Bài tập lớn điều khiển truyền động điện

Bài tập lớn điều khiển truyền động điện

Bài tập lớn điều khiển truyền động điện

Câu 1

Lập sơ đồ điều khiển tự động khởi động 5 cấp tốc độ động cơ không đồng

bộ Rotor dây quấn, biết rằng động cơ công suất nhỏ, không cần đổi chiều

quay ( điều khiển theo thời gian).chuyển sơ đồ sang điều khiển PLC

Trả lời

I.Tư duy xây dựng sơ đồ

 Vì ĐC công suất nhỏ lên các thiết bị bảo vệ có thể đấu trực tiếp vào

mạch lực của ĐC

 Không cần đảo chiều quay lên chỉ cần 1 contactor để cấp điện cho

ĐC

 Điều khiển theo nguyên tắc thời gian vì vậy cần các Relay thời gian

II Thành phần trong sơ đồ

1.Các phần tử trong sơ đồ:

 1A,2A : Hai áp tô mát đóng cắt mạch bằng tay và cắt mạch tự động khi có sự cố: quá tải,ngắn mạch,sụt áp

 1RI-2RI : Các rơle dòng điện để bảo vệ dòng điện cực đại nếu dòng điện trong mạch bảo vệ tăng lên do quá tải hoặc ngắn mạch.Cuộn dây rơle dòng mắc nối tiếp với mạch cần bảo vệ

 RN : Rơle nhiệt (Có nút nhấn phục hồi) để bảo vệ động cơ khỏi bị quá tải

 iRt với i =(1-5) : 5 rơle thời gian với thời gian chỉnh định

tcđ(iRt)=ti-tr(iG) trong đó ti là thời gian quá độ trên cấp điện trở phụ thứ i , tr(iG) là thời gian quán tính(tác động riêng) của công tắc tơ G thứ i tương ứng

 iG với i =(1-5): 5 công tắc tơ để đóng /cắt các cấp điện trở phụ thứ i tương ứng

 K : công tắc tơ để đóng /cắt nguồn cấp cho động cơ

2 sơ đồ hình vẽ

1

1A

K1

RN

5G1

4G1

3G1

2G1

1G1

2A

K2

K

1RI 2RI RN

1G

2G

3G

4G

5G

1Rt

2Rt

3Rt

4Rt

5Rt

K3 1Rt1

2Rt1

3Rt1

4Rt1

K4

1G3

2G3

3G3

4G3

5Rt1

1G2

2G2

3G2

4G2

Mạch điều khiển

Mạch lực

III Nguyên lý hoạt động

- Nếu ta đóng Atomat 1A và 2A thì động cơ chưa quay và 2 tiếp điểm 1Rt, 2Rt mở ra

- Muốn khởi động động cơ ta nhấn nút M thì K có điện nếu không có sự cố, K1 đóng lại đưa động cơ vào khởi động, K2 tự đóng lại (giữ nguyên trạng thái khi bỏ tay khỏi nút nhấn)

- K3 đóng lại để chuẩn bị cấp điện cho công tắc tơ 1G, đảm bảo trình tự tác động của sơ đồ

- K4 mở ra ngắt điện rơ le, rơ le bắt đầu tính thời gian từ khi ngắt điện ( khi nhấn nút M )

- tính xong thời gian thì 1Rt sẽ đóng vào, lúc đó cấp điện cho 1G

+1G1 sẽ đóng vào, loại R1

+1G2 sẽ đóng vào, đảm bảo trình tự tác động

+1G3 mở ra để ngắt điện cho rơ le 2Rt

- Rơ le 2Rt bị ngắt điện, rơ le bắt đầu tính thời gian từ khi 1G3 mở

+2G1 đóng vào, loại R2

+2G2 đóng vào, chuẩn bị tiếp tục bước tiếp theo

+2G3 mở ra ngắt điện cho rơ le 3Rt

- Trình tự lặp lại với 3G, 4G, 5G

Thời gian chỉnh định của rơ le

 Thời Gian chỉnh định tính theo công thức : TCd(iRt) = Ti – Tr(iG); I

= 1 – 5

 Ti : thời gian quá trình quá độ của Relay time thứ I

 Tr(iG) : thời gian tác động riêng của Contactor iG

TCd(iRt) : thời gian chỉnh định của Relay time iRt

- Để dừng động cơ ta nhấn nút D Lúc này K mất điện làm cho các tiếp điểm của K trở về trạng thái thường K1 mở ra ngừng cấp điện cho động cơ Các tiếp điểm của các Contactor 1G đến 5G và các Relay Time 1Rt đến 5Rtcũng lần lượt trở về trạng thái thường ĐC ngừng hoạt động

