ĐỒ án ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC MỎ ĐỊA CHẤT KHOA CƠ ĐIỆN BỘ MƠN TỰ ĐỘNG HĨA XÍ NGHIỆP MỎ VÀ DẦU KHÍ 111Equation Chapter Section -*** - ĐỒ ÁN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN : THIẾT KẾ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MỘT CHIỀU KÍCH TỪ ĐỘC LẬP VỚI CÁC YÊU CẦU : QUAY CHIỀU KHỞI ĐỘNG BẰNG CẤP ĐIỆN TRỞ PHỤ ĐẤU VÀO MẠCH PHẦN ỨNG DỪNG BẰNG PHƯƠNG PHÁP HÃM ĐỘNG NĂNG KÍCH TỪ ĐỘC LẬP ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH KHỞI ĐỘNG VÀ DỪNG THEO NGUYÊN TẮC THỜI GIAN Giáo viên hướng dẫn: Sinh viên thực : T.s Phan Minh Tạo Nguyễn Thế Phương - 1621060082 Phạm Thành Công - 1621060323 Nguyễn Anh Dũng - 1611060011 Nguyễn Hồng Sơn - 1621060080 Lời mở đầu Thế giớ i ngà y cà ng phá t triển thêm nhiều loạ i má y mó c đạ i Nhiều loạ i độ ng đượ c phá t minh để phù hợ p vớ i từ ng cô ng việc, từ ng mụ c đích c Do nhó m em xin trình bà y hệ thố ng điều khiển độ ng mộ t chiều kích từ độ c lậ p Mong thầ y quan tâ m nhó m ng em! Ưu, nhược điểm ứng dụng động điện chiều Ưu điểm động điện chiều - Ưu điểm nổ i bậ t độ ng điện chiều có moment mở má y lớ n, vậ y kéo đượ c tả i nặ ng khở i độ ng - Khả nă ng điều chỉnh tố c độ tả i tố t - Tiết kiệm điện nă ng - Tuổ i thọ lớ n Nhược điểm động điện chiều - Bộ phậ n cổ gó p có cấ u tạ o phứ c tạ p, đắ t tiền thườ ng hư hỏ ng trình vậ n hà nh nên cầ n bả o dưỡ ng, sử a chữ a thườ ng xuyên - Tia lử a điện phá t sinh cổ gó p chổ i than gâ y nguy hiểm mô i trườ ng dễ chá y nổ - Giá nh đắ t, cô ng suấ t khô ng cao Ứng dụng động điện chiều Ứ ng dụ ng củ a độ ng điện chiều cũ ng rấ t đa ng hầ u hết mọ i lĩnh vự c củ a đờ i số ng Trong tivi, đà i FM, ổ đĩa DC, má y in- photo, má y cô ng nghiệp, đặ c biệt trong cô ng nghiệp giao thô ng vậ n tả i, cá c thiết bị cầ n điều khiển tố c độ quay liên tụ c phạ m vi lớ n (vd: má y cá n thép, má y cô ng cụ lớ n, đầ u má y điện ) 1.1 Cấu tạo *Stator: (Phầ n tĩnh) - Cực từ chính: + Là phầ n sinh từ trườ ng gồ m lõ i sắ t cự c từ dây quấ n kích từ + Lõ i thép: gồ m nhiều thép kỹ thuậ t điện hay thép cacbon ghép lạ i vớ i + Dây quấ n kích từ : đượ c quấ n bằ ng dâ y đồ ng đặ t cự c từ mắ c nố i tiếp vớ i - Cực từ phụ: Đượ c m bằ ng thép khố i thâ n có đặ t giâ y quấ n, đặ t giữ a cự c từ dù ng để i thiện đổ i chiều, triệt tiêu tia lử a điện chổ i than - Vỏ máy: (Gông từ) Là m nhiệm vụ kết cấ u m mạ ch từ nố i liền cá c cự c từ - Các phận khác: + Nắ p má y: Bả o vệ cá c phậ n bên má y + Cơ cấ u chổ i than: Để đưa điện từ phầ n quay ngoà i hoặ c ngượ c lạ i *Rotor: (Phầ n quay) - Lõi sắt phần ứng: Để dẫ n từ trườ ng dù ng thép kỹ thuậ t điện có sơn cá ch điện mặ t rồ i ép chặ t lạ i để giả m tồ n hao dị ng điện xố y gâ y nên Trên cá c thép có dậ p cá c rã nh để đặ t dâ y quấ n Ngờ i má y lớ n cò n có cá c rã nh thơ ng gió ngang trụ c - Dây quấn phần ứng: + Là phầ n sinh sứ c điện độ ng cho dò ng điện chạ y qua + Dây quấ n thườ ng đượ c m bằ ng đồ ng có bọ c cá ch điện + Dây có tiết diện trò n đố i vớ i cá c má y điện nhỏ tiết diện hình chữ nhậ t đố i vớ i má y điện vừ a nhỏ - Cổ góp: + Dây quấ n phầ n ứ ng đượ c nố i cổ gó p + Cổ gó p thườ ng đượ c m bằ ng nhiều phiến đồ ng mỏ ng đượ c cá ch điẹn vớ i bằ ng nhữ ng tấ m mika va hợ p nh mộ t trụ trị n - Chổi than: Má y có cự c có nhiêu chổ i than cá c chổ i than cừ ng cự tính đượ c nố i vớ i để có mộ t cự c â m hay dương nhấ t - Các phận khác: Cánh quạt, Trục máy 1.2 Sơ đồ nguyên lý (Sơ đồ mạch lực sơ đồ mạch điều khiển) A T N KT r4 r3 r2 r1 4K 3K 2K 1K Rh RH M H N T B MT D N T T T N N MN T RH N 1K 1Rth 2K 2Rth 3K 3Rth 4K 4Rth T N H RH 1Rth 2Rth 3Rth 4Rth Hình Sơ đồ nguyên lý điều khiển động chiều khởi động hãm động năng, quay chiều 1.2.1 Chức thiết bị sơ đồ nguyên lý TÊN THIẾT BỊ KÍ HIỆU CHỨC NĂNG Áp tô mát mạch lực A cung cấp nguồn bảo vệ mạch lực Aptomat mạch điều B cấp nguồn bảo vệ mạch điều khiển Nút nhấn D dừng động MT điều khiển động quay theo chiều thuận MN điều khiển động quay theo chiều ngược T điều khiển tiếp điểm T Contactor N K1 K2 K3 K4 điều khiển tiếp điểm N điều khiển tiếp điểm K1, cắt điện trở phụ r1 điều khiển tiếp điểm K2, cắt điện trở phụ r2 điều khiển tiếp điểm K3, cắt điện trở phụ r3 điều khiển tiếp điểm K4, cắt điện trở phụ r4 Role H điều khiển tiếp điểm H để thực hãm Role trung gian RH điều khiển rơ le hãm động H Role thời gian 1Rth đếm thời gian t c đ 1điều khiển tiếp điểm 1Rth 2Rth 3Rth 4Rth đếm thời gian t c đ 2điều khiển tiếp điểm 2Rth đếm thời gian t c đ 3điều khiển tiếp điểm 3Rth đếm thời gian t c đđiều khiển tiếp điểm 4Rth 1.2.2 Nguyên lý điều khiển hệ thống Chuẩn bị khởi động: Đóng aptomat A, B cung cấp nguồn cho mạch lực, mạch điều khiển, mạch cuộn dây kích thích động Role thời gian 1Rth, 2Rth, 3Rth, 4Rth có điện, tiếp điểm thường đóng đóng chậm 1Rth, 2Rth, 3Rth, 4Rth mở Điều khiển khởi động làm việc : Muốn động quay theo chiều thuận ta tiến hành nhấn nút khởi động MT, contactor T tác động, role thời gian 1Rth, 2Rth, 3Rth, 4Rth điện, động cung cấp điện khởi động đặc tính biến trở : R∑ 1= Ru+ r +r + r + r Do có điện áp phần ứng động nên rơ le RH tác động Sau khoảng thời gian định t cđ rơ le thời gian 1Rth tác động, tiếp điểm thường đóng đóng chậm 1Rth đóng lại, cơng tắc tơ 1K tác động, điện trở phụ r loại khỏi mạch phần ứng, động cấp điện khởi động đặc tính biến trở: R∑ 2= Ru +r + r 3+ r Sau khoảng thời gian định t cđ rơ le thời gian 2Rth tác động, tiếp điểm thường đóng đóng chậm 2Rth đóng lại, cơng tắc tơ 2K tác động, điện trở phụ r loại khỏi mạch phần ứng, động cấp điện khởi động đặc tính biến trở: R∑ 3= Ru+ r 3+ r Sau khoảng thời gian định t cđ rơ le thời gian 3Rth tác động, tiếp điểm thường đóng đóng chậm 3Rth đóng lại, cơng tắc tơ 3K tác động, điện trở phụ r loại khỏi mạch phần ứng, động cấp điện khởi động đặc tính biến trở: R∑ = Ru + r Sau khoảng thời gian định t cđ rơ le thời gian 4Rth tác động, tiếp điểm thường đóng đóng chậm 4Rth đóng lại, công tắc tơ 4K tác động, điện trở phụ r loại khỏi mạch phần ứng, động chuyển sang tăng tốc đặc tính tự nhiên Ru, cuối trình khởi động làm việc ổn định LV Dừng động phương pháp hãm động năng: Khi muốn dừng ta tiến hành ấn nút dừng D, công tắc tơ T điện, phần ứng động không cung cấp điện Do sức điện động nên rơ le RH tác động, tiếp điểm thường đóng T đóng lại rơ le hãm động H tác động, điện trở hãm động Rh đưa vào mạch phần ứng Q trình hãm động kích từ độc lập xảy ra, tốc độ động giảm dần Khi điện áp khơng đủ trì rơ le RH không tác động, rơ le H điện, điện trở Rhbị loại ra, trình hãm động kết thúc Điều khiển đảo chiều: Muốn động làm việc vói chiều quay ngược, ta tiến hành ấn nút khởi động MN, trình khởi động tương tự với chiều thuận 1.2.3 Đặc tính biểu diễn chế độ làm việc ω ωo 10 LV ωlv -Mc 1' 3' 5' 7' 9' M Mc 2' 4' 6' 8' LV’ 10' Hình Đặc tính biểu diễn chế độ làm việc Theo chiều quay thuận động : Đặc tính khởi động : → → → → → → → → →LV Đặc tính hãm động dừng : LV → ω lv → 10 → Đảo chiều : 1’ → 2’ → 3’ → 4’ → 5’ → 6’ → 7’ → 8’ → 9’ →LV’ Đặc tính hãm dừng đảo chiều : LV’ → ω ' lv → 10’ → 1.2.4 Ưu nhược điểm - Thiết bị đơn giản, tin cậy, an toàn - Do thời gian chỉnh định cố định nên với hệ thống có M c, J thay đổi q trình khởi động khơng xác cần phải chỉnh định lại cho phù hợp - Khi điện áp cung cấp giảm thấp, mô mem khởi động thứ cấp giảm nhỏ, trình khởi động bị kéo dài đặc tính tự nhiên Lựa chọn thiết bị 2.2 Động (M) Động chiều kích từ độc lập Cấu tạo động điện chiều Động điện chiều có cấu tạo hai phần riêng biệt: phần cảm bố trí phần tĩnh (stato), phần ứng (roto) A.Phần tĩnh (stator) Cực từ chính, cực từ phụ, cổ góp, phận khác Bulơng kích từ 2.Vỏ máy Lõi sắt cực từ H1: Cực từ động điện chiều kích từ độc lập A Phần tĩnh (stator) B.Phần động (Roto) Lõi sắt phần ứng, dây quấn phần ứng, cổ góp, phận khác 4.dây quấn 1.Rãnh lỗ Thông gió H2: Lõi sắt phần ứng 2.3 Contactor(T, N, H, K1, K2, K3, K4) Cơng tắc tơ khí cụ điện để đóng, ngắt thường xuyên mạch điện động lực, từ xa, tay (thông qua nút bấm) tự động Việc đóng cắt cơng