1) Nội dung của nguyờn tắc
Trong một số hệ thống điều khiển tự động, người ta cũn ỏp dụng cỏc nguyờn tắc tự động khống chế dựa vào cỏc đại lượng như nhiệt độ, ỏp suất, độ ẩm, mức lỏng, vv….ở mục này giới thiệu mạch điện điều chỉnh theo nhiệt độ của lũ điện, nhiệt độ của phũng, điều hũa khụng khớ hoặc trong tủ lạnh, đụng lạnh,… Tựy theo yờu cầu nhiệt độ cần đạt được là bao nhiều mà phần tử điều khiển nhiệt đúng ngắt mạch điện cho phộp thiết bị điệnhoạt động hay dừng.
Hỡnh 1-19 . Đặc tớnh điều chỉnh 2 vị trớ
Thiết bị thực hiện nhiệm vụ đúng, ngắt là bộ điều chỉnh nhiệt độ (rơ le ngắt nhiệt độ Thermostat). Vớ dụ đối với điều hũa khụng khớ thường để từ 68 độ F đến 77 độ F. Khi nhiệt độ tăng lờn trờn 77 độ F thỡ Thermostat cú nhiệm vụ nối mạch điện cấp cho động cơ mỏy nộn (block) chạy để tiếp tục làm lạnh, khi nhiệt độ hạ xuống dưới 68 độ F thỡ ngắt mạch điện cấp cho block, đối với tủ lạnh gia đỡnh vớ dụ để nhiệt độ khoảng 10 đến 25 độ F, khi nhiệt độ lờn cao hơn 25 độ F thỡ Thermostat cú nhiệm vụ đúng mạch điện trở lại, cấp điện cho block tiếp tục chạy để làm lạnh. Điều chỉnh nhiệt độ như trờn gọi là điều chỉnh “ON-OFF”. Đường đặc tớnh của điều chỉnh ON-OFF biểu diễn trờn Hỡnh 1-20.
Sự biến thiờn nhiệt độ trong tủ lạnh khi dựng rơ le nhiệt độ điều chỉnh 2 vị trớ đối với nhiệt độ lạnh biểu diễn như hỡnh 1.19. Dụng cụ điều chỉnh 2 vị trớ như đó phõn tớch ở trờn, trong kỹ thuật lạnh cũn sử dụng dụng cụ điều chỉnh 3 vị trớ với chức năng chuyển đổi vận hành làm lạnh- ngắt- xả băng. Điều chỉnh theo nhiệt độ cũn được ứng
Điểm t/h ngắt mạch Điểm t/h đúng mạch
ON
dụng khỏ rộng rói và đa dạng như điều khiển nhẩy cấp, điều khiển liờn tục, điều chỉnh tỷ lệ (proportional control- P); điều khiển tỷ lệ tớch phõn (proportional integral control- PI); điều khiển tỷ lệ vi, tớch phõn (proportional derivative control-PID) được ỏp dụng nhiều trong kỹ thuật điều khiển.
Hỡnh 1-20. Đặc tớnh nhiệt độ theo thời gian của buồng lạnh. 2) Mạch điện cỏc khõu khống chế điển hỡnh
* Mạch điện điều khiển nhiệt độ lũ điện trở
a) Sơ đồ mạch điện
Hỡnh 1-21. Sơ đồ khống chế nhiệt độ dựng phần tử cú tiếp điểm
b) Giới thiệu thiết bị
T 0C
t
on on on on
off off off off
+ ĐT : bộ khống chế nhiệt độ khi mạch hoạt động ở chế độ tự động để kiểm tra nhiệt độ đ- ợc nối mạch
+ R : Rơle đóng contactor K cấp điện cho lò + K : contactor điều khiển cấp điện cho lò
+ 1L, 2L, 3L : các đèn báo chế độ hoạt động của lò + Biến dòng BI đo dòng điện cấp cho lò
c) Nguyên lý hoạt động
+ ở chế độ bằng tay: tiếp điểm 1 mở ta sử dụng khoá K để điều khiển việc cấp điện cho lò.
+ ở chế độ tự động:
* Lúc nhiệt độ d- ới mức qui định hay lúc khởi động lò tiếp điểm 2 đóng thiếp điểm 1 mở rơle đ- ợc cấp điện contactor K đóng hút các tiếp điểm ở mạch động lực cấp điện cho lò đèn L2 sáng báo hiệu lò đ- ợc cấp điện
*Lúc nhiệt độ v- ợt ng- ỡng qui định thì tiếp điểm số 1 đóng tiếp điểm số 2 hở rơle R mất điện, contactor K mất điện mở các tiếp điểm K ở mạch động lực tạm ngừng cấp điện cho lò. Các đèn 1L, 3L sáng báo tình trạng quá nhiệt của lò và lò đã ngừng đ- ợc cấp điện.
