Bài Giảng truyền động điện

HỌC VIỆN KỸ THUẬT QUÂN SỰ BỘ MÔN KỸ THUẬT ĐIỆN - KHOA KỸ THUẬT ĐIỀU KHIỂN BÀI GIẢNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN HÀ NỘI 2016 MỤC LỤC 2 Chương KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 Cấu trúc phân loại hệ truyền động điện 1.1.1 Cấu trúc chung hệ truyền động điện Truyền động cho máy, dây chuyền sản xuất mà dùng lượng điện gọi truyền động điện (TĐĐ) Hệ truyền động điện tập hợp thiết bị như: thiết bị điện, thiết bị điện từ, thiết bị điện tử, cơ, thủy lực phục vụ cho việc biến đổi điện thành cung cấp cho cấu chấp hành máy sản xuất, đồng thời điều khiển dòng lượng theo yêu cầu công nghệ máy sản xuất Về cấu trúc, hệ thống TĐĐ nói chung bao gồm khâu: Hình 1-1 Cấu trúc hệ thống truyền động điện BBĐ: Bộ biến đổi, dùng để biến đổi loại dòng điện (xoay chiều thành chiều ngược lại), biến đổi loại nguồn (nguồn áp thành nguồn dòng ngược lại), biến đổi mức điện áp (hoặc dòng điện), biến đổi số pha, biến đổi tần số Các BBĐ thường dùng máy phát điện, hệ máy phát - động (hệ F-Đ), chỉnh lưu không điều khiển có điều khiển, biến tần 3 Đ: Động điện, dùng để biến đổi điện thành hay thành điện (khi hãm điện) Các động điện thường dùng là: động xoay chiều KĐB ba pha rôto dây quấn hay lồng sóc; ĐC1C kích từ song song, nối tiếp hay kích từ nam châm vĩnh cữu; động xoay chiều đồng TL: Khâu truyền lực, dùng để truyền lực từ động điện đến cấu sản xuất dùng để biến đổi dạng chuyển động (quay thành tịnh tiến hay lắc) làm phù hợp tốc độ, mômen, lực Để truyền lực, dùng bánh răng, răng, trục vít, xích, đai truyền, ly hợp điện từ CCSX: Cơ cấu sản xuất hay cấu làm việc, thực thao tác sản xuất công nghệ (gia công chi tiết, nâng - hạ tải trọng, dịch chuyển ) ĐK: Khối điều khiển, thiết bị dùng để điều khiển biến đổi BBĐ, động điện Đ, cấu truyền lực Khối điều khiển bao gồm cấu đo lường, điều chỉnh tham số công nghệ, khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt có tiếp điểm (các rơle, công tắc tơ) hay tiếp điểm (điện tử, bán dẫn) Một số hệ TĐĐ TĐ khác có mạch ghép nối với thiết bị tự động khác máy tính điều khiển, vi xử lý, PLC Các thiết bị đo lường, cảm biến (sensor) dùng để lấy tín hiệu phản hồi loại đồng hồ đo, cảm biến từ, cơ, quang Một hệ thống TĐĐ không thiết phải có đầy đủ khâu nêu Tuy nhiên, hệ thống TĐĐ bao gồm hai phần chính: - Phần mạch động lực: Bao gồm biến đổi động điện - Phần mạch điều khiển Một hệ thống truyền động điện gọi hệ hở phản hồi, gọi hệ kín có phản hồi, nghĩa giá trị đại lượng đầu đưa trở lại đầu vào dạng tín hiệu để điều chỉnh lại việc điều khiển cho đại lượng đầu đạt giá trị mong muốn 1.1.2 Phân loại hệ thống truyền động điện Người ta phân loại hệ truyền động điện theo nhiều cách khác tùy theo đặc điểm động điện sử dụng hệ, theo mức độ tự động hoá, theo đặc điểm chủng loại thiết bị biến đổi Từ cách phân loại hình thành tên gọi hệ 4 Theo đặc điểm động điện - Truyền động điện chiều: Dùng ĐC1C Truyền động điện chiều sử dụng cho máy có yêu cầu cao điều chỉnh tốc độ mômen, có chất lượng điều chỉnh tốt Tuy nhiên, ĐC1C có cấu tạo phức tạp giá thành cao, đòi hỏi phải có nguồn chiều, trường hợp yêu cầu cao điều chỉnh, người ta thường chọn động KĐB để thay - Truyền động điện không đồng bộ: Dùng động điện xoay chiều không đồng Động KĐB ba pha có ưu điểm có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, vận hành an toàn, sử dụng nguồn cấp trực tiếp từ lưới điện xoay chiều ba pha Tuy nhiên, trước hệ truyền động động KĐB lại chiếm tỷ lệ nhỏ việc điều chỉnh tốc độ động KĐB có khó khăn ĐC1C Trong năm gần đây, phát triển mạnh mẽ công nghiệp chế tạo thiết bị bán dẫn công suất kỹ thuật điện tử tin học, truyền động không đồng phát triển mạnh mẽ khai thác ưu điểm mình, đặc biệt hệ có điều