Bài giảng Điện công nghiệp - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

Tập bài giảng Điện công nghiệp biên soạn theo chương trình môn học Điện công nghiệp với nội dung chia làm bốn chương, được trình bày cụ thể như sau: Các nguyên tắc tự động khống chế hệ thống truyền động điện; Mạch điều khiển có tiếp điểm; Mạch điều khiển không tiếp điểm; Trang bị điện - Điện tử trên máy.

Bộ lao động thương binh xà hội Trường đại học sư phạm kỹ thuật nam định TP BI GING ĐIỆN CÔNG NGHIỆP Mã số : TB2012-03-02 Ban biên soạn: TS Nguyn c H Th.S Nguyn Tin Hng Nam định 2012 LỜI NĨI ĐẦU Điện cơng nghiệp lĩnh vực tương đối rộng, nhiên theo chương trình đào tạo kỹ sư chuyên ngành công nghệ kỹ thuật điện, công nghệ kỹ thuật điện, điện tử công nghệ kỹ thuật điều khiển tự động hóa học phần Điện công nghiệp bao hàm nội dung nhằm phục vụ cho học phần chuyên môn điều khiển truyền động điện trang bị điện Chính nội dung chương trình học phần Điện cơng nghiệp tập hợp từ nội dung nhiều học phần riêng biệt ghép lại có tính hệ thống từ nguyên tắc đến ứng dụng Đây lý thực tế chưa có tài liệu biên soạn phù hợp với nội dung chương trình học phần Điện công nghiệp Tập giảng Điện tử công nghiệp biên soạn với mục tiêu tạo điều kiện thuận lợi cho trình giảng dạy, nghiên cứu học tập sinh viên giảng viên trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định tài liệu tham khảo cho đơn vị sản xuất liên quan Tập giảng Điện công nghiệp biên soạn theo chương trình mơn học Điện cơng nghiệp với nội dung chia làm bốn chương Chương : Các nguyên tắc tự động khống chế hệ thống truyền động điện Chương : Mạch điều khiển có tiếp điểm Chương : Mạch điều khiển không tiếp điểm Chương : Trang bị điện -Điện tử máy Trong q trình biên soạn tập giảng nhóm tác giả tham khảo tài liệu liên quan, cập nhật thông tin lĩnh vực điều khiển thiết bị tự động Mặc dù nhóm biên soạn cố gắng chắn tránh thiếu sót, chúng tối mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc để tập giảng hồn thiện Nhóm biên soạn Nguyễn Đức Hỗ - Nguyễn Tiến Hưng Mục lục LỜI NÓI ĐẦU Chương 1: CÁC NGUYÊN TẮC TỰ ĐỘNG KHỐNG CHẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 Khái quát 1.1.1 Thông số đặc trưng hệ thống truyền động tự động khống chế hệ thống truyền động điện 1.1.2 Nguyên tắc tự động khống chế hệ thống truyền động điện .7 1.2 Nguyên tắc tự động khống chế theo dòng điện 1.2.1 Nội dung nguyên tắc 1.2.2 Mạch điện khâu khống chế điển hình 1.2.3 Ưu nhược điểm vận dụng nguyên tắc tự động khống chế theo dòng điện 13 1.3 Nguyên tắc tự động khống chế theo hành trình 13 1.3.1 Nội dung nguyên tắc 13 1.3.2 Mạch điện khâu khống chế điển hình 14 1.3.3 Ưu, nhược điểm phạm vi ứng dụng nguyên tắc tự động khống chế theo hành trình 19 1.4 Nguyên tắc tự động khống chế theo thời gian 19 1.4.1 Nội dung nguyên tắc 19 1.4.2 Mạch điện khâu khống chế điển hình 20 1.4.3 Ưu, nhược điểm phạm vi ứng dụng nguyên tắc tự động khống chế theo thời gian 33 1.5 Nguyên tắc tự động khống chế khác 34 1.5.1 Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ .35 1.5.2 Nguyên tắc tự động khống chế theo nhiệt độ 40 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 45 Chương 2: MẠCH ĐIỀU KHIỂN CÓ TIẾP ĐIỂM 47 2.1 Mạch điện điều khiển động điện 48 2.1.1 Khái quát 48 2.1.2 Mạch điện điều khiển điển hình 48 2.2 Mạch điều khiển trình tự 60 2.2.1 Khái quát 60 2.2.2 Một số mạch điều khiển trình tự điển hình 60 2.3 Mạch điều khiển trình 64 2.3.1 Khái niệm 64 2.3.2 Một số mạch điều khiển trình điển hình 66 CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG 72 Chương 3: MẠCH ĐIỀU KHIỂN KHÔNG TIẾP ĐIỂM 73 3.1 Phân tử không tiếp điểm 73 3.1.1 Khái quát 73 3.1.2 Phần tử không tiếp điểm bán dẫn, vi mạch phần tử lập trình 73 3.1.3 Sử dụng cổng logic thay phần tử có tiếp điểm 81 3.2 Mạch điều khiển động dùng phần tử không tiếp điểm 87 3.2.1 Mạch điều khiển động sử dụng phần tử logic 87 3.2.2 Mạch điều khiển động sử dụng phần tử lập trình Logo 89 3.3 Mạch điều khiển trình tự 93 3.3.1 Mạch điện điều khiển