* Mạch điện điều khiển tủ lạnh
Hỡnh 1-22. Mỏy nộn lạnh dựng rơ le nhiệt độ trực tiếp đúng ngắt mỏy nộn
MN- Mỏy nộn; M – động cơ mỏy nộn; NT – dàn ngưng tụ; TL- Tiết lưu (ống mau dẫn); BH- Dàn bay hơi; BL-Buồng lạnh cỏch nhiệt; TC- Rơ le nhiệt độ (Thermostat); TC- Temperature control
Phần tử thụ cảm nhiệt độ Rơ le nhiệt độ (Thermostat ) cấu tạo thường cú: Bầu cảm nhiệt (đă ̣t ta ̣i dàn bay hơi chuyờ̉n từ tín hiờ ̣u nhiờ ̣t đụ ̣ thành áp suṍt thụng qua chṍt nha ̣y nhiờ ̣t ở trong bầu cảm biờ́n), ụ́ng mao dẫn (dõ̃n tín hiờ ̣u áp suṍt từ bõ̀u cảm nhiờ ̣t tới hụ ̣p xờ́p), hụ ̣p xờ́p, cơ cấu cơ khí, hờ ̣ thống tiờ́p điờ̉m. Hoa ̣t đụ ̣ng cụ thờ̉ của Thermostat như sau:
Người sử dụng đặt nhiờ ̣t đụ ̣ theo yờu cõ̀u bằng cách xoay nỳm vặn điờ̀u chỉnh của thermostat. Khi nhiệt độ tủ lạnh giảm xuống đạt tới nhiệt độ yờu cầu (cảm biến nhiệt độ ở dàn bay hơi sẽ nhõ ̣n tín hiờ ̣u nhiờ ̣t đụ ̣, chuyờ̉n thành tín hiờ ̣u áp suṍt), tín hiờ ̣u áp suṍt đưa về hụ ̣p xờ́p nhỏ, nờn hụ ̣p xếp co la ̣i, thermostat sẽ ngắt tiếp điểm và khi nhiệt độ trong tủ tăng lờn thỡ tín hiệu áp suṍt đưa về hụ ̣p xờ́p cao, hụ ̣p xờ́p giãn ra, thermostat sẽ tự động đúng tiếp điểm trở lạ, cṍp điờ ̣n cho máy nén hoa ̣t đụ ̣ng.
Đờ̉ giảm chu kỳ đúng ngắt, trong thermostat có thờ̉ bụ́ trí thờm điờ ̣n trở đờ̉ tăng thời gian trờ̃ đúng ngắt điờ ̣n cho ma ̣ch.
Hỡnh 1-23. Mạch điện điều khiển hoạt động của động cơ mỏy nộn theo nguyờn tắc nhiệt độ
Tủ la ̣nh làm la ̣nh trực tiờ́p (ví dụsơ đụ̀ mạch điờ ̣n của tủ sanyo), ma ̣ch điờ ̣n cơ bản gụ̀m: Đèn chiếu sỏng khi mở cửa tủ; Cụng tắc cửa tủ; Máy nén; Rơle bảo vờ ̣ ; Rơ le khởi đụ̣ng; Bộ điờ̀u nhiờ ̣t (Thermostat) để điều chỉnh nhiờ ̣t đụ ̣ của dàn bay hơi, thụng qua đóng ngắt máy nén.
Nguyờn lý hoạt động
Khi đúng cầu dao (CB) cấp điện cho mạch, thermic và thermostat ở trạng thỏi bỡnh thường, thường đúng cỏc tiếp điểm, do đú cú dũng điện qua cuộn làm việc CR,
tiếp điểm của relay ở trạng thỏi thường mở và cuộn dõy điện từ của rơ le đấu nối tiếp với cuộn làm việc.
* Khi đú rụ to chưa quay, dũng diện qua cuộn dõy là dũng ngắn mạch rất lớn, dũng điện đi qua cuộn dõy điện từ là lớn, sinh ra lực điện từ hỳt lừi sắt đúng tiếp điểm R-S cấp điện cho cuộn khởi động CS để khởi động mỏy nộn.