khiển tần số Những hệ đạt chất lượng điều chỉnh cao, tương đương với hệ truyền động chiều - Truyền động điện đồng bộ: Dùng động điện xoay chiều đồng ba pha Động điện đồng ba pha trước thường dùng cho loại truyền động không điều chỉnh tốc độ, công suất lớn hàng trăm KW đến hàng MW (các máy nén khí, quạt gió, bơm nước, máy nghiền.v.v ) Ngày nay, phát triển mạnh mẽ công nghiệp điện tử, động đồng nghiên cứu ứng dụng nhiều công nghiệp, loại giải công suất từ vài trăm W (cho cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại, cấu chuyển động tay máy, người máy) đến hàng MW (cho truyền động máy cán, kéo tàu tốc độ cao ) Theo tính điều chỉnh - Truyền động không điều chỉnh: Động quay máy sản xuất với tốc độ định - Truyền có điều chỉnh: Trong loại này, tuỳ thuộc yêu cầu công nghệ mà ta có truyền động điều chỉnh tốc độ, truyền động điều chỉnh mômen, lực kéo truyền động điều chỉnh vị trí Theo thiết bị biến đổi - Hệ máy phát - động (F-Đ): ĐC1C cấp điện từ máy phát điện chiều (bộ biến đổi máy điện) Thuộc hệ có hệ máy điện khuếch đại - động (MĐKĐ - Đ), 5 hệ có BBĐ máy điện khuếch đại từ trường ngang - Hệ chỉnh lưu - động (CL - Đ): Động chiều cấp điện từ chỉnh lưu (BCL) Chỉnh lưu không điều khiển (Điôt) hay có điều khiển (Thyristor) Một số cách phân loại khác Ngoài cách phân loại trên, có số cách phân loại khác truyền động đảo chiều không đảo chiều, truyền động đơn (nếu dùng động cơ) truyền động nhiều động (nếu dùng nhiều động để phối hợp truyền động cho cấu công tác), truyền động quay truyền động thẳng, 1.2 Đặc tính truyền động điện 1.2.1 Đặc tính động điện Đặc tính biểu thị mối quan hệ tốc độ (tốc độ góc/tốc độ quay) mômen quay: ω = f(M) n = F(M) Trong đó: ω - Tốc độ góc (rad/s) n - Tốc độ quay (vòng/phút) M - Mômen (N.m) Đặc tính động điện quan hệ tốc độ quay mômen động Đặc tính động điện chia đặc tính tự nhiên đặc tính nhân tạo Dạng đặc tính loại động khác khác phân tích chương Đặc tính tự nhiên: Đó quan hệ ω=f(M) động điện thông số điện áp, dòng điện động định mức theo thông số thiết kế chế tạo mạch điện động không nối thêm điện trở, điện kháng Đặc tính nhân tạo: Đó quan hệ ω=f(M) động điện thông số điện không định mức mạch điện có nối thêm điện trở, điện kháng có thay đổi mạch nối Ngoài đặc tính cơ, ĐC1C người ta sử dụng đặc tính điện Đặc tính điện biểu diễn quan hệ tốc độ dòng điện mạch động cơ: ω = f(I) hay n = f(I) 1.2.2 Đặc tính máy sản xuất 6 Đặc tính máy sản xuất quan hệ tốc độ quay mômen cản máy sản xuất: Mc = f(ω) Đặc tính máy sản xuất đa dạng, nhiên phần lớn chúng biếu diễn dạng biểu thức tổng quát: ω Mc = Mc0 + (Mđm - Mc0)( ω ®m )α (1.1) Trong đó: Mc mômen cản MSX ứng với tốc độ ω; Mco mômen cản MSX ứng với tốc độ ω = 0; Mđm mômen cản MSX ứng với tốc độ định mức ωđm Hình 1-2 Đặc tính cấu sản xuất ứng với trường hợp máy sản xuất khác Ta có trường hợp số mũ q ứng với trường hợp tải: q -1 Mc ~ 1/ ω const ~ω ~ ω2 P Loại tải const ứng với trường hợp đặc tính cấu máy quấn dây, giấy, cấu truyền động máy cắt gọt kim loại máy tiện ω Các cấu nâng-hạ, băng tải, máy nâng vận chuyển, truyền động ăn dao máy gia công kim loại ~ ω Máy phát điện chiều với tải trở ~ ω3 Đặc tính máy thủy khí: bơm, quạt gió, 7 chân vịt tàu thủy Ngoài ra, số cấu máy có dạng đặc tính khác như: - Mômen phụ thuộc góc quay Mc = f(φ): mômen phụ thuộc đường Mc = f(s): máy công tác có pittông, máy trục cáp cân - Mômen phụ thuộc vào số vòng quay đường M c = f(ω, s) loại xe điện - Mômen cản phụ thuộc thời gian Mc = f(t) máy nghiền đá Ta phân biệt hai loại mômen cản: mômen cản mômen cản phản kháng - Mômen cản cấu nâng hạ tải trọng có M c = const không phụ thuộc chiều quay - Mômen cản phản kháng chống lại chiều quay mômen ma sát, mômen cấu ăn dao máy cắt gọt kim loại 1.2.3 Độ cứng đặc tính Để đánh giá so sánh đặc tính cơ, người ta đưa khái niệm độ cứng đặc tính β tính: β = ∆M/∆ω - Nếu | β | bé đặc tính mềm (|β| < 10) - Nếu | β | lớn đặc tính cứng (|β| = 10 - 100) - Khi | β | = ∞ đặc tính nằm ngang tuyệt đối cứng Đặc tính có độ cứng β lớn tốc độ bị thay đổi mômen thay đổi hình vẽ, đường đặc tính cứng đường đặc tính nên với biến động ∆M đặc tính có độ thay đổi tốc độ ∆ω1 nhỏ độ thay đổi tốc độ ∆ω2 cho đặc tính Hình 1-3 Độ cứng đặc tính 1.2.4 Sự phù hợp đặc tính động điện đặc tính cấu sản xuất 8 Trong hệ thống TĐĐ, động điện có nhiệm vụ cung cấp động lực cho cấu sản xuất Các cấu sản xuất loại máy có yêu cầu công nghệ đặc điểm riêng Máy sản xuất lại có nhiều loại, nhiều kiểu với kết cấu khác biệt Động điện vậy, có nhiều loại, nhiều kiểu với tính năng, đặc điểm riêng Với ĐC1C xoay chiều chế độ làm việc tối ưu thường chế độ định mức động Để hệ thống TĐĐ làm việc tốt, có hiệu động điện cấu sản xuất phải đảm bảo có phù hợp tương ứng Việc lựa chọn hệ TĐĐ chọn động điện đáp ứng yêu cầu cấu sản xuất có ý nghĩa lớn không mặt kỹ thuật mà mặt kinh tế Do vậy, thiết kế hệ thống TĐĐ, người ta thường chọn hệ truyền động phương pháp điều chỉnh tốc độ cho đường đặc tính động gần với đường đặc tính cấu sản xuất tốt Nếu đảm bảo điều kiện này, động đáp ứng tốt đòi hỏi cấu sản xuất mômen cản thay đổi tổn thất trình điều chỉnh nhỏ 1.3 Các trạng thái làm việc truyền động điện Trong hệ TĐĐ có trình biến đổi lượng điện - Chính trình biến đổi định trạng thái làm việc động điện Người ta định nghĩa sau: Dòng công suất điện Pđiện có giá trị dương có chiều truyền từ nguồn đến động từ động biến đổi công suất điện thành công suất Pcơ = M.ω cấp cho máy SX (sau có tổn thất ∆P) Công suất Pcơ có giá trị dương mômen động sinh chiều với tốc độ quay, có giá trị âm truyền từ máy sản xuất động mômen động sinh ngược chiều tốc độ quay Công suất điện Pđiện có giá trị âm có chiều từ động nguồn Tuỳ thuộc vào biến đổi lượng hệ mà ta có trạng thái làm việc động gồm: Trạng thái động trạng thái hãm Trạng thái hãm trạng thái động phân bố đặc tính ω(M) góc phần tư sau: - góc phần tư I, III: Trạng thái động - góc phần tư II, IV: Trạng thái hãm 9 Hình 1-4 Các trạng thái làm việc động điện + Hãm tái sinh: Pđiện< 0; Pcơ< 0; biến thành điện trả lưới + Hãm ngược: Pđiện> 0; Pcơ< 0; điện biến thành nhiệt tiêu tán điện trở động + Hãm động năng: Pđiện= 0; Pcơ< 0; biến thành nhiệt tiêu tán điện trở động 1.4 Quy đổi mômen cản, lực cản mômen quán tính, khối lượng quán tính Để dễ dàng cho việc nghiên cứu tính toán, người ta thường quy đổi tất đại lượng trục động Nguyên tắc tính toán quy đổi đảm bảo lượng hệ trước sau quy đổi không thay đổi 10 10 thống Những phần tử thụ cảm thời gian để phát tín hiệu cần chỉnh định dựa theo ngưỡng chuyển đổi đối tượng Ví dụ tốc độ, dòng điện, mômen động tính toán chọn ngưỡng cho thích hợp với hệ thống truyền động điện cụ thể Những phần tử thụ cảm thời gian gọi chung rơle thời gian Nó tạo nên thời gian trễ (duy trì) kể từ lúc có tín hiệu đưa vào (mốc 0) đầu vào đến phát tín hiệu đưa vào phần tử chấp hành Cơ cấu trì thời gian là: cấu lắc, cấu điện từ, khí nén, cấu điện tử, tương ứng rơle thời gian kiểu lắc, rơle thời gian điện từ, rơle thời gian khí nén rơle thời gian điện tử Mạch điều khiển truyền động điện điển hình theo nguyên tắc thời gian * Mạch khởi động động chiều kích từ độc lập có cấp điện trở phụ Xét mạch điều khiển khởi động ĐC1C kích từ độc lập có hai cấp điện trở phụ mạch phần ứng để hạn chế dòng điện khởi động theo nguyên tắc thời gian Sơ đồ mạch điều khiển hình 6-23 Hình 6-23 Điều khiển khởi động động ĐC1C kích từ độc lập theo nguyên tắc thời gian Trạng thái ban đầu sau cấp nguồn động lực điều khiển rơle thời gian 1RTh cấp điện mở