trình tự động dùng phần tử không tiếp điểm cổng logic 93 3.3.2 Mạch điện điều khiển trình tự động dùng phần tử lập trình Logo 94 3.3.3 Mạch điều khiển trình tự đèn giao thơng sử dụng phần tử khả trình PLC 95 3.4 Điều khiển trình 97 3.4.1 Mạch điều khiển trình cắt phôi tự động dùng cổng logic 97 3.4.3 Sơ đồ tự động khống chế thang máy dùng phần tử logic 99 3.4.4 Mạch tự động điều khiển cổng dùng thiết bị lập trình Logo 100 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 104 Chương 4: TRANG BỊ ĐIỆN, ĐIỆN TỬ TRÊN MÁY 105 4.1 Trang bị điện máy nâng hạ .105 4.1.1 Khái quát 105 4.1.2 Các yêu cầu 107 4.1.3 Trang bị điện cấu truyền động 108 4.1.4 Trang bị điện số máy nâng hạ .110 4.2 Trang bị điện lò nấu thép 115 4.2.1 Khái quát 115 4.2.2 Yêu cầu truyền động trang bị lò nấu thép .116 4.2.3 Một số mạch điện trang bị lị nấu thép điển hình 121 4.3 Trang bị điện máy sấy 135 4.3.1 Khái quát hệ thống sấy .135 4.3.2 Một số loại máy sấy điển hình cơng nghiệp .136 4.4 Trang bị điện máy cơng trình 145 4.4.1 Khái quát 145 4.4.2 Đặc điểm hệ truyền động điện máy cơng trình .146 4.4.3 Trang bị điện máy xúc 146 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 152 TÀI LIỆU THAM KHẢO 153 Chương 1: CÁC NGUYÊN TẮC TỰ ĐỘNG KHỐNG CHẾ HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1 Khái quát 1.1.1 Thông số đặc trưng hệ thống truyền động tự động khống chế hệ thống truyền động điện Các thiết bị, máy móc sản xuất hay dây chuyền sản xuất, để sản xuất sản phẩm hay bán sản phẩm cần phải có chuyển động Bản thân chuyển động thiết bị điện, thiết bị khí nén thiết bị thủy lực truyền chuyển động sang Để điều khiển chuyển động theo yêu cầu công nghệ máy, cấu sản xuất, hệ thống truyền động (điện, khí nén, thủy lực phối hợp hệ thống) tự động thiết kế tính tốn làm việc trạng thái (chế độ) xác định Tuy nhiên, đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động tính chất phần tử hệ thống truyền động, với yếu tố tác động khách quan thực tế trình sản xuất, trạng thái cố hay hư hỏng thông thường hệ thống truyền động dự đốn thiết kế tính toán để áp dụng thiết bị biện pháp bảo vệ cần thiết Theo yêu cầu công nghệ máy hay cấu sản xuất, trạng thái làm việc hệ thống truyền động (điện, khí nén, thủy lực phối hợp hệ thống) tự động đặc trưng thông số: - Tốc độ làm việc thiết bị truyền động (động điện, động thủy lực, xi lanh thủy lực, động khí nén, xi lanh khí nén) hay cấu chấp hành máy sản xuất (n); - Dòng điện thiết bị điện (I); - Mô men phụ tải trục cấu truyền động (M) Mối quan hệ đại lượng biểu diễn phương trình đặc tính tốc độ đặc tính Tuỳ theo q trình cơng nghệ mà thơng số lấy giá trị khác Khi thiết bị truyền động làm việc ổn định, ứng với giá trị phụ tải trục cơ, ta có cặp thông số (n, M) (n, I) thiết bị điện xác định Khi thiết bị chuyển từ chế độ xác lập sang chế độ xác lập khác, thông số nhận giá trị sau thời gian làm việc Thời gian gọi thời gian độ hệ thống truyền động Như thông số I, M, n biến đổi theo quy luật xác định, toán truyền động chế độ xác lập hay độ, ta biết quy luật biến đổi thông số cho chuyển đổi chế độ có lợi Dựa vào quy luật biết trước ta tác động vào hệ thống cách thay đổi thông số đối tượng điều khiển thay đổi chế độ làm việc với quy luật mong muốn Như vậy, tự động khống chế hệ thống truyền động thực chất việc thay đổi thông số đối tượng điều khiển theo quy luật để làm thay đổi chế độ làm việc thiết bị truyền động theo yêu cầu Tuỳ theo trình cơng nghệ u cầu mà thơng số xác định giá trị khác Việc chuyển từ giá trị sang giá trị khác thực tự động nhờ hệ thống điều khiển Kết hoạt động phần điều khiển đưa hệ thống truyền động đến trạng thái làm việc mới, thơng số đặc trưng hệ truyền động có giá trị Như thực chất điều khiển hệ thống truyền động đưa vào loại khỏi hệ thống phần tử, thiết bị (ví dụ: điện trở, điện kháng, điện dung khâu hiệu chỉnh đó) để thay đổi hay nhiều thông số đặc trưng để giữ thơng số (tốc độ, dịng điện, mơ men .) khơng thay đổi có thay đổi ngẫu nhiên thơng số khác Để tự động điều khiển