* Khi tốc độ động cơ đạt gần 75% tốc độ định mức thỡ dũng điện qua cuộn CR giảm, dũng qua cuộn dõy điện từ giảm, lực điện từ khụng đủ lớn để giữ lừi sắt nờn tiếp điểm R-S sẽ mở cắt điện tụ khởi động và cuộn khởi động.
* Khi động cơ bị quỏ tải thermic sẽ cắt điện cho động cơ.
* Khi nhiệt độ tủ lạnh giảm xuống đạt tới nhiệt độ yờu cầu thermostat sẽ ngắt tiếp điểm, và khi nhiệt độ trong tủ tăng lờn thermostat sẽ tự động đúng tiếp điểm trở lại.
CÂU HỎI ễN TẬPVÀ BÀI TẬPCHƯƠNG
Cõu hỏi
1) Trỡnh bày khỏi quỏt về cỏc nguyờn tắc tự động khống chế hệ thống điều khiển truyền động điện.
2) Trỡnh bày nội dung nguyờn tắc tự động khống chế theo dũng điện. Vẽ và phõn tớch mạch điện khõu khống chế điển hỡnh điều khiển động cơ điện. Nờu ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của cỏc nguyờn tắc tự động khống chế theo dũng điện trong hệ thống điều khiển truyền động điện.
3) Trỡnh bày nội dung nguyờn tắc tự động khống chế theo hành trỡnh. Vẽ và phõn tớch mạch điện khõu khống chế điển hỡnh điều khiển động cơ điện thực hiện một truyền động của quỏ trỡnh sản xuất hoặc một cụng đoạn của quỏ trỡnh cụng nghệ. Nờu ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của cỏc nguyờn tắc tự động khống chế theo hành trỡnh trong hệ thống điều khiển truyền động điện.
4) Trỡnh bày nội dung nguyờn tắc tự động khống chế theo thời gian. Vẽ và phõn tớch mạch điện khõu khống chế điển hỡnh điều khiển động cơ điện. Nờu ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của cỏc nguyờn tắc tự động khống chế theo thời gian trong hệ thống điều khiển truyền động điện.
5) Trỡnh bày nội dung nguyờn tắc điều khiển theo tốc độ. Vẽ và phõn tớch mạch điện khõu khống chế điển hỡnh điều khiển động cơ điện. Nờu ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của cỏc nguyờn tắc tự động khống chế theo tốc độ trong hệ thống điều khiển truyền động điện.
6) Trỡnh bày nội dung nguyờn tắc điều khiển theo nhiệt độ. Vẽ và phõn tớch mạch điện khõu khống chế điển hỡnh. Nờu ưu, nhược điểm và phạm vi ứng dụng của cỏc nguyờn tắc tự động khống chế theo nhiệt độ trong hệ thống điều khiển nhiệt độ.
Bài tập
1) Động cơ khụng đồng bộ xoay chiều ba pha thực hiện truyền động quay mõm cặp của một mỏy tiện. Động cơ được bảo vệ quỏ tải theo nguyờn tắc dũng điện. Hóy lựa chọn phần tử thụ cảm và vẽ sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ. Phõn tớch hoạt động bảo vệ quỏ tải động cơ.
2) Truyền động đúng mở cửa buồng thang của một thang mỏy được thực hiện bởi động cơ một chiều, hành trỡnh chuyển động của cỏnh cửa được khống chế bởi cả quỏ trỡnh mở và đúng, theo yờu cầu và để đảm bảo an toàn cho buồng thang cửa buồng thang và cửa tầng luụn ở trạng thỏi đúng. Hóy lựa chọn phần tử thụ cảm và vẽ sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ. Phõn tớch hoạt động điều khiển động cơ đỏp ứng yờu cầu của hệ
thống buồng thang.
3) Hệ thống truyền động của mỏy dệt sử dụng động cơ khụng đồng bộ xoay chiều ba pha. Để hạn chế dũng điện khởi động của động cơ người ta thực hiện tỏch phụ tải ra khỏi động cơ bằng một bộ ly hợp điện từ, khi tốc độ động cơ đạt giỏ trị định mức người thực hiện kết nối tải. Hóy lựa chọn phần tử thụ cảm và vẽ sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ. Phõn tớch hoạt động điều khiển động cơ đỏp ứng yờu cầu của hệ thống truyền động mỏy dệt.