tiếp điểm thường kín đóng chậm RTh(9-11) Để khởi động ta phải ấn nút mở máy M(3-5), côngtắctơ Đg hút đóng tiếp điểm mạch động lực, phần ứng động điện đấu vào lưới điện qua điện trở phụ khởi động r1, r2 Dòng điện qua điện trở có trị số lớn gây sụt áp điện trở r1 Điện áp vượt ngưỡng điện áp hút rơle thời gian 2RTh làm cho hoạt động mở tiếp điểm 138 138 thường kín đóng chậm 2RTh(11- 13), mạch 2G với hoạt động rơle 1RTh chúng đảm bảo không cho côngtắctơ 1G 2G có điện giai đoạn đầu trình khởi động Tiếp điểm phụ Đg(3-5) đóng để tự trì dòng điện cho cuộn dây côngtắctơ Đg ta không ấn nút M Tiếp điểm Đg(1-7) mở cắt điện rơle thời gian 1RTh đưa rơle thời gian vào hoạt động để chuẩn bị phát tín hiệu chuyển trạng thái truyền động điện Mốc không thời gian t xem thời điểm Đg(1-7) mở cắt điện 1RTh Thời gian chỉnh định cấp điện trở tính theo công thức: ti = Tci.ln[(M1-Mc)/(M2-Mc)] Tci - số thời gian điện động đặc tính có điện trở phụ cấp thứ i Tci = J.Δωi/(M1 - M2) Với Δωi khoảng biến thiên tốc độ đường đặc tính có cấp điện trở thứ i mômen chuyển đổi M1, M2 tương ứng J mômen quán tính hệ thống truyền động động cơ, tính quy đổi trục động Sau rơle thời gian 1RTh nhả, cấu trì thời gian tính thời gian từ gốc không đạt trị số chỉnh định đóng tiếp điểm thường kín đóng chậm RTh(9-11) Lúc cuộn dây côngtắctơ gia tốc 1G cấp điện hoạt động đóng tiếp điểm mạch động lực cấp điện trở phụ thứ r1 bị nối ngắn mạch Động chuyển sang khởi động đường đặc tính thứ Việc ngắn mạch điện trở r1 làm cho rơle thời gian 2RTh điện cấu trì thời gian tính thời gian tương tự rơle 1RTh, đạt đến trị số chỉnh định đóng tiếp điểm thường đóng đóng chậm 2RTh(11-13) Côngtắctơ gia tốc 2G có điện hút tiếp điểm 2G, ngắn mạch cấp điện trở thứ hai r2, động chuyển sang tiếp tục khởi động đường đặc tính tự nhiên điểm làm việc ổn định A Nhận xét điều khiển truyền động điện theo nguyên tắc thời gian Ưu điểm nguyên tắc điều khiển theo thời gian chỉnh thời gian theo tính toán độc lập với thông số hệ thống động lực Trong thực tế ảnh hưởng mômen cản MC điện áp lưới điện trở cuộn dây không đáng kể đến làm việc hệ thống đến trình gia 139 139 tốc truyền động điện, trị số thực tế sai khác với trị số thiết kế không nhiều Hình 6-24 Đặc tính khởi động động ĐC1C kích từ độc lập theo nguyên tắc thời gian Thiết bị sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy cao phụ tải thay đổi, rơle thời gian dùng đồng loạt cho công suất động nào, có tính kinh tế cao Nguyên tắc thời gian dùng rộng rãi truyền động điện chiều xoay chiều 6.2.3 Điều khiển tự động theo nguyên tắc tốc độ Nội dung nguyên tắc Tốc độ quay trục động hay cấu chấp hành thông số đặc trưng quan trọng xác định trạng thái hệ thống truyền động điện Do vậy, người ta dựa vào thông số để điều khiển làm việc hệ thống Lúc mạch điều khiển phải có phần tử thụ cảm xác tốc độ làm việc động - gọi rơle tốc độ Khi tốc độ đạt đến trị số ngưỡng đặt rơle tốc độ phát tín hiệu đến phần tử chấp hành để chuyển trạng thái làm việc hệ thống truyền động điện đến trạng thái yêu cầu Rơle tốc độ cấu tạo theo nguyên tắc ly tâm, nguyên tắc cảm ứng, dùng máy phát tốc độ Đối với ĐC1C gián tiếp kiểm tra tốc độ thông qua sức điện động động Đối với động điện xoay chiều thông qua sức điện động tần số mạch rôto để xác định tốc độ Hình 6-25 trình bày sơ lược cấu tạo rơle tốc độ kiểu cảm ứng Rôto (1) nam châm vĩnh cửu nối trục với động hay cấu chấp hành Còn stato (2) cấu tạo lồng sóc quay đỡ Trên cần (3) gắn vào stato bố trí má động (11) tiếp điểm 140 140 có má tĩnh (7) (15) Khi rôto không quay tiếp điểm (7),(11) (15),(11) mở, lò xo giữ cần (3) Khi rôto quay tạo nên từ trường quay quét stato, lồng sóc có dòng cảm ứng chạy qua Tác dụng tương hỗ dòng từ trường quay tạo nên mômen quay làm