Theo số pha/ số cực: 1pha, 3 pha,…
- Theo chức năng: Thường, chống rò,…
- Dựa theo dòng cắt ngắn mạch
- Dựa theo khả năng chỉnh dòng
Contactor (khởi động từ) là một thiết bị đóng ngắt mạch điện thông qua cơ cấu điện từ Contactor cũng tương tự như rơ le điện từ nhưng contactor có thể mang dòng điện lớn từ 10A lên đến vài nghìn A Chúng không thể bảo vệ dòng điện khỏi ngắn mạch hay quá tải, tuy nhiên chúng có thể ngắt dòng điện một khi cuộn dây bị chập.
Contactor có 3 bộ phận chính:
- Nam châm điện Nam châm điện bao gồm cuộn dây dùng để tạo ra lực hút nam châm, lõi sắt và lò xo có tác dụng đẩy phần nắp trở về vị trí ban đầu
- Buồng dập hồ quang: Khi chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm chập, cháy nên cần hệ thống dập hồ quang bảo vệ mạch
- Hệ thống tiếp điểm: Chức năng chính của bộ phận này là mang dòng điện đến các điểm khác nhau bên trong mạch điện Hệ thống tiếp điểm gồm có tiếp điểm chính và tiếp điểm phụ Tiếp điểm chính có khả năng cho dòng điện lớn đi qua còn tiếp điểm phụ cho phép dòng điện nhỏ hơn 5A chạy qua.
Hình 2.6.2 Contactor và cấu tạo Thông số cơ bản của contactor:
- Dòng điện định mức (Udm)
- Điện áp định mức ( lđm)
- Khả năng đóng của contctor
- Khả năng ngắt của contactor
Nguyên lý hoạt động của contactor tương đối đơn giản Dòng điện chạy qua contactor kích hoạt nam châm điện Khi đó, nam châm điện sẽ tạo ra từ trường giúp hút phần lõi từ di động và hình thành mạch từ kín Nhờ bộ phận liên động giữa lõi từ di động và hệ thống tiếp điểm sẽ làm cho tiếp điểm chính đóng lại và các tiếp điểm phụ chuyển đổi trạng thái. c Nút nhấn.
Nút nhấn là một loại khí cụ dùng để đóng/ngắt các thiết bị điện, máy móc hoặc một số loại quá trình trong điều khiển.
Nút ấn thường được đặt trên bảng điều khiển, tủ điện, công tắc nút nhấn,
Khi thao tác với nút ấn, quý khách cần dứt khoát để mở hoặc đóng mạch điện.
Cấu tạo của nút ấn gồm: hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường hở (NO) thường đóng (NC) và vỏ bảo vệ.
- Đối với nút nhấn nhả: Các tiếp điểm sẽ chuyển trạng thái khi có lực tác động vào nút ấn Ngược lại, tiếp điểm sẽ trở lại trạng thái ban đầu khi không còn lực tác động vào nút ấn.
- Đối với nút nhấn giữ: Các tiếp điểm sẽ chuyển trạng thái khi có lực tác động vào nút nhấn Khi không còn lực tác động vào nút ấn, trạng thái tiếp điểm vẫn duy trì, tác động lực vào nút nhấn thêm một lần nữa để tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu.
- Nguyên lý hoạt động của nút ấn là một quy trình gồm các bước nối tiếp nhau, cụ thể như sau:
- Khi người dùng nhấn nút, tiếp điểm động sẽ chạm vào tiếp điểm tĩnh và làm thay đổi trạng thái của tiếp điểm.
- Trong một số trường hợp nhất định, người sử dụng sẽ cần giữ nút hoặc nhấnliêntụcvàonútấnđểkích hoạt cho thiết bị hoạt động.
- Một số loại nút nhấn khác sẽ có chốt giữ nút bật cho đến khi người sử dụng nhấn thêm lần nữa.
Hình 2.6.4 Cấu tạo nút nhấn d Đèn báo pha. Đèn báo pha tủ điện có chức năng hiển thị các tín hiệu của hệ thống tủ bảng điện như báo lỗi, báo pha,… vì sản phẩm có góc nhìn rộng và ánh sáng phát ra chất lượng cao.
Thông số kỹ thuật đèn báo pha tủ điện:
- Điện áp của đèn báo pha tủ điện: 220VAC/220VDC (ngoài ra còn có nguồn cấp 24VDC, 24VAC, 110VDC, 110VAC) tùy thuộc vào nhu cầu sử dụng
- Dòng điện tiêu thụ: >20mA
- Tuổi thọ của đèn:
