Giáo trình Trang bị điện - điện tử trong máy công nghiệp

621.3 116 Ng - - - - Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRưừNG DẠI HỌC sư PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHÔ Hồ CHÍ MIN PGS. TS. ĐẶNG THIỆN NGÔN GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ٠ ٠ • TRONG MÁY CÔNG NGHIỆP ٠ B ộ GIÁO DỤC VÀ DÀO TẠO TRƯỜNG ٠ẠI HỌC Sư PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHÓ HÒ CHÍ MINH . . . . . . . . . . . . . . . . . . . PGS. TS. ٠ẶNG THIỆN NGỒN GIÁO TRÌNH T i BI ĐIỆN-ĐIỆN Tử TRONG mẳyCỏng Nghiệp Τ’ ' >,’·κ٠''···؛;τ٠ΐ■ r t؛ :*f ì л í T \ / ự ν ’.ί.,ι.Ι ٧:ا؟' i ز ,„ 100251 NHÀ XUẤT BẢN DẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HÒ CHÍ MINH اﺎﻣ '1 N - I)IỆN؛lỉỊ I)lf (؛GIÁO 1 RINH I RAN 1'RONG MÁY CÔNG NGHIỆI.' iô n'؛l)â n u 'r h iê n N ΝΗΛ ΧΙ’Λ Γ ΗΛΝ GIA IP Hồ CIIÍ MINH ’ﻻ ةا0 1(ΑΙ HỌC 1('.\ا1 ا 'ا)1'. F ) i'rc 'ا'ااا'ا ﺎﺑااﻻ ا .Ί ιιιιΐΰ .ااا!ا! ا١'؛ا٠ااا(٦ا .Λ 'ا٠اا٦ا اا١^ ا 1\ ٦ (1! Ί'Ι ١ , ٦١ . اااﻻاا \ أا ' اااآ'ا٠ ﻢﻟ٤اا (،'؛ أ!ا اﺎﻳ١ 0( ١ . SỐ Ι70 ،; آ :. ١ Χ,.· ١ 9 Ι7 2 ·.IX 2, :Ι ) Ί ١ í'A'iiu!it iii.Gilu.Yi ١ ( ١ !ηχ: 2Χ 229 !72 - 12maỉ!: \'iiLih^' ١ﺍ,ﺍﺁﺍ ١ﺓ(ﺍ١. Chiu tihth uhiệtu ٨ Ν.! ỈÁ؛ PS HUỲNH ﺍﺍ'ﺃﺍ'ﺍﺍﺍﺍ\'ﺥﺍﺍ \'ﺝ ﺍﺍ'ﺍﺍﺍ١ﺍﺍﺍ ﻝﺍ'ﺃﺍ'ﺍ؛1 ؛ﺍﺍ١ﺍ'ﺍ \'ﺍﺍ ﺍ،ﺍ<ﺍ1ﺍ ﺃﺍﺍﺍ١ﺍ ﺍ'ﺍﺍ-١ﺍ ﺍ ٦ Ι)sư phiim κ.ν thiiột ΤΙ. ΙΙ ‘ ا٠اا(. Iriíìíii« Đại ١/l iị ớ i ì /، ỉ ٦ Μ Λ ΙΙ,Λ Μ )?ΝΟ ٧ ΥΗΝΡ)1 ؛il ﺍﺍﺍﺍﺍﺍ Sưa ('.Ν؛1 ١ )Ι' ١ ( -1 Ι1 ' 1ﺍﺍ'|ﺍ 1١ﺍ1ﺍ ١ﺍ1١'ﺍ'ﻝ'ﺍ Ί · 0 Ι . Κ Γ ( \ ) l5 5-2 (> 12/C \l{/5 4 (> -(> X /l)H (jC II> H (M( ; ؛.٧ ١ 1-12 Ν Ι.(:Ί.22- 12٠Ιا1(؛.٠ا) اا In 300 cuốn khổ 16 X 24cm. số dăng ky kế hoạch xuất hẩn: 155؛- 2012/CXB/549-08/DHQGTPHCM. Quyết 'định xuất bản số: 06//Q1Đ- DHQGTPHCM cấp ngày 11/01/2013 của NXB DHQGTPHCM. I:n ttại Công ty TNHH In và Bao bl Hưng PhU. In xong và nộp lưu chiểu iquií I năm 2013. LỜI NÓI ĐÂU Trong các hệ thống sản xuất h؛ện dạ؛, trang bị diện - diện tử cho các nnáy công nghiệp có vai trò quan trọng trong việc diều khiển, vận hành các hệ tlhống tự dộng. CUng với sự phát triển mạnh mẽ của kỹ thuật diện tử và công nighệ thông tin, các trang thiết bị diện - dỉện tử cũng có nhiều phát triển dáng k،ể. Đặc biệt, các thỉết bị d؛ện tử công suất dã giUp cho các hệ thống sản xuất hioạt dộng dược chinh xác hơn, t؛ết kiệm năng lượng và an to n htm. Trong cuốn gỉáo trinh này, tác giả trinh bày những kiến thức cơ bản về trruyề-η dộng diện bao gồm các thiết bị diện, các hệ truyền dộng diện cơ bản v/à tiên tiến. Cuốn sách này bao gồm 6 chương: Chương 1 nêu khái niệm về các loại khi cụ diện thường dUng trong c،ông nghiệp hiện nay. Chương 2 trinh bày các phương pháp dỉều khiển dộng cơ không dồng b')ộ ba pha và dộng Cơ diện một chiều. Chương 3 giới thiệu các ứng dụng của diện từ công suất trong các imạch dỉều khiển dộng cơ. Chương 4 trinh bày các chế độ làm víệc của dộng cơ và sự chọn lựa dỉộng cơ phù hợp với yêu cầu làm việc. Chương. 5 dề cập dến các kiến thức cơ bản về dộng cơ bước và dộng c،ơ servo. Chương 6 trinh bày các khái niệm về PTC và các chương trìnli diều kihien PTC ứng dụng. Dối tượng phục vụ của giáo trinh là sinh viên ngành cơ khi trong các trrưOng dại học, cao dẳng. Ngoài ra, nó còn là tài l؛ệu tliam khảo cho sinh v/iên các chuyên ngành khác, các kỹ sư, kỹ thuật viên quan tâm. Mặc dù dã rất cố gắng song không thể tránh khỏi những thiếu sót nhất địịnh, tác giả mong nhận dược những góp ý cả về nội dung lẫn hinh thức của b؛ạn dọc dể giáo trinh ngày càng hoàn thiện hơn. ChUng tôỉ chân thành cảm ơn tớỉ bạn bè, dồng nghiệp và ban gỉáo trrình của TruCmg Dại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ Chi Minh dã giiUp đỡ dể ấn hành cuốn sách. Mọỉ ý kiến dOng góp xin gửi về: Bộ môn Công nghệ Chế tạo máy, Klhoa Cơ khi Chế tạo máy, Trường Dại học Sư phạm Kỹ thuật thành phố Hồ c:hí Minh, số 1, Võ Văn Ngân, Quận Thủ Dức, thành phố Hồ Chi Minh. Tác giả MỤC LỤC LỜI NÓI DẦU 3 MỤC LỤC 5 Chương 1: KHÍ CỤ ĐIỆN 9 1.1. ΚΗ؛ c ụ DIỆN d iEu k h iEn b ằn g t a y 9 1.1.1. cầudao 9 1.1.2. Công tắc xoay 10 1.1.3. Công tắc hành trinh 11 1.1.4. Nút ấn 11 1.2. KHÍ CỤ DIỆN DIEu KIIIEn x a 12 1.2.1. Role 13 1.2.2. Cỗng-tắc-to 19 1.2.3. Khởi dộng từ 21 1.3. KHÍ c ụ BẢO V Ệ 23 1.3.1. Cầu chảy 23 1.3.2. Ap-tô-mát 24 1.3.3. ELCB 25 1.4. KHl CỤ tAC Dộ n g d iệ n c o 27 1.4.1 .'Nam châm díện 27 1.4.2. Ly họp diện từ 28 1.4.3. Bàn dỉện từ 31 Chương 2: DẶC DIEM TRUYEn d ộ n g d iệ n 35 2.1. SO DỒ DIỆN vA cAC NGUYÊN TẮC THÀNH LẬP SO DÔ DIỆN 35 2.1.1. Khai niệm về so dồ diện 35 2.1.2. Ký hiệu các khi cụ và thỉết bị diện 35 s 2.1.3. Biểu diễn các ký hiệu trên sơ đồ điện 36 2.1.4. Nguyên tắc lập sơ đồ điện 39 2.1.5. Dạng sơ đồ điện 39 2.2. TRUYỀN ĐỘNG BẰNG ĐỘNG c ơ ĐIỆN KHÔNG ĐÔNG Bộ BA PHA 40 2.2.1. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ ba pha 41 2.2.2. Khởi động động cơ không đồng bộ 44 2.2.3. Đảo chiều động cơ không đồng bộ ba pha 51 2.2.4. Hãm động cơ không đồng bộ 53 2.2.5. Thay đổi tốc độ động cơ điện 58 2.3. TRUYỀN ĐỘNG BẰNG ĐỘNG c ơ MỘT CHIỀU . 