Giáo trình phần tử tự động

- Phần tử biến đổi : dùng để biến đổi các tín hiệu từ dạng này sang dạng khác nhằm tạo điều kiện thuận lợi và tăng độ chính xác cho sự làm việc khác, cho các phần tử khác trong hệ thống.[r]

Bài Mở Đầu

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ PHẦN TỬ TỰ ĐỘNG

§1 Mở Đầu

Phần tử tự động thiết bị dùng để xây dựng nên thiết bị tự động Các thiết bị thực chức mà khơng cần tham gia trực tiếp người

Phần tử tự động có nhiều chức khác nguyên lý làm việc khác Ví dụ : phần tử điện cơ, điện từ, điện nhiệt, thuỷ lực, khí nén

Xét ví dụ : cần trì nhiệt độ lị sấy với θcp = const

1 Khi không sử dụng phần tử tự động : sơ đồ gồm nhiệt kế điện trở gia nhiệt

Hình

Muốn tri nhiệt độ ta phải :

- Quan sát tình trạng làm việc lị thơng qua nhiệt kế - So sánh nhiệt dộ θ lò với nhiệt độ cần trì θcp = const

- Nếu thấy có sai khác hai nhiệt độ cần tiến hành hiệu chỉnh + θ < θcp : cần khoá K cho điện trở hoạt động để gia nhiệt làm cho

lò tăng nhiệt độ cho phép

+ θ < θcp : cần ngắt khố K để vơ hiệu hoá điện trở gia nhiệt làm

nhiệt độ lò giảm tới nhiệt độ cho phép

Hình

K – kí hiệu cuộn dây nam châm điện cơng tắc tơ

Sơ đồ trì nhiệt độ lò khoảng nhiệt độ lân cận nhiệt độ cần trì Khi nhiệt độ lị θ nhỏ khoảng nhiệt độ cho phép tiếp điểm mở, K khơng có điện Lúc điện trở gia nhiệt R hoạt động gia nhiệt cho lò làm nhiệt độ lò tăng Nhiệt độ lò tăng tới lúc vượt mức nhiệt độ cho phép, mức thủy ngân nhiệt kế dâng cao làm tiếp điểm nhiệt kế đóng Cuộn dây K có điện, điện trở gia nhiệt khơng có điện nên lị khơng gia nhiệt Do nhiệt độ lị giảm xuống tới mức cho phép Khi nhiệt độ lò giảm xuống mức cho phép q trình lại lăp lại Tóm lại q trình

Qua ví dụ trên, ta thấy hệ thống tự bao gồm khâu sau :

- Khâu đo lường kĩ thuật: xác định thông số đối tượng điều khiển kiểm tra tình trạng làm việc Các đối tượng đo đại lượng điện khơng điện chủ yếu khơng điện Do người ta phải biến đổi đại lượng không điện đại lượng điện Vì khâu có sử dụng phần tử cảm biến (sensor)

- Tổng hợp xử lý : tính tốn, so sánh, đánh giá đại lượng từ phận đo lường đưa tới theo qui luật đưa tín hiệu cần thiết cho việc điều khiển Vì phận phải có khả logic cao, thường người ta sử dụng phần tử logic Tùy theo mức độ

Đối tượng điều khiển

Tổng hợp

xử lý Đo lườngkiểm tra Chấp

phức tạp trình điều khiển mà phận tổng hợp xử lý phức tạp dơn giản

- Chấp hành : nhận tín hiệu từ khâu tổng hợp xử lý đưa tới, theo nội dung tín hiệu đó, thực thao tác cần thiết để điều chỉnh thông số trạng thái đối tượng điều khiển theo giá trị đặt

Thường dùng phần tử điện, điện từ, khí nén thủy lực - Đối tượng điều khiển : đối tượng có thơng số cần phải điều

§2 Phân Loại Phần Tử Tự Động

Phần tử tự động phân loại theo nhiều tiêu chí khác Dưới vài cách phân loại

1 Theo quan điểm lượng :

Coi phần tử tự động phần tử biến đổi lượng chia loại : - Loại : Năng lượng đầu y ; x đượng lượng vào

y chuyển đổi từ x

Hình

Với phần tử tự động, công suất lượng nhỏ công suất lượng đầu vào phần tử phần tử tử thụ động

- Loại : z nguồn phụ hay nguồn ni

Hình

Năng lượng z có tác dụng điều chế trình biến đổi lượng từ x→y Phần tử phần tử hoạt tính (tích cực) Năng lượng đầu lớn lượng đầu vào

2 Theo tính chất đối tượng đầu ra, vào : gồm – điện, điện – từ Theo chức làm việc

- Phần tử cảm biến (sensor) dùng để biến đổi đại lượng từ dạng sang dạng khác Thường từ đại lượng không điện sang đại lượng điện, thường nằm hệ thống đo lường kiểm tra

- Các phần tử khuếch đại : tăng cường tín hiệu, với biến thiên nhỏ tín hiệu đầu vào dẫn đến biến thiên tín hiệu Quan hệ hai đại lượng thể qua đặc tính vào –

- Các phần tử rơle : phần tử có mối quan hệ đại lượng vào – theo dạng đặc tính rơle Các phần tử rơle tác động không tác động

PTTD

x y

PTTD

x y

Hình

- Phần tử ổn định : phần tử tự động điều chỉnh thông số trị số khơng đổi lưu đương lượng đầu vào thay đổi phạm vi định

- Phần tử biến đổi : dùng để biến đổi tín hiệu từ dạng sang dạng khác nhằm tạo điều kiện thuận lợi tăng độ xác cho làm việc khác, cho phần tử khác hệ thống

- Phần tử chấp hành : phần tử dùng để tác động trực tiếp lên đối tượng điều khiển để điều chỉnh thông số trạng thái đối tượng theo yêu cầu định

4 Theo nguyên lý : chia làm nhóm - Các phần tử điện

- Các phần tử nhiệt - Các phẩn tử sắt từ

- Các phần tử bán dẫn vi mạch

xnh xtđ

ymi n ymax

y (ra)

§3 Các Đặc Tính Cơ Bản Và Các Thơng Số Của Phần Tử Tự Động

1 Hệ số biến đổi :

- Hệ số biến đổi tỉ số đương lượng đầu đương lượng đầu vào tỉ số biến thiên đương lượng đầu ∆y biến thiên đương lượng đầu vào ∆x

K=y

x K '=

Δy Δx ≈

dy dx

Chú ý :

+ giá trị K,K’ phụ thuộc đặc tính vào phần tử y = f(x)

+ Với phần tử tuyến tính K, K’ const Cịn với phần tử phi tuyến K, K’ hàm số

+ K, K’ đại lượng vật lý có đơn vị đo Cịn giá trị tương đối khơng có đơn vị

+ Với phần tử khác hệ số biến đổi có tên gọi khác phù hợp với chức phần tử

2 Sai số :

Sai số thay đổi đương lượng đương lượng vào không thay đổi Sai số có nhiều nguyên nhân :

- Chủ quan : tự phần tử gây nên

- Khách quan : đối tượng bên ngồi tác động Có loại sai số :

- Sai số tuyệt đối : ∆y = y’ – y - Sai số tương đối : a%=Δy

y 100 %

- Sai số qui đổi : b%= Δy

ymax 100 %

3 Ngưỡng độ nhạy :

Ngưỡng nhạy thay đổi giá trị tối thiểu đương lượng đầu vào mà không gây thay đổi đương lượng đầu

hình1

x y

x1

x1, x2 : ngưỡng độ nhạy

4 Phản hồi :

- Tác dụng : dùng để tăng cường tín hiệu (hệ số khuếch đại) tăng tính ổn định

Hình - Có loại phản hồi :

+ phản hồi dương phản hồi tín hiệu tác dụng chiều x + phản hồi âm phản hồi tín hiệu tác dụng ngược chiều x Hệ số phản hồi β : β = y = k.x

β ≠ y=kx

1± β→ kph=

k 1± β

HSBD

Hệ số phản hồi 

x y

Phần 1

CÁC BỘ CẢM BIẾN

Chương – KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ CẢM BIẾN

Trong hệ thống điều khiển đo lường, trình dều đặc trưng biến trạng thái, thường đại lượng không điện Để đo đạc theo dõi biến thiên ta phải dùng cảm biến

§1 Địmh Nghĩa Và Phân Loại Định nghĩa :

Cảm biến là thiết bị cảm nhận đáp ứng với tín hiệu kích thích - Trong mơ hình mạch : cảm biến mơ hình mạng hai cửa

Hình

x – biến trạng thái cần đo y – đáp ứng

y = f(x) Phân Loại :

a Theo nguyên lý chuyển đổi : nhiệt điện, quang điện, điện… b Theo dạng kích thích : âm thanh, tần số…

c Theo chức : độ nhạy, độ xác, độ trễ…

d Theo phạm vi sử dụng : công nghiệp, nông nghiệp, nghiên cứu e Theo thơng số mơ hình mạch thay ( loại)

- Cảm biến tích cực (bộ cảm biến có nguồn) coi nguồn dòng nguồn áp

- Cảm biến thụ động (không nguồn ) đặc trưng thông số L, R, C, M số tuyến tính khơng tuyến tính

§2 Các Đặc Trưng Cơ Bản Của Bộ Cảm Biến

Quan hệ kích thích đáp ứng cảm biến đặc trưng nhiều đại lượng

Bộ CB

1 Hàm truyền : quan hệ đáp ứng kích thích cho dạng bảng biểu thức toán học

- Tuyến tính : y = a + bx với b – độ nhạy ; a – x = - Dạng ln(a) : y = + b.lnx

- Dạng mũ : y=a.ekx với k = const - Dạng lũy thừa : y = a0 + a1.xk

2 Độ lớn tín hiệu vào :

Độ lớn tín hiệu vào là giá trị lớn tín hiệu vào mà sai số cảm biến không vượt ngưỡng cho phép Thường độ lớn tín hiệu vào tính theo dB theo log

3 Sai số :

Sai số là sai khác tín hiệu đo lường với giá trị thực Sai số có loại :

 Sai số tuyệt đối

 Sai số tương đối

 Sai số qui đổi

 Sai số hệ thống sai số không phụ thuộc vào thời gian không đổi

hay thay đổi theo thời gian Nguyên nhân : + sai số thiết kế

+ xử lý kết đo + dặc tính phần tử

 Sai số ngẫu nhiên sai số xuất có độ lớn chiều không xác định

do : nhiễu điều kiện mơi trường

§3 Các Bộ Cảm Biến Tích Cực Và Thụ Động

 Bộ cảm biến tích cực (có nguồn) hoạt động nguồn áp

nguồn dòng biểu diễn mạng hai cửa có nguồn

 Bộ cảm biến thụ động (không nguồn) cảm biến biểu diễn

bằng mạng hai khơng nguồn có trở kháng phụ thuộc kích thích *) Các hiệu ứng vật lý dùng cảm biến tích cực:

1 Hiệu ứng cảm ứng điện từ :

- Khi dẫn chuyển động từ trường xuất sức điện động tỉ lệ với biến thiên từ thông Nghĩa tỉ lệ tốc độ chuyển động dẫn

- Ứng dụng : xác định vận tốc chuyển động vật

Cảm ứng sở lý luận cho thiết bị điện từ động điện, máy phát điện…

- Hiệu ứng nhiệt điện tượng xảy dây dẫn có chất hóa học khác hàn kín, xuất sức điện động tỉ lệ với nhiệt độ mối hàn

Hình

- Hiệu ứng thường sử dụng để đo nhiệt độ

- Ngược lại cho dòng điện chạy từ chất có chất hóa học khác tạo chênh lệch nhiệt độ

3 Hiệu ứng hỏa điện :

- Một số tinh thể gọi tinh thể hóa điện có tính chất phân cực điện tự phát phụ thuộc nhiệt độ, số lượng điện tích trái dấu phụ thuộc phân cực điện

Hình

- Thường dùng để đo thông lượng xạ quang Hiệu ứng áp điện :

- Khi tác động ứng suất lên bề mặt vật liệu áp điện (thạch anh, muối xec-nhét) làm vật liệu biến dạng xuất điện tích trái dấu Thơng qua điện áp xác định lực F tác dụng

mV T



Hình Hiệu ứng quang điện :

- Có nhiều dạng biến đổi khác chung chất, việc giải phóng hạt dẫn tự vật liệu tác dụng xạ quang

- Sử dụng để chế tạo cảm biến quang Hiệu ứng quang điện từ :

Hình 6.1

- Khi tác động từ trường vng góc xạ ánh sáng Trong vật liệu bán dẫn chiếu sáng, xuất hiệu điện theo phương vuông góc với từ trường

u f



A I

Hình 6.2

- Dùng cảm biến đo đại lượng quang biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện

7 Hiệu ứng Hall

- Trong vật liệu bán dẫn có dịng I chạy qua đặt từ trường B có phương tạo thành góc  với I, xuất điện áp UH theo hướng vng góc

với mặt phằng (B, I)

UH = k.B.I.sin 

k - hệ số phụ thuộc vật liệu kích thước mẫu

Hình B

I

R

a 

Ut

I

Ut

+

§4 Mạch Giao Diện Của Các Bộ Cảm Biến Các đặc tính đầu vào mạch giao diện :

- Đáp ứng cảm biến thường biến phù hợp với tải điện áp, cơng suất… Vì cần có mạch giao diện cảm biến với tải Ngoài để phối hợp với đầu cảm biến đầu vào hệ thống xử lý liệu ta phải sử dụng mạch giao diện Mạch giao diện có tác dụng chuẩn hóa tín hiệu đo lường

- Tổng trở vào mạch giao diện :

Z=U

I

(nhìn từ cửa vào mạch giao diện)

- Mạch giao diện xây dựng sở sử dụng khuếch đại thuật toán Đó khuếch đại chiều có hệ số khuếch đại lớn tổng trở vào lớn

2 Đặc điểm khuếch đại thuật tốn :

Hình

Ura = Ao.Uvào

- đầu vào : đảo không đảo - Rv lớn

- Rra nhỏ

- Uv nhỏ

- Dải tần làm việc nhỏ Bộ khuếch đại đo lường :

- Tác dụng : dùng tăng cường tín hiệu đo gồm đầu vào đầu Bộ cảm

biến Mạch giao

diện diện

Tải KT

tín hiệu đo

Uvà o

+

Hình

Ura=A(U −U−)=A.ΔU

A=(1+2R

Ra )

.R3

R2 : hệ số khuếch đại

4 Mạch khử điện áp lệch :

- Điện áp lệch điện áp bên tạo điện áp phân cực đầu vào khuếch đại thuật tốn Do biến đổi đầu gây sai số

Hình

- Để chỉnh Ulệch ta điều chỉnh điện trở R3, Uv Ur = ( đầu nối đất)

- Có khuếch đại thuật toán sử dụng làm lặp lại điện áp xác Để làm việc khuếch đại thuật toán phải làm việc chế độ không đảo, k =1

- Chức : làm biến đổi điện trở đầu vào Do mạch thường dùng để ghép nối hai khâu

Hình Nguồn điện áp xác :

- Để chuẩn dụng cụ đo ta phải sử dụng điện áp chuẩn Người ta phải dùng pin weston pin mẫu tạo điện áp xác U = 0,018 V Do ảnh hưởng điện trở pin gây khơng xác Do ta dùng sơ đồ sau :

Sơ đồ kết hợp sơ đồ khử điện áp lệch lặp lại điện áp Mạch cầu :

Hình

Khi cầu cân Va = Vb : R1.R4 = R2.R3 Lúc độ nhạy cầu

lớn

Khi R1 >>R2 ngược lại điện áp cầu giảm Khi độ nhạy

của cầu bị ảnh hưởng

R4=R.(1+ΔR)

α= K

1+b2

U

R với K= R1

R2 ( độ nhạy )

8 Bù nhiệt độ cầu điện trở :

- Do ảnh hưởng nhiệt độ : điện trở R biến thiên Điện áp cầu biến thiên gây sai số Vì ta phải bù nhiệt độ cầu điện trở

- Các phương pháp bù nhiệt độ : + Sử dụng nhiệt điện trở (hình a) + Sử dụng điện trở cố định (hình b)

Hình 8a Hình 8b

Chương – CÁC BỘ CẢM BIẾN

§1 Cảm Biến Quang Điện

Cảm biến quang điện linh kiện quang điện biến đổi trạng thái điện có ánh sáng thích hợp tác động vào bề mặt

Tín hiệu vào ánh sáng, tín hiệu tín hiệu điện Tính chất ánh sáng :

- Ánh sáng có tính chất tính sóng tính hạt

- Dạng sóng ánh sáng sóng điện từ lan truyền chân không với vận tốc lớn (3.108 m/s)

+ Ánh sáng có tính chất sóng nên dịng ánh sáng xuyên qua chất bị hấp thụ tán xạ làm cho cường độ tia sáng giảm + Ánh sáng có tính chất hạt : thể qua tương tác với vật chất, ánh sáng gồm hạt photon có lượng nhỏ Do vật chất điện tử có xu hướng giải phóng khỏi phân tử thành điện tử tự nên cần cấp cho lượng đủ lớn để thoát khỏi lực liên kết Khi photon hấp thụ có điện tử giải phóng gây nên tượng giải phóng điện tử Hiện tượng giải phóng điện tích tác dụng ánh sáng hiệu ứng quang điện gây nên Đó nội dung định luật quang điện

2 Nguồn sáng : dạng

- Đèn sợi đốt : bóng thủy tinh chứa khí sợi đốt vonfram

+ Ưu điểm : thơng lượng lớn, dải phổ tần rộng biến đổi + Nhược điểm : quán tính lớn, tuổi thọ thấp

- Đèn LED (điot phát quang) : nguồn sáng bán dẫn, lượng giải phóng tái hợp điện tử, lỗ trống vùng chuyển tiếp p-n làm phát sinh photon

+ Ưu điểm : qn tính nhỏ, có khả điều biến tần số cao, độ tin cậy cao, tuổi thọ cao

+ Nhược điểm : thông lượng nhỏ, dễ nhạy với nhiệt độ

- Lazer : nguồn sáng đơn sắc có độ chói lớn định hướng tính liên kết mạnh Dựa tượng khuếch đại ánh sáng xạ kích thích

+ Ưu điểm : Bước sóng đơn sắc hồn tồn xác định Thơng lượng lớn, chùm tia mảnh, độ định hướng cao truyền xa

3 Tế bào quang dẫn :

Hình

- Nguyên lý làm việc : dựa vào tượng giải phóng hạt mang điện vật liệu bán dẫn tác dụng ánh sáng Khả dẫn điện vật liệu bán dẫn tăng

- Có độ nhạy cao

- Vật liệu chế tạo bán dẫn đa tinh thể đồng Photo diot :

Hình

Ud =  Iht =

Khi Ud ≠ Iht hạt giảm

Iht hạt dẫn khơng tăng Ir = Io

Khi chiếu ánh sáng có bước sóng  < o (bước sóng ngưỡng) xuất

cặp điện tử - lỗ trống tác dụng điện trường đều, di chuyển theo

hướng chuyển động hạt khơng làm cho dịng ngược Ir tăng,

dẫn đến URm tăng Từ xác định quang thông 

5 Photo tranzitor :



Ir

- tranzitor : có cực bazơ chiếu sáng khơng có điện áp dặt

Hình 5a Hình 5b - Có thể coi tổ hợp photo diot tranzitor

§2 Cảm Biến Phát Xạ

Cảm biến phát xạ biến đổi tín hiệu quang thành tín hiệu điện thực nhờ tượng phát xạ quang điện Số điện tử phát xạ khỏi bề mặt khơng tỉ lệ với quang thơng chiếu vào

1 Tế bào quang điện chân không :

Hình 1a

- Cấu tạo : gồm bóng thủy tinh hút chân khơng có đặt anot catot ( p = 10-6

Hình 1b Hình 1c

- Nguyên lý : tác dụng ánh sáng chiếu vào bề mặt kim loại làm cho điện tử tự kim loại giải phóng tạo nên dịng Ia Dịng

phụ thuộc thông lượng ánh sáng Tế bào quang điện chất khí :

- Cấu tạo : giống tế bào quang điện chân không khác bên có khí trơ (Acgơng)

- Ngun lý : tác dụng UAC lớn điện tử chuyển động mạnh

trong chất khí Chúng va chạm vào phân tử khí gây nên ion hóa chất khí làm cho dòng Ia tăng

3 Ứng dụng cảm biến quang điện :

- Thường sử dụng khóa chuyển mạch dùng để đóng ngắt mạch điện



A I

E

Rn 0,1lm

0,05lm 0,02 lm

2

Ia

Uac(mV)

Led



§3 Cảm Biến Nhiệt Độ

- Để đo nhiệt độ hệ thống tự động có nhiều biện pháp khác Trên sở người ta sử dụng cảm biến nhiệt độ với nguyên lý làm việc khác VD : nhiệt điện trở, nhiệt ngẫu, quang…

1 Thang đo nhiệt độ :

Được xác định từ định luật nhiệt động

a Thang nhiệt độ nhiệt động tuyệt đối : Thang Kenvin (0K) nhiệt độ

cân điểm cân trạng thái nước, nước đá b Thang Celcius : thang nhiệt độ bách phân (0C)