cho stato quay góc Lúc lò xo cân (4) bị nén hay kéo tạo mômen chống lại, cân với mômen quay điện từ Tuỳ theo chiều quay rôto mà má động (11) đến tiếp xúc với má tĩnh (7) hay (15) Trị số ngưỡng tốc độ điều chỉnh phận (5) thay đổi trị số kéo nén lò xo cân Hình 6-25 Cấu tạo rơle tốc độ kiểu cảm ứng Khi tốc độ quay rôto bé trị số ngưỡng đặt, mômen điện từ bé không thắng mômen cản lò xo cân nên tiếp điểm không đóng Từ lúc tốc độ quay rôto đạt giá trị lớn ngưỡng đặt mômen điện từ thắng mômen cản lò xo làm cho phần tĩnh quay, đóng tiếp điểm tương ứng theo chiều quay rôto Mạch điều khiển truyền động điện điển hình theo nguyên tắc tốc độ Ta lấy trường hợp điều khiển mở máy động để xét ví dụ cụ thể Như thấy ví dụ trước, việc ngắn mạch điện trở khởi động mạch phần ứng động thực tốc độ ω1, ω2 ω3 Để làm phần tử kiểm tra tốc độ, ta dùng côngtắctơ gia tốc 1G, 2G 3G có cuộn dây mắc trực tiếp vào đầu phần ứng động cơ, tiếp thụ 141 141 điện áp tỷ lệ với tốc độ động với sai lệch nhỏ Hình 6-26 Điều khiển khởi động động ĐC1C kích từ độc lập theo nguyên tắc tốc độ Trên hình 6-26 tiếp điểm chuyển đổi trạng thái cần xảy tốc độ (ω1, I2), (ω2, I2) (ω3, I2) Ở điểm này, điện áp đầu phần ứng là: U1 = KФω1 + I2.rư U2 = KФω2 + I2.rư U3 = KФω3 + I2.rư Giả sử ta cắt điện trở theo thứ tự r 1, r2, r3 phải chọn côngtắctơ có điện áp hút Uh là: Uh1G = U1 Uh2G = U2 Uh3G = U3 Hoạt động sơ đồ: Sau ấn nút mở máy M, côngtắctơ Đg có điện đóng mạch phần ứng động vào nguồn qua điện trở phụ r1, r2 r3 Động gia tốc đường đặc tính (1) Khi tốc độ động đạt đến trị số ω1 điện áp đầu côngtắctơ 1G đạt trị số hút U1, 1G hút, loại trừ điện 142 142 trở r1, động chuyển sang gia tốc đường đặc tính (2) Khi tốc độ động đạt đến trị số ω2 (ω2 > ω1) điện áp đầu côngtắctơ 2G đạt trị số hút U2, 2G hút, loại trừ tiếp điện trở r2, động chuyển sang gia tốc đường đặc tính (3) Khi tốc độ động đạt đến trị số ω3 (ω3 > ω2) điện áp đầu côngtắctơ 3G đạt trị số hút U3, 3G hút, điện trở r3 bị ngắn mạch, động chuyển sang gia tốc đường đặc tính tự nhiên, điểm làm việc ổn định Nhận xét điều khiển truyền động điện theo nguyên tắc tốc độ Ưu điểm đơn giản rẻ tiền, thiết bị côngtắctơ mắc trực tiếp vào phần ứng động không cần thông qua rơle Nhược điểm thời gian mở máy hãm máy phụ thuộc nhiều vào mômen cản M C, quán tính J, điện áp lưới U điện trở cuộn dây côngtắctơ Các côngtắctơ gia tốc không làm việc điện áp lưới giảm thấp, tải cuộn dây phát nóng, dẫn đến phát nóng điện trở khởi động, làm cháy điện trở Khi điện áp lưới tăng cao có khả tác động đồng thời côngtắctơ gia tốc làm tăng dòng điện trị số cho phép Trong thực tế dùng nguyên tắc để khởi động động cơ, thường dùng nguyên tắc để điều khiển trình hãm động 6.2.4 Điều khiển tự động theo nguyên tắc dòng điện Nội dung nguyên tắc Dòng điện mạch phần ứng động thông số làm việc quan trọng xác định trạng thái hệ truyền động điện Nó phản ánh trạng thái mang tải bình thường hệ thống, trạng thái mang tải, trạng thái tải phản ánh trạng thái khởi động hay hãm động truyền động Trong trình khởi động, hãm, dòng điện cần phải đảm bảo nhỏ trị số giới hạn cho phép Trong trình làm việc vậy, dòng điện phải giữ không đổi trị số theo yêu cầu trình công nghệ Ta dùng côngtắctơ có cuộn dây dòng điện rơle dòng điện kiểu điện từ khóa điện tử hoạt động theo tín hiệu vào trị số dòng điện để điều khiển hệ thống theo yêu cầu Dòng điện mạch phần ứng động dùng làm tín hiệu vào trực tiếp gián tiếp cho phần tử thụ cảm dòng điện nói Khi trị số tín hiệu vào đạt đến giá trị ngưỡng xác định điều chỉnh phát tín hiệu điều khiển hệ thống chuyển đến trạng thái làm việc yêu cầu 143 143 Mạch điều khiển truyền động điện điển hình theo nguyên tắc dòng điện Xét mạch điều khiển hãm ngược động xoay chiều pha rôto dây