hoạt động hệ thống truyền động nói chung hệ thống truyền động điện nói riêng, hệ thống điều khiển phải có cấu, thiết bị thụ cảm giá trị thông số đặc trưng cho chế độ công tác truyền động (có thể modul, dấu thông số) Trong hệ thống điều khiển gián đoạn phần tử thụ cảm phải làm việc theo ngưỡng chỉnh định Nghĩa thông số thụ cảm đến trị số ngưỡng đặt, phần tử thụ cảm theo thông số bắt đầu làm việc (tác động) phát tín hiệu đưa đến phần tử chấp hành Kết đưa vào loại khỏi hệ thống phần tử cần thiết Trong phạm vi chương trình mơn học điện công nghiệp, tập trung nghiên cứu nguyên tắc tự động khống chế hệ thống truyền động điện Tự động khống chế hệ thống truyền động điện chia q trình sau: - Tự động khống chế trình mở máy: Quá trình đưa tốc độ động từ không đến tốc độ làm việc theo yêu cầu cho dòng mở máy nhỏ mơ men lớn Nói cách khác khống chế trình mở máy theo quy luật tính sẵn - Tự động khống chế q trình làm việc: Trong làm việc động truyền động phải có chế độ làm việc theo yêu cầu cấu máy sản xuất, việc điều khiển trì thơng số khơng đổi, biến đổi theo quy luật, trình tự tính trước - Tự động khống chế trình hãm dừng máy: Quá trình hãm thường nhằm thúc đẩy trình dừng máy để tiết kiệm thời gian máy hoạt động không tải, góp phần nâng cao suất máy Q trình hãm thường tiêu tốn nhiều lượng, phải điều khiển trình cho hiệu tốn lượng 1.1.2 Nguyên tắc tự động khống chế hệ thống truyền động điện Trên sở giám sát thay đổi (biến thiên) thông số đặc trưng thiết bị (đối tượng điều khiển ) hệ thống truyền động điện, phần tử thụ cảm (giám sát) với giá trị đặt trước cung cấp tín hiệu điều khiển làm thay đổi trì chế độ hoạt động thiết bị điện, ta có số nguyên tắc tự động khống chế sau: - Hệ thống truyền động điện, hoạt động thông số đặc trưng thiết bị biến đổi theo thời gian, sử dụng phần tử thụ cảm liên quan tới thời gian (rơ le thời gian cơ, điện từ, điện tử hay chương trình lập trình ) với khoảng thời gian đặt trước (phù hợp với khoảng thời gian biến thiên thông số thiết bị ) cung cấp tín hiệu để điều khiển thiết bị trì chế độ hoạt động thiết bị theo yêu cầu, ta có hệ thống truyền động khống chế theo nguyên tắc thời gian - Hệ thống truyền động điện, hoạt động thông số đặc trưng thiết bị dịng điện có thay đổi, sử dụng phần tử thụ cảm liên quan tới dòng điện thiết bị (rơ le dòng, máy biến dòng ) với giá trị dòng điện đặt trước (phù hợp với dòng điện biến thiên thiết bị ) cung cấp tín hiệu để điều khiển thiết bị trì chế độ hoạt động thiết bị theo yêu cầu, ta có hệ thống truyền động khống chế theo nguyên tắc dòng điện - Hệ thống truyền động điện, hoạt động thông số đặc trưng thiết bị tốc độ có thay đổi, sử dụng phần tử thụ cảm liên quan tới tốc độ thiết bị (rơ le tốc độ, máy phát tốc ) với giá trị tốc độ đặt trước (phù hợp với thay đổi tốc độ thiết bị ) cung cấp tín hiệu để điều khiển thiết bị trì chế độ hoạt động thiết bị theo yêu cầu, ta có hệ thống truyền động khống chế theo nguyên tắc tốc độ Ngoài hệ thống truyền động điện, hoạt động số thông số đặc trưng khác thiết bị nhiệt độ, hành trình, mơ men, cơng suất, ….cũng biến đổi, sử dụng phần tử thụ cảm liên quan tới thông số thiết bị (cảm biến nhiệt độ, cơng tắc hành trình, rơ le mô men, ) với giá trị đặt trước (phù hợp với thay đổi thông số cần giám sát thiết bị ) cung cấp tín hiệu để điều khiển thiết bị trì chế độ hoạt động thiết bị theo yêu cầu, ta có hệ thống truyền động khống chế theo nguyên tắc nhiệt độ, nguyên tắc hành trình … 1.2 Nguyên tắc tự động khống chế theo dòng điện 1.2.1 Nội dung nguyên tắc Dòng điện động thơng số quan trọng, xác định trạng thái hệ thống truyền động điện, phản ánh trạng thái mang tải bình thường hệ thống trạng thái non tải hay tải, phản ánh trạng thái khởi động hay dừng động Q trình khởi động động điện, dịng điện khởi động động thay đổi cần phải đảm bảo nhỏ trị số định mức cho phép, cịn q trình làm việc động cơ, dòng điện động cần phải giữ trị số định mức khơng đổi phù hợp với q trình cơng nghệ máy q trình sản xuất để tăng suất trình