Hình 2 .5 Hệ truyền động máy phát EKG4,6
Hình 2.11 Mở máy bằng thêm điện trở phụ
Nguyên lí làm việc: điện trở phụ được mắc nối tiếp với mạch roto làm tăng điện trở mạch roto. Khi mở máy, nguồn điện được cấp cho cả điện trở phụ làm giảm dòng trên mạch roto. Khi tốc độ động cơ dần ổn định thì điện trở phụ sẽ được ngắt ra khỏi mạch roto.
+ Mở máy bằng phương pháp thêm điện kháng vào mạch stato.
Đối với động cơ không đồng bộ ba pha khi mở máy sẽ có mômen mơ máy lớn hơn mômen định mức, do đó ta cần có phương pháp mở máy sao cho đáp ứng nhu cầu sau:
•Có momen mở máy đủ lớn để thời gian mở máy là thấp nhất.
•Dòng điện mở máy là nhỏ nhất.
•Các thiết bị tham gia quá trình mở máy là tiết kiệm nhất, hiệu quả nhất và thông dụng nhất.
•Giảm tổn hao công suất khi mở máy.
Để đảm bảo các yêu cầu trên, ta dùng phương pháp mở máy bằng cách thêm điện trở phụ vào mạch roto để mở máy cho động cơ truyền động chính.
2.3.6. Tự động khống chế các truyền động theo nguyên tắc điều khiển
a) Tự động khống chế các truyền động điện theo nguyên tắc hành trình
Đây là dạng tự động hoá được sử dụng nhiều tuỳ mức độ chính xác không cao lắm nhưng đơn giản nên được ứng dụng phổ biến ở máy công cụ như máy phay, máy bào, máy mài, máy tiện… để hạn chế hành trình của bộ phận này quy định mức độ giới hạn làm việc nhằm đảm bảo an toàn,thiết bị chính trong mạch tự động hoá theo hành trình là công tắc hành trình.
b)Tự động khống chế theo nguyên tắc thời gian.
Đây là tự động khống chế theo nguyên tắc thời gian thường sử dụng trong các trường hợp: Mở máy, hãm máy, khởi động động cơ qua cấp điện trở, đối nối sao - tam giác, khống chế các chuyển động trong một máy truyền động ăn dao. Thiết bị dùng để khống chế là rơle thời gian.
c)Tự động khống chế nguyên tắc tốc độ.
Thiết bị chủ yếu được sử dụng là rơle tốc độ được dùng phổ biến ở trường hợp hãm ngược động cơ điện. Đối với các máy khoan khi nâng hạ xà phải phù hợp chặt chẽ theo nguyên tắc. Mỗi khi xà được kẹp chặt thì tốc độ động cơ chậm lại, tiếp điểm của rơle tốc độ mở ra để cắt điện vào động cơ.
d) Tự động khống chế theo nguyên tắc dòng điện.
Phương pháp này thường sử dụng ở các sơ đồ tự động mở máy động cơ điện thiết bị dùng để khống chế là rơle dòng điện.Nguyên tắc dòng điện khá chính xác, nên ở nhiều máy cắt gọt kim loại những khi cần phải khống chế tự động lực sinh ra trên một bộ phận nào đó như ở các thiết bị gá lắp các cơ cấu kẹp xà ở máy bào giường, đây là cách khống chế theo phụ tải.
2.4. Lựa chọn phương án cho hệ thống
2.4.1. Lựa chọn phương án mạch lực
Theo thực tế ta lựa chọn phương án khởi động động cơ:
•Dưới 10kW khởi động trực tiếp
•10-22kW sử dụng sao tam giác )
•22-45kW sử dụng khởi động mềm
•Trên 45kW sử dụng biến tần.
Đối với hệ thống trên em chọn phương pháp khởi động động cơ trực tiếp. đối với động cơ có công suất 5,5kW. Sử dụng Relay nhiệt để bảo vệ động cơ
2.4.2. Lựa chọn phương án mạch điều khiển
Trong thực tế, có rất nhiều phương án điều khiển cho hệ thống trên: sử dụng mạch đóng cắt tiếp điểm relay, sử dụng vi xử lí, PLC, board điều khiển chuyên dụng, …
Trong Tiểu luận này, em sử dụng phương pháp đóng cắt tiếp điểm Relay và Contactor để đóng cắt mạch điện.
Ưu điểm của phương pháp này là: đơn giản, dễ sử dụng, giá thành hợp lí Nhược điểm: Chưa tối ưu được hệ thống
2.4.3. Kết Luận
Đối với động cơ chính:
•Khởi động động cơ bằng phương pháp khởi động trực tiếp.
•Sử dụng contactor để đóng cắt.