66 2.3.1. Khởi động động cơ điện một chiều 66 2.3.2. Đảo chiều động cơ điện một chiều 70 2.3.3. Thay đổi số vòng quay động cơ điện một chiều 71 2.3.4. Hãm động cơ điện một chiều 72 Chương 3: ĐIỆN TỬ CÔNG SUẤT TRONG TRUYÈN ĐỘNG ĐIỆN 77 3.1. CÁC KHÍ c ụ ĐIỆN TỪ THUỜNG DÙNG TRONG CÔNG NGHIỆP 77 3.1.1. Diode 77 3.1.2. Transistor lưỡng cực (BJT) 79 3.1.3. Thyristor (SCR) 80 3.2. BIẾN TÀN 80 3.2.1. Khái niệm 81 3.2.2. Bộ biến tần trực tiếp 81 3.2.3. Bộ biển tần gián tiếp 83 3.2.4. Một sổ mạch ímg dụng b؛ến tần 88 3.3. Bộ KHỞI ĐỘNG MỀM (SOFT STARTER) 92 3.3.1. Khái niệm 92 3.3.2. Cấu tạo bộ khởi động mềm 93 3.3.3. Cách đấu nối bộ khởi động mềm 94 3.3.4. Một số mạch ứng dụng thực tế 95 Chương 4: XÁC ĐỊNH CÔNG SUÁT TRUYÈN ĐỘNG ĐIỆN 97 4.1. KHÁI NIỆM CHUNG 97 4.1.1. Tổn thất năng lưọTig trong động cơ 97 4.1.2. Chế độ làm việc cùa động cơ 100 4.2. XÁC ĐỊNH CÔNG SUẤT ĐỘNG c ơ 101 4.2.1. Chọn công suất động cơ điện ở chế độ dài hạn 101 4.2.2. Chọn công suất động cơ điện ở chế độ ngắn hạn 103 4.2.3. Chọn công suất động cơ ở chế độ ngắn hạn lặp lại 105 4.3. MỘT SỐ MẠCH ĐIỆN VỀ HẠN CHẾ PHỤ TẢI ĐỘNG c ơ 106 4.3.1. Mạch hạn chế phụ tải theo hành trình 106 4.3.2. Mạch hạn chế phụ tải theo vận tốc 107 4.3.3. Mạch hạn chế phụ tải theo dòng điện 109 ChưoTig 5: ĐỘNG c o B ư ớc VÀ ĐỘNG c o SERVO Ill 5.1. ĐỘNG Cơ BƯỚC 111 5.1.1. Khái niệm và dặc diem của động cơ bước 111 5.1.2. Phân loại động cơ bước 112 5.1.3. Điều khiển động cơ bước 119 5.2. ĐỘNG Cơ SERVO 122 5.2.1. Khái niệm về động cơ servo 122 5.2.2. Phân loại động cơ servo 123 5.2.3. Cảm biến vị trí trong động cơ servo 129 ChưoTig 6: Bộ ĐIÊU KHIẺN LẬP TRÌNH PLC 137 6.1. GIỚI THIỆU VỀ PLC 137 6.1.1. Khái niệm PLC 137 6.1.2. Các thành phần của PLC 139 6.1.3. Cấu trúc của PLC 140 6.1.4. Chu trình hoạt động 141 6.1.5. Thiết bị lập trình 141 6.2. LẬP TRÌNH PLC ; 143 6.2.1. Các giai đoạn xây dựng chương trình PLC 143 6.2.2. Ngôn ngữ lập trình 144 6.2.3. Các thành phần chung của các ngôn ngữ lập trình 145 6.3. LẬP TRÌNH LADDER DIAGRAM 147 6.3.1. Các phép toán logic cơ bản 148 6.3.2. Lệnh SET và RESET 151 6.3.3. Bộ định thì . 152 6.3.4. Bộ đếm 154 6.4. ÚNG DỤNG PLC TRONG ĐIỀU KHIẺN 156 6.4.1. Điều khiển khởi động, dừng động cơ 156 6.4.2. Điều khiển đảo chiều quay động cơ 157 6.4.3. Điều khiển khởi động động cơ đổi nối sao - tam giác 158 6.4.4. Đếm lượng xe ra/vào garage ngầm 160 Phụ lục 1 - sơ ĐÒ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 163 Phụ lục 2 - MỘT SÓ KÝ HIỆU ĐIỆN 177 Chương 1 KHÍCỤĐỊỆN Yêu cầu: - Hieu đuợc cau tạo١ nguycn lý hoạt