Giáo trình trang bị điện - Phần I Khí cụ điện và trang bị điện - Chương 8 potx

http://www.ebook.edu.vn 55 Chơng VIII Tự động điều chỉnh v ổn định 8.1.Khái niệm về tự động điều chỉnh v ổn định 8.1.1. Tự động điều chỉnh * Tự động điều chỉnh: Là phơng pháp sử dụng các tín hiệu điện tác động lên hệ thống cần điều khiển để làm thay đổi các đại lợng vật lí của hệ thống đó * Ví dụ: Hệ thống máy phát - động cơ thông qua tín hiệu điều chỉnh I kt của MF mà ta điều chỉnh đợc tốc độ động cơ 8.1.2. Tự động ổn định: Là khả năng của hệ thống khi có những biến đổi sẽ tự phục hồi đợc chế độ ban đầu. Muốn thế cần có các khâu hồi tiếp( hay phản hồi) và khâu tự động điều chỉnh và các khâu chung gian khác nh hình vẽ 8-1 8.1.2. Phạm vi điều chỉnh và đại lợng đặc trng 1. Phạm vi điều chỉnh: Là tỷ số giữa các giá trị vật lí lớn nhất và nhỏ nhât của hệ thống điều chỉnh đợc để có một giá trị đầu ra có thể không đổi. Kí hiệu phạm vi điều chỉnh D D = mi n max A A Trong đó: A max là gía trị lớn nhất có thể điều chỉnh đợc A min là gía trị nhỏ nhất có thể điều chỉnh đợc Ví dụ: Máy ổn áp gia đình phạm vi điều chỉnh từ 240 ữ 40V sao cho điện áp ra ở 240V D = 1 6 40 240 = suy ra D = 6 ữ 1 2. Đại lợng đặc trng: Trong thực tế hệ thống TĐĐ có moọt số đại lợng vật lý thờng đợc tự động điều chỉnh là: Tốc độ, điện áp, dòng điện 8.2.Điều chỉnh ổn định điện áp 8.2.1.Nguyên lý điều chỉnh ổn định trên tổ máy MFĐB3 pha :Việc vận hành MFĐ đòi hỏi phải tự động điều chỉnh điện áp, tần số, công suất ( P,Q) và biiện pháp hoà đồng bộ. * Tự động điều chỉnh ổn điịnh điện áp + Điện áp MFĐ ĐB đợc tự động điều chỉnh ổn định bằng cách tự động điều chỉnh I KT + Có nhiều sơ đồ điều chỉnh khác nhau nh dùng chỉnh lu có điều khiển hoặc cuộn dây điện kháng vvv * Một sơ đồ dùng chỉnh lu có điều khiển để tự động điều chỉnh I KT nh hình vẽ 8-2 sau Thông qua khối đo lờng và so sánh thực hiện chức năng so sánh điện áp trên cực của MF và điện áp định chuẩn( U MF <U đm ). Sự sai lệch điện áp đợc đa đến http://www.ebook.edu.vn 56 bộ tự động điều chỉnh điện áp máy phát xung( FX) bộ chỉnh lu có điều khiển làm biến thiên I KT của máy phát giữa cho điện áp không đổi. * Tự động điều chỉnh tần số: Bằng cách tự động điều chỉnh tốc đọ động cơ sơ cấp.Ta biết MFĐ thờng có cơ cấu li tâm vậy khi tốc độ mà thay đổi thì lực li tâm tác động vào cơ cấu làm tự động đóng, mở thêm lợng nớc, hoặc lợng hơi vào tua bin để giữ cho tốc độ động cơ không đổi khi đó gĩ cho tần số không đổi. * Tự động điều chỉnh công suất + Điều chỉnh công suất tác dụng: Bằng cách điều chỉnh P sc muốn điều chỉnh P sc ta điều chỉnh lợng nớc, hoặc lợng hơi vào tua bin + Điều chỉnh công suất phản kháng: Bằng