•Bảo vệ quá tải bằng rơle nhiệt.
Tât cả các động cơ được bảo vệ ngắn mạch và quá tải bằng aptômat.
2.5 Cấu tạo, nguyên lý và ứng dụng của động cơ điện 1 chiều
2.5.1 Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều
Động cơ điện 1 chiều thường gồm những bộ phận chính như sau:
• Stator: là 1 hay nhiều cặp nam châm vĩnh cửu hoặc nam châm điện
• Rotor: phần lõi được quấn các cuộn dây để tạo thành nam châm điện
• Chổi than (brushes): giữ nhiệm vụ tiếp xúc và tiếp điện cho cổ góp
• Cổ góp (commutator): làm nhiệm vụ tiếp xúc và chia nhỏ nguồn điện cho các cuộn dây
H2.12 Cấu tạo của động cơ điện 1 chiều
Căn cứ vào phương pháp kích từ, có thể chia động cơ điện 1 chiều thành những dòng chính như sau:
• Động cơ điện 1 chiều kích từ bằng nam châm vĩnh cửu
• Động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập
• Động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp
• Động cơ điện 1 chiều kích từ song song
• Động cơ điện 1 chiều kích từ hỗn hợp bao gồm 2 cuộn dây kích từ, 1 cuộn được mắc
nối tiếp với phần ứng, 1 cuộn được mắc song song với phần ứng
2.5.2 Nguyên lý của động cơ điện 1 chiều
Statocủa động cơ điện 1 chiều thường là 1 hoặc nhiều cặp nam châm vĩnh cửu hay nam châm điện, rotor gồm có các cuộn dây quấn và được kết nối với nguồn điện một chiều. Một phần quan trọng khác của động cơ điện 1 chiều chính là bộ phận chỉnh lưu, bộ phận này làm nhiệm vụ đổi chiều dòng điện trong chuyển động quay của rotor là liên tục. Thông thường, bộ phận này sẽ có 2 thành phần: một bộ cổ góp và một bộ chổi than tiếp xúc với cổ góp.
H2.13 Nguyên tắc hoạt động động cơ điện 1 chiều
Nếu trục của động cơ điện một chiều được kéo bằng 1 lực ngoài thì động cơ này sẽ hoạt động như một máy phát điện một chiều, và tạo ra một xuất điện động cảm ứng Electromotive force. Khi vận hành ở chế độ bình thường, rotor khi quay sẽ phát ra một điện áp được gọi là sức phản điện động counter-EMF hoặc sức điện động đối kháng, vì nó đối kháng lại với điện áp bên ngoài đặt vào động cơ. Sức điện động này sẽ tương tự như sức điện động được phát ra khi động cơ sử dụng như một máy phát điện. Như vậy điện áp đặt trên động cơ sẽ bao gồm 2 thành phần: sức phản điện động và điện áp giáng tạo ra do điện trở nội của các cuộn dây phản ứng. Dòng điện chạy qua động cơ sẽ được tính theo công thức sau:
• I=(Vnguon-Vphandiendong)/Rphanung
• Công suất cơ mà động cơ đưa ra được sẽ tính bằng:
• P=I*Vphandiendong
2.5,3 Ưu nhược điểm và ứng dụng của động cơ điện 1 chiều
Ưu điểm của động cơ điện 1 chiều
• Ưu điểm nổi bật của động cơ điện 1 chiều là có moment mở máy lớn, do đó sẽ kéo
được tải nặng khi khởi động.
• Khả năng điều chỉnh tốc độ và quá tải tốt.
• Tiết kiệm điện năng
• Bền bỉ, tuổi thọ lớn
Nhược điểm của động cơ điện 1 chiều
• Bộ phận cổ góp có cấu tạo phức tạp, đắt tiền nhưng hay hư hỏng trong quá trình vận
hành nên cần bảo dưỡng, sửa chữa cẩn thận, thường xuyên.
• Tia lửa điện phát sinh trên cổ góp và chổi than có thể sẽ gây nguy hiểm, nhất là trong
• Giá thành đắt mà công suất không cao.
Ứng dụng của động cơ điện 1 chiều cũng rất đa dạng trong mọi lĩnh vực của đời sống: trong tivi, máy công nghiệp, trong đài FM, ổ đĩa DC, máy in- photo, đặc biệt trong công nghiệp giao thông vận tải, và các thiết bị cần điều khiển tốc độ quay liên tục trong phạm vi lớn.
