Đang tải... (xem toàn văn)
Đề cương bài giảng: Trang bị điện - điện tử biện soạn với nội dung các phần tử điều khiển và các khâu bảo vệ điển hình, các nguyên tắc cơ bản điều khiển tự động truyền động điện, trang bị điện nhóm máy cắt kim loại(MCKL). Để nắm vững nội dung chi tiết mời các bạn cùng tham khảo tài liệu.
Đề cương bài giảng Trang bị điện điện tử LỜI NĨI ĐẦU Ngày nay, trong các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế quốc dân, điện khí hố, khí hố và tự động hố liên quan chặt chẽ với nhau. Đòi hỏi những kỹ sư điện, kỹ sư cơ khí cần được trang bị những kiến thức rất cơ bản về các phần tử điều khiển, các phần tử bảo vệ và các khâu bảo vệ. Các ngun tắc điều khiển tự động truyền động điện và hệ thống trang bị điện điện tử nhóm náy cắt kim loại Giáo trình trang bị điện điện tử được biên soạn với các nội dung cơ đọng, đầy đủ theo u cầu của chương trình mơn học trang bị điện điện tử, nhằm cung cấp cho sinh viên chun ngành điện nghiên cứu mơn mọc này được dễ dàng và hiệu hơn. Ngồi ra có thể được dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành cơ khí hàn, cơ khí chế tạo và các bạn đọc. Tài liệu được lưu hành nội bộ tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng n. Giáo trình này đã qua chỉnh sửa và tái bản 1 lần nhưng vẫn khơng thể tránh khỏi những sai sót, Nhóm biên soạn chúng tơi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của bạn đọc, các em sinh viên và đồng nghiệp để giáo trình được hồn thiện Hưng Yên, ngày 01 tháng 01 năm 2008 Nhóm biên soạn Biên soạn: Trần Văn Chương Đỗ Tuấn Khanh Trần Thị Ngoạt 1 Đề cương bài giảng Trang bị điện điện tử Biên soạn: Trần Văn Chương Đỗ Tuấn Khanh Trần Thị Ngoạt 2 Đề cương bài giảng Trang bị điện điện tử MỤC LỤC Chương 1: Các phần tử điều khiển và các khâu bảo vệ điển hình 1.1 Các phần tử bảo vệ 1.1.1 Cầu chảy 1.1.2 Rơle nhiệt 1.1.3 Áptomát 1.2 Các phần tử điều khiển 1.2.1 Công tắc 1.2.2 Nút ấn 1.2.3 Cầu dao 1.2.4 Bộ khống chế 1.2.5 Công tắc tơ. 1.3 Rơle 1.3.1 Rơle điện tử 1.3.2 Rơle trung gian 1.3.3 Rơle dòng điện, rơle điện áp 1.3.4 Rơle thời gian 1.4 Các khâu bảo vệ điển hình 1.4.1 Ý nghĩa của bảo vệ 1.4.2 Bảo vệ ngắn mạch 1.4.3 Bảo vệ q tải Chương 2: Các ngun tắc cơ bản điều khiển tự động truyền động điện 2.1 Khái niệm chung. 2.2 Các ngun tắc điều khiển hệ thống truyền động điện kiểu hở 2.2.1 Ngun tắc điều khiển theo thời gian 2.2.2 Ngun tắc điều khiển theo tốc độ 2.2.3 Ngun tắc điều khiển theo dòng điện 2.2.4 Ngun tắc điều khiển theo hành trình 2.3 Ngun tắc điều khiển truyền động điện kiểu kín 2.3.1 Khâu phản hồi âm điện áp 2.3.2 Khâu phản hồi âm tốc độ 2.3.3 Khâu phản hồi âm dòng có ngắt 2.4 Một số sơ đồ điều khiển động cơ điện Chương 3: Trang bị điện nhóm máy cắt kim loại(MCKL) 3.1 u cầu chung về trang bị điện MCKL 3.2 Trang bị điện máy tiện 3.3 Trang bị điện máy bào giường 3.4 Trang bị điện máy doa Biên soạn: Trần Văn Chương Đỗ Tuấn Khanh Trần Thị Ngoạt 10 11 13 14 15 17 18 19 22 25 26 27 30 32 33 