động, ký hìện của củc loạì khl cạ điện - T٣ 'inh bày chửc nũng, ửng dụng của cdc loại khl cạ diện Trong chương này, ta lần lượt nghỉên cứu các loạỉ khi cụ diện khác nhau về chức năng, nguyên ly làm việc và kết cấu của một số khi cụ diện thông dụng, qua dó tạo cơ sở dể tim hiểu các hệ thống diều khiển và các thiết bị của máy công nghiệp. Ngoài ra chương này còn giải thích sự khác nhau giữa các loại khi cụ diện có cùng công dụng dồng thời tinh bày các ký hiệu các loai khi cu diện cơ bản. 1.1. KHÍ CỤ'٠ IÈU KHIEN BẰNG TAY Khi cụ diều khiển bằng tay là những khi cụ làm việc nhờ vào tác dộng của truyền dộng bằng cơ khi hoặc bằng tay dể dOng cắt các mạch diện một chiều hay xoay chiều có diện áp dến 500Ѵ, thông thường là các mạch diện dộng lực, mạch diện thắp sáng, khơi dộng, khống chế, Khi cụ diều khiển bng tay dược dUng trong những sơ dồ dơn giản, không yêu cầu'diều khiển tự dộng và t n số dóng ngắt cao của máy công tác. Dưới dây ta xét một số khi cụ diều khiển bằng tay thưỉmg dUng. l.l.l.cầu dao ' Cầu dao là lơạl khi cụ dóng - cắt mạch diện bằng tay ở lưới diện hạ áp. Cầu dao dược dUng rất phổ biến trong mạch diện dần dụng và công nghiệp ở dải cống suất nhỏ với tần suất dOng - cắt bé. Ngoài ra còn có loại cầu dao dổi nối (hìnhl.1). ٣ 2 4 ١ ١ Hìnli 1.1: Câu dao và kỷ hlệư Cầu dao cầu dao 3 cực 2 cực Công tắc xoay (cầu dao đổ؛ nối) là loại khi cụ thuơng dược dUng làm khi cụ dảo mạch trong các mạch tự dộng có công suất nhỏ, trong các mạch khởỉ dộng, dảo chiều hay dổi nổi từ hinh sao - tam giác của các dộng co diện (hlnh 1.2). 1.1.2. Công tắc xoay 1 · / Hình 1.2: Sơ đồ kết cấu công tắc xoay Công tắc xoay gồm nhiều vành (1) liên kết với nhau. Một vành tạo thành một cực có bố tri hệ thống tiếp điểm và hệ thống dập hồ quang. Mổi cực có hai chỗ ngắt. Tiếp điểm tĩnh (2) làm bằng lá dồng thau. Tiếp diêm dộng (3) lắp cách diện trên trục (4) và có thể cUng quay với trục. Bộ dàn hồỉ của tiếp điểm dộng tạo nên lực ép giữa các tiếp điểm. Khi quay núm (5),,một số vành sẽ dưọc dOng và một số vành sễ bị mở. ở рьП (6) của hộp có dặt các co cấu dể dảm bảo việc cố định và chuyển dổi các tiếp điểm dưọc nhanh mà không phụ thuộc vào vận tốc quay núm (5) bằng tay. Công tắc xoay có nhiều ưu điểm hon cầu dao vì kích thước nhỏ gọn, chịu dược va chạm' và chấn dộng, nó có nhiêu tỉêp diêm nên dông thoi có thể khống chế nhiều mạch diện. Nhược dỉểm chủ yếu của nó là hệ thống tỉếp điểm và co cấu truyền dộng chOng mòn. Tùy thuộc vào dặc dỉểm phụ tải, nó có thể dOng mO từ (10 - 20)10ﺇ lần. Trong máy công tác thường dUng công tắc xoay với dOng diện 6, 10, 15, 25, 40, và 60Α với diện áp 220 và 380V. Công tắc xoay thường dUng với loạỉ một, hai và ba cực. ١٠ [...]... dòng điện của áp-t - mát trong phạm vi từ 1-2 lần dòng điện định mức của nam châm Thời gian ngắt của loại áp-tô-mát này khoảng 0,0 5-0 ,15s Trong mạch điện có xảy ra quá tải không lớn lẳm trong thời gian ngắn (như khi khởi động động cơ) cần dùng áp-tô-mát dòng điện cực đại có duy trì thời gian, để tránh tình trạng mạch điện bị ngắt khi không cần thiết Ket cấu loại này chỉ khác loại áp-tô-mát dòng điện. .. 1.3.2 Áp-tô-mát Áp-tô.mát, còn gọi là máy ngắt tự động hay CB, là loại khí cụ điện dùng để ngắt tự động các mạch điện một chiều và xoay chiều khi xảy ra quá tải, ngăn mạch, sụt á p , Chúng cũng được dùng đê đóng ngắt không thường xuyên các mạch điện trong điều kiện làm việc bình thường Áp-tô-mát được dùng trong các thiết bị điện xoay chiều có điện áp tới 500V, trong các thiết bị điện một chiều điện áp... chiều điện áp tới 3300V Trong những năm gần đây, các thiết bị điện của máy công cụ đã sừ dụng rộng rãi loại khí cụ này, vì nó đảm bảo được độ chính xác cao về dòng điện và điện áp cần ngắt, đồng thời nó có thể thay thế chức năng của câu dao và cầu chảy để bảo vệ và đóng ngắt mạch điện Trong máy công tác thường dùng các loại áp-tô-mát dòng điện cực đại, cực tiểu và áp-tô-mát điện áp sơ cấp Sơ đồ nguyên... giữa các loại rơle điện và các loại rơle phi điện (cơ cấu tác động, tín hiệu vào, ra, ) TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Nguyễn Ngọc Cẩn Trang bị điện trong máy cắt kim loại - NXB Đại học Quốc gia TP.HỒ Chí Minh, 2001 [2] Lê Văn Doanh, Võ Thạch Son Sơ đồ điện (sách dịch) - NXB Khoa hoc và Kv thuât, 1996 [3] Vũ Mạnh Tiến, Vũ Quang Hồi Trang bị điện - Điện tử - NXB Giáo dục, 2003 [4] Jacques Marie Broust Appareillages... điểm (5) bị ngắt Điều chinh điện áp ngắt cũng bằng việc thay đổi lò xo (6) Loại này thường dùng để bảo vệ động cơ điện Trên máy công tác thường dùng áp-tô-mát dòng điện với dòng điện định mức từ 1, 6-5 0A, và ngắt dòng điện khi ngắn mạch tương ứng với 30 0-1 500A 1.3.3 ELCB (Earth Leakage Circuit Breaker) ELCB (áp-tô-mát chống dòng rò) là loại khí cụ điện bảo vệ hoạt động dựa trên sự chênh lệch điện áp... Trên máy công tác, rơle thời gian được dùng rộng rãi trong các mạch điện điều khiển tự động truyền động điện Phần lớn các rơle này có kết cấu tô họp giữa cơ và điện Dựa vào nguyên lý làm việc, rơle thời