Giáo trình: Hệ thống tự động điều khiển truyền động điện

Với một hệ truyền động điện tự động bao giờ cũng hình thành từ hai mạch điện chính: mạch động lực và mạch điều khiển, trong đó mạch động lực luôn được quan tâm đến các quá trình năng lượ

3

PGS.TS NGUYỄN TIẾN BAN (CHỦ BIÊN)

GIÁO TRÌNH

HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

HẢI PHÒNG 2023

HẢI PHÒNG 2023

2.1.1 Quy luật biến thiên của tốc độ góc, dòng điện động

cơ theo thời gian trong quá trình khởi động 15

2.2.2 Sơ đồ khởi động động cơ KĐB ba pha rotor dây quấn

2.2.3 Sơ đồ hãm động năng động cơ một chiều kích từ

2.2.4 Sơ đồ hãm động năng động cơ KĐB xoay chiều ba

2.2.5 Sơ đồ khởi động động cơ KĐB xoay chiều ba pha

theo hai chiều bằng nguyên tắc thời gian 26 2.2.6 Nhận xét về phương pháp điều khiển theo nguyên tắc

a Sơ đồ khởi động động cơ một chiều kích từ

b Sơ đồ khởi động, hãm động cơ một chiều kích

c Sơ đồ hãm động cơ một chiều kích từ song

c Sơ đồ hãm ngược động cơ KĐB xoay chiều ba

2.4.3 Nhận xét về phương pháp điều khiển theo nguyên tắc

3.2 Các mạch vòng thường sử dụng trong hệ điều khiển truyền

3.2.2 Hệ điều khiển truyền động điện một chiều sử dụng

3.2.3 Hệ điều khiển truyền động điện một chiều sử dụng

3.2.4 Hệ điều khiển truyền động điện một chiều sử dụng

3.3 Các thiết bị điện, điện tử thường sử dụng trong các sơ đồ

7

3.4.1 Hệ thống điều khiển truyền động điện một chiều với

3.4.2 Hệ thống điều khiển truyền động điện một chiều với

3.4.3 Hệ thống điều khiển truyền động điện một chiều có

3.4.4 Hệ thống điều khiển truyền động điện một chiều có

3.4.5 Hệ thống điều khiển truyền động điện một chiều với

3.4.6 Hệ thống điều khiển truyền động điện một chiều cần

cẩu nổi 1200T mang tên Hoàng Sa do Siêmns & Kone chế

4.2 Điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ xoay chiều ba

4.2.1 Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha 91 4.2.2 Phương pháp thay đổi tần số để điều khiển tốc độ

4.4 Một số phương pháp điều khiển biến tần thông dụng 110

4.4.3 Hệ điều khiển tốc độ bù tần số trượt 112 4.4.4 Hệ điều khiển mạch kín với vòng phản hồi tốc độ 113 4.4.5 Hệ truyền động điện điều khiển tần số trượt sử dụng

4.4.6 Hệ truyền động điện điêuf khiển vecto 115 4.4.7 Hệ truyền động điện không sử dụng cảm biến tốc độ 116 4.5 Một số hệ truyền động điện sử dụng biến tần gián tiếp 118 4.5.1 Hệ truyền động điện sử dụng hai biến tần cấp điện

8

cho một động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha 118 4.5.2 Hệ truyền động điện sử dụng biến tần gián tiếp với

một Converter làm việc với hai Inverter có khả năng trả

năng lượng về nguồn khi có hãm tái sinh

122

4.5.3 Hệ biến tần – động cơ sử dụng hai mạch vòng kín 128 4.5.4 Hệ truyền động điện biến tần – động cơ làm việc với

4.5.5 Hệ truyền động điện biến tần – động cơ đồng bộ nam

châm vĩnh cửu công suất lớn trên tàu thuỷ chạy điện 131

9

LỜI NÓI ĐẦU

Giáo trình Tự động Điều khiển Truyền động điện được soạn thảo trên cơ sở

đề cương của của học phần cùng tên dùng để giảng dạy cho các ngành đào tạo kỹ sư vận hành khai thác và sửa chữa của các chuyên ngành Điện Công nghiệp, Điện Công nghiệp và Dân dụng, Điện Tự động Công nghiệp… của trường Đại học Hải Phòng và các trường đại học kỹ thuật

Tự động điều khiển truyền động điện là học phần quan trọng nghiên cứu về các hệ thống điều khiển truyền động điện hiện đại hiện nay (nhiều trong số

đó là hệ kín) với các yêu cầu về chất lượng hệ thống cao, độ tin cậy đảm bảo

và khả năng ứng dụng rộng rãi trong nhiều ngành kỹ thuật

Tập thể tác giả soạn thảo cuốn giáo trình này trên cơ sở đúc kết nhiều năm trực tiếp giảng dạy cho nhiều thế hệ sinh viên, làm việc nghiên cứu cùng các

cơ sở sản xuất, tham gia vận hành khai thác và sửa chữa với các yêu cầu thực

tế từ sản xuất, từ đòi hỏi tính mới trong kỹ thuật và khả năng bắt kịp công nghệ hiện đại hiện nay trên thế giới

Tập thể tác giả cũng tham khảo nhiều giáo trình, bài giảng của các trường đại học kỹ thuật khác nhau để có tính tương tác tốt với các đồng nghiệp, mở rộng phạm vi ứng dụng thực tế cho sinh viên và tạo điều kiện cho việc học tập nghiên cứu của các sinh viên, thuận tiện cho việc nâng cao trình độ khi

có điều kiện

Đối tượng giảng dạy là đào tạo cho các kỹ sư vận hành, khai thác và sửa chữa hệ thống trong tương lai nên trong học phần, chúng tôi không quá chú trọng trong việc tính toán thiết kế mà quan tâm về các hiện tượng vật lý sảy

ra trong hệ, các quá trình năng lượng trong các mạch động lực, các dòng tín hiệu trong các mạch điều khiển, các thông số và đại lượng của hệ thống, các điểm làm việc và một số thông tin cài đặt, chỉnh định, hiệu chỉnh… trong quá trình vận hành khai thác và sửa chữa

Cuốn giáo trình được chia làm bốn chương:

10

Chương 1Khái niệm chung về hệ Tự động Điều khiển Truyền động điện

Chương 2 Tự động điều khiển quá trình khởi động, hãm, đảo chiều các động

bannguyentien@gmail.com

Xin trân trọng cám ơn

TẬP THỂ TÁC GIẢ

11

Chương 1 KHÁI NIỆM CHUNG VỀ HỆ

TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

1.1 KHÁI NIỆM, PHÂN LOẠI HỆ ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỰ ĐỘNG

1.1.1 Khái niệm về hệ truyền động điện

Hệ truyền động điện nói chung là một tổ hợp các thiết bị điện, điện tử được thiết kế mang tính hệ thống để thực hiện việc biến đổi điện năng thành cơ năng nhằm hoàn thành một mục đích nào đó trong công nghiệp cũng như các ngành sản xuất khác