37 40 48 55 3 Đề cương bài giảng Trang bị điện điện tử 3.5 Trang bị điện máy mài Biên soạn: Trần Văn Chương Đỗ Tuấn Khanh Trần Thị Ngoạt 58 4 Đề cương bài giảng Trang bị điện điện tử CHƯƠNG 1: CÁC PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC KHÂU BẢO VỆ ĐIỂN HÌNH 1.1 Các phần tử bảo vệ 1.1.1 Cầu chì: Là một loại khí cụ dùng để bảo vệ cho thiết bị điện và tránh lưới điện khỏi dòng điện ngắn mạch Bộ phận cơ bản của cầu chì là dây chảy. Dây chảy thường làm bằng các vật liệu có nhiệt độ nóng chảy thấp; Với những dây chảy trong mạch có dòng điện làm việc lớn, có thể làm bằng các vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao nhưng tiết diện nhỏ thích hợp Dây chảy thường là những dây tiết diện tròn bằng các lá chì, kẽm, hợp kim chì thiếc, nhơm hay đồng được dập, cắt theo các hình dạng như hình 1.1. Dây chảy được kẹp chặt bằng vít vào đế cầu chì, có nắp cách điện để tránh hồ quang bắn tung tóe ra xung quanh khi dây chảy đứt Hình 1.1 Một số hình dạng dây chảy Hình 1.2 Đặc tính As của dây chảy Đặc tính cơ bản của dây chảy là đặc tính thời gian – dòng điện A – s như đường 1 hình 1.2. Dòng điện qua dây chảy càng lớn, thời gian chảy đứt càng nhỏ Để bảo vệ được đối tượng cần bảo vệ với một dòng điện nào đó trong mạch, dây chảy phải đứt trước khi đối tượng bị phá huỷ. Do đó, đường đặc tính A – s của dây chảy phải nằm dưới đặc tính của đối tượng cần bảo vệ (đường 1) Thực tế thì dây chảy thường có đặc tính như đường 3. Như vậy trong miền q tải lớn, đường 3 thấp hơn đường CC 2 thì cầu chì bảo vệ được đối tượng. Ngược lại trong miền Hình 1.3 Kí hiệu cầu chì trên sơ đồ điện Biên soạn: Trần Văn Chương Đỗ Tuấn Khanh Trần Thị Ngoạt 5 Đề cương bài giảng Trang bị điện điện tử q tải nhỏ, cầu chì khơng bảo vệ được đối tượng, trường hợp này dòng q tải nhỏ, sự phát nóng của dây chảy toả ra mơi trường là chủ yếu nên khơng đủ làm chảy dây Trị số dòng điện mà dây chảy đứt được gọi là dòng điện giới hạn. Rõ ràng cần có Igh >Iđm để dây chảy khơng bị đứt khi làm việc với dòng điện định mức Đối với dây chảy bằng chì: Đối với dây chảy hợp kim chì thiếc: Đối với dây chảy bằng đồng: 1.1.2 I gh I dm I gh I dm I gh I dm 1,25 1,45 1,15 1,6 Rơ le nhiệt Rơ le nhiệt là phần tử dùng để bảo vệ các thiết bị điện khỏi bị q tải Ngun lý cấu tạo của rơ le nhiệt được biểu diễn ở hình 1.4. Mạch lực cần bảo vệ q tải được mắc nối tiếp với phần tử đốt nóng 1. Khi có dòng điện q tải chạy qua, phần tử đốt nóng 1 sẽ nóng lên và tảo nhiệt ra xung quanh. Băng kép 2 khi bị đốt nóng sẽ cong lên trên, rời khỏi đòn đầu trên của đòn xoay 3 sẽ quay sang phải và kép thanh cách điện 7. Tiếp điểm thường đóng 4 mở ra, cắt mạch điều khiển đối tượng cần bảo vệ Hình 1.4 Ngun lý cấu tạo và làm việc của rơle nhiệt Khi sự cố đã được giải quyết, băng kép 2 nguội và cong xuống nhưng chỉ tì lên đầu trên của đòn xoay 3 nên tiếp điểm 4 khơng tự động đóng lại được. Muốn rơle trở về trạng thái ban đầu ta ấn nút ấn hồi phục 5 để đẩy đòn xoay 3 