dừng động cần khống chế thơng số dòng điện động thay đổi Những phần tử thụ cảm thay đổi dòng điện dùng để khống chế trình mở máy, trình làm việc trình dừng động rơ le dịng điện kiểu điện từ, cơng tắc tơ có cuộn dây dịng điện khóa điện tử hoạt động theo tín hiệu vào trị số dịng điện Điều khiển theo nguyên tắc dòng điện dựa sở thơng số dịng điện biến đổi đối tượng điều khiển (động điện, thiết bị điện thuộc mạch động lực), phần tử thụ cảm dòng điện tạo tín hiệu điều khiển cần thiết làm thay đổi trạng thái hệ thống Trị số dòng điện tác động phần tử thụ cảm dòng điện chỉnh định dựa theo ngưỡng chuyển đổi dòng điện đối tượng Để làm rõ sở điều khiển theo nguyên tắc dòng điện ta khảo sát biến thiên thông số làm việc mạch động lực khởi động động điện 1.2.2 Mạch điện khâu khống chế điển hình 1) Mạch điện mở máy động chiều a) Sơ đồ mạch điện D M ĐG ĐG ĐG K RKT RI K G G Hình 1-1 Sơ đồ mạch điện khởi động động chiều kích từ song song theo ngun tắc dịng điện qua cấp điện trở phụ b) Giới thiệu thiết bị Động chiều kích từ song song, công tắc tơ K điều khiển cấp điện cho phần ứng động cơ, điện trở phụ rf tham gia mạch phần ứng động khởi động loại khỏi mạch phần ứng nhờ công tắc tơ G động chuyển sang chế độ làm việc Rơ le dòng RI, phần tử thụ cảm dòng điện khống chế trình khởi động động chọn sau: Dòng tác động (dòng hút) Itđ < I1; Dòng nhả Inhả < I2 ; I1, I2 xác định từ điều kiện khởi động RKT rơ le dịng bảo vệ kích từ động thiết kế mạch điều khiển phải đảm bảo an tồn cho động chiều (loại kích từ độc lập kích từ song song) khởi động dừng Việc kết hợp rơ le dòng Ri công tắc tơ G đảm bảo điện trở phụ tham gia vào trình khởi động khơng tham gia q trình làm việc có thay đổi đột biến dòng phần ứng động c) Nguyên lý làm việc Ấn M, cấp điện cho cuộn dây cơng tắc tơ ĐG, đóng tiếp điểm thường mở ĐG mạch điều khiển mạch động lực để trì cấp điện cho cấp điện cho cuộn dây, cho mạch điều khiển cấp điện cho cuộn dây kích từ động Khi cuộn dây rơ le dịng RKT có điện, đóng tiếp điểm KT mạch điều khiển, cấp nguồn cho cuộn dây công tắc tơ K, đóng tiếp điểm thường mở K, phần ứng động cấp điện, động khới động qua cấp điện trở phụ rf Quá trình khởi động, tốc độ động tăng dần dòng phần ứng giảm xuống, dòng giảm đến giá trị nhả rơ le dịng Ri rơ le thơi tác động, tiếp điểm thường đóng Ri đóng lại, cuộn dây cơng tắc tơ G có điện, tiếp điểm G đóng lại trì cấp điện cho cuộn dây G loại điện trở phụ khỏi mạch phần ứng, động kết thúc trình khởi động chuyển sang chế độ làm việc định mức 2) Mạch điện khởi động động ba pha rô to dây quấn a) Sơ đồ mạch điện Hình 1-2 Sơ đồ mạch điện khởi động động pha rô to dây quấn qua cấp điện trở phụ theo nguyên tắc dòng điện Vật liệu sấy sau sấy khô đưa cửa nhờ vít tải đưa ngồi Cịn khói lị hay khơng khí thải cho qua xyclon để giữ lại hạt vật liệu bị kéo theo thải trời qua ống khói Để tránh khí thải chui qua khe hở máy sấy, làm ảnh hưởng đến sức khoẻ công nhân, người ta đặt quạt hút bổ sung cho sức hút ống khói tạo áp suất âm máy sấy Máy sấy thùng quay thường chia làm hai loại: Loại đơn chiếc: thường dùng sấy nông sản như: Lúa, Ngô… Các loại hạt Điều, Cafe…… hệ thống điều khiển đơn giản giống máy sấy đối lưu Loại dây truyền: loại thường dây truyền sấy gắn liền với dây truyền khác cơng nghiệp cơng nghiệp hóa chất, cơng ngiệp thực phẩm để sấy số hóa chất thể rắn, quặng Pi-rit, phân đạm… thường sử dụng hệ thống điều khiển tự động sử dụng PLC Ưu điểm: Quá trình sấy đặn mãnh liệt, tiếp xúc vật liệu sấy tác nhân sấy tốt Cường độ làm việc tính theo lượng ẩm cao, tới 100 (kg/m h) Thiết bị cấu tạo gọn, chiếm mặt nhỏ Nhược điểm: Vật liệu dễ bị vỡ vụn a) Sơ đồ mạch điện máy sấy thùng quay CD CC K1 CC K2 CC K3 CC CC K4 K5 BI K6 DD Hình 4-22 Sơ đồ mạch điện động lực b) Giới thiệu thiết bị: - M1 động băng tải 1; - M2 động băng tải 2; - M3 động băng tải 3; 139 - M4 động trục dẫn; - M5 động quạt gió - RDD điện trở gia nhiệt - CD cầu dao pha; - ĐT rơ le khống chế nhiệt độ; - K1, K2…K6 công tắc tơ; - R1, R2 rơle trung gian; - 