CHƯƠNG 3: TÍNH TOÁN THIẾT KẾ HỆ THỐNG MẠCH
* LỰA CHỌN VÀ TÍNH TOÁN HỆ THỐNG CỦA EKG-4 3.1. Điều kiện chung để chọn các khí cụ điện trong hệ thống
Các khí cụ điện trong điều kiện vận hành có thể làm việc ở một trong ba trạng thái:
Chế độ làm việc lâu dài: các phần tử làm việc tin cậy nếu chung được chọn theo đúng điện áp và dòng điện định mức
Chế độ quá tải: Sự làm việc tin cậy của các phần tử sẽ được đảm bảo nếu các giá trị về dòng điện hay điện áp tăng cao không vượt quá giá trị cho phép.
Chế độ làm việc ngắn mạch: sự làm việc tin cậy nếu quá trình lựa chọn chúng có các thông số theo đúng điều kiện ổn định động và ổn định nhiệt.
Ngoài ra, khi tính chọn các phần tử trong hệ thống, cần phải xết đến vị trí lắp đặt các thiết bị, môi trường xung quanh, mức độ ẩm ướt, chiều cao lắp đặt so với mặt nước biển, … Và đặc biệt là phải đảm bảo tính bảo vệ chọn lọc:
Với xung dòng điện bình thường sẽ không gây ngắn mạch
Với chế độ làm việc đúng, chỉ thiết bị bảo vệ gần nơi xảy ra sự cố nhất theo chiều cung cấp được cắt nguồn. Nếu thiết bị này hỏng thì thiết bị phía trên nó mới được phép đóng cắt.
•Tính chọn khí cụ điện theo điều kiện làm việc lâu dài: Chọn theo điều kiện điện áp:
Mục đích của việc tính chọn khí cụ điện theo điện áp định mức là để đảm bảo độ cách điện của chúng.
Điện áp định mức của khí cụ điện được ghi trên nhãn hay trong lí lịch.
Khi thiết kế khí cụ điện, nhà sản xuất bao giờ cũng tính toán dự trữ tới độ bền điện, cao hơn 10% đến 15% Uđm điện áp làm việc cực đại của khí cụ điện. Nhờ vậy, để các khí cụ điện có thể làm việc lâu dài, đảm bảo tuổi thọ của thiết bị
Nếu lắp đặt thiết bị ở độ cao > 1000 m so với mặt nước biển thì trị số điện áp không được vượt quá điện áp định mức.
Để đơn giản, có thể tính chọn theo điều kiện: Uđm KCĐ > Uđm nguồn
Dòng điện định mức của khí cụ điện là dòng điện khi qua khí cụ điện trong một thời gian lâu dài, với nhiệt độ môi trường xung quanh là định mức, sẽ làm cho nhiệt độ phát nóng của các bộ phận của khí cụ điện không vượt qua trị số cho phép.
Mục đích của việc lựa chọn dòng điện theo giá trị định mức là đảm bảo cho khí cụ điện không bị nóng quá giá trị cho phép trong chế độ làm việc định mức.
Iđm KCĐ > ILV max Trong đó:
Iđm KCĐ: dòng điện làm việc định mức của khí cụ điện dòng điện nhà sản xuất quy định.
ILV max:dòng điện làm việc cực đại của lưới điện. Nó phụ thuộc vào thiết bị sử dụng trong trạng thái quá tải. Ví dụ:
+ Đối với máy biến áp thì láy dòng ILV max khi máy biến áp làm việc ở trạng thái quá tải
+ Đối với thanh cái thì tính khi thanh cái làm việc ở chế đọ nặng nề nhất + Đối với thiết bị điện thường thì lấy giá trị Itt
3.2. Tính toán lựa chọn thiết bị đóng cắt bảo vệ
3.2.1. Lựa chọn Aptomat
a) Công dụng:
Là khí cụ điện được sử dụng để tự động cắt mạch điện bảo vệ ngắn mạch, quá tải, sụt áp cho thiết bị điện.
b) Cấu tạo:
Áptomat thường có 2 - 3 loại tiếp điểm: tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ, tiếp điểm hồ quang. Với các áptomat nhỏ thì không có tiếp điểm phụ.
- Tiếp điềm thường được làm bằng vật liệu dẫn điện tốt và chịu được nhiệt độ cao do hồ quang sinh ra (thường làm bằng hợp kim Ag - w; cu -w)
- Khi đóng mạch thì tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm chính. Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chỉnh mở trước tiếp theo là tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồ quang.
Vì vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang do đó bảo vệ được tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ được sử dụng để tránh hồ quang cháy lan sang làm hỏng tiếp điểm chính.
Hộp đập hồ quang thường sử dụng những tấm thép chia hộp thành nhiều ngăn cắt hồ quang thành nhiều đoạn ngắn để dập tắt.