quay thuận chiều kim đồng hồ và đầu tự do của băng kép sẽ tụt xuống giữ đòn xoay 3 vị trí đóng tiếp điểm 4 Đặc tính thời gian dòng điện (As): Dòng điện q tải càng lớn thì thời gian tác động của rơle nhiệt càng ngắn. Biên soạn: Trần Văn Chương Đỗ Tuấn Khanh Trần Thị Ngoạt 6 Đề cương bài giảng Trang bị điện điện tử Trong thực tế sử dụng, dòng điện định mức của rơle nhiệt thường được chọn bằng dòng điện định mức của động cơ điện cần được bảo vệ q tải, sau đó chỉnh định giá trị của dòng điện tác động là: Itđ = (1,2 – 1,3)Iđm Tác động của rơle nhiệt bị ảnh hưởng của mơi trường xung quanh, khi nhiệt độ mơi trường xung quanh tăng, rơle nhiệt sẽ rác động sớm hơn nghĩa là dòng điện tác động giảm. Khi đó cần phải hiệu chỉnh lại Itđ RN I/Iđm a) b) Hình 1.6: Ký hiệu của rơle nhiệt Phần tử đốt nóng, Hình 1.5: Đặc tính thời gian dòng b. Ti ếp đi ểm th ng đóng có ự cố Áptơmát là khi c ện đóng m ạch bằng tay và cắt m ạnh t ự đườ ộng khi có s điện của rụ ơ đi le nhi ệt nút ấn phục hồi 1.1.3 Áp tơ mát: như: q tải, ngắt mạch, sụt áp Đơi khi trong kỹ thuật cũng sử dụng áp tơ mát đóng cắt khơng thường xun các mạch điện làm việc ở chế độ bình thường Kết cấu các áptomát rất đa dạng và được chia theo chức năng bảo vệ: áptomát dòng điện cực đại, áp tomát dòng điện cực tiểu, áptomát điện áp thấp, áptomát cơng suất ngược Hình 1.7 trình bày ngun lý làm việc của áptomát dòng điện cực đại dùng để bảo vệ mạch điện khi q tải và khi ngắn mạch Hình 1.8 Ký hiệu của áptomát trên sơệ đn c ồ đi ệnại Hình 1.7 Aptomát dòng đi ực đ Biên soạn: Trần Văn Chương Đỗ Tuấn Khanh Trần Thị Ngoạt 7 Đề cương bài giảng Trang bị điện điện tử Sau khi đóng bằng tay, áptomát cấp điện cho mạch cần được bảo vệ. Lúc này mấu của các chốt ở đầu cần 4 và đòn 5 móc vào nhau để giữ tiếp điểm động tì vào tiếp điểm tĩnh. Khi dòng điện vượt q trị số chỉ định của aptomat qua lực căng của lò xo 3, cuộn điện từ 1 nối tiếp với mạch lực sẽ đủ lực, thắng lực cản của lò xo 3 và hút nắm từ động 2, làm cần 4 quay nhả móc chốt. Lò xo 6 kéo rời tiếp điểm động ra khỏi tiếp điểm tĩnh để cắt mạch Chỉnh định dòng điện cực đại có thể bằng nhiều cách chẳng hạn qua chỉnh lực căng lò xo 3 tăng theo dòng điện cực đại mà aptomat phải cắt 1.2 Các phần tử điều khiển 1.2.1 Cơng tắc Cơng tắc là khí cụ đóng – cắt bằng tay hoặc bằng tác động cơ khí ở lưới điện hạ áp Cơng tắc có loại thường hở hoặc thường kín, có loại dùng để đóng cắt trực tiếp mạch chiếu sáng hay mạch động lực có cơng suất nhỏ, có loại chỉ dùng trong mạch điều khiển. Hình dáng, cấu tạo của cơng tắc rất đa dạng song về ngun lý đề có các tiếp điểm động và tĩnh mà ở vị trí này của cơng tắc thì tiếp điểm động tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh, còn ở vị trí khác thì tiếp điểm động rời khỏi tiếp điểm tĩnh. Do vậy, mạch điện được nối thơng hoặc bị cắt tuỳ theo vị trí của cơng tắc. Số các tiếp điểm của các loại cơng tắc cũng nhiều ít khác nhau tuỳ theo mục đích sử dụng. Việc đóng cắt các tiếp