Ba cực
18
Theo thời gian thao tác
Gồm hai loại:
Tác động tức thời.
Tác động không tức thời.
Theo công cụ bảo vệ
Aptomat cực đại theo dòng điện.
Aptom cực tiểu theo điện áp.
Aptomat cực tiểu theo dòng điện.
Aptomat dòng điện ngược.
d. Cấu tạo của Aptomat
Hình 2.8 Cấu tạo Aptomat
1. Cần gạt
2. Cơ cấu ngắt mạch 3. Hệ thống tiếp điểm 4. Ngõ vào dây điện
5. Thanh lưỡng kim 6. Hiệu chỉnh vit
7. Cuộn dây nam châm điện 8. Buồng dập hồ quang
19
e. Tiếp điểm
Hệ thống tiếp điểm gồm tiếp điểm tĩnh và tiếp điểm động. Yêu cầu của tiếp điểm là ở trạng thái đóng, điện trở tiếp xúc phải nhỏ để giảm tổn hao do tiếp xúc. Khi ngắt dòng điện rất lớn, các tiếp điểm phải có đủ độ bền nhiệt, độ bền điện động để khơng bị hư hỏng do dịng điện ngắt gây nên.
Tiếp điểm của aptomat thường làm bằng hợp kim gốm chịu được hồ quang như: bạc-vonfram, đồng-vonfram, bạc-niken…
Aptomat thường được chế tạo có hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và tiếp điểm hồ quang) hoặc có 3 cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ và tiếp điểm hồ quang).
Hai cấp tiếp điểm
Tiếp điểm hồ quang cố vai trị bảo vệ tiếp điểm chính trong q trình đóng ngắt mạch điện. Khi đóng mạch thì tiếp điểm hồ quang sẽ được đóng trước sau đó đến tiếp điểm chính và ngược lại đối với khi cát mạch.
Ba cấp tiếp điểm
Trong quá trình làm việc nếu mạch điện xảy ra sự cố thì tiếp điểm chính sẽ được mở ra trước, sau đó đến tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồ quang. Ngược lại nếu đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ và cưối cùng là tiếp điểm chính. Do vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang nên bảo vệ được tiếp điểm chính để dẫn điện. Như vậy, tiếp điểm phụ có nhiệm vụ bảo vệ tiếp điểm chính khơng cho hồ quang cháy lan vào làm hư hỏng.
2.5.2 Hộp dập hồ quang
Để aptomat dập được hồ quang trong tất cả các chế độ làm việc của lưới điện thì người ta thường dùng hai kiểu thiết bị dập hồ quang là:
Kiểu nửa kín: Thiết bị được đặt trong vỏ kín của aptomat và có lỡ thốt khí. Kiểu này có giới hạn dịng điện cắt nhỏ hơn 50kA.
20
Kiểu hở: Kiểu này được dùng khi giới hạn dòng điện cắt lớn hơn 50kA hoặc điện áp lớn hơn 1000V.
Trong buồng dập hồ quang người ta thường xếp những tấm thép thành lưới ngăn để phân chia hồ quang thành nhiều đoạn ngắn thuận lợi cho việc dập tắt hồ quang.
Việc dập hồ quang còn phụ thuộc vào tính chất của lưới điện. VD: cùng 1 thiết bị dập hồ quang, khi làm việc ở mạch xoay chiều với điện áp 500V thì có thể dập tắt được hồ quang của dòng điện lên đến 40kA, nhưng khi làm việc ở mạch điện 1 chiều với điện áp 440V thì có thể cắt được dịng điện đến 20kA.
2.5.3 Cơ cấu truyền động cắt Aptomat
Cơ cấu truyền động cắt aptomat gồm: cơ cấu đóng cắt và khâu truyền động trung gian.
Truyền động đóng ngắt aptomat có 2 cách: bằng tay và bằng cơ điện (điện từ, động cơ điện).
Điều khiển bằng tay (núm gạt): được thực hiện với các aptomat có dịng định mức khơng lớn hơn 600A.
Điều khiển bằng cơ điện: được sử dụng trong các aptomat có dịng điện lớn hơn (1000A).
Truyền động trung gian: cơ cấu tự do trượt khớp được sử dụng rộng rãi trong các aptomat.
21
Cơ cấu nhả khớp tự do: a) Vị trí đóng; b) Vị trí mở; c) Vị trí ch̉n bị đóng lại.
2.5.4 Móc bảo vệ
Móc bảo vệ là một bộ phận quan trọng của aptomat, nhờ có nó mà khi mạch điện có sự cố xảy ra nó sẽ tự động cắt dòng để bảo vệ thiết bị.