1L đèn báo nhiệt độ; - 2L đèn báo lò cấp điện; - A ampe kế; - BI biến dòng; - CC cầu chì; - T1…T4 rơle thời gian Hình 4-23 Sơ đồ mạch điện điều khiển Các băng tải hoạt động theo nguyên tắc sau: Các băng tải chạy theo thứ tự từ đến với băng tải xép Trục dẫn truyền động nhờ động trục dẫn đưa vật liệu sấy vào lò sấy, vật liệu sấy truyền động băng tải theo thứ tự từ c) Nguyên lý làm việc Khi mạch động lực mạch điều khiển cấp nguồn thông qua cầu dao CD, nhấn nút M khởi động cho mạch điều khiển, lúc cuộn dây K5 có điện đưa động quạt gió vào làm việc đồng thời cuộn K1, K2, K3, K4 có điện khởi động hệ thống băng tải động trục dẫn để đưa nguyên liệu sấy vào lò sấy Hệ thống khống chế nhiệt độ lò sấy cấp điện qua tiếp điểm R1 thực theo nguyên tắc sau: Khi nhiệt độ lò điện trở thấp(Min) cảm biến nhiệt độ báo cho rơle khống chế nhiệt độ, rơle nhiệt độ đóng tiếp điểm thường mở Min cấp điện cho rơle 140 trung gian R2 Đồng thời lúc tiếp điểm thường mở R2 đóng lại cấp điện cho cơng tắc tơ K6, từ tiếp điểm thường mở K6 đóng lại cấp điện cho đèn báo 2L sáng báo hiệu lò cấp điện, đồng thời tiếp điểm động lực K6 đóng lại cấp điện cho mạch động lưc gia nhiệt (dây điện trở) Khi nhiệt độ đạt Max(bằng với nhiệt độ đặt) rơle khống chế nhiệt độ đóng tiếp điểm Max mở tiếp điểm Min cắt điện rơle trung gian R2 đồng thời K6 điện, tiếp điểm động lực điều khiển K6 mở ngắt điện mạch động lực 2L đồng thời đèn 1L sáng báo hiệu lò nhiệt độ 4) Máy sấy tầng sơi a) Sơ đồ ngun lý Hình 4-24 Các phần tử Máy sấy tầng sôi c) Nguyên lý làm việc Quạt đưa không khí vào trộn với khói lị (hay khơng khí + khói lị) phịng vào bên phịng sấy 3, qua lưới phân phối tiến hành sấy vật liệu Vật liệu cho vào phễu nhờ vít tải đưa vào phía buồng sấy Ở chúng gặp hỗn hợp khí nóng từ lên tạo thành tầng sôi Vật liệu khô thổi qua chắn sang thùng chứa ngồi Cịn hạt nhỏ bị dịng khí theo thu hồi xyclon Tác nhân sấy khơng khí, khói lị khơng khí + khói lị Ưu điểm: Cường độ sấy mãnh liệt, cho phép sấy nhiệt độ cao nhiệt độ cho phép thời gian tiếp xúc ngắn Hiệu sử dụng nhiệt cao, có khả điều khiển tự động Loại sử dụng rộng rãi Nhược điểm: Khơng sấy vật liệu có độ ẩm lớn, cục to, dễ vỡ, trở lực thuỷ lực lớn, thiết bị mau hao mòn 141 5) Máy sấy băng tải Gồm phịng hình chữ nhật, có vài băng tải chuyển động chậm nhờ tay quay Các băng tựa lăn để khỏi bị võng xuống, băng làm sợi tẩm cao su, kim loại hay lưới kim loại chuyển động với tốc độ khoảng 0,3  0.6 m/phút Loại thiết bị dùng để sấy rau quả, ngũ cốc, than đá… Hình 4-25 Các phần tử Máy sấy băng tải 6) Sơ đồ khống chế nhiệt độ không tiếp điểm a) Sơ đồ mạch điện Rdđ Hình 4-26 Sơ đồ mạch khống chế nhiệt độ không tiếp điểm Ứng dụng cho lị có cơng suất nhỏ, nhiệt độ thấp 1000C b) Giới thiệu thiết bị Triac TS khóa điện tử giao tiếp với nguồn xoay chiều; 142 D1 chỉnh lưu cầu pha; Dz ốt zenơ ổn áp; BAX biến áp xung tạo xung điều khiển cấp cho triac TS; T1 T2 transistor; R4, R5, R6, R7 định thiên, phân áp cho TR2; R9, R10, VR1, VR2, RN định thiên, phân áp cho TR3; C1 tụ lọc đầu vào; C2 tụ tạo xung điều khiển triac TS; RN điện trở nhiệt âm; Rdđ điện trở dây đốt lò nhiệt; ĐB đèn báo nguồn điện cấp; c) Nguyên lý làm việc Nguồn xoay chiều chỉnh lưu đưa nguồn chiều thông qua chỉnh lưu D1 nguồn điện chiều ổn áp thông qua điốt zener Dz cực B T1 T2 cấp âm nguồn nên tăng dẫn tụ C2 nạp Khi C2 nạp đầy điện áp tụ vượt qua điện áp ngưỡng UJT nên UJT dẫn tụ C2 phóng điện qua cuộn sơ cấp máy biến áp xung, cuộn thứ cấp BAX suất xung điều khiển triac dẫn cấp điện cho điện trở dây đốt Rdđ Chiết áp VR3 dùng để đặt nhiệt độ làm việc lò Ổn định nhiệt độ lò diễn sau: Nếu nhiệt độ lò giảm xuống thấp nhiệt độ đặt trước RN tăng trị số khiến cho điện áp chân B TR3 giảm nên TR3 tăng dẫn nên C2 nạp nhanh khiến cho góc mở triac nhỏ lại điện áp đặt vào dây đốt Rdđ tăng lên lò tăng nhiệt độ Đồ thị điện áp triac thay đổi góc mở α : Hình 4-27 Đồ thị điện áp 143 7) Sơ đồ khống chế cấp công suất lò a) Sơ đồ Hình 4-28 Sơ đồ nguyên lý khống chế cấp công suất lò