điểm cũng có thể theo các ngun tắc cơ khí khác nhau: có loại lẫy, có loại xoay CT NO NC a) b) Hình 1.9 Ký hiệu của tiếp điểm cơng tắc trên sơ đồ điện a) Tiếp điểm cơng tắc. b) tiếp điểm cơng tắc hành trình Cơng tắc hành trình được lắp đặt tại vị trí trên hành trình nào đó trong một hệ thống TĐĐ để đóng, cắt mạch điều khiển. Nó được dùng để điều khiển truyền động điện theo vị trí hoặc để bảo vệ, đảm bảo an tồn cho một chuyển động ở cuối hành trình 1.2.2 Nút ấn Nút ấn ( nút bấm, nút điều khiển) dùng để đóng – cắt mạch ở lưới điện hạ áp Biên soạn: Trần Văn Chương Đỗ Tuấn Khanh Trần Thị Ngoạt 8 Đề cương bài giảng Trang bị điện điện tử Nút ấn thường được dùng để điều khiển các rơle, cơng tắc tơ, chuyển đổi mạch tín hiệu, bảo vệ sử dụng phổ biến nhất là nút ấn trong mạch điều khiển động cơ để mở máy, dừng và đảo chiều quay Hình 1.10 trình bày kết cấu 1 số nút ấn và kí hiệu của chúng trên bản vẽ điện Hình 1.10 Ngun lý cấu tạo và ký hiệu của nút ấn (thường mở, thường đóng, nút bấm kép) Một số loại nút ấn thường đóng dùng trong mạch bảo vệ hoặc mạch dừng còn có chốt khố, khi bị ấn nút tự giữ trạng thái bị ấn. Muốn xố trạng thái này, phải xoay nút đi một góc nào đó. 1.2.3 Cầu dao Cầu dao là khí cụ đóng cắt mạch điện bằng tay ở lưới hạ áp. Cầu dao là khí cụ điện phổ biến trong dân dụng và trong cơng nghiệp và được dùng ở trong mạch cơng suất nhỏ với số lần đóng cắt rất nhỏ Khi ngắt cầu dao, thường xẩy ra hồ quang mạnh. Để dập tắt hò quang nhanh, cần phải kéo lưới dao ra khỏi kẹp nhanh. Tốc độ kéo tay khơng thể nhanh được nên người ta làm thêm lưỡi dao phụ như hình 1.12. Lưỡi dao phụ 3 cùng lưỡi dao chính 1 kẹp trong 2 kẹp lúc đầu dẫn điện. Khi ngắt điện tay kéo lưỡi dao chính 1 ra trước còn lưới dao phụ 3 vẫn bị kẹp lại trong kẹp 2. Lò xo 4 bị kéo căng và tới 1 mức nào đó sẽ bật nhanh, kéo lưỡi dao phụ 3 ra khỏi kẹp 2. Do vậy, hồ quang sẽ bị kéo dài nhanh và bị dập tắt trong thời gian ngắn Biên soạn: Trần Văn Chương Đỗ Tuấn Khanh Trần Thị Ngoạt 9 Đề cương bài giảng Trang bị điện điện tử Hình 1.11 Cầu dao 2 cực Hình 1.12. Cầu dao có lưỡi dao phụ Hình 1.13. Ký hiệu của cầu dao trên sơ đồ điện Cầu dao có thể là một cực, hai cực hoặc ba, bốn cực và có thể đóng chỉ về 1 ngả hoặc đóng về 2 ngả. Cầu dao được phân loại theo điện áp (250V, 500V ), theo dòng điện (5A, 10A, ) và có loại hở, có loại có hộp bảo vệ, Cầu dao thường dùng kết hợp với cầu chì để bảo vệ ngắn mạch 1.2.4 Bộ khống chế Bộ khống chế là khí cụ dùng để điều khiển gián tiếp (qua mạch điều khiển) hoặc điều khiển trực tiếp (qua mạch động lực) các thiết bị điện Bộ khống chế điều khiển gián tiếp còn gọi là bộ khống chế từ hay khống chế chỉ huy. Bộ khơng chế điều khiển trực tiếp còn gọi là bộ khống chế động lực Bộ khống chế là khí cụ đóng cắt đồng thời nhiều mạch (điều khiển hoặc cả điều khiển lẫn động lực) nhờ tay quay hay vơ lăng quay để điều khiển một q trình nào đó như mở máy, điều chỉnh tốc độ, đảo chiều, hãm điện Bộ khống chế được chia