Móc bảo vệ q dịng điện (q tải)
Để bảo vệ thiết bị khơng bị q tải và ngắn mạch thì dịng điện của móc bảo vệ phải nằm dưới trường dặc tính của đối tượng cần bảo vệ. Do vậy người ta thường dùng hệ thống điện từ và rơ le nhiệt làm móc bảo vệ và được đặ bên trong aptomat.
Móc kiểu điện từ: cuộn dây được mắc nối tiếp với mạch chính, cuộn dây này có tiết diện lớn chịu dịng tải và có ít vịng. Khi dòng điện vượt quá trị số cho phép thì phần ứng bị hút và móc sẽ đập vào khớp rơi tự do, làm cho tiếp điểm aptomat mở ra.
Móc kiểu rơ le nhiệt: kiểu này có kết cấu giống như rơ le nhiệt có phần tử phát nóng đấu nối tiếp với mạch điện chính, tấm kim loại kép dãn nở làm nhả khớp rơi tự do để mở tiếp điểm của aptomat khi có quá tải. Tuy vậy, khi có dịng q tải tăng vọt một cách đột ngột thì kiểu này khơng thể ngắt nhanh được dịng điện.
Vì vậy để aptomat thực hiên tốt được nhiệm vụ thì người ta thường tổng hợp cả móc kiểu điện từ và óc kiểu rơ le nhiệt
Móc bảo vệ sụt áp (điện áp thấp)
Kiểu móc này có kết cấu tương tự như rơ le điện áp, cuộn dây được mắc song song với mạch điện chính. Cuộn dây này được quấn ít vịng và dây có tiết diện nhỏ để chịu điện áp nguồn. Khi có sự cố sụt áp, lực hút điện từ không đủ để hút phần ứng, loxo phản lực đẩy phần cứng làm nhả khớp tự do và tiếp điểm được mở ra.
2.5.5 Nguyên lý làm việc của Aptomat.
22
Hình 2.10 Sơ đồ ngun lý Aptomat dịng điện cực đại
Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện, aptomat được giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc 2 khớp với móc 3 cùng một cụm với tiếp điểm động.
Bật aptomat ở trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện 5 và phần ứng 4không hút.
Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ ở nam châm điện 5 lớn hơn lực lò xo 6 làm chonam châm điện 5 sẽ hút phần ứng 4 xuống làm bật nhả móc 3, móc 2 được thả tự do, lò xo 1 kéo tiếp điểm động ra khỏi tiếp điểm tĩnh, kết quả các tiếp điểm của aptomat được mở ra, mạch điện bị ngắt..
II. Nguyên lý làm việc của aptomat điện áp thấp:
23
Bật aptomat ở trang thái ON, với điện áp định mức nam châm điện 11 và phần ứng 10 hút lại với nhau.
Khi sụt áp quá mức, nam châm điện 11 sẽ nhả phần ứng lò xo 9 kéo móc 8 bật lên, móc 7 thả tự do, thả lỏng, lò xo 1 được thả lỏng, kết quả các bước kế tiếp của aptomat được mở ra, mạch điện bị ngắt.
III. Nguyên lý làm việc của aptomat dịng điện cực tiểu
Hình 2.12 Sơ đồ ngun lý aptomat dịng điện cực tiểu
Nguyên lý làm việc của aptomat dịng điện cục tiểu: nó tự động ngắt khi dòng điện trong mạch nhỏ hơn dòng điện chỉnh định Icd. Khi I < Icd lực điện từ của nam châm điện 1 không đủ sức giữa nắp 2 nên lực kéo của lò xo 3 sẽ kéo tiếp điểm động ra khỏi tiếp điểm tĩnh, mạch điện bị ngắt. Aptomat dòng điện cực tiểu dùng dể bảo vệ máy phát khỏi chuyển sang chế đọ động cơ khi nhiều máy phát làm việc song song. Vì có nhiều nhược điểm nên ít sử dung, đang dần thay thế bằng aptomat công suất ngược.
24
Hình 2.13 Sơ đồ ngun lý aptomat cơng suất ngược
Nguyên lý làm việc của aptomat cơng suất ngược: nó tự động cắt mạch điện khi hướng truyền cơng suất thay đổi (khi dịng điện thay đổi chiều). Nếu năng lượng truyền thuận chiều, từ thơng của cuộn dây dịng điện và cuộn dây điện áp của nam châm 1 cùng chiều với nhau, lực điện từ lớn hơn lực của lị xo 3, aptomat đóng. Khi chiều dịng điện thay đổi (công suất truyền ngược), lực điện từ của nam châm điện tỷ lệ với bình phương hiệu hai từ thơng do dịng điện và điện áp sinh ra, do đó lực điện từ giảm đi rất nhiều, khơng thắng nổi lực kéo của lò xo 3, mấu giữa thanh 4 và đòn 5 bật ra, lò xo ngắt 6 kéo tiếp điểm khởi động rời khỏi tiếp điểm tĩnh, mạch điện bị ngắt.