(¿0C)+273 15 (¿0K)=t¿

T¿

c Thang Farenheit :

(¿0C)−32

T¿ ¿

.5

¿

(¿0C)=¿ ¿

T¿

2 Cảm biến nhiệt điện trở :

- Cảm biến nhiệt điện trở cảm biến có điện trở biến đổi theo nhiệt độ - Kim loại điện trở biến đổi theo nhiệt độ, thể qua α (hệ số nhiệt điện trở)

- Phân loại : loại

+ Cảm biến nhiệt điện trở kim loại + Cảm biến nhiệt điện trở bán dẫn + Nhiệt điện trở

a Cảm biến nhiệt điện trở kim loại Có loại :

- Dây kim loại : gồm sợi dây kim loại dán bìa cách điện Vật liệu thường dùng Pt, Ni, W, Cu

Khoảng nhiệt độ đo : Pt (2000C ÷ 12000C)

Ni (-1900C ÷ 2500C)

Cu (-500C ÷ 1800C)

Rθ=R0(1+αθ) nhiệt độ θ tăng dẫn đến R tăng theo

Qua R đo ta xác định nhiệt độ qua công thức

Để cảm biến có độ nhạy cao ta phải chọn kim loại có điện trở suất (ρ)

lớn R=ρ. l

q R tăng l tăng, q giảm

- Màng mỏng : dùng để đo nhiệt dộ bề mặt vật rắn Khi đo người ta dán màng mỏng lên bề mặt vật cần đo (mỏng cỡ μm)

b Cảm biến nhiệt điện trở silic (bán dẫn)

- Các vật liệu bán dẫn nhạy cảm với nhiệt độ Do người ta dùng vật liệu bán dẫn để chế tạo cảm biến đo nhiệt độ

- Silic tinh khiết có hệ số nhiệt điện trở α < 0, tác động dải nhiệt độ α >

θ < 2000C α > 0

θ > 2000C α < 0

T − T0¿2

1+A(T − T0)+B¿

RT=R0¿

Trong : R0, T0 điện trở, nhiệt độ điểm chuẩn (00K)

A = 0,007874 (K-1)

B = 1,874.105 (K-2)

c Nhiệt điện trở :

- Được chế tạo từ hỗn hợp bán dẫn oxit dạng tinh thể Các hỗn hợp dạng bột với tỉ lệ định sau nén định dạng thiêu kết 10000C.

- So với loại cảm biến khác loại có độ nhạy cao gấp hàng chục lần so với cảm biến nhiệt điện trở kim loại

- Gồm loại :

+ cảm biến nhiệt điện trở có α > + cảm biến nhiệt điện trở có α < Cảm biến cặp nhiệt ngẫu

a Cấu tạo : gồm dây kim loại có chất hóa học khác hàn kín với

b Nguyên lý làm việc : dựa vào hiệu ứng nhiệt điện, hình thành từ sở hiệu ứng Thomson hiệu ứng Seebek

- Hiệu ứng Thomson : dây dẫn có điểm nhiệt độ khác chúng có hiệu điện hay sức điện động sđđ, phụ thuộc chất vật dẫn nhiệt độ điểm

- Hiệu ứng Seebek : mạch điện vật dẫn khác nối kín điểm giữ nhiệt độ t1,t2 Chúng tạo thành cặp nhiệt điện, t1 ≠ t2

các điện tích khuếch tán sang tạo nên sức điện động Do mạch có dịng điện i

Khi t1 = t2 EAB=eAB(t1)+eBA(t2)=0⇒eAB(t1)=−eBA(t2)

Khi t1≠ t2 thì EAB(t)=eAB(t1)+eBA(t2)=eAB(t1)− eAB(t2)

Như cách đo sức điện động nhiệt E, ta xác định nhiệt độ vật cần đo

- Sơ đồ đấu dây : - Mối hàn làm việc ; 2-3 Mối hàn tự ;

c – dây dẫn Hình 3a

Hình 1b

1 - Mối hàn làm việc ; Mối hàn tự ; – Mối hàn trung hòa ; c – dây dẫn

c Đo nhiệt độ bán dẫn diode, tranzitor : mV

C

3 B A

1

t0 t0

mV A

t0

1

t

3

2 B C

- Dùng diode :

Hình 2a Hình 2b - Dùng tranzitor

Khi nhiệt độ tăng I tăng, U tăng Qua U ta xác định nhiệt độ - Dải đo : -500C ÷ 1500C

- Độ nhạy : s=du

dt (khoảng 2.5mV/0C)

4 Cảm biến quang đo nhiệt độ :

- Hỏa kế xạ (3000C ÷ 60000C) đo gián tiếp

- Hỏa kế quang học (8000C ÷ 60000C)

- Hỏa kế quang điện (8000C ÷ 60000C)

5 Nhiệt kế áp suất (áp kế nhiệt) :

- Dựa vào phụ thuộc áp suất làm việc chất hệ thống vào nhiệt độ Tùy theo trạng thái làm việc chất mà nhiệt kế áp suất chia làm loại : khí lỏng

- Dải đo : -1500C ÷ 6000C

§4 Cảm Biến Vị Trí Và Di Chuyển A – Khái niệm chung :

- Trong tự động điều kiện làm việc xác định vị trí di chuyển đóng vai trị quan trọng Có phương pháp để xác định vị trí di chuyển

- Phương pháp : cảm biến cung cấp tín hiệu hàm phụ thuộc vào vị trí vật (phần tử bản) Phần tử có liên quan đến vật di chuyển cần xác định

- Phương pháp : ứng với di chuyển bản, cảm biến phát xung Việc xác định vị trí vật xác định việc đếm số xung phát

- Các cảm biến có thơng số : R, L, C, M, E I

U

I

Ngồi phương pháp cịn có phương pháp đại : + phương pháp song đàn hồi từ

+ phương pháp quang học laser + phương pháp sợi quang B - Cảm biến điện trở :

- Định nghĩa : cảm biến điện trở cảm biến mà đương lượng đầu vào di chuyển (thẳng quay) đương lượng đầu biến đổi điện trở tương ứng

- Phân loại : loại

+ Cảm biến điện trở dây quấn + Cảm biến điện trở tiếp xúc + Cảm biến điện trở biến dạng Cảm biến điện trở dây quấn :

- Cấu tạo, nguyên lý làm việc giống biến trở điều chỉnh Đương lượng đầu vào đương lượng vào tác động trực tiếp vào tiếp điểm động cảm biến dẫn đến trị số đầu cảm biến biến đổi tương ứng Tiếp điểm động cảm biến chuyển động thẳng quay

Hình 1a Hình 1b

- Cấu tạo : gồm phận

+ Khung quấn dây : làm vật liệu cách điện chịu nhiệt có tiết diện khơng đổi (tuyến tính) thay đổi (phi tuyến)

+ Dây điện trở : sử dụng có điện trở suất lớn, bị oxi hóa hệ số nhiệt điện trở α thấp Bên dây phủ lớp sơn cách điện Độ lớn điện trở dây phụ thuộc độ xác cảm biến

x Uv

Ur



d = (0.03 ÷ 0.1)mm : độ xác cao d = (0.1 ÷ 0.5)mm : độ xác thấp

+ Tiếp điểm động : làm vật liệu dẫn điện tốt, chịu mài mịn, có điện trở bé

- Nguyên lý : Khi x biến đổi dẫn đến điện trở cảm biến biến đổi theo Điện

áp đầu biến đổi theo điện trở cảm biến Qua Ura đo ta xác định

được x

- Phân loại : gồm loại theo kết cấu + Cảm biến điện trở dây quấn tuyến tính + Cảm biến điện trở dây quấn phi tuyến Cảm biến điện trở tuyến tính :

- Định nghĩa : loại cảm biến mà quan hệ Ura x dạng đường

thẳng

- Các cách mắc : mắc phân áp mắc biến trở

Hình 1.1 Hình 1.2 - Khi không tải (Rt = ∞) :

Hình 1.3 Uv

Ur

Uv

Ur

U0

Ur0=

U0 R0

.r=U0x

l=s.x

với s độ nhạy

r điện trở tương ứng với dịch chuyển x r=x

l R0

- Cảm biến quay : Ur0=U0

lmax

.ϕ=s.ϕ Đặc tính cảm biến

Hình 1.4

Nhược điểm : đặc tính vào khơng đổi dấu ( khơng nhảy cực tính )

- Để khắc phục nhược điểm dùng cảm biến điện trở dây quấn có cực tính

Hình 1.5



0 l

U0 U

x tgx =s

Uv

Hình 1.6

Khi Ur = f(x) đường thẳng

Nhược điểm : điện áp lớn U0/2 Nên giảm độ nhạy cảm biến

- Để khắc phục nhược điểm người ta sử dụng cảm biến cực tính kép ( ghép cảm biến đơn giống có tiếp điểm động chuyển động ngược chiều nhau, nối liên động với nhau)

Hình 1.7

- l/2 l/2

2

x U

U0/2

- U0/2

U0

Ur R

0 R

- Ưu điểm : tăng độ nhạy cảm biến, thay đồi dấu điện áp

Trong q trình làm việc cảm biến có sai số nhiều nguyên nhân : chủ quan, khách quan

+ Do vùng không nhạy : Do cấu tạo cảm biến gồm nhiều vòng dây quấn liên tiếp tiếp điểm động chuyển động từ vòng dây sang vịng dây khác điện áp Ura cảm biến biến đổi nhày cấp với ∆Ura

điện áp vòng dây cảm biến

ΔUra=U0

w với w số vòng dây cảm biến

Hình 1.8

Đường kính dây nhỏ độ xác cao Do để giảm sai số cảm biến ta phải giảm đường kính dây quấn tăng số vòng dây quấn

b Sai số tải :

Hình 1.9 Hình 1.10 x

U0

Ur Rt

R0

r U0

Ur Rt

Khi có tải Rt ta có sơ đồ hình vẽ

Hình 1.11 ta có Rtd=r.Rt

r+Rt

Ur=I.Rtd=I r.Rt

r+Rt

I= U0

R0− r+Rtd

⇒Ur=U0

r.Rt R0Rt+R0.r − r2 Ta thấy điện áp Ura phụ thuộc Rt

+ Khi Rt >> R0 : không tải

Ur=U0 r

R0=Ur0

Đặc tính Ur0 = f(x) đường thẳng

+ Khi Rt ≈ R0 có sai số

ΔU=Ur0− Ur=U0

R0 r − U0

r.Rt

R0Rt+R0r − r2≈

U0r2(R0− r)