4) Cho sơ đồ mạch điện của mỏy khoan 2H125T, động cơ trục chớnh quay mũi khoa là động cơ khụng đồng bộ xoay chiều ba pha. Quỏ trỡnh thử nhắp để xỏc định chiều quay và độ xiết chặt của mang ranh cũng như quỏ trỡnh hóm động năng động cơ được thực hiện theo nguyờn tắc thời gian. Hóy xỏc định phần tử thụ cảm và phõn tớch hoạt động điều khiểnđộng cơquay mũi khoan.
5) Cho sơ đồ mạch điện điờu khiển của tủ lạnh. Hóy xỏc định phần tử thụ cảm và phõn tớch hoạt động điều khiển mỏy nộn ổn định nhiệt độ đặt trước của tủ lạnh.
Chương 2: MẠCH ĐIỀU KHIỂN Cể TIẾP ĐIỂM
Phần tử cú tiếp điểm hay cũn gọi phần tử rơ le là một loại thiết bị tự động mà tớn hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tớn hiệu đầu vào đạt giỏ trị xỏc định.
Trong cấu tạo của phần tử rơ le thường cú cỏc bộ phận chuyển động (tiếp điểm) và sự hoạt động của phần tử rơ le làm thay đổi trạng thỏi của mạch điện khi nú là một phần tử trong mạch điện.
Phần tử cú tiếp điểm là cỏc khớ cụ điện như rơ-le, contactor.. Cỏc bộ phận chớnh của nú thường cú:
Cuộn dõy làm nhiệm vụ tiếp nhận tớn hiệu điện đầu vào và biến đổi tớn hiệu đú thành những đại lượng tớn hiệu cần thiết cho phần tử trung gian.
Mạch từ làm nhiệm vụ dẫn từ, hạn chế tổn hao từ trường, biến đổi từ trường thành những đại lượng cần thiết cho rơ le tỏc động thực hiện quỏ trỡnh chuyển động.
Hệ thống tiếp điểm thực hiện cỏc chuyển động làm nhiệm vụ nối kớn hoặc ngắt mạch cấp điện hoặc ngắt điện cỏc phần tử trong mạch điện để điều khiển đối tượng điều khiển theo yờu cầu .
Cỏc khớ cụ điện cú tiếp điểm này kết hợp với cỏc bộ cảm biến, cỏc đốn cỏc được nối lại với nhau theo một mạch điện cụ thể để thực hiện một yờu cầu cụng nghệ nhất định vớ dụ như Mạch điều khiển đỏi chiều quay, mạch điều khiển giới hạn dũng hay mạch điều khiển động cơ chạy tuần tự và dừng tuần tự. Hệ thống điều khiển sử dụng cỏc phần tử cú tiếp điểm cú một số ưu, nhược điểm:
Ưu điểm: Phần tử cú tiếp điểm thường cú cấu tạo đơn giản, dễ lắp đặt, dễ vận hành, dễ kiểm tra, dễ bảo dưỡng, cú thể dựng được cả dũng xoay chiều lẫn dũng một chiều với cỏc trị số dũng điện và điện ỏp lớn, đặc biệt chi phớ thấp, làm việc chắc chắn, tin cậy, an toàn.
Nhược điểm: Thường cỏc phần tử cú tiếp điểm tiờu thụ điện năng nờn cũng tốn năng lượng, tần số đúng cắt thấp, dễ hỏng húc, dễ bị ảnh hưởng của mụi trường làm việc dẫn đến ảnh hưởng đến tiếp xỳc của cỏc tiếp điểm, tuổi thọ khụng cao, chiếm diện tớch lớn. Đặc biệt phần tử điều khiển cú tiếp điểm là phần tử quỏn tớnh (cơ, điện, từ). Sử dụng phần tử cú tiếp điểm để điều khiển khi thiết kế cỏc mạch điện điều khiển cần phải chỳ ý thiết kế sử dụng cỏc phần tử bảo vệ đi kốm. Đối với mỏy múc, thiết bị cú hệ thống điều khiển sử dụng phần tử điều khiển cú tiếp điểm, cỏc khớ cụ điện được nối
đổi thỡ phải nối dõy lại toàn bộ mạch điện. Với cỏc hệ thống phức tạp thỡ khụng hiệu quả và rất tốn kộm .
Phạm vi ứng dụng: dựng đúng cắt mạch điện điều khiển, bảo vệ và mạch động lực cho thiết bị cú cụng suất lớn, yờu cầu điều khiển khụng phức tạp.