gian cơ điện có thê phân thành các nhóm như sau: - Rơle thời gian điện từ - Rơle thời gian con lắc 16 - Rơle thời gian không khí - Rơle thời gian động cơ - Rơle thời gian điện tử Rơle thời gian điện. .. hãm bằng dầu hay bàng không khí để nắp (2) không bị hút tức thời vào nam châm Áp-tô-mát dòng điện cực tiểu chỉ khác với cực đại ở chỗ: khi dòng điện giảm quá mức điều chỉnh, nam châm điện nhả, và dòng điện bị cắt đứt Hình 1.19b là sơ đồ của áp-tô-mát điện áp thấp dùng để tự động ngắt mạch điện khi điện áp bị giảm đến giá trị đã được điều chỉnh trước Khi điện áp giảm quá mức điều chỉnh, lực từ của nam... loại khởi động từ thuận-nghịch Loại khởi động từ thuận là loại khởi động từ chỉ có một công- tắc-tơ dùng để khởi động, phòng quá tải và phòng khởi động tự phát của động cơ, khi mất điện áp nguồn tạm thời Loại khởi động từ thuận - nghịch là loại gồm có hai công- tắc-tơ đặt sóng đôi dùng để đảo chiều động cơ, nó có khóa liên động cơ - điện để đảm bảo khi công- tắc.tơ này đóng, thì công- tắc.tơ kia phải ngắt... A1 A2 4 2 1 Hình 1.6: Két cấu chung và ký hiệu của rơle điện từ 14 Rơle điện từ có nhiều loại, nhưng loại được dùng rộng rãi nhất trong các mạch điện điều khiển truyền dòng điện của máy công tác là rơle điện từ dòng điện, rơle điện từ điện áp và rcrle trung gian a) Rơỉe dòng điện, điện áp Sơ đồ rơle dòng điện được trinh bày ở hình 1.7 Khi dòng điện vào cuộn dây (1), sẽ xuất hiện từ trường thắng được... Lò xo Nắp cách điện Cuộn dây điện từ Nguồn điện vào Lõi sắt Cuộn dây chống va đập Phần ứng di động Hình 1.12: Sơ đồ kết cẩu của công- tắc-tơ Khi cấp nguồn điện cho công- tắc-tơ, cuộn dây điện từ sẽ từ hoá lõi sắt thành nam châm điện và hút phần ứng di động Phần ứng di động đi lên phía trên mang các tiếp điểm di động di chuyển tiếp xúc với các tiếp điểm cố định làm đóng mạch điện và dòng điện đi từ Li . 621.3 116 Ng - - - - Bộ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRưừNG DẠI HỌC sư PHẠM KỸ THUẬT THÀNH PHÔ Hồ CHÍ MIN PGS. TS. ĐẶNG THIỆN NGÔN GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN - ĐIỆN TỬ ٠ ٠ • TRONG MÁY CÔNG NGHIỆP ٠ B ộ GIÁO. mạch điện của máy công tác có thể phân thành hai nhóm như sau: - Rơle điện: gồm có rơle điện từ, rơle điện từ phân cực, rơle thời gian, rơle động cơ, rơle điện tử, rơle cảm ứng. - Rơle phi điện: . rơle điện từ 14 Rơle điện từ có nhiều loại, nhưng loại được dùng rộng rãi nhất trong các mạch điện điều khiển truyền dòng điện của máy công tác là rơle điện từ dòng điện, rơle điện từ điện