Rt.R02

Sai số tương đối : a=ΔU

U0 =

r2(R0−r) Rt.R0

2 (∗)

Ta nhận thấy a phụ thuộc r để tìm amax ta xét

da dr =0⇔

r=2

3R0

a=amax

⇔x=2

3l

¿{ Thay giá trị a vào (*) ta có amax= 4R0

27Rt

=

27η với η= Rt

R0 gọi hệ số tải

Rtđ R0- r

r

Nhận xét : amax phụ thuộc Rt suy Rt tăng a giảm ngược lại Do

để giảm sai số phải tăng Rt

Hình 1.12

Như ảnh hưởng Rt nên đặc tính Ur = f(x)

đường thẳng mà đường cong có hình dạng phụ thuộc giá trị tải Do

ảnh hưởng Rt cảm biến có sai số ΔU Sai số lớn Rt nhỏ

ngược lại

Hình 1.13

Ngồi ngun nhân cịn có nhiều nguyên nhân khác gây sai số cho cảm biến VD : nhiệt độ, ma sát, điện áp tiếp xúc…

2 Cảm biến điện trở phi tuyến :

Rt=

2/3l Ur

1 2 3

1>2>3

x

Umax

3 2

1

2/3 l l x

- Đặc tính Ur = f(x) phi tuyến

- Các biện pháp chế tạo cảm biến phi tuyến: + Thay đổi đường kính dây quấn

+ Thay đổi bước dây quấn

+ Thay đổi tiết diện ngang khung dây

+ Mắc điện trở vào phân đoạn khác cảm biến tuyến tính phương pháp đầu khơng dùng lí cơng nghệ, chủ yếu dùng phương pháp sau

a Thay đổi tiết diện ngang khung dây : - d = const

- bước dây quấn không đổi

- giữ nguyên bề rộng khung dây (b)

- thay đổi chiều cao khung dây (h) : tìm h(x) phù hợp với Ur = f(x) cho

Ví dụ : Tìm h(x) cảm biến biết Ur = f(x)

b - bề rộng khung l - chiều dài cảm biến w - số vòng dây

R0 - điện trở cảm biến

S - tiết diện dây quấn

rx - điện trở dây quấn ứng với x

Hình

Khi tiếp điểm động cảm biến chuyển dịch đoạn dx điện trở cảm biến thay đổi lượng tương ứng drx

drx=ρ

s 2(b+hx)

w l dx

Do b << hx nên b + hx ≈ hx ⇒drx=

ρ s 2hx

w l dx

Đồng thời điện áp Ur biến đổi lượng tương ứng dUr

dUr=U0

R0

drx=2U0.ρhxw

R0ls

dx

dx x b

⇒hx=

R0ls 2U0.ρ.w

.dUr dx =K

dUr

dx ⇒hx=K

dUr dx

b Mắc điện trở vào phân đoạn khác cảm biến tuyến tính - Sử dụng cảm biến điện trở tuyến tính chia làm nhiều đoạn Tại đoạn ta mắc song song với điện trở Rsi có trị số phù

hợp cho điện áp rơi đoạn điện áp chọn

I=U

Rtd với Rtd=∑

r.Rsi r+Rsi - Khi tiếp điểm động vị trí i Uri=∑

k=1

i −1

Uk+Ii.rix(∗)

Ii=I − Isi

Isi=

Ui Rsi

=I Rsi.r

Rsi+r

Rsi

=I r

Rsi+r

Vậy Ii=I(1−

r Rsi+r)

Thay Ii vào phương trình (*) :

Uri=∑ k=1

i −1

Uk+I(1− r

Rsi+r).rix=∑k=1 i−1

Uk+I.K.Kixi=Ai+Bi.xi

Ta nhận thấy phân đoạn thứ i : Usi =f(xi) có dạng đường thẳng

nghiêng với trục x góc αi với tgαi = Bi Giá trị αi tuỳ thuộc vào Rsi Do

Usi =f(xi) đường gãy khúc gồm nhiều đoạn thẳng với góc nghiêng

khác nối với Nếu phi tuyến hoá ta đường cong liên tục, sai số giảm phân đoạn nhiều

Hình

Ưu điểm :

- Kết cấu đơn giản, độ xác cao, trọng lượng khối lượng nhỏ - Có thể tạo dạng điện áp Ur tuỳ ý

- Đặc tính tương đối ổn định dùng cho nguồn chiều xoay chiều Nhược điểm :

- Do có tiếp xúc nên tuổi thọ bị ảnh hưởng - Độ nhạy không cao

- Tổn hao nhiệt trình làm việc Cảm biến điện trở tiếp xúc

- Cảm biến điện trở tiếp xúc cảm biến mà đương lượng đầu vào lực tác động, đương lượng đầu biến đổi giá trị điện trở tiếp xúc

- Cấu tạo : gồm nhiều đĩa than xếp chồng lên Mỗi đĩa có chiều dày từ 1-2 mm , đường kính d = 3÷5 mm Một cảm biến thường có 10÷15 đĩa than

x xi

0



Hình - Đặc tính vào ra: Rtx = f(F)

Rtx=

K Fm+Rtx k hệ số phụ thuộc vật liệu đĩa than

m hệ số phụ thuộc dạng tiếp xúc ( m = 1) Rtx điện trở tiếp xúc 0oC

Hình

+ Đặc tính có dạng trễ (vì vật liệu đĩa than khơng có tính chất đàn hồi ) + Có sai số, đồng thời nhiệt độ môi trường gây sai số cảm biến

+ Đặc tính Rtx = f(F) có dạng phi tuyến

- Ứng dụng : dùng để đo áp lực đo tải trọng dùng việc ổn định điện áp máy phát điện chiều

- Ưu điểm : kết đơn giản, công suất lớn, giá thành rẻ - Nhược điểm : độ bền không cao

3 Cảm biến điện trở biến dạng :

- Nguyên lý : có lực tác động vào vật dẫn điện kích thước cấu trúc chúng bị biến đổi, điện trở biến đổi theo

F

Rtx

F Fth

- Loại cảm biến thường dùng để đo lực tác động biến đổi chi tiết máy

- Phân loại : loại + kiểu dây + dát mỏng + bán dẫn

a Cảm biến kiểu dây :

- Cấu tạo : gồm màng mỏng đặc biệt có dán dây dẫn mảnh có điện trở suất lớn ( d = 0,002÷0,05 mm) R = 100÷200 Ω gồm 40 mắt ziczắc

Hình

- Nguyên lý : lực tác động F biến đổi làm cho điện trở R biến đổi nên điện áp đầu biến đổi

- Với loại cảm biến việc biến đổi theo chiều dài cảm biến có tác dụng biến đổi tiết diện Để khắc phục sai số cảm biến nhiệt độ

F

người ta thường dùng sơ đồ cầu để đo

- Muốn đo lực tác động lên vật người ta dán cảm biến lên vật

đó Khi F biến đổi dẫn đến điện trở cảm biến R biến đổi Qua icb đo ta

xác định giá trị lực F ( E – mô đun đàn hồi)

Δl l =

F Es

- Ưu điểm : đặc tính ổn định, kết cấu đơn giản - Nhược điểm : độ nhạy không cao

b Cảm biến kiểu dát mỏng :

- Dây điện trở dạng dây dẹt, công nghệ chế tạo cảm biến giống công nghệ chế tạo mạch in Dán kim loại mỏng lên bề mặt vật liệu cách điện, sau dùng phương pháp ăn mịn hố học chế tạo cảm biến theo dạng tuỳ ý Độ dày kim loại nhỏ 10-3 mm

- Do dây dẫn kiểu dẹt nên khả toả nhiệt tốt

- Do chế tạo cảm biến có dạng tuỳ ý nên loại cảm biến đo lực theo nhiều phương khác

c Cảm biến bán dẫn

- Dán phiến bán dẫn lên bía cách điện Do đặc điểm vật liệu bán dẫn có độ nhạy cao, bị lực tác dụng Do người ta ứng dụng nguyên tắc chế tạo cảm biến đo lực biến dạng Nhưng nhược điểm độ biến dạng vật liệu nhỏ, đo lực biến dạng nhỏ

C Cảm Biến Điện Cảm

- Cảm biến điện cảm cảm biến mà đương lượng đầu vào chuyển dịch lực đương lượng đầu biến đổi điện cảm L tương ứng

R=const

R+R

U R

- Phân loại

+ Cảm biến điện cảm biến đổi + Cảm biến điện cảm kiểu biến áp + Cảm biến kiểu đàn hồi từ

1 Cảm biến điện cảm biến đổi :

Hình

- Cấu tạo : gồm mạch từ tĩnh có cuộn dây mạch từ động gắn vào vật di chuyển cần đo

- Đại lượng đầu vào dịch chuyển x, đại lượng đầu biến đổi dòng điện i

- Nguyên lý : Khi x biến đổi điện cảm L biến đổi, dẫn đến dòng i biến đổi Qua i đo ta xác định x

R+Rt¿2+XL2

¿ ¿ √¿

I=U

Z= U

¿

mà XL = ωL = ω.w2.Gδ = ω.w

μ0.s δ

khi x biến đổi →δ biến đổi → L biến đổi : đo chuyển động ngang x biến đổi → s biến đổi → L biến đổi : đo chuyển động dọc

- Đặc tính cảm biến : I = f(x) = f(s) U

R, L



x()

Hình

Kδ=ΔL

Δδ=

L0

δ0(1+Δδ

δ0 )

2

L0 giá trị điện cảm ban đầu δ = δ0 s0

Ks=ΔL

Δs= L0 s0

- Nhược điểm :

+ Dòng tải khơng đổi dấu ( It khơng nhạy cực tính)

+ Do ảnh hưởng lực hút điện từ tác động lên phần động cảm biến gây sai số

+ Do ảnh hưởng dòng điện I0 nên gây khó khăn cho phép đo

điều khiển Để khắc phục nhược điểm người ta sử dụng cảm biến điều chỉnh vi sai

I

I I

s

Phần tử tự động

-Đặc tính It dốc tuyến tính độ nhậy cao

Uv

S1 S2

I1

I2

I1

I

s

0 s/2

It

-lực hút điện từ tự động lên phần động chuyển biến trị số nhng ngợc dấu →triệt tiêu

-t¹i s=2

s

th× It=0

- Dấu It phụ thuộc chiều chuyển động nắp so với vị trí trung gian

-Độ lớn It thể đợc chuyển đổi x tơng ứng

*u điểm : Độ nhậy cao , giới hạn đo lớn -ít bị ảnh hởng nhiệt độ

- S biến đổi đo đợc :0.01ữ5 mm - S biến đổi đo đợc :0.5ữ15 mm

2/ Cảm biến điện cảm kiểu biến áp (cảm biến hỗ cảm) -Cấu tạo :máy biến áp bình thờng