Với một hệ truyền động điện tự động bao giờ cũng hình thành từ hai mạch điện chính: mạch động lực và mạch điều khiển, trong đó mạch động lực luôn được quan tâm đến các quá trình năng lượng, ở đó năng lượng dù đang tồn tại dưới dạng nào cũng luôn được nghiên cứu và phải được giải quyết thấu đáo, chỉ cần một khâu nào đó trong hệ động lực có sai lầm, khiếm khuyết thì đều dẫn đến những sự cố và luôn tiềm ẩn những nguy cơ phá hỏng, cháy nổ trầm trọng Với mạch điều khiển người ta lại phải quan tâm đến dòng tín hiệu Mạch điều khiển không có tích lũy, dự trữ, trao đổi, dồn ứ năng lượng như ở mạch động lực nhưng lại rất cần nó phải thông suốt về tín hiệu điều khiển, ở đâu đó dòng tín hiệu bị nghẽn, bị suy giảm hoặc bị tắc, bị mất là mất điều khiển

Như vậy, với một hệ truyền động điện tự động, việc thống nhất, đồng bộ giữa hai mạch động lực và điều khiển là hết sức cần thiết, hoàn toàn không thể thiếu vắng bất cứ một vế nào

Hình 1.1 trình bày cụ thể một hệ điều khiển truyền động điện mạch hở trong

Hình 1.1 Hệ truyền động điện mạch hở

12

đó hệ thống đã phân vùng rất rõ hai mạch động lực và điều khiển:

+ Phần động lực là dòng năng lượng từ nguồn điện, qua bộ biến đổi công suất cấp cho động cơ Tại động cơ, năng lượng điện thông qua từ trường biến đổi thành cơ năng chuyển ra trên trục và được truyền sang cho cơ cấu thực hiện để sinh công

+ Phần điều khiển, tín hiệu được xuất phát từ tay điều khiển, dòng tín hiệu sẽ chảy sang bộ biến đổi tín hiệu rồi truyền sang để điều khiển bộ biến đổi công suất

Hình 1.2 trình bày cụ thể một hệ điều khiển truyền động điện mạch kín trong

đó hai phần mạch cũng rất rõ ràng:

Hình 1.2 Hệ truyền động điện mạch kín

+ Phần động lực với dòng năng lượng từ nguồn điện, cấp cho động cơ và cấp đồng thời cho phụ tải động, hai thiết bị này biến đổi thành cơ năng dưới sự điều khiển của tín hiệu điều khiển để truyền tới cơ cấu thực hiện

+ Phần điều khiển là phần còn lại của sơ đồ trong đó dòng tín hiệu bắt đầu từ tay điều khiển Mạch điều khiển ở đây là hệ kín nên được hiển thị bằng các chiều đi của mũi tên trên bản vẽ Hệ thống sử dụng hai vòng phản hồi rất đặc trưng của hệ truyền động điện đó là vòng dòng điện (vòng trong) và vòng tốc

độ (vòng ngoài)

1.1.2 Phân loại các hệ tự động điều khiển truyền động điện

Việc phân loại hệ tự động điều khiển truyền động điện thường tùy thuộc vào mục đích cuối cùng của hệ là gì Tuy nhiên trong thực tế có rất nhiều cách phân loại đơn giản và dễ tiếp cận, dễ hiểu Nếu quan tâm đến đối tượng điều

13

khiển là các động cơ thực hiện biến đổi năng lượng thì người ta có hệ truyền động động cơ một chiều, truyền động động cơ xoay chiều Nếu quan tâm đến tín hiệu của bộ điều khiển thì người ta có bộ điều khiển tín hiệu tương tự, bộ điều khiển tín hiệu số quan tâm đến thuật điều khiển thì người

ta có điều khiển thích nghi, điều khiển lặp

Khi quan tâm đến nhiệm vụ chung của hệ thống, có thể phân loại hệ truyền động điện tự động ra ba loại [1] như sau:

- Hệ điều khiển tự động truyền động điện duy trì theo giá trị đặt trước

không đổi

- Hệ điều khiển tùy động (hệ bám) với việc điều khiển vị trí theo giá trị

đặt trước biến thiên tùy ý

- Hệ điều khiển chương trình với việc điều khiển vị trí mà giá trị đặt

tuân theo một chương trình đặt trước

1.2 CÁC CHỈ TIÊU CHẤT LƯỢNG CỦA HỆ THỐNG TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

Hệ điều khiển tự động truyền động điện phải thỏa mãn các chỉ tiêu kỹ thuật của một hệ tự động với năm chỉ tiêu chất lượng chung:

Hệ điều khiển truyền động điện phải được vận hành ổn định, tin cậy:

giữ cho hệ thống hoạt động ổn định tại điểm làm việc, giai đoạn chuyển qua các quá trình, quá độ ngắn, tin cậy; đảm bảo các điều kiện kỹ thuật theo yêu cầu của các chế độ vận hành, ít xảy ra sự cố, kéo dài tuổi thọ cho hệ thống, thiết bị

Hệ điều khiển truyền động điện phải đảm bảo năng suất, chất lượng: giữ

cho hệ thống hoạt động đúng chương trình, rút ngắn thời gian trong một chu trình làm việc Duy trì các thông số kỹ thuật trong phạm vi cho phép do ảnh hưởng từ sự biến đổi của thời gian, từ tác động của môi trường và các điều kiện làm việc

Hệ điều khiển truyền động điện phải được vận hành an toàn: giảm thiểu

tới mức thấp nhất các nguy cơ xảy đến cho vận hành, khai thác, bảo vệ con người, máy móc, thiết bị và giữ cho mọi điều kiện làm việc an toàn nhất

Hệ điều khiển truyền động điện phải bảo vệ được môi trường trong quá trình vận hành, khai thác: giảm ô nhiễm môi trường thông qua giảm nồng

độ khí thải độc hại, nhiệt độ phát tán, giảm lượng nước sử dụng và nước thải

ra môi trường xung quanh Hạn chế phát tán bụi, khói giảm tiêu thụ nhiên liệu và nguyên liệu

14

Hệ điều khiển truyền động điện phải nâng cao được hiệu quả kinh tế

Đảm bảo năng suất, chất lượng theo yêu cầu trong khi giảm chi phí nhân công, nguyên liệu và nhiên liệu, thích ứng nhanh với các biến đổi xã hội

TÓM TẮT NỘI DUNG CHƯƠNG 1

Chương 1 tập trung trình bày khái niệm, phân loại các hệ tự động điều khiển truyền động điện với các ví dụ điển hình vệ truyền động điện hệ hở và

hệ kín Cũng trong chương 1, các tác giả đã giới thiệu các chỉ tiêu chất lượng

cơ bản của hệ điều khiển truyền động điện nói chung và hệ điều khiển kín nói riêng

CÂU HỎI ÔN TẬP

Câu 1 Trình bày khái niệm về mạch động lực và mạch điều khiển

trong hệ truyền động điện Khác và giống nhau giữa mạch động lực

và mạch điều khiển

Câu 2 Người ta có những cách phân loại nào về hệ truyền động điện Câu 3 Phân biệt hệ truyền động điện hệ hở và hệ truyền động điện

kín Ưu nhược điểm của mỗi hệ

Câu 4 Các chỉ tiêu chất lượng của hệ truyền động điện được đánh giá

trên các cơ sở kỹ thuật nào, trình bày và phân tích từng chỉ tiêu cụ thể

Câu 5 Anh (chị) đã biết được hệ điều khiển truyền động điện nào

trong thực tế?