- Trong Khi khởi động và hoạt động, nếu gặp sự cố thì các Relay RI và RN

sẽ tác động làm cho K mất điện quá trình diễn ra như lúc nhấn nút D ĐC ngừng hoạt động

IV lập trình PLC

3

1.Tín hiệu ra vào plc

Tín hiệu đưa vào PLC:

 Tín hiệu từ nút nhấn M để khởi động động cơ

 Tín hiệu từ nút nhấn M để dừng động cơ

 Tín hiệu từ rơ le nhiệt RN để báo quá tải

 Tín hiệu từ rơ le dòng điện 1RI,2RI để báo ngắn mạch

Tín hiệu đưa ra từ PLC để điều khiển:

 Tín hiệu để đóng /cắt điện các công tắc tơ K,iG nếu dùng PLC có CPU AC/DC/RLY.Hoặc tín hiệu để đóng /cắt điện các rơ le trung gian tương ứng để điều khiển các công tơ nếu dùng PLC có CPU DC/DC/DC

 Tín hiệu đóng /cắt điện các đèn báo

2.Bảng xác định ký hiệu và địa chỉ vào/ra:

3.Sơ đồ kết nối PLC với nguồn và ngoại vi:

1M 1L 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 2M 2L 0.5 0.6 0.7 1.0 1.1 M L+ DC

1M 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 2M 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 M L+

I

Q

R_I RN

KĐ D

PLC S7-200 CPU DC/DC/DC

24V DC SENSOR POWER INPUT 24V

T1

Với: T1 : rơ le trung gian điều khiển công tắc tơ K

T2,T3,T4,T5,T6 : các rơ le trung gian tương ứng điều khiển các công tắc tơ 1G,2G,3G,4G,5G

1L 0.0 0.1 0.2 0.3 2L 0.4 0.5 0.6 3L 0.7 1.0 M L1 DC

1M 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 2M 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 M L+

I

Q

1G 2G 3G 4G 5G

K

R_I RN

KĐ D

PLC S7-200 CPU AC/DC/RLY

24V DC SENSOR POWER INPUT

1.1

AC

AC AC

L+

N-L+

N-24V

4.Chương trình điều khiển dạng LAD:

5

Giả sử thời gian khởi động t=20s,thời gian quá độ trên mỗi cấp bằng nhau và

ti=4s:

Câu 2: Lập sơ đồ nguyên lý điểu khiển 3 cấp tốc độ động cơ

không đồng bộ Rotor dây quấn có công suất lớn có đổi chiều

quay.Điều khiển theo nguyên tắc thời gian.

Lập sơ đồ điều khiển bằng PLC.

Trả lời

I Tư duy xây dựng sơ đồ

- Vì ĐC công suất lớn lên các thiết bị bảo vệ không thể đấu trực tiếp vào

mạch lực(Vì Relay chỉ chịu được dòng 5-10A) mà phải đấu gián tiếp.Ở đây

ta sử dụng biến dòng để đẩu gián tiếp với các thiết bị bảo vệ

- Cần đảo điều chiều quay đối với ĐCKĐB thì chỉ cần đảo 2 trong 3 pha.Lên trong sơ đồ phải sử dụng 2 Contactor chính là 1K và 2K để điều khiển đảo chiều quay

+Khi sử dụng 2 Contactor sẽ gây ra nhiều nguy cơ: ngắn mạch nguồn nếu 2 contactor cùng đóng vì vậy cần phải trang bị thêm hình thức bảo

vệ nữa là bảo vệ liên động để đảm bảo chắc chắn không xảy ra tình trạng 2Contactor cùng đóng.Ở đây sử dụng 2 hình thức là liên động cơ

và liên động điện

- ĐC công suất lớn lên yêu cầu dòng hút lớn(10-20A) nên nếu ta đấu trực tiếp các tiếp điểm của Relay thì không chịu được, vì vậy ta sử dụng thêm 1 Relay trung gian mà tiếp điểm có thể chịu được dòng lớn Với ĐC công suất lớn ta sử dụng Relay dòng và hiệu chỉnh sao cho khi dòng điện I1

>=(1,2-1,3)Iđm thì phải tác động bảo vệ loại động cơ ra khỏi nguồn thay cho sử dụng Relay nhiệt vì khi dòng điện quá lớn thì Relay nhiệt sẽ bị đứt Yêu cầu hệ thống bảo vệ cần phân biệt đâu là khởi động (Ikđ),đâu là quá tải(Iqt) nhờ rơle thời gian Rt theo nguyên tắc: Nếu thời gian tồn tại dòng I1>=(1.2-1.3)Iđm lớn hơn thời gian khởi động thì đó là quá tải

II Thành phần trong sơ đồ

1.Các phần tử trong sơ đồ:

 1A,2A: Hai áp tô mát dùng để đóng /cắt để sửa chửa khi có sự cố đồng thời nó bảo vệ động cơ khi ngắn mạch

 1RI,3RI:Hai rơ le dòng điện để bảo vệ dòng điện cực đại nếu dòng điện trong mạch bảo vệ tăng lên do quá tải hoặc ngắn mạch

 2RI,4RI: Hai rơle dòng bảo vệ quá tải

 1Rt,2Rt,3Rt: Ba rơle thời gian với thời gian chỉnh định tcđ(iRt)=ti

-tr(iG) trong đó ti là thời gian quá độ trên cấp điện trở thứ i , tr(iG) là thời gian quán tính(tác động riêng) của công tắc tơ G thứ i

 4Rt: Rơ le thời gian làm nhiệm vụ phân biệt quá trình khởi động và quá tải với thời gian chỉnh định tcđ(4Rt)>tkđ (thường chọn tkđ=(10 đến 20)giây)

 1G,2G,3G : Ba công tắc tơ để đóng /cắt các cấp điện trở phụ tương ứng

 TG: Rơ le trung gian

 1K,2K:Hai công tắc tơ để đảo chiều quay động cơ

2 sơ đồ hình vẽ

9

2RI

3RI

4RI

1A

3G1

2G1

1G1

M

2A D

T

N

2K5

1K5

1K

2K

TG1

1Rt1

2Rt1 3Rt1

4Rt1

1K2

2K2

1K3

3K3

1G

2G 1G2

1RI 3RI

TG2

TG

2RI

4Rt

Đấu gián tiếp bằng biến dòng

Liên động cơ Liên động điện

Điều khiển tự động theo nguyên tắc

thời gian

Bảo vệ quá tải và ngắn mạch

III Nguyên lý hoạt động

 Đóng 1A và 2A để cấp điện cho mạch lực và mạch điều khiển, lúc này

động cơ chưa quay Các Relay time 1Rt, 2Rt , 3Rt (các Relay này chỉ

đếm khi mất điện) được cấp điện nên các tiếp điểm thường đóng đóng

chậm của nó mở ra.Nếu không có sự cố nào xảy ra trong mạch

 Nếu ấn nút Tiến thì công tắc tơ 1K có điện:

 Đóng tiếp điểm 1K2 để tự giữ (duy trì trạng thái có điện cho công tắc tơ 1K)

 Đóng tiếp điểm 1K3 để chuẩn bị cấp điện cho Contactor 1G

 Mở tiếp điểm 1K4 để cắt điện Relay thời gian 1Rt

 Mở tiếp điểm 1K5 để không cấp điện cho Contactor 2K

 Nếu ấn nút Lùi để đảo chiều quay thì Contactor 2K có điện:

 Đóng tiếp điểm 2K2 để tự giữ (duy trì trạng thái có điện cho công tắc tơ 2K)

 Đóng tiếp điểm 2K3 để chuẩn bị cấp điện cho Contactor 2G

 Mở tiếp điểm 2K4 để cắt điện Relay thời gian 1Rt

 Mở tiếp điểm 1K5 để không cấp điện cho Contactor 1K

 Rơ le thời gian 1Rt mất điện đóng chậm tiếp điểm 1Rt1 Sau khoảng thời gian tcđ(1Rt) (kể từ khi nhấn nút Tiến) sẽ : đóng tiếp điểm 1Rt1 và cấp điện cho Contactor 1G

o Contactor 1G có điện :

 Đóng tiếp điểm 1G1 để loại cấp điện trở thứ 1 ra khỏi mạch phần ứng

 Đóng tiếp điểm 1G2 để chuẩn bị cấp điện cho công tắc tơ 2G

 Mở tiếp điểm 1G3 cắt điện rơle thời gian 2Rt

 Rơle thời gian 2Rt mất điện sẽ đóng chậm tiếp điểm 2Rt1.Sau khoảng thời gian tcđ(2Rt) (kể từ khi rơ le thời gian 2Rt mất điện)

sẽ đóng tiếp điểm 2Rt1 và cấp điện cho công tắc tơ 2G

o Contactor 2G có điện:

 Đóng tiếp điểm 2G1 để loại cấp điện trở thứ 2 ra khỏi mạch phần ứng

 Đóng tiếp điểm 2G2 để chuẩn bị cấp điện cho công tắc tơ 3G

 Mở tiếp điểm 2G3 cắt điện rơle thời gian 3Rt

 Rơle thời gian 3Rt mất điện sẽ đóng chậm tiếp điểm 3Rt1.Sau khoảng thời gian tcđ(3Rt) (kể từ khi rơ le thời gian 3Rt mất điện)

sẽ đóng tiếp điểm 3Rt1 và cấp điện cho công tắc tơ 3G

o Contactor 3G có điện:

11

 Đóng tiếp điểm 3G1 để loại cấp điện trở thứ 3 ra khỏi mạch phần ứng

 Động cơ trở về làm việc trên đặc tính tự nhiên

Quá trình khởi động kết thúc

Khi động cơ đang hoạt động nếu nhấn nút dừng D thì động cơ dừng lại

Khi động cơ đang hoạt động nếu có dòng điện lớn chạy qua động cơ ,qua hệ

số biến dòng dòng điện chạy vào các Relay có giá trị như nhau.Bảo vệ cực đại tác động tức thời ,Relay cực đại tác động (1RI,3RI hoặc cả hai) sẽ cấp điện cho Relay trung gian TG để mở tiếp điểm TG1 cắt điện công tắc tơ 1K,2K và cắt nguồn cấp cho động cơ.Đồng thời đóng tiếp điểm TG2 để tự giữ trạng thái có điện cho Relay trung gian TG

Còn khi bị quá tải hoặc khởi động thì các rơ le (2RI,4RI hoặc cả hai) tác động

để cấp điện cho rơ le thời gian 4Rt.Rơ le 4Rt bắt đầu tính thời gian và nếu trong khi đang tính tcđ(4Rt)<tkđ mà 2RI và 4RI mở ra thì rơ le 4Rt lại mất điện trở về trạng thái cũ.Đây là quá trình khởi động Nếu (2RI,4RI hoặc cả hai) tác động với thời gian tcđ(4Rt)>=tkđ thì tiếp điểm 3Rt1 đóng sẽ cấp điện cho rơ le trung gian TG để mở tiếp điểm TG1 cắt điện công tắc tơ 1K,2K và cắt nguồn cấp cho động cơ.Đồng thời đóng tiếp điểm TG2 để tự giữ trạng thái có điện cho rơ le trung gian TG

IV lập trình PLC

1.Tín hiệu ra vào plc

Tín hiệu đưa vào PLC:

 Tín hiệu từ nút T,N để động cơ quay thuận/nghịch

 Tín hiệu từ hai rơ le dòng 1RI-3RI bảo vệ dòng điện cực đại

 Tín hiêu từ hai rơ le dòng 2RI-4RI bảo vệ quá tải

 Tín hiệu từ nút D để dừng động cơ

Tín hiệu đưa ra từ PLC để điều khiển:

 Tín hiệu để đóng /cắt các rơ le trung gian T để điều khiển các công tắc

tơ TG,1G,2G,3G,1K,2K

 Tín hiệu đóng /cắt điện cho đèn báo

2.Bảng xác định ký hiệu và địa chỉ vào/ra:

3.Sơ đồ kết nối PLC với nguồn và ngoại vi:

1M 1L 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 2M 2L 0.5 0.6 0.7 1.0 1.1 M L+ DC

1M 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 2M 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 M L+

I

Q

T1

PLC S7-200 CPU 224 DC/DC/DC

Đèn Báo

24V DC SENSOR POWER INPUT 24V

2RI 3RI 4RI

N 1RI

T2 T1

13

1L 0.0 0.1 0.2 0.3 2L 0.4 0.5 0.6 3L 0.7 1.0 M L1 DC

1M 0.0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 2M 1.0 1.1 1.2 1.3 1.4 1.5 M L+

I

Q

T1

2RI 3RI 1RI

T

PLC S7-200 CPU 224 AC/DC/RLY

Đèn Báo

24V DC SENSOR POWER INPUT

1.1

AC AC

L+

N-L+

N-24V

D T2 T1

Với T1,T2,T3,T4,T5,T6 lần lượt là các rơ le trung gian một chiều với CPU DC/DC/

DC( hoặc các rơ le trung gian xoay chiều với CPU AC/DC/RLY) điều khiển đóng/cắt công tắc tơ 1K,2K,1G,2G,3G,TG

Q0.0

Q0.1

Q0.2

Q0.3

Q0.4

Q0.5

4.Chương trình điều khiển dạng LAD:

Giả sử thời gian khởi động t=18s,thời gian quá độ trên mỗi cấp bằng nhau và ti=6s

Ấn nút quay thuận T( hoặc quay ngược N )để cấp điện và tự giữ trạng thái có điện của công tắc tơ 1K (hoặc 2K) cấp nguồn cho động cơ.Sau 6s thì đóng điện cho công tắc tơ 1G để loại cấp điện trở thứ 1.Tiếp đó sau 6s thì đóng điện cho công tắc tơ 2G để loại cấp điện trở thứ 2.Tiếp

đó 6s sau thì đóng điện cho công tắc tơ 3G để loại cấp điện trở thứ

cuối cùng trên mạch phần ứng.Quá trình khởi động kết thúc và đèn

báo đã khởi động xong được bật lên

15