-W1 đợc nối với nguồn

-W0 đợc nối với dụng cụ đo

Khác nắp mạch từ cuộn dây đợc gắn vào phần tử cần đo → phần tử chuyển động → Ura biến đổi dựa vào Ura ta xác định c v

trí phần tử

-Phân loại :theo kết cấu chia làm hai loại

+cảm biến nắp chuyển dịch , cuộn dây sơ cấp đứng yên + Cuộn dây chuyển động

a) Cảm biến điện cảm nắp chuyển dịch , cuộn dây sơ cấp đứng yên

-tÝn hiệu đầu vào dịch chuyển thẳng ,

quay đo áp lực biến dạng kích thíc

w

u

w

u2

zt

-tÝn hiệu biến thiên U2 S biÕn

thiên từ Z1 biến đổi làm → U1

biến đổi dẫn tới → U2 biến đổi

Z1=jwL1= w1ωμ2 s



(2S – hai khe hë )

Khi S thay đổi z thay đổi Mà

r

U U U 

Víi 1 t U U Z Z Z   2 1 W U U W 

Từ suy :

U thay đổi U.2 thay đổi tơng ứng

Và đặc tính vào Ura=f( ):

Nhợc điểm : -do ảnh hởng Fđt tác động lên nắp gây sai số

-Io#

- DÊu

U không thay đổi

để khác phục nhợc điểm ngời ta sử dụng cảm biến điện cảm biến áp kiểu vi sai :

0

u

§Ĩ

U hiệu điện áp cuộn W

1 đấu cực tính , cịn cuộn W2 đấu

cùc tÝnh

Khi vị trí (1ữ2) Ur=0

Khi nắp dịch chuyển 1# Ur#

lớn

U cµng lín

2

1 1 1

2 2 2

U Z i W G Z i W G U      

1 2 1

1 2

( ) ( ) ( )

r

G G

U k U U kU kU G G             W K W 

Suy : Ur(δ2÷δ1)

NhËn xÐt :

định tính Ur=f(δ) tuyến tính

- Triệt tiêu lực hút điện từ tác dụng lên phần nắp động - Khi δ1=δ2=δ Ur=0

w1

W2

u1 u

2

δ1 δ2

- Dấu U2 độ lớn phụ thuộc chiều chuyển động nắp so với vị

trung gian

b) Cuộn dây chuyển động

–Thờng dùng đo chuyển thẳng đo góc quay ’ *Đo chuyển động thẳng :

-Khi W2 chuyển dịch thẳng

+ vị trí cân :

Ur=0 (do từ thông chạy ngợc chiều mạch từ)

khi khác vị trí cân : Un khác không

lớn Ur tăng

dấu U2 phụ thuộc vào dịch chuyển W2 so víi vÞ trÝ trung gian

* W2 chuyển dịch quay:

Khi =0 mặt phẳng cn d©y trïng víi chơc Ur=0 Khi  ≠ Ur khác không

Do nhỏ nên sin  nªn Ur =KU

+Để mở rộng phạm vi đo ngời ta đặt lòng cuộn W2 khối roto

một khối vật liệu dẫn từ Do độ tuyến tính cảm biến tăng lên Ưu điểm : mạch vào cảm biến khơng có nối với điện Công suất cảm biến lớn nên không cần mạch khuyếch đại

Giới hạn đợc độ rộng Nhợc điểm :

Sai số ảnh hởng lực điện động momen điện động

Sai số biến thiên thông số dao động diện áp nguồn Để giảm nhỏ kích thớc cảm biến thờng sử dụng tần số lớn

3) cảm biến điện cảm kiểu đàn hồi từ

Dựa vào tính chất vật liệu sắt từ bị lực học bên ngồi tác động độ từ thẩm  biến thiên Đó tợng h đàn hồi từ , ngời ta sử dụng tợng để chế tạo cảm biến điện cảm đàn hồi từ

- loại đợc sử dụng để đo tải trọng động tĩnh đo áp lực w

u

u2

w2

+ Loại : F biến thiên  biến thiên X2 biến thiên

lµm cho dòng điện biến thiên

Xl=WL =W2  s l

Mµ

I= l

U

X =

U

W s

l

 

Suy :I phơ thc vµo mà lại phụ thuộc vào F nên I phụ thuộc vào F

+ loại : = I1W1 G=I1W1

s l

Ur-4,44f.W2=4,44.f W2 W1 I1. s l

Khi f thay đổi  thay đổi làm cho Ur thay đổi

/ /

100

/ /

s

l l F F

   

 

  

 

khi tăng độ nhạy độ tuyến tính cảm biến mạch từ đợc chia làm vật liệu dẫn từ tốt  lớn

sai sè :

+ dao động địên áp ngừôn +do tợng trễ vật liệu từ +ảnh hởng nhiệt độ môi trờng 4) Cảm biến cảm ứng

- Dựa nguyên lí : cảm ứng điện từ móc vịng từ thơng qua cuộn dây biến thiên nên suất điện động cảm ứng cuộn dây biến thiên tơng ứng

F F

u1

u

0 F

- phân loại : cã lo¹i

+ cuộn dây dịch chuyển từ trờng +cuộn dây đứng yên , từ trờng biến thiên

- ứng dụng :dùng làm cảm biến đo tốc độ chuyển động phần tử - cuộn dây chuyển động nên x biến thiên từ suất điện động

biÕn thiªn E=kBlWv Suy E=S.v

Với s=kBlW : độ nhạy Với: k :hệ số tỉ lệ

B :từ cảm

l: Chiều dài trung bình vòng dây W :số vòng d©y

V : tốc độ chuyển động cuộn dây

vận tốc tăng lên suất địên động biến thiên qua E xác định đợc vận tốc

- Khi cuộn dây đứng yên : dùng để đo tốc độ quay có dạng máy đo phát ánh sáng tốc độ chiều xoay chiu

- Nguyên nhân gây sai số:

+sự già hoá nam châm vĩnh cửu +sự biến đổi điện trở cuộn dây cảm biến 5) cảm biến điện dung

-nguyên lí :Dựa vào biến đổi thông số cần đo biến đổi điện dung tụ điện tơng ứng

s c

k

  



trong : hệ số điện mơi

s: diƯn tÝch cđa ®iƯn cùc :khoảng cách hai cực

Khi ta bin đổi thơng số c biến đổi tơng ứng +khi Δ biến thiên cảm biến đo chuyển dịch thẳng

+Khi s biến thiên cảm biến đo chuyển dịch góc quay +khi  biến thiên cảm biến đo chuyển dịch mức độ chất lỏng

N s

( )

2ln( / ) 2ln( / )

o

n t n t

H h h c

r r r r

  

 

 

0

2ln( / )n t

H h

c

r r

   



Nên suy c phụ thuộc vào h hay c= f(h) Qua c đo đựoc ta xác nh c h

-Đặc điểm :

+ nhy cao , qn tính nhỏ kích gọn nhẹ nhng có ảnh hởng đến độ xác dễ bị ảnh hởng từ trờng ngồi

Kh¾c phơc : sử dụng cảm biến điện dung kiểu vi sai

Phần hai : rơle tơng tự

Đ1: khái niệm chung

1) nh ngha : thiết bị tơng tự động mà tín hiệu đầu biến đổi nhảy cấp biến đổi đầu vào đạt giá trị xác định

2) cÊu t¹o : gåm ba bé phËn chÝnh

+ Cơ cấu thu: tiếp nhận tín hiệu vào biến đổi thành đại lợng vật lý cần thiết để rơle tác động (Rơle điện từ cuộn dõy )

+Cơ cấu trung gian : so sánh tín hiệu mẫu truyền cho cấu chấp hành ( rơle điện từ , lò xo nhả )

+cơ cấu chấp hành : phát tín hiệu điều khiển để tác động (Rơle điện từ :tiếp điểm rơle)

2) Phân loại Rơle a)theo nguyên ly:

-Rơle điện từ : rơle làm việc dựa nguyên lÝ ®iƯn tõ

- Rơ le điện từ phân cực : rơle điện từ nhng có thêm từ thông nam châm vĩnh cửu tác động thêm mạch từ rơle

+ Rơle điện từ : dựa vào tác động tơng hỗ từ trờng nam châm vĩnh cửu phần tĩnh với dòng điện chạy cuộn dây phần động rơle

+ Rơ le điện động : dựa vào tác dụng tơng hỗ dòng điện chạy cuộn dây với từ trờng dòng điện chạy cuộn dây khác

r

+Rơle cảm ứng : dựa vào tác dụng tơng hỗ từ trờng cuộn dây đứng yên với dòng điện cảm ứng phần động rơle từ trờng tạo nên

+Rơle nhịêt : Dựa vào biến đổi kích thớc , thể tích áp suất vật liệu nhiệt độ tăng

+ Rơle từ bán dẫn : dựa vào nguyên lý phần tử từ , điện từ , bán dÉn

c) Theo nguyên lý tác động cấu chấp hành Có hai loại :

+ Rơle có tiếp điểm (Rơle )

+Rơle không tác động (rơle từ , điện từ bỏn dn )

d) theo chức :

-Rơle bảo vệ (Rơle thứ cấp ) -Rơle điều khiĨn

-R¬le thêi gian

d) theo nguyên lý sử lý số liệu -Rơle tơng tự

-Rơle số

4) Đặc tính thông số rơle a) Đặc tính vào : y=f(x)

y:đơng lợng x: tín hiệu vào Khi 0< x <xtd y=ymin tiếp điểm mở

Khi x= xdt y= ymax (nhảy cấp ) tiếp điểm đóng

Khi x> xdt th× y= ymax

Khi x> xnh th× y=ymax

Khi x = xnh y= ymin( =0)nhảy cấp tiếp điểm mở

Khi 0<x <xnh th× y=ymin=0

b) theo thông số rơle -Hệ số nhỏ r¬le (hƯ sè trë vỊ )

Knh=

1

nh td

x x 

Phụ thuộc loại rơle -Hệ số dự trữ

1 dt lv td k x x  

-hệ số điều khiển (hệ số khuyếch đại ): tỉ số công suất điều khiển với công suất tác dụng