15

Chương 2

TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH KHỞI ĐỘNG, HÃM, ĐẢO CHIỀU CÁC ĐỘNG CƠ ĐIỆN

2.1 CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN

Trong quá trình khởi động (KĐ), hãm điện (H), đảo chiều (ĐC) các động cơ điện, các thông số và đại lượng của các động cơ này như tốc độ góc ω, dòng điện i, thời gian t sẽ thay đổi theo những quy luật nhất định

Khi xây dựng một hệ thống tự động phải dựa vào những quy luật này để thiết kế kĩ thuật, tính toán và lựa chọn thiết bị

2.1.1 Quy luật biến thiên của tốc độ góc, dòng điện động cơ theo thời gian trong quá trình khởi động

Để nhận ra quy luật thay đổi của các đại lượng và thông số khi thực hiện khởi động ta xét một động cơ một chiều kích từ độc lập được khởi động bằng phương pháp đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng (hình 2.1) Động cơ được khởi động theo 3 nấc điện trở phụ với việc tham gia điều khiển bằng các rơ le thời gian T1, T2 và T3

Hình 2.1 Sơ đồ khởi động động cơ một chiều kích từ độc lập bằng điện trở phụ

R1, R2, R3: Các điện trở khởi động được mắc nối tiếp với mạch phần ứng động cơ

MC: Công tắc tơ (CTT) chính (CTT một chiều)

MC1, MC2, MC3: Các CTT tốc độ loại một chiều

T1, T2, T3: Các rơ le thời gian một chiều

START, STOP: Các nút khởi động, dừng (loại hoàn nguyên)

WL, GL: Các đèn báo hiệu nguồn và running

b Hoạt động của sơ đồ

Cấp nguồn cho động cơ, đèn WL sáng, báo hiệu cho người vận hành biết hệ

đã sẵn sàng hoạt động Rơ le thời gian T1 có điện ngay lập tức (T1 = 1) và

mở nhanh tiếp điểm T1(4-5) ra

Khi nhấn nút khởi động START, cuộn hút công tắc tơ (CTT) MC có điện, hoạt động (MC = 1), đóng tiếp điểm MC trong mạch chính cấp điện vào phần ứng động cơ (như đã nói ở trên, trong sơ đồ không vẽ cuộn kích từ, ở đây coi như việc cấp kích từ đã thực hiện từ trước Φ = 1) Khi MC = 1, động

cơ được khởi động lên theo đường 1 của đặc tính cơ (hình 2.2) với toàn bộ điện trở phụ R1, R2, R3 trong mạch Các rơ le thời gian T2 và T3 có điện mở nhanh tiếp điểm T2(5-6) và T3(6-8) ra Khi động cơ bắt đầu quay cũng là lúc dòng điện phần ứng giảm dần từ I1 xuống I2 Khi MC = 1 thì các tiếp điểm phụ MC(3-4) = 1 làm nhiệm vụ tự giữ cho cuộn hút MC (tiếp điểm nhớ), MC(3-7) = 1 đèn GL sáng báo hiệu động cơ bắt đầu quay Cũng khi tiếp điểm chính MC đóng lại, rơ le thời gian T1 mất điện và sau một khoảng thời gian trễ thì tiếp điểm T1(4-5) đóng chậm lại, T1(4-5) = 1 làm cho CTT MC1

= 1, hoạt động lật trạng thái đóng tiếp điểm chính MC1 trên mạch động lực coi như cắt điện trở R1 ra khỏi mạch phần ứng, lúc này động cơ chuyển từ đặc tính cơ số 1 sang đặc tính 2 và tiếp tục gia tốc (tăng tốc) lên (đặc tính cơ hình 2.2) Tại thời điểm đó động cơ đã gia tốc lên tốc độ ω1, dòng điện lại tăng vọt từ I2 lên I1 (hình 2.3)

17

Hình 2.2 Đặc tính cơ của động cơ khi khởi động

Khi MC1 = 1 cũng là lúc rơ le thời gian T2 mất điện, điều này cũng sảy ra tương tự như T1, phải sau thời gian trễ tiếp điểm T2(5-6) mới đóng lại, cấp điện cho cuộn hút CTT MC2, CTT này hoạt động lật trạng thái đóng tiếp điểm chính MC2 trên mạch động lực, cắt điện trở khởi động R2 ra khỏi mạch phần ứng, động cơ chuyển từ đặc tính cơ số 2 sang số 3 (hình 2.2); lúc ấy tốc

độ động cơ đã đạt đến ω2, dòng điện phần ứng do tốc độ tăng nên giảm dần

về I2, thời điểm cắt điện trở R2 cũng là lúc dòng phần ứng tăng vọt lên I1(hình 2.3)

18

Hình 2.3 Đặc tính quá độ của động cơ khi khởi động

Khi MC2 = 1 cũng là lúc rơ le thời gian T3 mất điện, chờ sau khoảng thời gian trễ, tiếp điểm T3(6-8) sẽ đóng lại Khi T3(6-8) = 1 thì CTT MC3 = 1 và đóng tiếp điểm MC3 cắt nốt điện trở R3 ra khỏi mạch phần ứng, động cơ chuyển từ đặc tính số 3 sang đặc tính tự nhiên, dòng điện lại tăng vọt từ I2lên I1 rồi giảm dần về dòng điện xác lập, tốc độ tăng dần lên tốc độ xác lập 

Nói rộng ra, việc điều khiển khởi động, hãm, đảo chiều các động cơ điện có thể thực hiện điều khiển bằng các nguyên tắc khác nữa như nhiệt độ, áp suất, mức, hành trình…