tắc tơ thực nam châm điện, thủy lực khí nén Thơng thường sử dụng nam châm điện để đóng cắt cơng tắc tơ Một số loại contactor: Các thông số contactor gồm: - Điện áp Ui: điện áp chịu làm việc contactor, vượt điện áp contactor bị phá hủy, hỏng - Điện áp xung chịu đựng: Uimp, khả chịu đựng điện áp xung contactor - Điện áp Ue: giải điện áp mà contactor chịu được, contactor thời ghi rõ dải dòng áp làm việc mà chịu đựng - Dịng điện In: dịng điện chạy qua tiếp điểm contactor làm việc (tải định mức điện áp định mức) - Dòng điện ngắn mạch Icu: dòng điện mà contactor chịu đựng vòng 1s, thường nhà sản xuất cung cấp theo loại contactor - Điện áp cuộn hút Uax: theo mạch điều khiển ta chọn, DC 110V hay 220V  nhưng thông thường chọn theo kinh nghiệm sau: - Idm = Itt x - Iccb = Idm x - Ict = (1,2-1,5)Idm Ta nên chọn dòng contactor cao để đảm bảo làm việc lâu dài phù hợp, không nên cao tăng chí phí thay đổi thiết kế kích thước thay đổi 2.4 Rơ le trung gian (RH) Rơ le trung gian là kiểu nam châm điện có tích hợp thêm hệ thống tiếp điểm. Rơle trung gian cịn gọi rơ le kiếng cơng tắc chuyển đổi hoạt động điện Gọi công tắc rơ le có hai trạng thái ON OFF Rơ le trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dịng điện chạy qua rơ le hay không 2.3.1 Các loại rơ le trung gian - Rơ le trung gian 12v - Rơle trung gian chân - Rơ le trung gian 14 chân - Rơle trung gian 220v … 2.3.2 Cấu tạo nguyên lý làm việc rơ le trung gian - Cấu tạo rơ le trung gian Thiết bị nam châm điện có thiết kế gồm lõi thép động, lõi thép tĩnh cuộn dây Cuộn dây bên cuộn cường độ, cuộn điện áp, cuộn điện áp cuộn cường độ Lõi thép động găng lị xo định vị vít điều chỉnh Cơ chế tiếp điểm bao gồm tiếp điểm nghịch tiếp điểm nghịch - Nguyên lý hoạt động +Khi có dịng điện chạy qua rơ le, dịng điện chạy qua cuộn dây bên tạo từ trường hút Từ trường hút tác động lên địn bẩy bên làm đóng mở tiếp điểm điện làm thay đổi trạng thái rơ le Số tiếp điểm điện bị thay đổi nhiều, tùy vào thiết kế +Rơ le có mạch độc lập họạt động Một mạch để điều khiển cuộn dây rơ le: Cho dòng chạy qua cuộn dây hay khơng, hay có nghĩa điều khiển rơ le trạng thái ON hay OFF Một mạch điều khiển dịng điện ta cần kiểm sốt có qua rơ le hay không dựa vào trạng thái ON hay OFF rơ le 2.3.3 Công dụng rơle trung gian Công dụng Rơle trung gian làm nhiệm vụ "trung gian" chuyển tiếp mạch điện cho thiết bị khác, ví bảo vệ tủ lạnh chẳng hạn-khi điện yếu rơle ngắt điện ko cho tủ làm việc cịn điện hoẻ nóp lại cấp điện bình thường.Trong nạp ắc quy xe máy, ô tô máy phát điện đủ khoẻ rơ le trung gian đóng mạch nạp cho ác quy 3.2 Rơ le thời gian (1Rth, 2Rth, 3Rth, 4Rth) Rơle thời gian rơle có chức tạo