0 y ymax

ymin

x xnh xtd

dk dk

td

p k

p



pdk công suất định mức tiếp điểm rơle

ptd công suất rơle tác động

thời gian tiếp điểm rơle : khoảng thời gian kể từ cấp tín hiệu vào đến tín hiệu đạt cực đại

tt®=t1+ t2

t2: thời gian chuyển động đóng

t1 : thời gian khởi động mở

tnh = t3+ t4

Là khoảng thời gian kế từ ngắt tín hiệu vào nên đầu đạt ymin

- TÇn sè thao t¸c

Z=số lần đóng ngắt rơle/1 đơn vị thi gian

Đ2: Rơle điện từ

-là rơle làm việc dựa nguyên lý điện từ

-là loại có cấu tạo đơn giản nhng đợc sử dụng rộng rãi - Cấu tạo : gồm NCĐ + thống tiếp điểm +hệ thống phản lực

-Nguyên lý : cho dòng điện vào cuộn dây (w) sinh từ thông () sinh lực điện từ Fđt> Fph nên RL tác động

-Knh=

nh nh nh nh td td td td

x I U F x I U F

Inh,Unh ứng nắp bắt đầu mở

Itd,Utđ ứng nắo bắt đầu hút

- phân loại :

a) theo tính chất nguồn : rơle điện từ xoay chiỊu

- Rơle điện xoay chiều :thờng có tợng dính (khi ngắt điện cuộn dây rơle nhng nắp không mở ) từ d lớn ,s nhỏ , lớn phản lực lị xo nhả nên chống dính muốn làm giảm từ d tăng khe hở không s lên cách đặt nắp mạch t m chng dớnh

b) theo chức : -Rơle bảo vệ -rơle trung gian

0

Ftd

Fnh

Fc

F

-R¬le thêi gian

1) Rơle dòng điện cực đại (Rơle điện từ dòng điện cực đại ) a) tác dụng :

-dùng để bảo vệ mạch điện dòng mạch lớn dòng tác động Đợc dùng bảo vệ tải ngắn mạch

b) cÊu t¹o

1-mạch từ 7-lò xo nhả

2-cuộn dây 8- kim điều chỉnh 3-trục quay

4- nắp mạch từ 5- chắn

6-hệ thống tiếp điểm

Mạch từ làm thép kĩ thuật điện ghÐp nh»m gi¶m tỉn hao

-Nắp mạch từ chữ Z đợc cấu tạo thép kĩ thuật điện ghép với c)nguyên lý làm việc

khi cho dịng điện vào cuộn dây cuộn dây tạo từ thơng sinh lực điện từ Fđtở δ i< itd Fplực >Fδ đứng yên nên rơle

không tác động

khi i>itđ Fđt>Fplựcz quay nên quay từ làm tiếp điểm rơle dóng

nên rơle tác động

khi i=0 Fđt =0 Fplựz đa nắp rơle vị trí ban đầu

e) Đặc điểm :

Hệ không làm việc môi trờng va đập rung động Hệ số knh lớn (  0,85)

Làm việc chắn ổn định

Thời gian tác động rơle nhanh (I=1,2Itđ t=0,15 s

I=2Itđ t=0,02 s)

Công suất tiêu thụ nhá cì 0,1 w

Giới hạn điều chỉnh dịng tác động lớn (1ữ4) điều chỉnh rơle phức tạp

-để biến đổi dòng điện tác động thực hai cách : +thay đổi cách đấu hai cuộn dây (biến đổi nhảy cấc) +thay đỏi lực căng lò xo phản lực nhờ làm việc

Dựa kết cấu nguyên lí ngời ta chế tạo rơle điều áp cực đại dùng để bảo vệ áp Hoặc rơle điều áp cực tiểu để bảo vệ sụt áp

ϕ

1

2

4

6

để hạn chế dòng chiều mắc thêm điện trở để hạn chế dòng xoay chiều mắc thêm biến dịng

Khi có cố Rơle tác động tiếp điểm rơle mở nên cuộn dây điện tiếp điểm k mở …

2) R¬le thêi gian

a) tác dụng : dùng đóng cắt tín hiệu điều khiển hệ thống tự động đợc dùng làm rơle phụ lu số lợng dung lợng tiếp điểm rơle khơng đủ

kh«ng có tác dụng bảo vệ thờng dùng vị trí hai thiêt bị b) cấu tạo :

NCĐ cuộn áp chiều xoay chiều chiều :110Vữ24Vữ9Vữ12V

Xoay chiỊu : 110÷220V

NCĐ chiều cấn đệm chống dính

c) nguyên lý : dòng điện i vào cuộn dây w sinh từ thông  sinh sức điện động điện từ Fđt> Fpl nên rơle đóng

các tiếp điểm thờng đóng đợc mở tiếp điểm thờng mở đựơc úng li

khi dòng điện không lựcđiện từ không Fpl kéo nắp rơle mở

nờn thơng số trở vị trí ban đầu d)đặc điểm

- số lợng tíêp điểm nhiều 4ữ6 lần tiếp điểm thờng đóng (mở)

-thanh dẫn động làm đồng lị xo (phơtpho) để tăng lực ép lên tiếp điểm

-Knh (0,4÷0,6)

Trên sở rơle trung gian ngời ta chế tạo rơle tín hiệu rơle trung gian nhng có thêm phận cờ báo hiệu cho ngời vận hành biết

3)_R¬le thêi gian ®iƯn tõ

Ð RI

k

Ð RI

N

td k

2

3

- Là rơle điệntừ mà có thêm phận trì thời gian nghun lý sử dụng dòng cấm ứng ống ngắn mạch để tạo thời gian đóng chậm mở chậm rơle

Hki thời gian tác động lớn giây nên gọi rơle thời gian a) tác dụng : tạo nên thời gian đóng chậm mở chậm (thịng dùng

nh¶ chËm ) b) cÊu tạo :

c) nguyên lý :

– đóng , ngắt điện cuộn dây rơle trình độ – c(t) cảm ứng F ống xuất tải ống

– -theo định luật lenx : Ic sinh từ thông ngợc chiều c

– c(t) biến đổi chậm nên nắp rơle đóng chậm mở chậm nên tiếp

điểm rơle đóng chậm mở chậm d) Đặc điểm

tchËm =

 

0

2 td nh

R nhod

W d

R iW

  





WR lµ sè vòng ống trụ rỗng

R: : ờn tr ngắn mạch ống

-để biến đổi thời gian chậm rơle ta phải thực cách : + thay dổi độ căng lò xo phản lực

+thay đổi bề dày đệm chống dính Thời gian nhả chậm , thời gian đóng chậm tchậm=5s

thời gian chậm cuả rơle bị phụ thuộc vào nhiệt độ môi trờng cà số dao động đa nguồn

4) R¬le thêi gian thủ lùc hc khÝ nÐn

Dïng nam châm điện hệ thống thuỷ lực khÝ nÐn

2

3

1-Nam châm điện 2-lò xo nhả

3-xy lanh

4-pittong hở 1lỗ 5- tiếp điểm

(3-4) hệ thống thuỷ lực đợc đổ đầy dầu nhờn

Khi đóng điện vào cuộn dây nam châm điện luc pittong chuyển động mở chậm ngắt ngợc lại

- u ®iĨm :

+ dïng víi c¶ ngn chiỊu vµ xoay chiỊu

+thời gian đóng chậm nhả chậm lớn (hàng trăm giây)

+để tăng thời gian chậm rơle thực cách iu chnh pittụng

-Nhợc điểm : kết cấu phức tạp có thêm hệ thống thuỷ lực

Đ3: Rơle phân cực

L rle in t cú từ thông nam châm điện vĩnh cửu tác dụng lên mạch từ việc đóng mở nắp rơle phụ thuộc vào cực tính dịng điều khiển cuộn dõy rle

Phân loại : theo kết cấu có lo¹i +m¹ch tõ nèi tiÕp

+m¹ch tõ song song +mạch từ kiểu cầu a) mạch từ nối tiếp

NCVC mắc nối tiếp mạch từ

c từ thông nam châm vĩnh cửu

x

1 2 3

4

5

Fpl

ϕ0

ϕld

wld

đk từ thông điều khiển

Nếu đk ngựơc chiều với cthì Fđt < Fpl làm cho nắp më

Nếu đk chiều với cthì Fđt >Fpl làm cho nắp đóng

Mà chiều đk phụ thuộc cực tính dịng Iđk hay việc đóng mở nắp rơle

phơ thc vµo cùc tÝnh dòng điện

Nhợc điểm : +Do nam châm vĩnh cửu mắc nối tiếp mạch từ nên đk ®i qua

nam châm vĩnh cửu gây tợng khử từ nam châm vĩnh cửu nên đựơc dùng

để khắc phục tợng ngời ta dùng mạch từ mắc song song b) mạch từ song song :

ë δ1 chiều với đk

ở ngợc chiều với đk

np úng v

đk không qua nam châm vĩnh cửu đo R nam châm vĩnh cửu lớn

Khi đk=0 nắp đứng yên vị trí cũ (δ1) 0’>0”

Muốn đổi chiều tác dụng nắp ta phải đối chiều dịng điều khiển np úng v

c) Mạch từ kiểu cầu (sgk)

Đ4: Rơle từ điện

- làm việc nguyên lý tác dụng tơng hỗ từ thông nam châm vĩnh cửu với dòng chạy cuộn dây phần động

- làm việc vơí dòng điện chiều

F=k.I.B víi k :lµ hƯ sè kÝch thíc cn d©y M=’.I.B

Là loại có độ nhậy cao Phân loại : loại

+phần động quay +phần động tịnh tiến a phần động quay

N s

ϕld

ϕ

01

ϕ02

δ1 δ2

1- mạch từ

2- Nam châm vĩnh cưu 3- TiÕp ®iĨm

4- Lị xo nhả 5- Cuộn dây động b phần động tịnh tiến

Cuộn dây động rơle đợc khung nhụm

Môn men quán tính bé(nhôm nhẹ )

→Chống đợc dao động cuộn dây quay Khung quay trục đỡ dây treo

Nguyªn lý : cho dòng điện điều khiển vào cuộn dây tác dụng lên từ trờng nam châm điện vĩnh củ nên Fđt >Fnc cuộn dây quay chiều tác dụng rơle phụ

thuộc vào dòng điều khiển

Iđk=0 lò xo phản lực kéo rơle vị trí ban đầu

: Rle điện động

Nguyên lý : dựa vào lực điện động sinh sinh tác dụng từ tr -ờng dòng điện với dòng in v ngc li

Phân loại :có hai lo¹i

+Rơle điện động khơng lõi sắt Rơle điện động có lõi sắt

a) Rơle điện động không lõi sắt

1

3

4

N S

idl

1

3

W1- cuén d©y tÜnh

W2 cuộn dây động

-Đặc điểm : thay đổi M1=f() cách tuỳ ý

- lµm việc với tỷ số truyền cao (vì không lõi thép nên không bị ảnh hởng bÃo hoà )