2.2 ĐIỀU KHIỂN THEO NGUYÊN TẮC THỜI GIAN

2.2.1 Thiết bị đếm thời gian

a Rơ le thời gian

Hiện nay, rơ le thời gian vô cùng đa dạng, nếu sử dụng trong mạch một chiều người ta có thể dung rơ le thời gian điện từ một chiều Với loại rơ le này, nguyên lý cấu tạo hoàn toàn giống rơ le điện từ một chiều thường nhưng

có thêm một ống đồng ngắn mạch nằm trong lòng cuộn dây, đây chính là thiết bị tạo trễ Nguyên lý hoạt động tạo trễ dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ Chính vì lý do này mà thời gian trễ do rơ le tạo ra nhỏ, ngắn (tuy nhiên đủ đáp ứng cho việc khởi động, đảo chiều ) Người ta cũng có thể dùng loại rơ le thời gian bán dẫn, loại rơ le này nhỏ gọn và giá thành rẻ hơn,

có thể tạo được thời gian trễ đến 60 giây bằng việc thay đổi hằng số thời gian

RC trong mạch điện tử

Với các mạch khởi động các động cơ xoay chiều, người ta có thể sử dụng các rơ le thời gian điện từ dòng xoay chiều Với loại rơ le này thường được kết hợp các rơ le điện từ xoay chiều với các bộ phận tạo trễ bằng piston thủy lực, piston khí hoặc cơ cấu đồng hồ sử dụng các bánh xe trung gian Rơ le tạo trễ bằng cơ cấu đồng hồ có thể tạo ra thời gian trễ lên đến 36 giờ Tuy nhiên với các mạch điều khiển khởi động khoảng thời gian dùng chỉ trong khoảng một vài giây

b Các bộ thời gian trong thiết bị điều khiển logic khả trình

Hiện nay, việc tạo trễ còn được sử dụng trong các bộ điều khiển logic khả trình như PLC (Programmable Logic Controller) và lo go PLC Trong các bộ PLC thường sử dụng cách tạo trễ của các rơ le điện tử như các bộ time TON

và TONR của hãng Siemens hoặc các bộ tương tự của các hãng khác

20

2.2.2 Sơ đồ khởi động động cơ không đồng bộ ba pha rotor dây quấn bằng nguyên tắc thời gian

a Cấu tạo của sơ đồ

Đối tượng điều khiển là động cơ không đồng bộ ba pha rotor dây quấn M

CB – Circuit Breaker - Cầu dao tự động

R1, R2 – Điện trở khởi động ba pha trong mạch rotor

21

T1, T2 – Các rơ le thời gian xoay chiều

OC1, OC2 – Over Current Relay - Các rơ le nhiệt

WL(White Lamp), GL(Green Lamp) – Các đèn hiệu báo nguồn và báo động

cơ đang quay (running)

START, STOP – Các nút ấn khởi động và dừng

b Hoạt động của sơ đồ

Cấp nguồn cho động cơ bằng việc đóng cầu dao tự động CB, đèn WL sáng, báo hiệu cho người vận hành biết hệ thống đã sẵn sàng hoạt động Khởi động động cơ bằng việc ấn nút START, lúc đó cuộn hút CTT MC có điện, hoạt động đóng tiếp điểm chính MC ở mạch động lực, cấp điện 3 pha vào cuộn dây stator động cơ, động cơ được khởi động với toàn bộ điện trở phụ R1, R2trong mạch rotor, điểm khởi động từ M1 trên đặc tính cơ hình 2.5, động cơ bắt đầu tăng tốc lên

Khi MC = 1 thì MC(3-4) = 1 để tự giữ, MC(3-7) = 1 đèn GL sáng báo hiệu động cơ bắt đầu quay MC(1-8, 1-9) = 1 cấp điện cho hai rơ le thời gian T1 &

T2 hoạt động MC(1-10) = 1 sắn sàng cho các mạch phía sau Khi thời gian trễ do T1 tạo nên kết thúc, tiếp điểm T1(10-11) = 1 lúc đó cuộn hút CTT MC1

có điện hoạt động đóng các tiếp điểm MC1 ở mạch rotor cắt điện trở R1 ra khỏi cũng là lúc tốc độ động cơ đạt đến ω1, động cơ sẽ chuyển từ đặc tính khởi động 1 sang đặc tính 2 Cũng tại thời điểm đó dòng điện rotor đã giảm

từ I1 xuống I2 khi cắt điện trở R1 ra khỏi mạch rotor lại tăng vọt lên gần giá trị I1 (hình 2.6)

Hình 2.5 Đặc tính cơ của động cơ trong quá trình khởi động

22

Khi chuyển sang đặc tính số 2 động cơ tiếp tục tăng tốc lên, dòng điện lại giảm dần xuống giá trị I2 Khi thời gian trễ T2 hết, tiếp điểm T2(11-12) đóng lại lúc đó CTT MC2 có điện hoạt động đóng các tiếp điểm MC2 ở mạch động lực cắt điện trở khởi động R2 ra khỏi mạch rotor, động cơ chuyển từ đặc tính

2 sang đặc tính 3 (đặc tính tự nhiên) và tiếp tục tăng tốc lên, dòng điện lại tăng từ I2 lên gần I1 rồi sau đó giảm về dòng xác lập khi điểm làm việc có Mq

= Mc Tốc độ cũng đạt giá trị xác lập tại đó (hình 2.6) quá trình khởi động kết thúc

Trong sơ đồ này chú ý thời gian cài đặt cho rơ le thời gian T1 và T2 khác nhau Thời gian trễ cho T2 có thể chọn dài gấp đôi lần T1 (sơ đồ hình 2.1 thời gian đặt cho các rơ le thời gian có thể chọn như nhau)

Các bảo vệ cho sơ đồ

Sơ đồ này có các bảo vệ:

+ Bảo vệ ngắn mạch cho động cơ: cầu dao tự động CB,

+ Bảo vệ ngắn mạch cho mạch điều khiển: cầu chì F1, F2 Việc sử dụng hai cầu chì để đảm bảo an toàn cho người vận hành khai thác vì đây mạch điều khiển dùng điện áp dây

+ Bảo vệ quá tải cho động cơ sử dụng hai rơ le nhiệt OC1 và OC2 với phần tử đốt nóng đặt ở hai pha R và T

Hình 2.6 Đặc tính quá độ của động cơ trong quá trình khởi động

23

2.2.3 Sơ đồ hãm động năng động cơ một chiều kích từ song song bằng nguyên tắc thời gian

a Cấu tạo của sơ đồ

Đối tượng điều khiển là động cơ một chiều kích từ song song với cuộn kích

T1 – rơ le thời gian

b.Hoạt động của sơ đồ

Hình 2.7 Hãm động năng động cơ một chiều kích từ song song

24

Trong các sơ đồ điều khiển truyền động điện, việc hãm nhanh các động cơ trong quá trình vận hành khai thác là một yêu cầu luôn đặt ra nhằm mục đích dừng thật nhanh động cơ để chuyển hướng điều khiển

Thực hiện như vậy vừa tạo an toàn, vừa rút ngắn các quá trình quá độ, rút ngắn một chu kỳ làm việc Việc hãm có thể dùng ngoại lực từ các phanh

ngoài nhưng sử dụng hãm điện là tối ưu nhất, vừa tận dụng năng lượng

trong khai thác mà vừa hợp lý hóa một loạt các thiết bị cần thiết mang tính kinh tế hơn rất nhiều khi sử dụng lực hãm ngoài

Hãm điện có rất nhiều loại:

+ Hãm động năng có hai loại hãm động năng: hãm động năng kích từ độc lập

và hãm động năng tự kích

+ Hãm ngược cũng có hai loại hãm ngược: Hãm ngược khi làm việc với tải thế năng và hãm ngược khi thay đổi thứ tự pha – đảo nguồn (ở hệ xoay chiều) hoặc thay đổi cực tính nguồn đặt vào phần ứng động cơ (ở mạch một chiều)