cách điều chỉnh I KT 8.2.2. Nguyên lý điều chỉnh ổn định trên tổ máy MFĐXC 1 pha ( Tơng tự nh 3 pha) 8.2.3. Các mạch điện ổn áp thông dụng nh sơ đồ hình 8-3 sau + Con chạy S đợc điều khiển lên xuống bằng động cơ chấp hành nhằm thay đổi số vòng dây quấn thứ cấp MBATN để duy trì điện áp U 2 không đổi + Cụ thể khi U 2 thay đổi thì tín hiệu ra sau khối đo lờng lấy mẫu vào so sánh rồi đa vào bộ khuyếch đại đa vào khối điều khiển động cơ động cơ M quay thuận thuận đẩy con trợt đI lên hoặc đI xuống để U 2 tăng lên hoặc giảm xuống bằng với U đm 8.3.Điều chỉnh ổn định tốc độ 8.3.1.Nguyên tắc điều chỉnh ổn định tốc độ ĐCĐ 1chiều và xoay chiều Để đảm bảo công nghệ phức tạp khác nhau, nâng cao mức độ tự động, năng xuất của hệTĐĐ cần phảI điều chỉnh tốc độ của máy theo yêu cầu công nghệ. Ngời ta có thể điều chỉnh bằng phơng pháp cơ, có thể bằng phơng pháp điện. Điều chỉnh tốc độ bằng phơng pháp điện nh điều chỉnh theo nguyên tắc dòng điện, tốc độ, tần số vv 8.3.2. Điều chỉnh ổn định tốc độ ĐCĐ 1chiều Từ phơng trình đặc tính cơ = M dmK R dmK Udm . ).(. Ta thấy mối quan hệ = f(M) phụ thuộc vào các thông số điện nh U,R Ư vv. Sự thay đổi các thông số này dẫn đến họ đặc tính thay đổi khác nhau. Vậy động cơ điện một chiều có thể điều chỉnh tốc độ bằng các phơng pháp sau Phơng pháp1: Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp phần ứng * Sơ đồ nguyên lý nối dây và họ đờng đặc tính nh hình vẽ 8-4a + Giả sử ĐC đang làm việc tại điểm A trên đờng đặc tính cơ tự nhiên số 1 ứng với M đm , U 1 = U đm nh hình 8-4b Khi điện áp giảm từ U 1 xuống U 2 ( tức U 2 <U đm = U 1 ) động cơ thay đổi điểm làm việc từ điểm A trên đờng 1 sang điểm B sang đơng số 2 và giảm tốc độ xuống điểm D ( Vì M B < M C ) nên ĐC giảm tốc độ có D < A vòng quay ổn định ở điểm http://www.ebook.edu.vn 57 D ứng với U 2 + Tơng tự khi điện áp giảm khi điện áp giảm từ U 1 xuống U 3 tức là U giảm quá mạnh thì tốc độ động cơ đang từ cao giảm quá nhanh. Quá trình giảm tốc độ quá nhanh nh thế có thể xảy ra quá trình hãm tái sinh nh đoạn EC trên đờng đặc tính số 3 + Khi ĐC đang làm việc tại điểm I trên đờng số 5 ứng với U 5 <U đm muốn tăng U lên U 4 thì động cơ sẽ chuyển điểm làm việc từ điểm I ứng với I và M C sang điểm G và tăng tốc đến điểm H ứng với H trên đờng số 4 ứng với U 4 vì M G >M C nên động cơ tăng tốc( Chỉ cho phép tăng tốc độ đến điểm làm việc ứng với U đm ) nh hình 8-4b * Đặc điểm phơng pháp này +Phơng pháp này chỉ thay đổi U về phía giảm( U U ĐM ) nên phơng pháp này chỉ cho phép điều chỉnh giảm tốc độ + Điện áp phần ứng càng giảm thì tốc ddoj động cơ càng giảm + Chỉ thay đổi tốc độ ĐC về phía giảm áp( Vì có thể thay đổi U Ư U đm ) + Độ cứng