b) Gii thiệu sơ đồ + 1R, 1VD, 2VD, 2R, 3VD vµ Trigơ DD1.1, DD1.2 tạo hoàn thiện dạng xung tr-ớc đ-a vào đầu CN đếm – 10 + DD2 : bé ®Õm – 10 có giải mà + 4VD, 1C 2C tạo điện áp cấp nguồn cho vi mạch c) Nguyên lý Điều chỉnh tr-ợt S để đặt công suất lò Trong nửa chu kì dòng điện có xung đ-a đến đầu vào CN đếm DD2 bé ®Õm thùc hiƯn ®Õm VT dÉn thiristor VS mở dây đốt Rdđ đ-ợc cấp điện gia nhiệt cho lò Khi đếm đếm đến giá trị đặt VT ngừng dẫn ngừng cấp điện cho lò Quá trình lập lại từ đầu đếm thực đ-ợc vòng đếm 144 Hình 4-29 Giản đồ xung mô tả hoạt động lò 4.4 Trang b in mỏy cụng trình 4.4.1 Khái qt Máy cơng trình máy sử dụng công trường xây dựng, khai thác, cơng trình thuỷ điện, cơng trường khai thác mỏ theo phương pháp lộ thiên,… làm cầu nối hạng mục cơng trình sản xuất riêng biệt ví dụ: máy lu, máy xúc, máy ủi, cầu trục, trạm trộn bê tơng,… Phân loại máy cơng trình theo số đặc điểm sau: Theo phương vận chuyển hàng hóa - Theo phương thẳng đứng: máy nâng chuyển ( kích, tời, palăng…) - Theo phương kết hợp: cầu trục, cần trục, cầu trục càng, máy xúc,… Theo cấu tạo cấu di chuyển - Di chuyển tịnh tiến: cầu trục càng, cần cẩu dờ, loại cần trục, cầu trục,… - Di chuyển quay với góc quay tới hạn: cần cẩu tháp, máy xúc,… Theo cấu bốc hàng - Cơ cấu bốc hàng thùng cabin, cầu treo,… - Dùng móc, xích treo - Cơ cấu bốc hàng nam châm điện Theo chế độ làm việc - Chế độ dài hạn - Chế độ ngắn hạn lặp lại: máy xúc, cần trục,… 145 4.4.2 Đặc điểm hệ truyền động điện máy cơng trình Các máy cơng trình thường sử dụng cơng trình xây dựng, mơi trường làm việc nặng nề Các khí cụ, thiết bị điện hệ thống truyền động trang bị điện máy công trình phải làm việc tin cậy điều kiện nghiệt ngã môi trường, nhằm nâng cao suất, an toàn vận hành khai thác Trong hệ truyền động cấu máy cơng trình yêu cầu tăng tốc giảm tốc xảy phải êm Bởi vậy, mơ men q trình q độ phải hạn chế theo yêu cầu kỹ thuật an tồn Năng suất máy cơng trình định hai yếu tố: tải trọng thiết bị số chu kỳ bốc, xúc Số lượng hàng hóa bốc xúc chu kỳ khơng nhỏ trọng tải định mức, phụ tải với động đạt (60÷70%) cơng suất định mức động Do điều kiện làm việc máy cơng trình nặng nề, thường xun làm việc chế độ tải đặc biệt nên thường chế tạo có độ bền khí cao, khả chịu tải lớn 4.4.3 Trang bị điện máy xúc 1) Khái niệm chung phân loại Máy xúc sử dụng rộng rói ngành khai thác mỏ lộ thiên, công trường xây dựng công nhiệp dân dụng, cơng trình thuỷ lợi, xây dựng cầu đường nhiều hạng mục cơng trình khác nhau, nơi mà yêu cầu bốc xúc đất đá với khối lượng lớn Phân loại theo tính sử dụng Máy xúc dựng ngành xây dựng chạy bánh xích, bánh lốp tích gầu xúc từ 0,25 ÷ 2m Máy xúc dùng ngành khai thác mỏ lộ thiên tích gàu xúc từ ÷ 8m Máy xúc dùng để bốc xúc đất đá tích gầu xúc từ ÷ 35m Máy xúc bước gàu ngoạm tích gàu xúc từ ÷ 80m Phân loại theo cấu bốc xúc Máy xúc có cấu bôc xúc gàu thuận, gàu xúc di chuyển vào đất đá theo hướng từ máy xúc phía trước tác dụng hai lực kết hợp: cấu nâng - hạ gàu cấu tay gàu Máy xúc có cấu bốc xúc gàu ngược, gàu di chuyển vào đất đá theo hướng từ vào tác dụng hai lực kết hợp: cấu nâng hạ gàu cấu đẩy tay gàu Máy xúc có cấu bốc xúc kiểu gàu cào Gàu cào di chuyển theo mặt phẳng 146 ngang từ vào cần gàu dẫn hướng Máy xúc có cấu bốc xúc gàu treo dây, gàu di chuyển theo hướng từ vào máy xúc tác dụng hai lực kết hợp: cấu kéo cáp cấu nâng cáp Máy xúc có cấu bốc xúc kiểu gàu ngoạm, trình bốc xúc đất đá thực cách kéo khép kín dần hai nửa thành gàu tác dụng cấu kéo cáp cấu nâng cáp Cơ cấu bốc xúc kiểu gàu ngoạm thay cấu móc gọi máy xúc - cần cẩu Máy xúc rơto, có cấu bốc xúc gàu quay Gàu quay gồm bánh xe,có nhiều gàu xúc nhỏ gá lắp bánh xe theo chu vi bánh xe Máy xúc nhiều gàu xúc, gồm nhiều gàu nhỏ nối băng xích di chuyển liên tục (giống băng chuyền) Trong loại máy xúc kể trên, máy xúc gàu thuận có mức đứng thấp so với mức gương lũ (mức đất đá cần bốc xúc) Máy xúc gàu cào có mức đứng máy xúc ngang với mức gương lũ, cũn tất máy xúc cịn lại có mức đứng máy xúc cao mức gương lũ Phân