+ Hãm tái sinh cũng có hai loại đó là hãm tái sinh do động năng và hãm tái sinh do thế năng

Với sơ đồ hình 2.7 có thể thuyết minh hoạt động như sau: giả sử động cơ đang hoạt động bình thường, điểm công tác tại A, muốn dừng động cơ, nhấn nút STOP lúc đó CTT MC mất điện vì vậy các tiếp điểm chính MC trên mạch động lực mở, phần ứng động cơ được cắt ra khỏi lưới

Cũng tại thời điểm đó MC(3-5) = 1 nên rơ le thời gian T1 được cấp điện Tiếp điểm MC(3-6) = 1 nên CTT MCB được cấp điện do T1(6-7) mở trễ Khi MCB = 1 tiếp điểm MCB trên mạch động lực đóng lại đưa điện trở RB đấu nối vào mạch phần ứng Do rotor của động cơ đang quay với quán tính lớn, mạch kích từ vẫn được cấp nguồn từ lưới điện vì vậy, trong phần ứng động

cơ vẫn tiếp tục có sức điện động (sđđ) vì thế khi phần ứng được nối vào điện trở RB thì ngay lập tức sđđ này tạo nên dòng điện phần ứng nối mạch qua RB(chiều dòng điện lúc này ngược với chiều dòng điện trong chế độ động cơ trước đây) Tương tác của dòng điện phần ứng với từ thông cuộn kích từ, tạo nên moment hãm, moment này có dấu ngược với chiều quay động cơ làm chi rotor động cơ nhanh chóng dừng lại Đặc tính hãm trong trường hợp này là hãm động năng kích từ độc lập được trình bày trong hình 2.8

25

Hình 2.8 Đặc tính hãm động năng động cơ một chiều kích từ độc lập

Khi tốc độ động cơ giảm dần đến 0 thì cũng là lúc kết thúc thời gian trễ của

rơ le thời gian T1, tiếp điểm T1(6-7) = 0, CTT MCB mất điện mở tiếp điểm chính trên mạch động lực, cắt điện trở RB ra khỏi phần ứng động cơ, quá trình hãm kết thúc trả lại sơ đồ ban đầu cho động cơ sẵn sàng nhận lệnh điều khiển mới

Hình 2.9 Đặc tính quá độ quá trình hãm động năng động cơ một chiều

26

Đặc tính quá độ của quá trình hãm này được vẽ trên hình 2.9 trong đó chiều dòng điện đã chuyển từ dương (chế độ động cơ) sang âm (chế độ hãm) tạo nên moment hãm đảo dấu (âm) so với tốc độ mang dấu dương Đoạn đặc tính hãm B0 nằm trong góc phần tư thứ 2 (hình 2.8)

2.2.4 Sơ đồ hãm động năng động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha bằng nguyên tắc thời gian

a Cấu tạo của sơ đồ

Đối tượng điều khiển là động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha M rotor lồng sóc như hình 2.10

27

b.Hoạt động của sơ đồ

Động cơ đang hoạt động bình thường tại điểm công tác A, nhấn nút STOP, ngay lập tức MC = 0, tiếp điểm chính MC trong mạch động lực mở ra Các tiếp điểm MC(3-5), MC(10-11) = 1 nên công tắc tơ hãm MCB = 1, rơ le T1 =

1 vì thế các tiếp điểm MCB đóng lại cấp nguồn một chiều vào cuộc dây stator động cơ M ở hai cực V,W

và cách đấu cuộn dây stator của động cơ khi thực hiện cấp dòng một chiều vào stator để thực hiện hãm điện như hình 2.12

Hình 2.12 Cách đấu cuộn dây stator của động cơ KĐB

để đưa dòng một chiều khi hãm

28

2.2.5 Sơ đồ khởi động động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha theo hai chiều bằng nguyên tắc thời gian

a Cấu tạo của sơ đồ

Đối tượng điều khiển là động KĐB xoay chiều ba pha M (hình 2.13)

CB – Cầu dao tự động

Th1, Th2 – Các rơ le nhiệt

MCR, MCL – Các công tắc tơ hướng quay phải và quay trái

MCS, MCD – Các công tắc tơ đấu cuộn dây stator của động cơ theo hình sao

và tam giác

T – Rơ le thời gian

F1, F2 – Các cầu chì cho mạch điều khiển

PB1, PB2 – Các nút ấn kép

b.Hoạt động của sơ đồ

Động cơ có thể khởi động theo hai chiều quay phải và trái với hai nút khởi động PB1 cho chiều quay phải và PB2 cho chiều quay trái bằng phương pháp đổi nối sao – tam giác (Star – Delta) Tất nhiên, đây là loại động cơ được thiết kế chế tạo để khởi động theo phương pháp khởi động sao – tam giác (ở chế độ động cơ làm việc lâu dài cuộn dây stator của động cơ được nối theo hình tam giác vào điện áp dây)

Khi muốn dừng động cơ sử dụng nút STOP Muốn đảo chiều động cơ có hai cách: sử dụng nút STOP để động cơ dừng hẳn sau đó khởi động theo chiều mới, cũng có thể sử dụng nút PB1 hoặc PB2 để thực hiện đảo chiều ngay lập tức khi động cơ đang có quán tính rất lớn Hai cách dừng và khởi động này

sẽ làm sảy ra trong động cơ các quá trình vật lý hoàn toàn khác nhau, các ảnh hưởng của hai phương pháp khởi động lên động cơ cũng như lưới điện là khác nhau

Cả hai trường hợp này động cơ vẫn được khởi động tuần tự theo cách đấu cuộn dây theo hình sao trước, sau đó rơ le thời gian sẽ tuần tự chuyển sang cách đấu tam giác không làm ảnh hưởng đến chế độ khởi động Sơ đồ được thiết kế an toàn nhờ cách khóa chuyền (Inter Lock) của tiếp điểm cơ thường đóng của hai nút ấn kép PB1(3-8) và PB2(4-9) đồng thời sử dụng hai tiếp điểm điện thường đóng MCR3 (5-12) và MCL3(5-11)

29

Hình 2.13 Sơ đồ khởi động động cơ KĐB quay hai chiều

theo nguyên tắc thời gian

2.2.6 Nhận xét về phương pháp điều khiển theo nguyên tắc thời gian

Khởi động, hãm điện các động cơ theo nguyên tắc thời gian có một số ưu, nhược điểm sau:

+ Giữ nguyên thời gian khởi động, hãm ngay cả khi có sự thay đổi của moment cản, moment quán tính, điện áp lưới

+ Các sơ đồ điều khiển theo nguyên tắc thời gian đơn giản, tin cậy

+ Sử dụng một loại thiết bị đếm thời gian cho bất cứ sơ đồ điều khiển động

cơ nào, kể cả động cơ có công suất khác nhau

+ Có thể xảy ra hiện tượng xuất hiện dòng I KĐ, MKĐ lớn hơn giá trị cho phép khi có sự thay đổi Mc hoặc moment quán tính J