Các móc bảo vệ:
Móc bảo vệ dòng cực đại: để bảo vệ thiết bị điện khỏi bị đặc tính A - s của móc bảo vệ phải nằm dưới đặc tính A - s của thiết bị cần bảo vệ. Cuộn hút điện từ được mắc nối tiếp với thiết bị.
Khi dòng điện vượt qua giá trị cho phép thì tấm thép động bị hút, cần chủ động được kéo lên, lò so kéo cần bị động ra, tiếp điểm mở ra ngắt mạch điện qua thiết bị.
Móc bảo vệ kiểu rơ le nhiệt: Kết cấu này rất đơn giản như rơle nhiệt bao gồm phần tử nung nóng mắc nối tiếp với mạch chính, tấm kim loại (bi - mêtal) dàn nở nhả móc ngắt tiếp điểm khi dòng điện qua thiết bị lớn. Nhược điểm của loại này là quán tính nhiệt lớn.
Móc bảo vệ thấp áp: cuộn hút mắc song song với mạch điện chính, khi điện áp thấp lực hút của cuộn hút giảm yếu hơn lực lò so, móc bị kéo lên, lò so kéo tiếp điểm áptomat ra.
Các thông số kĩ thuật cơ bản.
- Điện áp định mức: là giá trị điện áp làm việc dài hạn của thiết bị được aptomat đóng ngắt.
- Dòng điện định mức: là dòng điện làm việc lâu dài của attomat, thường dòng định mức của attomat bằng (1,2 ÷ 1,5) lần dòng định mức của thiết bị bảo vệ.
- Dòng tác động: Itđ là dòng apstomat tác động tuỳ thuộc loại phụ tải mà tính chọn tác động khác nhau. Với động cơ điện không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc thì thường Itđ = (1,2 ÷ 1,5) Itt, với Itt là apstomat bảo vệ được thiết bị thì đặc tính (A – s) của aptomat phải thấp hơn đặc tính (A – s) của thiết bị.
+ Cách lựa chọn và phân loại.
Theo kết cấu người ta chia aptomat ra hai loại: + Số cực: một cực, hai cực, ba cực.
+ Aptomat loại tác động không tức thời, loại tác động tức thời (nhanh)
Theo công dụng bảo vệ người ta chia ra các loại: aptomat cực đại theo dòng điện, aptomat cực tiểu theo điện áp, aptomat dòng điện ngược, …
+ Dòng điện tính toàn đi trong mạch. + Dòng điện quá tải.
+ Khi aptomat thao tác phải có tính chọn lọc.
Ngoài ra lựa chọn aptomat phải căn cứ vào đặc tính làm việc của phụ tải. Là aptomat không được phép cắt khi có quá tải ngắn hạn thường xảy ra trong điều kiện làm việc bình thường như dòng điện khởi động, dòng điện đỉnh trong phụ tải công nghệ.
Yêu cầu chung là dòng điện định mức của móc bảo vệ aptomat bé hơn dòng điện tính toàn Itt của mạch.
Tuỳ theo được tính và điều kiện làm việc cụ thể của phụ tải, người ta lựa chọn dòng điện định mức của móc bảo vệ bằng 125%, 150% hay lớn hơn nửa so của dòng điện tính toán toàn mạch.
+ Một số hình ảnh mô tả cấu tạo của aptomat:
Hình 3.1. Hình ảnh mô tả cấu tạo aptomat
•Phân biệt các loại Aptomat + Theo tính năng
•MCB: Máy cắt loại nhỏ
•MCCB: Máy cắt kiểu khối.
•ACB: máy cắt không khí.
Đều Có chức năng bảo vệ mạch điện, chống quá tải và ngắn mạch. KCĐ ở trên được dùng trong mạng Hạ Áp và Trung Áp.
•Theo tính năng
•MCCB: apomat khối (dòng cắt cao, thường làm apomat tổng)
•ACB: là máy cắt có dòng cắt cao Ta có: Iđm= Trong đó: Idm - cường độ dòng điện Udm - điện áp định mức, Udm =380(V) Pdm - công suất định mức
η - hiệu suất động cơ, chọn η=91%
cos� - hệ số công suất, thường cos� = 0,8
• Đối với động cơ ta tính như sau
+ Động cơ 1: Nâng hạ gàu
√3.380.0,8.0,91 Iđm1= ≈ 356,2266 [A]
���1 = 1,2. ��� = 1,2.356,2266 = 438,2719[�]
Lựa chọn aptomat MCCB Schneider3P, 500A
+ Động cơ 2: Đẩy tay gàu
Iđm2= ≈ 83,48037 [A]
���2 = 1,2. ���= 1,2.83,48037 = 100,1764493[�]
Lựa chọn aptomat MCCB LS3P, 125A
+ Động cơ 3 và 4 Cơ cấu quay bàn