loại theo cấu động lực (cơ cấu sinh cơng) Máy xúc có cấu sinh cơng động điện Máy xúc có cấu sinh cơng động đốt Phân loại theo cấu di chuyển Máy xúc chạy bánh xích Máy xúc chạy bánh lốp Máy xúc chạy theo đường ray Máy xúc chạy theo bước 2) Các yêu cầu hệ truyền động cấu máy xúc Chế độ làm việc máy xúc phụ thuộc vào cấu tạo, kết cấu đặc điểm đặc trưng trỡnh đào bốc xúc đất đá Bởi vậy, yêu cầu hệ truyền động cấu máy xúc có gàu xúc máy xúc có nhiều gàu xúc có nhiều điểm khác biệt * Đối với máy xúc có gàu xúc Đối với máy xúc cú gàu xúc, yêu cầu hệ truyền động cấu bao gồm: +) Đặc tính hệ truyền động điện: truyền động cấu máy xúc (cơ cấu nâng - hạ gàu, cấu quay cấu đẩy tay gàu) phải đảm bảo hai yêu cầu sau: +) Trong phạm vi tải thay đổi từ đến dòng nhỏ dịng điện ngắt (Ing = 2,25 ÷ 2,5 Iđm) , độ sụt tốc độ không đáng kể để đảm bảo suất máy; 147 - Khi động bị tải (I ≥ Ing), tốc độ động truyền động phải giảm nhanh không để khơng gây hỏng hóc động Để đáp ứng hai yêu cầu trên, hệ truyền động phải tạo đường đặc tính đặc trưng gọi đặc tính “máy xúc” * Đối với máy xúc có nhiều gàu xúc Các u cầu tính chọn cơng suất động Biểu đồ phụ tải cấu máy xúc: Đảm bảo điều kiện tính chọn sơ Tham số kĩ thuật động truyền động Mô men quán tính cấu qui đổi trục động Mơ men cản tính cấu qui đổi trục động Đảm bảo yếu tố: Chủng loại máy xúc Chế độ công nghệ máy xúc Tính chọn cơng suất động thực theo bước sau: Xây dựng biểu đồ phụ tải theo cơng thức tính cơng suất cản tĩnh Tiến hành chọn sơ công suất động theo cụng suất cản xây dựng đường đặc tính hệ truyền động Xây dựng biểu đồ phụ tải xác cấu có tính đến chế độ q độ Kiểm tra điều kiện phát nóng động chọn theo phương pháp dịng điện mơ men đẳng trị Kiểm tra điều kiện tải động chọn 3) Sơ đồ điều khiển máy xúc EKG – Máy xúc EKG – 4, loại máy xúc gàu - gàu thuận thường sử dụng cơng trường xây dựng, cơng trình thuỷ điện, công trường khai thác mỏ theo phương pháp lộ thiên Các cấu máy xúc EKG – bao gồm: cấu nâng – hạ gầu, cấu đẩy tay gầu, cấu quay cấu di chuyển máy có sơ đồ khống chế riêng, dùng hệ F – Đ tương đối giống nhau, sai khác không đáng kể Ta xem xét sơ đồ khống chế nâng – hạ a Sơ đồ mạch điều khiển cấu nâng hạ gầu xúc 148 VR5 F Ð CKF2 CKF3 CKTÐ KCB CKF1 + R6 _ _ 3G 2G KN KH 1G KH r1 r2 r3 r4 KN + Hình 4-30 Sơ đồ mạch điều khiển cấu nâng hạ gầu xúc b Giới thiệu sơ đồ Điều khiển động khống chế KC có 11 vị trí hàng tiếp điểm Đảo chiều quay động nhờ đảo chiều dòng cuộn kích từ máy phát CKF1 qua cầu tiếp điểm Cuộn kích từ song song CKF2 đấu vào phần ứng động qua biến trở VR5 Cuộn kích từ nối tiếp CKF3 đấu nối tiếp với hệ thống mạch lực F – Đ Sức từ động hai cuộn CKF1 CKF2 chiều với sức từ động cuộn CKF3 ngược chiều với hai cuộn kia: F∑ = FCKF1 + FCKF2 – FCKF3 Do sức từ động CKF3 có tính chất khử từ dịng động nằm giới hạn < IĐ < Ing ( Ing = ( 2,25 ÷ 2,5 ) Iđm tính chất khử từ không lớn lắm, độ sụt tốc nhỏ tốc độ động thay đổi đảm bảo suất máy Khi bị tải Iđ > Ing tác dụng khử từ mạnh làm điện áp máy phát giảm nhanh Đặc tính hệ “ gục” hạn chế trị số mômen dừng giới hạn cho phép M dừng = (1,5 ÷ 2) Mđm 149 + Nâng - KC Hạ 1' 2' 3' 4' 5' KN K1 1G K2 2G K3 3G K4 KH K5 KCB K6 Hình 4-31 Sơ đồ mạch điều khiển cấu nâng hạ gầu máy xúc EKG – c) Nguyên lý hoạt động Quay KC sang vị trí 1, cơng tắc KN có điện Dòng điện cuộn CKF1 nhỏ vỡ đấu nối tiếp với điện trở R1, R2, R3, R4 Mômen động sinh 0,5 Mđm tốc độ động thấp để kéo căng cáp, để khắc phục khe hở khâu truyền lực đưa gầu xúc từ từ vào đất đá, bắt đầu trình bốc xúc Tiếp tục chuyển KC sang vị trí 2, 3, 4, tốc độ động tăng dần công tắc tơ 1G, 2G, 3G tác động nối tắt dần điện trở cuộn CKF1 Khi chuyển KC vị trí 0, cơng tăc tơ 1G, 2G, 3G điện, động hãm động Hạ gầu cách quay KC sang vị trí 1’, 2’, 3’, 4’, 5’ – vị trí cơng tăc tơ KCB điện, điện trở R6 đấu vào cuộn kích từ động CKTĐ làm giảm từ thông tăng tốc động hạ gầu Trong chế độ độ, trị số mô men tốc độ động phụ thuộc quán tính điện từ cuộn CKF máy phát quán tính hệ truyền động Do cuộn kích từ nối tiếp CKF3 có số thời gian lớn nên trị số mô men cực đại hạn chế giới hạn Mmax = 1,3 Mđm 2) Mạch điện Hệ thống tự động khống chế băng tải vận chuyển vật liệu a) Giới thiệu sơ đồ 150 Vật liệu vận tải từ băng tải đổ vào thùng phân phối T1 sau vật liệu phân phối theo đường chính, đường theo băng tải đổ vào xilô S1 đường theo băng tải đổ vào thùng phân phối T2 Từ thùng phân phối T2 phân đường nhánh: Nhánh theo băng tải đổ vào silô S2, nhánh theo băng tải đổ vào silô S3 Có chuyển mạch để chọn chế độ làm việc băng tải 1CM,2CM,3CM Khống chế toàn hệ thống làm việc nút bấm M b)Nguyên lý làm việc Muốn tải nguyên liệu vào silô S3 quay chuyển mạch 1CM 4CM kín Rơ le TG 1RTr (1-3) có điện 4RTr (1-9) có điện Tiếp điểm 4RTr (3-21) đóng lại chuẩn bị cho 12RTr làm việc Tiếp điểm 4RTr(3-29)đóng lại chuẩn bị cho 13RTr làm việc Ấn nút M 5RTr có điện, đóng tiếp điểm 5RTr(1-15) tự trỡ nguồn cấp, đóng tiếp điểm 5RTr(1-19) cho 8RTr có điện, đóng mạch cho cũi kờu bỏo hệ thống chuẩn bị làm việc Sau 1t.gian trỡ, tiếp điểm thường mở đóng chậm rơle t.gian Rth(115) đóng lại , 6RTh có điện, tiếp điểm 6RTr(1-17) chuẩn bị cho 7Rtr (1-17 làm việc, mở tiếp điểm 6Rtr(1-19) cắt điện 8Rtr tiếp điểm 8Rtr(1-27)đóng lại 7Rtr có điện, tiếp điểm 7RTr(1-3) đóng lại cấp nguồn cho tồn mạch làm việc Khi 13Rtr có điện, tiếp điểm 13Rtr(3-41) cấp điện cho Ctt K5 đóng điện cho động truyền động băng tải5 Khi băng tải đạt tốc độ định mức, tiếp điểm cuat rơle khiểm tra tốc độ RKT5(3-39) kín làm cho K4 có điện, đóng điện cho động truyền động băng tải Khi băng tải đạt tốc độ định mứctiếp điểm RKT4 (3-33) kín, K1 có điện, đóng điện cho truyền động băng tải 151 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG 4.1 Trình bày khái quát, yêu cầu thang máy, cầu trục 4.2 Phân tích sơ đồ điều khiển cấu cầu trục khống chế động lực H-51 4.3 Phân tích sơ đồ trang bị điện thang máy tầng tốc độ trung bình 4.4 Trình bày khái quát hệ thống sấy 4.5 Phân tích sơ đồ hệ thống máy sấy đối lưu 4.6 Phân tích sơ đồ hệ thống máy sấy thùng quay 4.7 Phân tích sơ đồ hệ thống máy sấy tầng sơi 4.8 Phân tích sơ đồ hệ thống máy sấy đối lưu 4.9 Phân tích sơ đồ hệ thống máy sấy băng tải 4.10 Trình bày khái quát, yêu cầu truyền động trang bị lò hồ quang, 4.11 Trình bày khái quát, yêu cầu truyền động trang bị điện lị nấu thép, 4.12 Trình bày khái qt, yêu cầu truyền động lò điện trở 4.13 Phân tích sơ đồ khống chế ổn định nhiệt độ lị điện trở điều áp xoay chiều ba pha dùng Thyristor 4.14 Trình bày khái quát, phân loại, đặc điểm hệ truyền động điện máy cơng trình 4.15 Phân tích sơ đồ điều khiển cấu nâng - hạ cầu trục dùng hệ máy phát – động điện chiều (F-Đ) 4.16 Phân tích sơ đồ điều khiển máy xúc EKG – 4.17 Trình bày khái quát, yêu cầu, đặc điểm, trạm trộn bê tông xi măng tự động 4.18 Vẽ sơ đồ giải thuật, viết chương trình điều khiển trạm trộn bê tơng xi măng tự động 152 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Võ Hồng Căn-Phạm Thế Hựu Đọc phân tích mạch điện máy cắt gọt kim loại Nhà xuất công nhân kỹ thuật Hà Nội 1982 [2] Trịnh Đình Đề-Võ Trí An Điều khiển tự động truyền động điện Đại học bách khoa Hà Nội Hà Nội 1986 [3] Trịnh Đình Đề Phân tích tổng hợp hệ thống điều khiển tự động truyền động điện, NXB khoa học kỹ thuật năm 1996 [4] Vũ Quang Hồi-Nguyễn Văn Chất- Nguyễn Thị Liên Anh Trang bị điện – Điện tử máy công nghiệp dùng chung, NXB giáo dục năm 1996 [5] NguyÔn DoÃn Phớc, Phan Xuân Minh, Vũ Văn Hà ; Tự động hoá với Simatic S7300 ; nhà xuất khoa học kỹ thuật 2000 [6] Lê Hoài Quốc, Chung Tấn Lâm ; Bộ điều khiển lập trình vận hành ứng dụng; nhà xuất khoa học kỹ thuật 1999 [7] Bùi Minh Tiêu Kỹ thuật số tập I nhà xuất Đại học Trung học chuyên nghiệp năm 1977 [8] Đỗ Xuân Tùng-Trương Tri Ngộ-Nguyễn Văn Thanh Trang bị điện máy xây dựng, NXB xây dựng năm 1998 [9] Programming with STEP V5.1 Part 1,2,3 [10] .Statement list for S7 –3 00 And S7 – 400 Programming; xuất tháng 11 năm 2002 [11] Ladder logic (LAD) for S7 –3 00 And S7 – 400 Programming; xuÊt tháng 11 năm 2002 153