2.3 ĐIỀU KHIỂN THEO NGUYÊN TẮC TỐC ĐỘ

2.3.1 Cảm biến tốc độ (bộ đo tốc độ)

Muốn điều khiển được động cơ theo nguyên tắc tốc độ cần phải quan sát (đo) được tốc độ của động cơ

30

Cảm biến tốc độ hiện nay được dùng rất đa dạng:

+ Rơle tốc độ cơ khí (tiếp điểm li tâm) loại này hiện ít sử dụng vì nó kém chính xác

+ Rơle tốc độ kiểu cảm ứng,

+ Máy phát tốc (sử dụng máy phát điện một chiều hoặc xoay chiều công suất nhỏ)

+ Cảm biến tốc độ theo nguyên lý từ trở - Pick Up,

+ Máy phát xung - Pulse Generator (PG) …

2.3.2 Các sơ đồ điều khiển tiêu biểu

a Sơ đồ khởi động động cơ một chiều kích từ độc lập với rơ le cảm ứng a1 Giới thiệu sơ đồ

Đối tượng điều khiển là động cơ một chiều kích từ độc lập, để bớt phức tạp trong sơ đồ chỉ vẽ cuộn dây phần ứng của động cơ, không vẽ cuộn kích từ

MC là công tắc tơ chính loại một chiều, các công tắc tơ tốc độ MC1, MC2,

MC3 tương tự R1, R2, R3 là các rơ le tốc độ hoạt động theo nguyên tắc điện

áp Rp1, Rp2, Rp3 là các điện trở phụ khởi động để đưa vào mạch phần ứng, Các biến trở VR1, VR2, VR3 để chỉnh định chính xác điểm làm việc (điện áp hút cho mỗi rơ le) trong quá trình vận hành khai thác

Trong sơ đồ có một chú ý quan trọng đó là các rơ le tốc độ làm việc theo nguyên tắc điện áp R1, R2, R3 được tính toán điện áp hút như sau:

+ Điện áp hút cho rơ le tốc độ R1 được tính như công thức (2.1):

(2.1)

Từ (2.1) thấy rằng khi tốc độ động cơ đạt đến tốc độ ω1 thì rơ le điện áp R1tác động để điều khiển cắt điện trở phụ Rp1 ra khỏi mạch phần ứng + Điện áp hút cho rơ le tốc độ R2 được tính như (2.2):

(2.2) khi tốc độ động cơ đạt đến ω2 thì rơ le điện áp R2 tác động

+ Điện áp hút cho rơ le tốc độ R3 được tính như (2.3):

(2.3)

khi tốc độ động cơ đạt đến ω3 thì rơ le điện áp R3 tác động

) (

U 3   3

31

Hình 2.14 Sơ đồ khởi động động cơ một chiều

theo nguyên tắc tốc độ

a2 Hoạt động của sơ đồ

Muốn khởi động động cơ, nhấn nút START lúc đó CTT MC = 1 (có điện hoạt động), tiếp điểm chính trên mạch động lực MC =1 (đóng lại), phẩn ứng động cơ được cấp điện nên động cơ bắt đầu quay với toàn bộ điện trở khởi động Rp1, Rp2, Rp3 ở trong mạch phần ứng Tiếp điểm tự giữ MC(3-4) = 1

và MC(1-7) = 1 đèn GL sáng báo hiệu cho người vận hành biết động cơ bắt đầu quay Động cơ tăng dần tốc độ sau khởi động Khi tốc độ đạt đến ω1 lúc

đó rơ le tốc độ R1 tác động, đóng tiếp điểm R1(1-5) CTT MC1 = 1, CTT này hoạt động lật trạng thái, điện trở phụ Rp1 được shunt lại và động cơ chuyển

từ đường đặc tính số 1 sang đường đặc tính số 2 (hình 2.2) rồi tiếp tục gia tốc lên Khi tốc độ đạt đến ω2 lúc đó rơ le tốc độ R2 đủ điện áp hút nên tác động đóng tiếp điểm R2(5-6) CTT MC2 = 1, lật trạng thái, điện trở phụ Rp2 được shunt lại và động cơ chuyển từ đặc tính số 2 sang đường đặc tính số 3 (hình 2.2) rồi tiếp tục gia tốc lên Khi tốc độ đạt đến ω3 lúc đó rơ le tốc độ R3 tác động đóng tiếp điểm R3(6-8) CTT MC3 = 1, CTT MC3 này hoạt động, lật trạng thái, điện trở phụ Rp3 được shunt lại và động cơ chuyển sang đường đặc tính tự nhiên rồi tiếp tục gia tốc lên đến tốc độ xác lập có Mq = Mc Quá trình khởi động kết thúc

32

b Sơ đồ khởi động, hãm động cơ một chiều kích từ song song với rơ le tốc độ

Hình 2.15 Sơ đồ khởi động, hãm động cơ một chiều kích từ song song

b1 Giới thiệu sơ đồ

Đối tượng điều khiển là động cơ một chiều kích từ song song công suất lớn Cuộn kích từ 1-4 với mạch phóng điện 1-3-4 gồm diode D và điện trở r3 Điện trở phụ khởi động Rp1 và Rp2; điện trở hãm RB

Các công tắc tơ: chính MC, tốc độ MC1 và MC2, CTT hãm B

Rơ le tốc độ: 1RG, 2RG, BR với các biến trở điều chỉnh vr1 và vr2

Rơ le trong mạch kích từ (rơ le dòng) FL

b2 Hoạt động của sơ đồ

Muốn khởi động động cơ, đóng nguồn cho hệ thống, ngay lập tức mạch kích

từ có điện và rơ le dòng FL có điện hoạt động lật trạng thái đóng tiếp điểm

33

FL(6-7) lại sẵn sàng cho công tắc tơ MC hoạt động Điều này được thiết kế như vậy vì công suất động cơ lớn nên khi đóng điện vào phần ứng thì phải đảm bảo chắc chắn rằng cuộn kích từ đã có dòng và sẵn sàng hoạt động với

từ thông kích từ Φkt ≠ 0 tránh cho động cơ bị dừng dưới điện (hiện tượng ngắn mạch) khi khởi động

Các rơ le tốc độ 1RG và 2RG cũng được tính toán điện áp hút như công thức (2.2 và 2.3) ở trên

Cách và quá trình khởi động hoàn toàn giống như sơ đồ hình 2.14 nhưng ở đây chỉ sử dụng hai nấc điện trở khởi động