quấn đảo chiều Vì lí tương tự phân tích chương 2, đảo chiều quay động xoay chiều pha rôto dây quấn cần phải đưa thêm vào mạch rôto điện trở phụ lớn trị số điện trở phụ cần thiết đưa vào khởi động Ta dùng mạch điều khiển theo nguyên tắc dòng điện sau để điều khiển việc đưa vào loại phần điện trở phụ lần đảo chiều quay động Yêu cầu rơle hãm RH thụ cảm dòng điện rôto: dòng điện rôto lớn trị số khởi động phải tác động, dòng điện rôto giảm nhỏ gần trị số khởi động (I1) phải nhả để chuẩn bị cho trình khởi động Vậy phải chỉnh định trị số dòng điện nhả In RH lớn I1 ít, tất nhiên trị số dòng điện hút Ih lớn I1 xác định theo hệ số trở Trong mạch hình 6-27 không vẽ phần điều khiển côngtắctơ thuận (T) ngược (N) Giả sử động làm việc theo chiều quay thuận, nghĩa khống chế huy vị trí phía phải Muốn đảo chiều quay động cơ, ta quay khống chế KC phía ngược Khi khống chế lướt qua vị trí 0, côngtắctơ H, 1G, 2G điện nên tiếp điểm chúng nhả đưa điện trở vào mạch rôto Khi lướt đến vị trí phía trái, dòng điện rôto xuất lúc lớn trị số chỉnh định hút rơle RH, nên RH tác động mở tiếp điểm RH(1-3), bảo đảm cho điện trở tham gia vào việc hạn chế dòng điện, trình hãm ngược động tiến hành Khi tốc độ động giảm gần đến dòng điện rôto giảm đến trị số nhả rơle RH, rơle RH nhả đóng tiếp điểm RH(1-3), côngtắctơ H có điện, điện trở hãm ngược rh loại ngoài, động bắt đầu trình khởi động theo chiều ngược với hai cấp điện trở hạn chế rp1 rp2 144 144 Hình 6-27 Điều khiển hãm ngược động xoay chiều pha rôto dây quấn đảo chiều theo nguyên tắc dòng điện Nhận xét điều khiển truyền động điện theo nguyên tắc dòng điện - Ưu điểm: Thiết bị đơn giản, làm việc sơ đồ không chịu ảnh hưởng nhiệt độ cuộn dây côngtắctơ, rơle - Nhược điểm: Độ tin cậy thấp, có khả đình gia tốc cấp trung gian động khởi động bị tải, dòng điện không giảm xuống đến trị số nhả rơle dòng điện Nguyên tắc dòng điện ứng dụng chủ yếu để tự động điều khiển trình khởi động động chiều kích thích nối tiếp động xoay chiều rôto dây quấn 6.2.5 Các nguyên tắc điều khiển khác Ngoài nguyên tắc điều khiển áp dụng rộng rãi mà ta xét trên, tiến hành điều khiển trình hay máy móc sản xuất theo thông số đo lường khác như: Điều khiển theo công suất chiều công suất mômen, sức căng, nhiệt độ, ánh sáng Một nguyên tắc hay dùng nguyên tắc điều khiển theo đường (hay nguyên tắc hành trình) Khi trình thay đổi trạng thái làm việc hệ có quan hệ chặt chẽ với vị trí phận động máy (đầu máy, bàn máy, mâm cặp ) ta dùng thiết bị đặc biệt - gọi công tắc hành trình, đặt vị trí thích hợp đường phận Khi phận động di chuyển đến vị trí tác động lên công tắc hành trình, công tắc hành trình phát tín hiệu điều khiển hệ thống đến trạng thái làm việc Ví dụ đặt công tắc cuối để hạn chế hành trình bàn máy bào, máy doa, cầu trục đặt công tắc hành trình để đảo chiều, giảm tốc độ cho máy bào giường 145 145 Hình 6-28 Điều khiển theo nguyên tắc hành trình 6.3 Bảo vệ tín hiệu hóa hệ truyền động điện 6.3.1 Ý nghĩa nhiệm vụ bảo vệ tín hiệu hoá Sự làm việc an toàn thiết bị điện ảnh hưởng lớn đến suất, chất lượng của sản phẩm trình sản xuất an toàn máy móc người vận hành Để đảm bảo cho mạch điện thiết bị máy móc làm việc an toàn, tránh khỏi cố ngăn ngừa lan tràn cố ta phải trang bị thiết bị bảo vệ cần thiết Ngoài người vận hành theo dõi tình trạng làm việc mạch điện, giúp cho việc điều khiển trình làm việc, hãm máy cách xác an toàn người ta thường bố trí thiết bị thị trạng thái mạch điện, gọi tín hiệu hoá Một hệ thống tự động điều khiển yêu cầu phải trang bị đầy đủ thiết bị bảo vệ tín hiệu hoá cần thiết 6.3.2 Các dạng bảo vệ a Bảo vệ ngắn mạch Khi có phận xẩy ngắn mạch dẫn đến dòng điện qua phận phận khác nối tiếp từ phận đến nguồn điện tăng mức làm hỏng thiết bị, khí cụ, v.v