ra theo dòng điện 1 chiều hoặc xuay chiều và tuỳ theo cấu tạo còn có các bộ khống chế hình trống hay bộ khống chế hình cam Hình 1.14 Bộ khống chế hình trống: a. Cấu tạo, b. Sơ đồ tiếp điểm Biên soạn: Trần Văn Chương Đỗ Tuấn Khanh Trần Thị Ngoạt 10 Đề cương bài giảng Trang bị điện điện tử (khi khơng tải chỉ có khối lượng của móc, G =0), trong trường hợp này M = Mms – MC được gọi là chế độ hạ động lực (đường 4) Ở góc phần tư thứ tư IV, máy điện làm việc ở chế độ máy phát. Đối với cơ cấu nâng hạ hàng, khi MC > Mms trong trường hợp này M = MC – Mms, trong trường hợp này hàng sẽ được hạ do tải trọng của nó, còn động cơ đóng điện ở chế đơ nâng để hãm tốc độ hạ hàng. Lúc này động cơ làm việc ở chế độ hãm ngược đường 2. Khi thực hiện hạ động lực, động cơ làm việc ở chế độ máy phát (hãm tái sinh) với tốc độ hạ lớn hơn tốc độ đồng bộ, đường 4. Biên soạn: Trần Văn Chương Đỗ Tuấn Khanh Trần Thị Ngoạt 85 Đề cương bài giảng Trang bị điện điện tử 4.3.2 Hệ truyền động cơ cấu nầng hạ của cầu trục dùng hệ máy phát động cơ điện một chiều (FĐ) Đối với những cầu trục có trọng tải lớn, chế độ làm việc nặng nề, u cầu về điều chỉnh tốc độ cao hơn, đáp ứng các u cầu ngặt nghèo do cơng nghệ đặt ra, nếu dùng hệ truyền động với động cơ KĐB điều khiển bằng bộ khống chế động lực không đáp ứng thoả mãn các yêu cầu về truyền động và điều chỉnh tốc độ. Trong trường hợp này, thường dùng hệ truyền động FĐ, TĐ hoặc hệ truyền đơng với động cơ KĐB cấp nguồn từ bộ biến tần. Hình 4.4. Biểu diễn hệ truyền động cơ cấu nâng hạ dùng hệ FĐ. Đây là hệ truyền động FĐ có máy điện khuếch đại trung gian (MĐKĐ), chức năng của nó là tổng hợp và khuếch đại tín hiệu điều khiển. Hệ truyền động này được sử dụng phổ biến cho các cầu trục trong các xí nghiệp luyện kim, trong các nhà máy lắp ráp và sửa chữa. Động cơ truyền động cơ cấu nâng hạ Đ được cấp từ nguồn máy phát F. Kích từ cho máy phát F là cuộn CKTF được cấp từ máy điện khuếch đại từ trường ngang MĐKĐ. MMĐKĐ có 4 cuộn kích từ: Cuộn chủ đạo CCĐ(9) được cấp từ nguồn bên ngồi qua cầu tiếp điểm N,H (8) và N,H(10) nhằm đảo chiều dòng chủ đạo nghĩa là quyết đinh chiều quay (nâng hoặc hạ) cho đơng cơ, với điện trở hạn chế R6 Cuộn phản hồi âm điện áp CFA(6) đấu song song với phần ứng của động cơ, gồm 2 chức năng: • Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi sức từ động sinh ra trong cuộn CFA bằng biến trở R4(6) trong trường hợp làm việc tốc độ thấp, tiếp điểm cơng tắc tơ gia tốc G(5) kín, sức từ động sinh ra trong cuộn CFA rất lớn làm giảm sức điện động tổng của máy điện khuếch đại, kết quả điện áp ra của máy phát F giảm dần đến tốc độ của động cơ giảm. • Khi dừng máy, cuộn CFA (6) được nối vào phần ứng của động cơ qua hai tiếp điểm thường kín N, H(7) và điên trở hạn chế R5(7). Do chiều của cuộn CFA ngược chiều với dòng trong cuộn CCĐ, giúp dừng nhanh động cơ truyền động. Cuộn phản hồi âm dòng có ngắt CFD(2) hạn chế dòng khi mở máy hoặc đảo chiều. Khi động cơ chưa bị q tải Iư