thời gian trì cần thiết truyền tín hiệu từ thiết bị sang thiết bị khác, thời gian vài giây hàng Ở rơ le thời gian có nhiệm vụ định thời gian đóng tiếp điểm Rth, điều khiển contactor K Một số hình ảnh rơ le thời gian : Thời gian chậm thực rơ le phải ổn định phụ thuộc vào u tố khác điện áp nguồn,dịng điện,nhiệt độ mơi trường…… 3.3 Điện trở phụ (r1, r2, r3, r4) Trong q trình tính tốn điện trở phụ cần thiết ta bỏ qua giá trị điện trở tiếp xúc chổi than, điện trở cuộn cực từ phụ, điện trở cuộn dây phần ứng 3.4 Điện trở hãm ( Rh) Ta cần chọn điện trở hãm cho dòng hãm ban đầu nằm giới hạn dòng cho phép : I hđ = (2 ÷ 2,5) I đm 3.5 Aptomat (A, B) 3.4.1 Khái niệm : CB khí cụ điện dung để đóng ngắt mạch điện, có cơng dụng bảo vệ tải, ngắn mạch, sụt áp… mạch điện 3.4.2 Cấu tạo : a Tiếp điểm CB thường chế tạo có hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm hồ quang), ba cấp tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang) Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp điểm phụ, sau tiếp điềm Khi cắt mạch ngược lại, tiếp điểm mở trước, sau đến tiếp điểm phụ, cuối tiếp điểm hồ quang Như hồ quang cháy tiếp điểm hồ quang, bảo vệ tiếp điểm để dẫn điện Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm b Hộp dập hồ quang Để CB dập hồ quang tất chế độ làm việc lưới điện, người ta thường dùng hai kiểu thiết bị dập hồ quang là: kiểu nửa kín kiểu hở Kiểu nửa kín đặt vỏ kín CB có lỗ khí Kiểu có dịng điện giới hạn cắt không 50KA Kiểu hở dùng giới hạn dòng điện cắt lớn 50KA điện áp lớn 1000V(cao áp) Trong buồng dập hồ quang thông dụng, người ta dùng thép xếp thành lưới ngăn, để phân chia hồ quang thành nhiều đọan ngắn thuân lợi cho việc dập tắt hồ quang c Cơ cấu truyền động cắt CB Truyền động cắt CB thường có hai cách : tay điện điện từ, động điện) Điều khiển tay thực với CB có dịng điện định mức khơng lớn 600A Điều khiển điện từ (nam châm điện) ứng dụng CB có dịng điện lớn (đến 1000A) Để tăng lực điều khiển tay người ta dùng tay dài phụ theo nguyên lý địn bẩy Ngồi cịn có cách điều khiển động điện khí nén d Móc bảo vệ CB tự động cắt nhờ phần tử bảo vệ – gọi móc bảo vệ, tác động mạch điện có cố q dịng điện (q tải hay ngắn mạch) sụt áp + Móc bảo vệ dòng điện (còn gọi bảo vệ dòng điện cực đại) để bảo vệ thiết bị điện không bị tải ngắn mạch, đường thời gian – dòng điện móc bảo vệ phải nằm đường đặc tính đối tượng cần bảo vệ Người ta thường dùng hệ thống điện từ rơle nhiệt làm móc bảo vệ, đặt bên CB Móc kiểu điện từ có cuộn dây mắc nối tiếp với mạch chính, cuộn dây quấn tiết diện lớn chịu dòng tải vịng Khi dịng điện vượt q trị số cho phép phần ứng bị hút móc dập vào khớp rơi tự do, làm tiếp