nơi có dòng ngắn mạch qua Để tránh cố lan tràn, bảo vệ thiết bị khác nguồn điện người ta tìm cách loại trừ phận bị ngắn mạch khỏi mạch điện Để thực nhiệm vụ người ta thường sử dụng cầu chì, rơ le dòng điện phối hợp với công tắc tơ, áp tô mát có cấu cắt điện từ Cầu chì tiếp điểm áp tô mát, cuộn dây rơ le dòng điện mắc nối tiếp với phận bảo vệ, tiếp điểm rơ le dòng điện mắc nối tiếp với cuộn dây công tắc tơ đóng nguồn cho phận bảo vệ b Bảo vệ tải Khi thiết bị điện bị tải thời gian định làm hỏng 146 146 thiết bị nhiệt lượng sinh thiết bị lớn làm nhiệt độ vượt khả chịu đựng vật liệu cách điện Để bảo vệ thiết bị điện trường hợp người ta sử dụng rơ le nhiệt, áp tô mát có cấu tác động theo kiểu rơ le nhiệt, rơ le dòng điện cực đại Các tiếp điểm áp tô mát, phần tử đốt nóng rơ le nhiệt, cuộn dây rơ le dòng cực đại mắc nối tiếp với thiết bị cần bảo vệ, tiếp điểm rơ le bố trí mạch cuộn dây công tắc tơ đóng cắt nguồn cung cấp cho thiết bị c Bảo vệ điện áp thấp điện áp (bảo vệ điện áp không) Trong số mạch điều khiển tự động người ta không sử dụng nút ấn mà dùng công tắc quay khống chế huy để điều khiển Đặc điểm khí cụ giữ nguyên trạng thái đặt chúng, dẫn đến điện nguồn thiết bị ngừng làm việc người vận hành không chuyển công tắc điều khiển vị trí dừng có điện lưới trở lại thiết bị tự khởi động dễ gây nguy hiểm cho người thiết bị Để bảo vệ trường hợp người ta sử dụng rơ le điện áp thường mắc theo sơ đồ sau: Sơ đồ hình 6-29 biểu diễn ngắn gọn mạch điều khiển khống chế động làm việc theo hai chiều sơ đồ có mạch bảo vệ điện áp rơ le điện áp RA Như nêu sơ đồ cần mạch bảo vệ điện áp không sơ đồ dùng công tắc điều khiển thay cho nút ấn Với sơ đồ người ta dùng công tắc KC có tiếp điểm (KC1, KC2 KC3) vị trí (0: dừng; 1: quay thuận 2: quay ngược) Hoạt động bảo vệ thể sau: Giả sử ta khống chế cho động quay thuận (KC vị trí 1, lúc KC2 kín mạch KC1 KC3 hở mạch, trước RA cấp điện làm việc (qua KC1 kín để công tắc vị trí dừng) tự trì qua tiếp điểm RA, công tắc tơ T có điện Nếu điện nguồn bị mất, dẫn đến T RA điện, động bị cắt điện ngừng làm việc, đồng thời tiếp điểm thường mở RA mở Do người công nhân không chuyển KC vị trí (dừng) nên KC2 kín, KC1 KC3 hở, có điện trở lại động không tự khởi động T RA, N chưa cung cấp điện Động làm việc trở lại ta chuyển KC vị trí dừng để RA điều khiển lại N Hình 6-29 Sơ đồ bảo vệ điện áp thấp T 147 147 RA KC KC1 KC2 KC3 RA T N Trong sơ đồ rơ le điện áp RA sử dụng để bảo vệ điện áp thấp (khi điện áp nguồn giảm thấp cho động làm việc với công suất gần cũ dòng động vượt mức cho phép, chất lượng trình gia công không đảm bảo, cần tự động cắt điện động cơ): Khi điện áp lưới thấp làm cho lực hút RA không đủ để trì trạng thái đóng tiếp điểm, RA nhả, tiếp điểm thường hở RA mở ra, cắt điện thân RA công tắc tơ, dẫn đến cắt điện động Khi sử dụng nút ấn điều khiển sử dụng rơ le bảo vệ điện áp không nút ấn phối hợp với công tắc tơ thực nhiệm vụ Công tắc tơ có tác dụng bảo vệ điện áp thấp RA mức độ nhạy d Bảo vệ giảm từ thông động chiều Động chiều kích từ độc lập, song song hỗn hợp giảm mức từ trường cuộn kích thích song songhoặc độc lập dòng rôto động tăng mức, cháy động Trong trường hợp ta phải không cho phép đóng nguồn vào động động 148 148 cấp nguồn phải tự động cắt nguồn Để thực bảo vệ người ta mắc nối tiếp cuộn kích từ độc lập song song cuộn dây rơ le dòng điện, tiếp điểm bố trí mạch cuộn dây công tắc tơ dùng để đóng cắt nguồn cho mạch rôto động Sơ đồ mạch có bảo vệ từ thông động hình 2-24, sơ đồ người ta mắc nối tiếp với cuộn dây kích thích động (CKĐ) rơ le dòng điện RTT (rơ le thiếu từ trường) Khi từ thông (đứt mạch) nhỏ rơ le không tác động nên tiếp điểm RTT(2-4) hở làm cho mạch cuộn dây công tắc tơ K hở, động không cấp điện làm việc bị cắt