đặc tính cơ giữ không đổi trong toàn dảI điều chỉnh + Điều chỉnh trơn trong dải điều chỉnh D = 10 ữ 1 b. Phơng pháp2: Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở phần ứng * Sơ đồ nối dây và họ đờng đặc tính nh hình vẽ 8- 5a và 8- 5b * Đặc điểm phơng pháp này + R Ư càng tăng thì động cơ càng giảm + Độ cứng đặc tính cơ giảm khi tăng điện trở ở mạch phần ứng + Điện trở phần ứng càng tăng độ dốc đặc tính càng lớn đặc tính cơ càng mềm, độ ổn định tốc độ càng kém, sai số tốc độ càng lớn + Chỉ cho phép thay đổi tốc độ về phía giảm. Vì chỉ có theer tăng thêm điện trở vào mạch phần ứng + Điều chỉnh trơn trong dảI điều chỉnh D = 5 ữ 1 c. Phơng pháp3: Điều chỉnh bằng cách thay đổi từ thông * Muốn thay đổi từ thông động cơ ta thay đổi I KT . Muốn thay đổi I KT bằng cách thay đổi R KT mắc nối ở mạch kích từ nh hình vẽ 8- 6a và họ đờng đặc tính cơ nh hình vẽ 8- 6b sau * Đặc điểm của phơng pháp này + Từ thông càng giảm tốc độ động cơ càng lớn + Độ cứng đặc tính cơ giảm khi từ thông giảm + Điều chỉnh trơn trong dảI điều chỉnh D = 3 ữ 1 + Chỉ thay đổi tốc độ động cơ về phía tăng. Vì chỉ có thể thay đổi R KT về phía tăng để làm giảm I KT ( I KT < I đm ) http://www.ebook.edu.vn 58 8.3.3.Phơng pháp điều chỉnh tốc độ động cơ điện xoay chiều Từ phơng trình đặc tính cơ M = Xnm S R RS RphU + + .13 a.Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi R P mạch phần ứng rôto * Sơ đồ nguyên lí và đờng đặc tính nh hình vẽ 8-7a và 8- 7b sau * Đặc điểm + Phơng pháp này chỉ áp dụng cho động cơ điện KĐB rôto dây quấn + Phơng pháp này chỉ điều chỉnh tốc độ về phía giảm + Tốc độ càng giảm đặc tính càng mềm tốc độ càng kém ổn định + Dải điều chỉnh phụ thuộc vào trị số mô mem tải. Mô mem tải càng nhỏ dảI điều chỉnh càng hẹp + Khi điều chỉnh sâu độ trợt càng tăng và tổn hao năng lợng khi điều chỉnh càng lớn + Phơng pháp này có thể điều chỉnh trơn nhờ biến trở nhng do dòng phần ứng lớn nên thờng đợc điều chỉnh theo cấp b. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi điện áp nguồn đặt vào phần cảm động cơ * Sơ đồ nguyên lí và đờng đặc tính nh hình vẽ 8-8a và 8- 8b sau * Đặc điểm + Phơng pháp này chỉ thay đổi về phía giảm điện áp( U < U đm ) nên chỉ thay đổi tốc độ động cơ về phía giảm + Khi giảm điện áp thì mô mem tới hạn giảm mạnh trong khi đó 0 giữ nguyên nên khi điều chỉnh về tốc độ giảm thì đặc tính cơ giảm độ cứng và ổn định tốc độ kém + Đặc tính cơ của động cơ thờng có độ trựt tới hạn nhỏ nên phơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp đặt vào phần cảm thờng kết hợp với tăng điện trở ở mạch phần ứng để tăng độ trợt tới hạn do đó tăng đợc dảI điều chỉnhlớn hơn c. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi tần số của nguồn cấp Từ công thức 0 = P f 12 hoặc n = P f 160 Ta thấy khi thay đổi tần số sẽ thay đổi đợc tốc độ động cơ * Sơ đồ nguyên lí và đờng đặc tính nh hình vẽ 8-9a và 8- 9b sau * Đặc điểm + Tần số càng cao thì tốc độ càng lớn + Khi giảm f < f đm thì cảm kháng của động cơ giảm, dòng điện tăng do đó mô mem tới hạn càng lớn.Vây để tránh cho động cơ bị quá dòng ta phải tiến hành http://www.ebook.edu.vn 59 giảm cả điện áp sao cho const f U = + Khi giảm f > f đm ta không thể tăng điện áp U > U đm đợc nên đặc tính cơ giữ đợc mô mem tới hạn d. Điều chỉnh tốc độ động cơ bằng cách thay đổi số đôi cực Từ công thức 0 = P f 12 hoặc n = P f 160 Ta thấy khi thay đổi số đôi cực sẽ thay đổi đợc tốc độ động cơ Muốn thay đổi số đôi cực bằng cách thay đổi cách nối cuộn dây Stato động cơ + Sơ đồ chuyển đổi cuộn dây Stato động cơ có 2P = 4 chạy tốc độ chậm động cơ đấu tam giác sang 2P = 2 động cơ đấu YY kép chạy tốc độ nhanh nh hình vẽ 8- 10a hoặc 8-10b và đờng đặc tính cơ nh hình vẽ 8- 10c 8.3.4.Điều chỉnh tốc độ động cơ điện gia dụng 1.Điều chỉnh tốc độ độnh cơ điện bằng cách thay đổi điện áp * Mạch điều chỉnh tốc độ động cơ (quạt bàn dùng Triac) xem lại mạch 6.2.6 * Mạch điều khiển tốc độ ĐCĐ máy khâu bằng chiết áp V R nh hình vẽ 8-11 2. Mạch điều chỉnh tốc độ động cơ điện bằng cuộn dây số ngoài( quạt trần) Nh hình vẽ 8-12 + Khi bật số 1 quạt chạy với tốc độ lớn nhất + Khi bật số 5 quạt chạy với tốc độ chậm nhất 3.Mạch điều chỉnh tốc độ động cơ điện bằng cuộn dây số trong ( quạt bàn) nh hình vẽ 8-13 + Khi bật số 1 quạt chạy với tốc độ nhanh nhất. Vì điện áp nguồn đặt trực tiếp vào cuộn dây làm việc + Khi bật số 3 quạt chạy với tốc độ chậm nhất. Vì điện áp nguồn đặt vào cuộn dây làm việc rơI bớt một hần trên cuộn dây số1 và số2. + Về cách chế tạo: Các cuộn dây số có thể lồng chung rãnh với cuộn làm việc hoặc cuộn khởi động có số bối dây bằng số bối dây của cuộn làm việc nhng có đờng kính dây và số vòng dây nhỏ hơn cuộn làm việc. 4.Điều chỉnh tốc độ ĐCĐ bằng cách thay đổi số đôi cực: Muốn thay đổi số đôi cực bằng cách quấn lại hoặc đấu lại cuộn dây. 8.4 .Điều chỉnh ổn định nhiệt độ 8.4.1.Khái quát chung + Trong đời sống sản xuât cũng nh trong sinh hoạt yêu cầu sử dụng nhiệt năng rất lớn nhng tuỳ theo từng lĩnh vực mà nhiệt năng đợc sử dụng với các mục đích khác nhau + Ví dụ: Trong công nghiệp nhiệt năng dùng để sấy hoặc để nhiệt luyện, để nấu chảy kim loại. Còn trong đời sống sinh hoạt nhiệt năng dùng để nấu hoặc để bảo http://www.ebook.edu.vn 60 quản thực phẩm ( Tủ lạnh, máy điều hoà nhiệt độ ) + Nhiệt năng đều đợc sản xuất từ các nguồn khác nhau + Trong quá trình sử dụng nhiệt năng cần đợc ổn định ở một giá trị đặt trớc theo yêu cầu. Vì vậy cần có hệ thống điều chỉnh nhiệt độ. Hệ thống điều chỉnh nhiệt độ có thể bằng cơ học, có thể tự động hoá thông qua các thiết bị nh cảm biến nhiệt, hệ thống đo lờng, hệ thống rơ le điều chỉnh nhiệt độ. 8.4.2.