-momen M nhá

-Dễ bị ảnh hởng từ trờng ngồi b) rơle điện động có lõi sắt

Ưu đỉêm :+ Momen quay lớn nhng làm việc với tần số thấp

+Rơle điện động đợc chế tạo với nguồn điện chiều phụ thuộc vào chiều dòng điện cuộn dây Rơle dịng điện xoay chiều chiều quay phụ thuộc vào góc lệch pha hai dịng điện hai cuộn dây nguồn điện xoay chiều cuộn dây động đợc nối ngắn mạch nên dịng điện cuộn động dòng cảm ứng Rơ le đợc gọi rơle cảm ứng điện động

W1,W2 : cuén tÜnh

W3 : cuộn động

i1

i2 w

2

w1

a

i2

w2

i1

w1

N S

w2

w1

Cuén d©y W1 sinh tõ thông tạo dòng điện cảm ứng W3

Cuén d©y W2 sinh 2 sinh dòng điện cảm ứng W3

2 tác dụng với Ic tạo Fđt l làm cho cuộn dây W3 dịch chuyển vuông góc với W3 nên không t¹o Ic

Thờng ứng dụng để chế tạo rơle công suất cảm ứng điện động Trong : W1 : cuộn áp

W2 : cuộn dòng

Đ 6: Rơle cảm ứng

Nguyên lý : dựa vào tác động từ thông cuộn dây phần tĩnh với dòng cảm ứn phần động cuộn khác tạo nên

-phần động : vịng ngắn mạch của rơle thờng có dạng hình đĩa trụ rỗng đợc làm nhơm gồm hai loại :

+đĩa quay (loại 1)

+dạng trụ rỗng quay (cốc quay) (loại 2)

Lo¹i : -m¹ch tõ d¹ng

- kết cấu đơn giản , M lớn thời gian tác động chậm

 Lo¹i 2: M¹ch tõ :

M lớn kết cấu phức tạp thời gian tác động nhanh

+kết hợp cảm ứng với điện từ gọi rơle cảm ứng điện từ ,

+ kt hợp cảm ứng với điện động gọi rơle cảm ứng điện động 1)rơle cảm ứng điện từ Imax

a) Tác dụng : dùng để bảo vệ mạch điện dòng in mạch vợt qúa dòng chỉnh định Icđ hay dòng hoạt động đợc dùng làm việc tải ngắn

m¹ch b) cÊu t¹o :

5-vÝt ®iỊu chØnh

6- tiÕp ®iĨm 7- trun 8- vÝt ®iỊu chØnh 9-trục vít

10-bánh ` 11-khung quay

12- Nam châm vĩnh cửu 13- lò xo nh¶

14-trục quay 15- đĩa cực

16-vịng ngắn mạch - đặc tính bảo vệ rơle

Tt®=f(KI)

KI=

td kd

I I

Vïng I: b¶o vệ có thời gian nên dùng bảo vệ tải ttđ phụ thuộc vào dòng

điện tác dụng dựa nguyên lý cảm ứng

Vựng II: bo vệ không thời gian nên dùng để bảo vệ ngắn mạch nên dùng nguyên lý cảm ứng điện từ

- nguyên lý :

cho dòng điện vaò cuộn dây W sinh từ thông chạy m¹ch tõ chÝnh (so Rfơ lín )

26 02 01 11 I

03 10 δ

khi qua cực từ :

+1ngoài vòng ngắn mạch

+2 vòng ngắn mạch

Do XM vòng ngắn mạch nên 2 chậm pha sau 1góc  1 (t)sinh Ic1 đĩa cảm ứng (15)

2(t)sinh Ic2 đĩa cảm ứng (15)

Từ thông 1 tác dụng với Ic2 sinh sức từ động F1 2 tác dụng với Ic1sinh sức từ động F2

Momen làm cho đĩa cảm ứng 15 quay Chiều quay theo vũng ngn mch

+ Khi I<Icđ momen nhỏ phản lực lò xo nhả (13) nên lµm cho

khung đứng yên (11) Làm cho trục vít (9)và bánh răng(10) khơng ăn khớp đợc với làm rơle không tác động nên đĩa xảm ứng (15) quay tự +Khi I>Itđ (I=Iqt) làm momen lớn phản lực lò xo (13) làm cho

khung(11) quay nên trục vít bánh ăn khớp với tác động lên truyền (7) truyền tác động lên nắp mạch từ làm cho khe hở

khơng khí (δ) giảm từ làm từ thơng tăng làm sức điện động khe hở khơng khí tăng lên hút nắp mạch từ tác động lên tiếp điểm đóng rơle tác động

Thời gian tiếp điểm tác động phụ thuộc vào dòng điện tác động

+ Khi ngắn mạch Itđ =Inm nên từ thông phụ lớn làm cho lực điện động

lớn hút tức thời nắp từ phụ làm tác động lên tiếp điểm không cần qua phần khung sau

b) đặc điểm : -momen quay lớn -Knhả lớn (=0,8)

-để thay đổi dòng ngắn mạch tác động rơle ta điều chỉnh vit(5) -để thay đổi thời gian tác động rơle ta điều chỉnh vít (8)

2)Rơle cảm ứng điện động (sgk)

-dùng để bảo vệ mạch điện thiết bị điện công suất vợt công suất chỉnh định

-cấu tạo giống watmet gồm hai cuộn dây (dòng áp ) Đĩa cảm ứng đĩa nhơm trụ rỗng

§ 7: R¬le nhiƯt

-là rơle mà tín hiệu đấu vào nhiệt độ ,tín hiệu đầu biến đổi thông số điện hay biến đổi trạng thái dịng mở rơle

- theo nguyªn lý phận cảm biến nhiệt rơle chia rơle thành loại : +Rơle nhiệt kim loại kép

+R¬le nhiƯt chÊt láng +R¬le nhiƯt chÊt khÝ + Rơle nhiệt ngẫu nhiệt + Rơle nhiệt nhiệt điện trở I)Rơle kim loại kép

-Da vo s biến đổi kích thớc kim loại nhiệt độ tăng

-một kim loại có số giãn nở nhiệt , nhiệt độ 1 dài l1

Khi đốt nóng nhiệt độ 2 làm dài thêm Δl=Δl1(2-1)

Nếu ta hạn chế giãn nở kim loại tác dụng lên vậtcần lực ,tác dụng lực để đóng mở rơle

- Phân loại : +Rơle nhiệt bảo vệ

+Rle nhiệt điều chỉnh nhiệt độ 1)Rơle nhiệt bảo vệ

a) t¸c dơng :

dùng để bảo vệ tải cho thiết bị điện Nó thờng đợc lắp aptomat khởi động từ

c) cấu tạo

d) tín hiệu vào nhiệt đầu lực nên sử dụng phần tử nhạy cảm nhiệt kim loại kép gồm hai kim loại có khác nên đ-ợc ghép chặt với phơng pháp cán nóng Tấn kim lo¹i cã 

nhỏ gọi bị động cố định đầu kim loại kép đốt nóng kim loại kép bị uốn cong 2 dịch chuyển đoạn f0

 

0

3

4

l f     

L: chiều dài kim loại kép

: bề dày kim loại kép

 = 2-1

2

3

( ) 16 b E F l       b: bỊ réng tÊm kim lo¹i kÐp

1 2

E E E 

momen đàn hồi trung bình

1: hệ số đàn hồi Ni, Cr, ,hợp kim 2: hệ số đàn hồi thép Inva

Định tính bảo vệ Rơle nhiệt đặc tính Ampe-giây

-Để so sánh rơle với dùng t=f(KI)

td I dm I K I 

*các phơng pháp đốt nóng kim loại kép

+ Đốt nóng trực tiếp : dịng điện qua thiết bị đồng thời qua đốt nóng trực tiếp kim loi kộp

Đặc điểm :

độ xác cao

 H»ng sè thêi gian nhá nhng khã chÕ t¹o

+Đốt nóng gián tiếp : dòng điện qua thiết bị đợc qua điện trở đốt nóng lên ngồi tm kim loi kộp

Đặc điểm :

 HƯ sè thêi gian lín

 độ xác khơng cao

 DƠ chÕ t¹o

Đốt nóng kết hợp : kết hợp trực tiếp gian tiếp Đặc điểm :

chớnh xác cao Hệ số thời gian bé

- thơng thờng rơle nhiệt có kim loại kép phần tử đốt nóng Riêng rơle nhiệt lắp aptomat khởi động từ có hai ba kim loại thép Mỗi đợc mắc pha mạch điện kim loại kép tác động lên hệ thống truyền động có đóng mở tác động Với rơle nhiệt bảo vệ , sau ta đóng khơng tự trở Muốn đa rơle trở trạng thái ban đầu ta phải tác động vào nút phục

hồi rơle rơle nhiệt thờng tiếp điểm thờng đóng , phải có nút phục hồi để đảm bảo an toàn cho thiết bị Khi cha khắc phục kịp cố - Sơ đồ (về pha , tiếp điểm )

1) nút phục hồi 2) tiếp đỉêm 3)

4) Phần tử đốt nóng 5) Giá đỡ

Khi I=Iqt kim loại thép cong nên F0=Fplực rơle tác động tip im rle

mở nên rơle ngắt

Sau khắc phục cố xong , muốn đa rơle trở lại vị trí ban đầu ấn nút phục håi

Chú ý : không nên hàn tiếp điểm động trực tiếp vào kim loại kép

Cách chọn rơle nhiệt bảo vệ

- dòng điện Iđm rơle nhiệt = Iđm thiết bị bảo vệ

- c tớnh bo v rơle nhiệt gần trùng với định tính tải thiết bị cần bảo vệ

I khoảng (1,2ữ1,5) Iđm thời gian tác động rơle nhiệt =20 giây

KI tám thời gian tác động khoảng 1ữ5 giây

KI khoảng (2,5ữ3) thời gian tác động 30 giây lvkhoảng (90ữ150)0 C

2) Rơle nhiệt điều chỉnh nhiệt độ

a) tác dụng : dùng để trì nhiệt độ thiết bị trị số không đổi Để làm đợc điều rơle nhiệt làm việc có tự trở có nhiệt độ thiết bị đạt tới nhiệt độ tác động , rơle nhiệt tác động ngắt không cấp l-ợng cho thiết bị làm cho nhiệt độ thiết bị giảm đến nhiệt độ  đóng rơle nhiệt lại đóng trở lại làm cho nhiệt độ lại tăng lên nhiệt độ nhiệt độ tác động rơle nhiệt lại tác động nhiệt độ thiết bị đựơc tự động trì quanh giá trị nhiệt độ mà ta t

Đ7: Rơle kỹ thuật số (R¬le sè )