điểm CB mở Điều chỉnh vít để thay đổi lực kháng lị xo, ta điều chỉnh trị số dòng điện tác động Để giữ thời gian bảo vệ tải kiểu điện từ, người ta thêm cấu giữ thời gian (ví dụ bánh xe cấu đồng hồ) khí nén 3.4.3 Nguyên lý hoạt động : Aptomat bảo vệ dòng cực đại: Bật CB trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện phần ứng không hút Khi mạch điện tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ nam châm điện lớn lực lò xo làm cho nam châm điện hút phần ứng xuống làm bật nhả móc 3, móc thả tự do, lò xo thả lỏng, kết tiếp điểm CB mở ra, mạch điện bị ngắt Ngu oàn T a ûi 23 f fl x l f fñ t f x đ Cuộn dây bảo vệ dòng Chọn CB thỏa mãn: - Chế độ làm việc định mức CB phải chế độ làm việc dài hạn, mạch dòng điện CB phải chịu dòng điện lớn lúc tiếp điểm CB đóng đóng - CB phải ngắt trị số dịng điện ngắn mạch lớn, vài chục KA, sau ngắt dòng điện ngắn mạch, CB đảm bảo làm việc tốt trị số dòng điện định mức - Để nâng cao tính ổn định nhiệt điện động thiết bị điện, hạn chế phá hoại dòng điện ngắn mạch gây CB phải có thời gian cắt bé Muốn thường phải kết hợp lực thao tác học với thiết bị dập hồ quang bên CB t Cuo än dâ y bả o vệ qua ù áp Thiết kế hệ điều khiển tự động TĐĐ (Sơ đồ mạch lực sơ đồ mạch điều khiển chi tiết có đánh số thứ tự) A T N KT r4 r3 r2 r1 Rh M RH 2' H N 4K T 3K 10 2K 11 1K 12 B 13 D MT 14 15 N 16 T 17 T 18 T N N MN T 20 19 1K 1Rth 21 3K 3Rth 23 4K 4Rth24 25 N N 2K 2Rth 22 T RH 26 RH H 27 1Rth 2Rth 3Rth 4Rth Hình Sơ đồ mạch lực mạch điều khiển có đánh số thứ tự Tủ điều khiển 5.1 Sơ đồ dây bên tủ N 18 14 T 13 15 20 17 25 13 20 18 A 13 18 13 18 13 4Rth 3Rth 2Rth 21 18 15 CTT N 17 18 B 1Rth - + D BANG DIEU KHIEN 26 16 26 16 18 17 19 17 17 1K 17 3K 2K 4K CTT T 17 20 13 21 18 26 2' H RH Rh 27 12 Roto DONG CO Hình Sơ đồ dây tủ điều khiển 5.2 Sơ đồ thiết bị cánh tủ A V D T N Hình Sơ đồ thiết bị cánh tủ T – Điều khiển động quay thuận N – Điều khiển động quay ngược D – Điều khiển dừng r4 r2 r3 r1 Hướng dẫn vận hành hệ thống Để vận hành hệ thống ta tiến hành đóng aptomat, ta nhấn nút MT để khởi động động quay theo chiều thuận, muốn dừng động nhấn D, muốn động quay theo chiều nghịch nhấn MN Chú ý: động làm việc chế độ quay thuận, muốn động làm việc chế độ quay nghịch ta phải cho dừng động chuyển sang quay nghịch Kết luận Sau trình tìm hiểu “Thiết kế hệ thống điều khiển động chiều kích từ độc lập” chúng em nắm thêm số kiến thức : - Cách thiết kê hệ thống điều khiển truyền động điện - Biết cách khởi động hãm động chiều kích từ độc lập - Vẽ mạch điều khiển, chọn thiết bị điện - Vẽ sơ đồ đánh số đầu dây , bố trí thiêt bị tủ điện - Củng cố thêm kiến thức môn, nhằm nắm vững yêu cầu công nghệ