điều chỉnh ổn định lò nhiệt nóng( xem lại sơ đồ 6.2.5) + Thiết bị sinh nhiệt thờng dùng dây điện trở hoặc phơng pháp hồ quang điện + Việc khống chế nhiệt độ lò thờng thực hiện bằng cách tự động đóng mở nguồn cấp điện cho lò. Thiết bị dùng để tự động khống chế là rơ le nhịêt loại có tiếp điểm hoặc loại không có tiiếp điểm là rơ le điều chỉnh nhiệt độ thông qua cảm biến nhiệt, điện trở nhiệt và ICvvv 8.4.3.Điều chỉnh ổn định nhiệt lạnh + Trong quá trình vận hành hệ thống lạnh nhiệt độ của đối tợng cần lạnh thờng bị biến động do tác động của các dòng nhiệt khác nhau từ môI trờng bên ngoài vào hoặc ngay từ bên trong buồng lạnh + Để giữ đợc nhiệt độ không đổi hoặc chỉ thay đổi trong phạm vi cho phép là một việc làm rất cần thiết.Muốn vậy ta cần phảI có bộ phận điều chỉnhtự động hệ thống làm việc của máy lạnh. Ngoài chức năng điều khiển và làm lạnh còn có chức năng đo lờng, bảo vệ hệ thống lạnh. Chơng IX Trang bị điện xí nghiệp 9.1.Tủ điện hạ áp v tủ bù 9.1.1. Tủ điện hạ áp: Tủ điện hạ áp thờng dùng vỏ bằng kim loại.Trong tủ có các thiết bị đóng cắt tới 600V. Tủ có thể làm việc với nhiệt độ môi trờng - 30 0 ữ 40 0 nhng không làm việc đợc môI trờng dễ nổ. 1.Phân loại tủ hạ áp: Có 2 loại kết cấu tủ hạ áp đó là loại lắp đặt trong nhà và loại lắp đặt ngoài trời. Về thiết bị bên trong của 2 loại này chúng đều nh nhau. Nó gồm các thiết bị đóng cắt, bảo vệ, đo lờngvvv 2.Nguyên lý hệ thống phân phối điện Nguồn điện từ nơi sản xuất đến nơi tiêu thụ điện phảI truyền tảI trên đờng dây dài với điện áp cao thì rất cần phải qua các máy biến áp. Bởi vì nếu ta tăng điện áp của đờng dây lên cao thì dòng điện chạy trên đờng dây sẽ nhỏ đi, tiêt kiệm đợc kim loại màu. Mặt khác dòng điện dây giảm sẽ giảm đợc các tổn hao trên điện trở đờng dây.Do vậy ở đầu đờng dây bao giờ cũng đặt máy biến áp tăng áp. Điện . thống phân ph i i n Nguồn i n từ n i sản xuất đến n i tiêu thụ i n ph I truyền t I trên đờng dây d i v i i n áp cao thì rất cần ph i qua các máy biến áp. B i vì nếu ta tăng i n áp của đờng. cấp i n cho lò. Thiết bị dùng để tự động khống chế là rơ le nhịêt lo i có tiếp i m hoặc lo i không có tiiếp i m là rơ le i u chỉnh nhiệt độ thông qua cảm biến nhiệt, i n trở nhiệt và ICvvv. phía giảm i n áp( U < U đm ) nên chỉ thay đ i tốc độ động cơ về phía giảm + Khi giảm i n áp thì mô mem t i hạn giảm mạnh trong khi đó 0 giữ nguyên nên khi i u chỉnh về tốc độ giảm thì