Hoạt động của chế độ hãm điện bằng rơ le tốc độ như sau: Khi động cơ

hoạt động ở tốc độ xác lập, tốc độ cao nên rơ le tốc độ BR được tính toán làm việc và tiếp điểm BR(11-12) đã đóng lại Khi nhấn nút STOP thì ngay lập tức MC mất điện và phần ứng của động cơ được cắt ra khỏi nguồn điện,

do quán tính nên rotor của động cơ vẫn quay và nó vẫn sinh ra sđđ tự cảm, cuộn kích từ lúc đó vẫn được cấp điện từ nguồn nên trở thành kích từ độc lập Khi tiếp điểm STOP(1-11) đóng lại thì ngay lập tức CTT B có điện và hoạt động, đóng tiếp điểm B ở mạch động lực, đưa phần ứng của động cơ nối vào điện trở hãm RB, động cơ hoạt động trong chế độ hãm động năng kích từ độc lập do sđđ tự cảm tạo dòng chạy qua phần ứng, qua điện trở hãm RB theo chiều ngược lại (so với chế độ động cơ) và tạo nên moment hãm Moment hãm có dấu ngược với chiều quay rotor nên làm cho rotor động cơ nhanh chóng dừng lại Khi tốc độ động cơ giảm dần về 0 thì rơ le tốc độ BR mất điện mở tiếp điểm BR(11-12) ra làm cho CTT B mất điện, mở B trong mạch động lực ra trả cho phần ứng động cơ về trạng thái tự do, sẵn sàng hoạt động theo lệnh mới, quá trình hãm kết thúc Đây là hãm động năng động cơ một chiều kích từ độc lập nên đặc tính hãm ở góc phần tư thứ 2 như hình 2.8

34

Mạch phóng điện D3 r3 để tránh cho cuộn kích từ song song (với số vòng dây lớn – sđđ tự cảm ở quá trình quá độ rất lớn) không bị đánh thủng do sđđ

tự cảm quá cao phá hỏng cách điện

c Sơ đồ hãm động cơ một chiều kích từ song song theo nguyên tắc tốc

độ

Đối tượng điều khiển là động cơ một chiều kích từ song song công suất trung bình hình 2.16 Sơ đồ khá đơn giản người đọc tự nghiên cứu cấu tạo và nguyên lý hoạt động Một vài chú ý:

+ Sđđ lớn nhất lúc bắt đầu tiến hành hãm được tính theo công thức (2.4) sau: (2.4)

Hình 2.16 Sơ đồ hãm động năng động cơ một chiều kích từ song song

Trong đó Id là dòng phần ứng lớn nhất cho phép Từ đó có thể tính toán được điện trở hãm theo (2.5)

(2.5)

Sđđ lớn nhất Emax cũng có thể tính theo (2.6)

(2.6)

) (

max I d R u R B

d

u d B

I

R I E

R max .



dm dm E E



max

max 

35

2.4 ĐIỀU KHIỂN THEO NGUYÊN TẮC DÒNG ĐIỆN

2.4.1 Nguyên tắc điều khiển:

Tương tự như các nguyên tắc điều khiển theo thời gian hoặc tốc độ đã trình bày ở trên, việc điều khiển theo nguyên tắc dòng điện cũng phải sử dụng các sensor dòng Ở đây, các sensor dòng điện có thể sử dụng là các loại như biến dòng đo lường CT (Current Transformer), role dòng điện hoặc các contactor

có cuộn dòng Khi dòng điện của đối tượng điều khiển đạt đến một giá trị nhất định nào đó, các cảm biến dòng điện này sẽ phát tín hiệu điều khiển cho

hệ thống thực hiện khởi động, hãm hoặc đảo chiều…

Hình 2.17 Sơ đồ khởi động động cơ một chiều kích từ nối tiếp

theo nguyên tắc dòng điện

36

Hình 2.18 Đồ thị quá độ của dòng điện và tốc độ động cơ khi khởi động

theo nguyên tắc dòng điện

Đối tượng điều khiển là động cơ một chiều kích từ nối tiếp, các khí cụ điện

là các công tắc tơ một chiều rất quen trong các sơ đồ đã đọc Ở đây có thêm một thiết bị mới đó là rơ le dòng điện một chiều CR đóng vai trò sensor dòng điện được mắc nối tiếp với mạch phần ứng động cơ cùng với điện trở khởi động Rp1

Rơ le CR có dòng hút là Ion và dòng nhả là Ioff

a2 Hoạt động của sơ đồ

Muốn khởi động động cơ đóng nguồn cho hệ thống, nhấn nút START, ngay lập tức CTT MC có điện, các tiếp điểm chính MC = 1, phần ứng động cơ được nối nguồn, động cơ khởi động, dòng chạy trong phần ứng đạt giá trị Ionnên CR =1, tiếp điểm CR(5-6) = 0 nên mặc dù MC(1-7) = 1, làm cho RL = 1

và RL(1-5) = 1 nhưng MC1 = 0 vì thế điện trở khởi động Rp1 vẫn được nằm trong mạch phần ứng để hạn chế dòng khởi động đang lớn Khi tốc độ tăng lên, dòng trong mạch phần ứng giảm dần cho đến khi tốc độ đạt ω1 thì dòng chạy trong CR giảm đến giá trị Ioff (hình 2.18) thì CR = 0 và tiếp điểm CR(5-6) = 1 làm cho MC1 = 1 và tiếp điểm MC1 trên mạch động lực đóng lại, cắt điện trở phụ Rp1 ra khỏi lưới, lúc đó dòng Iu tăng lên nhưng do tốc độ đã cao nên không đạt đến giá trị Ion, rồi sau đó giảm dần về Ic khi mà tốc độ động cơ đạt giá trị ωxl Quá trình khởi động kết thúc

37

b Sơ đồ khởi động cơ KĐB xoay chiều ba pha theo nguyên tắc dòng điện

b.1 Giới thiệu sơ đồ

Đối tượng điều khiển là động cơ KĐB xoay chiều ba pha rotor dây quấn với việc khởi động bằng điện trở phụ đưa vào mạch rotor Các khí cụ điện là các công tắc tơ, rơ le xoay chiều quen thuộc trong các sơ đồ đã đọc Để điều khiển theo nguyên tắc dòng điện, trong sơ đồ phải sử dụng hai rơ le dòng xoay chiều (thiết bị mới) CR1 & CR2 đóng vai trò sensor dòng điện, chúng được mắc nối tiếp với các điện trở khởi động trong mạch rotor (H2.19) Vì là

rơ le dòng điện nên đòi hỏi nội trở của loại rơ le này phải rất nhỏ RCR = 0 Hai rơ le CR1 &CR2 có dòng hút như nhau nhưng dòng nhả khác nhau: dòng nhả của CR2 là IOFF2nhỏ hơn dòng nhả của CR1là IOFF1 (IOFF2 < IOFF1)

b2 Hoạt động của sơ đồ

Muốn khởi động động cơ, đóng nguồn cho hệ thống qua cầu dao tự động

CB, đèn báo nguồn WL sáng Nhấn nút START, cuộn hút CTT MC có điện hoạt động lật trạng thái, các tiếp điểm chính trên mạch động lực đóng MC =