điện để đảm bảo an toàn K CD CC CKĐ D M K K CD CC K Đ Hình 6-30 Sơ đồ bảo vệ từ thông động chiều RTT + RTT 149 149 e Các khâu liên động làm chức bảo vệ Trong nhiều sơ đồ tự động điều khiển, để đảm bảo an toàn cho phần điện phần khí máy, người ta thường trang bị thêm số phần tử liên động kết cấu khí máy với mạch điện phần mạch điện với Các liên động thường sử dụng là: - Để tránh ngắn mạch nguồn cung cho động hệ thống TĐĐ có đảo chiều cách đảo chiều điện áp đảo chéo hai pha nguồn tác động nhầm lẫn hai công tắc tơ quay thuận quay ngược (ví dụ T N sơ đồ hình 2-23) người sử dụng liên động tiếp điểm thường đóng công tắc tơ (tiếp điểm N mắc nối tiếp với cuộn dây T ngược lại) - Tránh mài mòn mức phận chuyển động không bôi trơn, người ta sử dụng liên động điện: cấp nguồn cho động động bơm dầu bôi trơn làm việc; sử dụng tiếp điểm áp lực dầu: đủ áp lực dầu cho phép cấp điện cho động - Ngoài ra, tuỳ theo loại thiết bị, điều kiện môi trường làm việc người ta bố trí liên động khác để đảm bảo làm việc an toàn thiết bị 6.3.3 Tín hiệu hoá Để thị tình trạng vận hành khí cụ thiết bị hệ thống tự động điều khiển người ta dùng tín hiệu sau: - Đèn đỏ báo hiệu mạch cấp nguồn điện - Đèn xanh để báo hiệu mạch điện máy làm việc bình thường - Các rơ le thị (cờ) để báo hiệu vị trí, vùng xẩy cố - Chuông, còi để báo hiệu có cố hệ thống - v.v 6.4 Câu hỏi tập Nêu công dụng ký hiệu sơ đồ nguyên lý cầu chảy? Nêu công dụng ký hiệu sơ đồ nguyên lý rơ le nhiệt? 150 150 Nêu công dụng ký hiệu sơ đồ nguyên lý áp tô mát? Nêu công dụng ký hiệu sơ đồ nguyên lý cầu dao? Nêu công dụng ký hiệu sơ đồ nguyên lý công tắc? Nêu công dụng ký hiệu sơ đồ nguyên lý công tắc hành trình? Nêu công dụng ký hiệu sơ đồ nguyên lý nút ấn? Nêu công dụng ký hiệu sơ đồ nguyên lý công tắc tơ? Nêu công dụng ký hiệu sơ đồ nguyên lý rơ le điện từ? 10 Nêu công dụng ký hiệu sơ đồ nguyên lý rơ le dòng điện cực đại? 11 Nêu công dụng ký hiệu sơ đồ nguyên lý rơ le dòng điện cực tiểu? 12 Nêu công dụng ký hiệu sơ đồ nguyên lý rơ le thời gian? 13 Nêu nguyên tắc điều khiển (khống chế) truyền động điện theo thời gian? Cho ví dụ minh họa? 14 Nêu nguyên tắc điều khiển (khống chế) truyền động điện theo tốc độ? Cho ví dụ minh họa? 15 Nêu nguyên tắc điều khiển (khống chế) truyền động điện theo dòng điện? Cho ví dụ minh họa? 16 Nêu nguyên tắc điều khiển (khống chế) truyền động điện theo hành trình? Cho ví dụ minh họa? 17 Vai trò bảo vệ tín hiệu hóa truyền động điện? Các yêu cầu bảo vệ thường gặp? 18 Trình bày biện pháp bảo vệ ngắn mạch? 19 Trình bày biện pháp bảo vệ điện áp thấp (điện áp không)? 20 Trình bày biện pháp bảo vệ chống từ thông động điện chiều? 151 151 TÀI LIỆU THAM KHẢO Nguyễn Bính, Điện tử công suất, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2000 Trịnh Đình Đề, Võ Trí An, Điều khiển tự động truyền động điện, NXB Đại học Trung học chuyên nghiệp - 1983 Khương Công Minh, Giáo trình truyền động điện tự động, Tài liệu lưu hành nội Bộ môn Tự động-Đo lường, ĐH Bách khoa - Đại học Đà Nẵng Vũ Quang Hồi, Trang bị điện - điện tử công nghiệp, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2000 Vũ Quang Hồi, Nguyễn Văn Chất, Nguyễn Thị Liên Anh, Trang bị điện điện tử máy công nghiệp dùng chung, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2000 Bùi Quốc Khánh, Nguyễn Văn Liễn, Nguyễn Thị Hiền, Truyền động điện, NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 2001 Nguyễn Mạnh Tiến, Vũ Quang Hồi, Trang bị điện - điện tử máy gia công kim loại, NXB Giáo dục, Hà Nội, 2000 Tsilikin M G., Cơ sở truyền động điện tự động (sách dịch), NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1977 Cyril W Lander, Điện tử công suất điều khiển động điện (sách dịch), NXB Khoa học Kỹ thuật, Hà Nội, 1993 152 152