Là rơle mà việc xử lý tín hiệu làm việc phận chức rơle đợc thực kĩ thuật số

đựơc xác định chủ yếu vi mạch số linh kiện bán dẫn - phõn loi :

theo chức có hai loại :

rơle bảo vệ

rơle điều khiển

theo khả xử lý có hai loại :

Rơle vi xử lý

Theo đại lợng vào :

 Có đại lợng vào là(I,U,…)

 Có nhiều đại lợng vào u điểm :

+_độ tin cậy cao

+ hạn chế đợc ảnh hởng tín hiệu nhiều đến làm việc rơle +công suất tiêu thụ rơle nhỏ điều kiện toả nhiệt dễ dàng

vậy thơng số đặc tính rơle nhiệt ổn định

+do khơng có chuyển động nên thời gian tác động rơle nhiệt nhanh

+ độ xác cao , điều chỉnh đặt thơng số làm việc rơle sát với khả làm việc thiết bị đợc bảo vệ

+R¬le sè cã kÝch thíc träng lỵng nhá rÊt gän nhĐ

+ thông số bảo vệ làm việc cảu rơle đợc biểu thị rõ ràng đầy đủ Đồng thời ghi nhớ lu trữ số liệu , tình trạng làm việc liệu thuận tiện cho ngời sử dụng

+_có thể kết nối với máy tính để sử dụng chơng trình phần mềm làm cho chức đa dạng

→ Đây loại rơle đại - Nhợc điểm :

+ đòi hỏi ngời sử dụng phải có trình độ cao +Cơng tác dự phịng khó

+ giá thành đầu t lớn

-khối đầu vào : rơle so có hai đầu vào :số tơng tự đầu vào tơng tự tín hiệu vào từ phân tử đo lờng đa tới Các tín hiệu đợc biến đổi để phù hợp với đầu vào phận chuyn i tớn hiu A/D

- Đầu vào tín hiệu số : tín hiệu đa thẳng vào vi xử lí mà không qua xử lý

- Khi vi xử lý : chức ghi nhớ nội dung thơng số chơng trình làm việc rơle Nó thực thao tác tính tốn so sánh tín hiệu vào với nội dung đợc nhớ ,tuỳ theo tín hiệu mà nó phát tín hiệu đầu rơle hiển thị giao diện số lợng phần tử logic nhiều lực làm việc rơle lớn phạm vi sử dụng rộng –khối đầu : nơi chuyển tín hiệu phát rơle đến thiết bị chấp hành phía sau – khối thờng dùng phần tử đóng cắt bán dẫn rơle điện từ công suất nhỏ

Khối giao diện : sử dụng bàn phím nút ấn để ngời sử dụng rơle thao tác việc điều chỉnh thơng số nội dung chơng trình làm rơle Đây nơi nối để ngời phơng tiện trao đổi thông tin

- Khối nguồn : có nhiệm vụ cung cấp nguồn làm việc phận rơle làm việc bình thờng ổn định nguồn cấp

Rơle dòng cc i (digital overloadrelay)

-Đợc cấu tạo thống số sử dụng vi xử lý nam châm vĩnh cửu Tác dụng :

+dùng bảo vệ qúa dßng

+bảo vệ khơng đối xứng pha (lệch pha ) +bảo vệ pha

+b¶o vƯ ngợc thứ tự pha + bảo vệ kẹt roto

-đầu vào có ba máy biến dòng ứng với ba pha -chỉ thị rơle :

+trị số dòng tải pha

+thi gian cắt thời gian trễ rơle +nguyên nhân rơle tác động

-th«ng sè kÜ thËt :

+điện áp nguồn cấp : 24V,85V,220V,250V,,f=60ữ50 Hz ,AC ,DC Iđmkhoảng 1ữ600 A

Tip im rle gm :cụng tc , điện trở khoảng ơm , dịng điện định mức khoảng ba ampe

Đầu vào Tương tự

Bộ biến Đổi

A/D RAM Đầu

Interger PC

Đầu vào Số TH tương tự

Chơng 4: các ổn định điện áp xoay chiều

Đ1: khái niệm chung

-cỏc b phn ổn định điện áp xoay chiều thiết bị điện tự động trì điện áp xoay chiều đầu không biến đổi điện áp đầu vào biến đổi phạm vi định

Ur không đổi theo thời gian điện áp định mức

-dùng ổn định điện áp với nhiều nguyên lý khác chỉnh lu ổn định đợc đánh giá hệ số ổn định

v od v r Ur U k U U   

Khi Uv Ur Uđm

od v Ur k U   

Khi hệ số ổn định nhỏ chỉnh lu ổn định cao

-ngoài ta chất lợng ổn định ổn định đánh giá qua độ mở dạng sóng điện áp điện áp đàu vào hình sin

Do thành phần sóng bậc cao làm cho điện áp méo - Phân loại : theo nguyên lý ổn định gồm hai loại: + ổn định kiểu thông số (1)

+ổn định kiểu bù(2)

Kiểu (1): gồm tổng trở tuyến tính nối với tổng phi tuyến tính theo sơ đồ phù hợp để cho điện áp biến đổi phụ thuộc vào phần tử phi tuyến Đây ổn định kiểu hở không sử dụng mạch phản hồi

Kiểu (2) : ổn áp mà điện áp đợc so sánh điện áp chuẩn cho tín hiệu so sánh hiệu hai điện áp tín hiệu điều khiển phận chấp hành ổn định để điều chỉnh điện áp đạt giá trị số cần thiết tín hiệu so sánh khơng ổn áp có sử dụng mạch phản hồi Đây ổn định kiểu kín

………

§2: ổn áp sắt từ

1) ổn áp sắt từ

cấu tạo gồm cuộn kháng tuyến tính đợc nối với cuộn kháng bão hoà , cuộn kháng phi tuyến điện áp đợc lấy cuộn kháng phi tuyến

+ B< Bbh – tuyến tính

uv u2

+ B=Bbh – bão hòa

Ta có : Uv= U1+ U2

Đồ thị V-A:

 NhËn xÐt :

 điện áp vào biến đổi nhiều ứng với ΔUv lớn điện áp tăng

ứng với ΔUr nhỏ Do điện áp ΔUr tơng đối ổn định

 Do cuộn kháng làm việc chế độ bão hoà nên dịng khơng tải lớn phạm vi điều chỉnh dịng điện nh

Uv phải lớn điện áp bÃo hoà cuộn kháng

Ur lấy phần tử bÃo hoà nên dạng sóng không sin điện áp

nhỏ điện áp vào

Nên để nâng cao chất lợng ổn định điện áp giảm đến mức nhỏ ngời ta lõi cuộn tuyến tính cuộn dây phù hợp đấu ngợc cực tính với cuộn bão hồ

Ur =U2-Ub = U2

1

b

W U W



w1

w1 w

2

uv

ur

∆U

IA IB

0 u

I uv

u2

u1

uv2

uv1

∆I

* *

*

w1 w2 wb

uv

Chän Wb /ΔUr lµ nhá nhÊt

để điều chỉnh điện áp Ur tuỳ ý ta mắc cuộn kháng bão hoà theo sơ đồ biến áp tự ngẫu

2) ỉn ¸p dïng tơ phi tun:

c2– tô phi tuyÕn

c – tuyÕn tÝnh

dùng sơ đồ sau :

3) ỉn ¸p ®iÖn trë phi tuyÕn

w1

w1 w

2

uv

ur

* *

*

w1 w2

wb

uv

ur

C1

C2

Uv

Ur

Uv

Ur

R1 - ®iÖn trë nhiÖt (f(t))

4) ổn áp dùng đèn cú khớ

Đ 3: ổn áp kiểu bù

1) ổn áp sắt từ cộng hởng cã tô

- để nâng cao chất lợng ổn định mở rộng phạm vi điều chỉnh tải ổn áp sắt từ ngời ta mắc thêm tụ điện song song với cuộn kháng bão hoà để tạo thành mch cng hng dũng

-điện áp nhỏ điện áp cộng hởng nên mạch mang tính dung - điện áp lớn điện áp céng hëng mang tÝnh c¶m

*Do có tụ điện nên quan hệ dòng điện điện áp tơng đối phức tạp Khi điện áp nhỏ điện áp cộng hởng mạch mang tính dung Khi điện áp đầu lớn điện áp cộng hởng mạch mang tính cảm Khi điện áp điện áp cộng hởng mạch cộng hởng dịng Do có tụ điện chất lợng ổn định tốt

Dịng địên khơng tải nhỏ phạm vi điều chỉnh tải lớn

Để giảm độ biến thiên điện áp đến mức nhỏ ngời ta thêm cuộn bù lõi cuộn tuyến tính ngợc cực tính với cuộn bão hoà Để giảm trị số tụ điện ngời ta mắc tụ điện vào điện áp lớn điện áp nhờ cuộn tăng áp kiểu từ ngẫu Để lọc thành phần sóng bậc cao điện áp Ta mắc thêm cuộn lọc

u

I 0

uv u2

L2 L1

c

I(A) u

IA I

B

uL1

uL2

2) ổn áp khuyếch đại từ

là ổn áp mà nguyên lý hoạt động làm việc dựa vào nguyên lý khuyếch đại từ

Ur = (Uv – Uk®t)KAT

Ukđt : điện áp rơi khuyết đại từ

KAT : hƯ sè biÕn ¸p cđa biÕn ¸p tù ngÊu aptomat

- Nguyên lý : cách biến đổi dòng điện chiều làm cho đờng kháng Khuyếch đại từ tơng ứng biến đổi nên điện áp rơi biến đổi tơng ứng làm cho điện áp không thay đổi

Hai cuộn điều khiển W1, W1’ đấu ngợc cực tính cuộn dây W1’ nối điện trở phi

tuyÕn

điện áp tự động ổn định nhờ mạch phản hồi phi tuyến nh hình vẽ :

điều chỉnh điện trở R1, R1’ cho điện áp điện áp định mức

I W1, 1

- Khi điện áp lớn địên áp định mức I W1, 1 0 nên điện kháng khuyếch đại tăng lên gần không

- Khi điện áp khuyếch đại từ tăng lên làm cho điện áp giảm điện áp định mức

- Khi điện áp mà nhỏ điện áp định mức I W1, 1 0 nên làm cho điện kháng khuyếch đại từ giảm dần điện áp khuyếch đại từ giảm nên điện áp tăng lên đến điện áp định mức

wloc

C u2

uv

w1

L1 *

* *

* wcd* Rcd

* * R

cd w1

* w'1* Rcd * w2*

uv

- Nhợc điểm : cấu tạo phức tạp có nhiều cuộn dây làm cho trọng lợng lớn

- u điểm : điện áp hình sin dòng điện tải nhỏ - 3) ổn áp serrômtor