1 Tiếp điểm phụ MC(3-4) = 1 tự giữ, MC(1-8) = 1 đèn GL sáng báo hiệu động cơ bắt đầu quay, rơ le trung gian RL có điện hoạt động, tiếp điểm RL(4-5) = 1, động cơ được khởi động với toàn bộ điện trở phụ trong mạch rotor Vì dòng khởi động lớn nên ngay lập tức cả hai rơ le dòng CR1 & CR2

có điện hoạt động lật trạng thái nên các tiếp điểm thường đóng CR1(1- 6) = 0

và CR2(1-7) = 0

38

Hình 2.19 Sơ đồ khởi động động cơ KĐB rotor dây quấn

theo nguyên tắc dòng điện

Động cơ tăng tốc lên, dòng trong mạch rotor giảm dần cho đến khi dòng giảm đến giá trị Ioff1 thì rơ le CR1 ngừng tác động và lật trạng thái, lúc đó tiếp điểm CR(1-6) = 1 làm cho cuộn hút MC1 có điện và tiếp điểm MC1 trên mạch động lực đóng lại cũng như MC1(5-6) = 1 Điện trở ba pha R1 coi như được đưa ra khỏi mạch rotor, động cơ chuyển từ đặc tính số 1 sang đặc tính

số 2 và tiếp tục tăng tốc lên (hình 2.21)

39

Hình 2.20 Đặc tính quá độ khởi động động cơ KĐB rotor dây quấn

theo nguyên tắc dòng điện

Khi dòng trong mạch rotor giảm xuống đến Ioff2 thì rơ le dòng CR2 ngừng tác động và tiếp điểm CR2(1-7) = 1 cấp điện cho cuộn hút MC2 làm cho MC2 = 1, các tiếp điểm chính MC2 trên mạch động lực đóng lại, coi như cắt điện trở phụ ba pha R2 ra khỏi mạch khởi động, động cơ chuyển từ đặc tính

cơ số 2 sang đặc tính tự nhiên rồi gia tốc về tốc độ xác lập (điểm làm việc A trên hình H2.21), cũng lúc đó dòng điện trong mạch rotor giảm xuống Ic, quá trình khởi động kết thúc

Hình 2.21 Đặc tính cơ của động cơ KĐB rotor dây quấn

khởi động theo nguyên tắc dòng điện

Các điện trở công suất R1 & R2

Rơ le dòng điện CR, rơ le nhiệt Th1 & Th2,

Công tắc chuyển mạch COS (Change Over Switch) có 3 vị trí: vị trí 1, vị trí

0 và vị trí 2 Ở vị trí 1 công tắc COS có tiếp điểm COS(7-9) thông – dẫn điện (ký hiều bằng dấu chấm (.) dưới tiếp điểm Ở vị trí 0 công tắc COS không có tiếp điểm nào thông Ở vị trí 2 công tắc COS có COS(7-8) thông mạch – dẫn điện

b2 Hoạt động của sơ đồ

Muốn khởi động động cơ đóng nguồn cho hệ thống qua cầu dao tự động CB (hình 2.22) Nhấn nút START, cuộn hút CTT MC có điện hoạt động lật trạng thái, các tiếp điểm chính trên mạch động lực đóng MC = 1 Công tắc COS chuyển về vị trí 1 (chẳng hạn) lúc đó mạch COS(7-9) sẽ thông nên CTT MCR có điện, động cơ được khởi động theo chiều quay phải với toàn bộ điện trở R1 và R2 trong mạch rotor Vì dòng khởi động lớn nên rơ le dòng CR1 hoạt động mở tiếp điểm CR1(10-11) nên mặc dù MCR(7-19) thông nhưng CTT MCB chưa có điện phải chờ khi tốc độ tăng lên, dòng trong động cơ giảm đi thì CR1 mới nhả và CR1(10-11) mới đóng lại và CTT MCB

có điện hoạt động đóng tiếp điểm MCB trên mạch động lực cắt điện trở R1 ra khỏi mạch rotor Lại phải chờ một thời gian nữa khi tốc độ động cơ tăng lên thì tiếp điểm đóng chậm CCT MCB(7-12) mới đóng lại và MC2 có điện cắt nốt điện trở R2 ra khỏi mạch rotor Động cơ chuyển sang đặc tính tự nhiên và

ổn định tại điểm làm việc

Muốn đảo chiều động cơ chuyển công tắc COS từ 1 sang 2 lúc đó CTT MCR mất điện và MCL có điện, thay đổi thứ tự pha nên động cơ quay theo chiều mới Dòng trong cuộn dây rotor của động cơ lúc này rất lớn nên rơ le dòng CR1 lại hút và mở tiếp điểm CR1(10-11) ra làm công tắc tơ MCB mất điện, điện trở R1 Và R2 lại được đưa vào mạch rotor thực hiện hãm ngược động cơ

và chuẩn bị đảo chiều mới Khi dòng điện trong rotor giảm dần cũng là lúc

mà tốc độ động cơ dần giảm về không lúc đó rơ le CR1 nhả làm CR1(10-11) đóng lại, công tắc tơ MCB có điện và cắt điện trở R1 ra khỏi mạch, sau khoảng thời gian trễ tiếp điểm MCB(7-12) đóng lại MC2 có điện cắt nốt điện trở R2 ra khỏi rotor, động cơ chuyển sang đặc tính tự nhiên ở chiều mới Đặc tính hãm như hình 2.23

41

Hình 2.22 Sơ đồ khởi động và hãm ngược động cơ KĐB rotor dây quấn

theo nguyên tắc dòng điện

2.4.3 Nhận xét về phương pháp điều khiển theo nguyên tắc dòng điện

Phương pháp điều khiển theo nguyên tắc dòng điện có một số ưu nhước điểm sau:

+ Sơ đồ điều khiển khá đơn giản, dễ thiết kế lắp đặt, vận hành khai thác, tìm hỏng và sửa chữa

+ Trong quá trình làm việc, điều khiển theo nguyên tắc dòng điện không chịu ảnh hưởng của nhiệt độ thay đổi trên các thiết bị, khí cụ, linh kiện + Động cơ có thể bị dừng dưới điện khi bị quá tải, hoặc thời gian khởi động dài khi tải lớn

42

Hình 2.23 Đặc tính hãm ngược của động cơ KĐB rotor dây quấn

Thực hiện theo nguyên tắc dòng điện

2.5 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG, DỪNG SỬ DỤNG

MẠCH KÍN

2.5.1 Đặt vấn đề

Khi công nghệ và kỹ thuật phát triển, người ta đã thực hiện việc khởi động

và dừng các động cơ xoay chiều ba pha bằng các phương pháp mới đó là phương pháp khởi động “mềm” – Soft Start với các bộ khởi động “mềm” soft starter và khởi động bằng phương pháp tần số với việc sử dụng các biến tần, đặc biệt là loại biến tần gián tiếp Converter – Inverter Các phương pháp này không còn dừng lại ở các mạch khởi động kiểu hở như vừa được trình bày ở phần trên mà sử dụng các mạch kín Khi sử dụng các phương pháp này thực sự có rất nhiều ưu việt song giá thành hệ thống còn cao vì thế nó chỉ được áp dụng ở những nơi đòi hỏi chất lượng cao với các chỉ số chất lượng đáp ứng những đòi hỏi kỹ thuật khắt khe hoặc là kết hợp với việc điều chỉnh tốc độ động cơ