2.6 Rơ le trung gian 2.6.1 Khái niệm 2.6.1 Khái niệm
Rơ le trung gian là một kiểu nam châm điện có tích hợp thêm hệ thống tiếp điểm. Role trung gian cịn gọi là role kiếng là một cơng tắc chuyển đổi hoạt động bằng điện.Gọi là một cơng tắc vì role có hai trạng thái ON và OFF. Role ở trạng thái ON hay OFF phụ thuộc vào có dịng điện chạy qua role hay khơng.
2.6.2 Các loại role trung gian
Role trung gian 12V Role trung gian 8 chân
25 Role trung gian 14 chân
Role trung gian 220V
2.6.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc của role trung gian
Hình 2.14 Role trung gian
Cấu tạo của role trung gian
Thiết bị nam châm điện này có thiết kế gồm lõi thép động, lõi thép tĩnh và cuộn dây. Cuộn dây bên trong có thể là cuộn cường độ. Lõi thép động được gắn bởi lò xo cùng dịnh vị bằng một vít điều chỉnh. Cơ chế tiếp điểm bao gồm tiếp điểm nghịch.
Ngun lý hoạt động
Khi có dịng điện chạy qua role, dòng điện này sẽ chạy qua cuộn dây bên trong và tạo ra một từ trường hút. Từ trường hút này tác động lên một đòn bẫy bên trong làm đóng hoặc mở các tiếp điểm và như thế sẽ làm thay đổi trạng thái của role. Số tiếp điểm điện bị thay đổi có thể là 1 hoặc nhiều, tuỳ vào thiết kế.
Công dụng của role trung gian
Công dụng của role trung gian là làm nhiệm vụ “trung gian” chuyển tiếp mạch điện cho một thiết bị khác.
26
2.7 PLC
Định nghĩa
PLC là từ viết tắt của Programmable Logic Controller (Bộ điều khiển có thể lập trình được). Khác với bộ điều khiển thơng thường chỉ có một thuật tốn điều khiển nhất định, PLC có khả năng thay đổi thuật toán điều khiển tuỳ biến do người sử dụng viết thơng qua một ngơn ngữ lập trình. Do vậy, nó cho phép thực hiện linh hoạt tất cả các bài toán điều khiển.
Phân loại PLC
Siemens (Đức) Omron (Nhật Bản) Mitsubishi (Nhật Bản) Delta (Đài Loan)
Cấu trúc bên trong PLC
Tất cả PLC hiện nay đều gồm có thành phần chính như sau: Bộ nhớ chương trình RAM, ROM
Một bộ vi xử lý trung tâm CPU, có vai trị xử lý thuật tốn. Các modul vào/ra tín hiệu.
Sơ đồ 2.7: Sơ đồ các modun PLC
NGUỒN CẤP BỘ XỬ LÝ TRUNG TÂM (CPU) BỘ NHÓ NGÕ VÀO (INPUT) NGÕ RA (OUTPUT)
27
Nguyên lý hoạt động PLC
Đầu tiên các tín hiệu từ các thiết bị ngoại vi (như các sensor, contact,…) được đưa vào CPU thông qua modul đầu vào. Sauk hi nhận được tín hiệu đầu vào thì CPU sẽ xử lý và đưa các tín hiệu điều khiển qua modul đầu ra xuất ra các thiết bị được điều khiển bên ngồi theo 1 chương trình đã được lập trình sẵn.
Một chu kỳ bao gồm đọc tín hiệu đầu vào, thực hiện chương trình, truyền thơng nội, tự kiểm tra lỡi, gửi cập nhật tín hiệu đầu ra được gọi là 1 chu kỳ quét hay 1 vòng quét (Scan Cycle).
28
Đánh giá ưu và nhược điểm của PLC
Ưu điểm:
Dễ dàng thay đổi chương trình theo ý muốn.
Thực hiện được các thuật tốn phức tạp và độ chính xác cao.
Mạch điện gọn nhẹ, dễ dàng trong việc bảo quản và suarw chữa.
Cấu trúc dạng modul, cho phép dễ dàng thay thế, mở rộng đầu vào ra, mở rộng chức năng khác.
Khả năng chống nhễu tốt, hoàn toàn làm việc tin cậy trong môi trường công nghiệp.
Giao tiếp được với các thiết bị thơng minh khác như: máy tính, nối mạng truyền thông với các thiết bị khác.
Nhược điểm:
Giá thành phần cứng cao, một số hãng phải mua phần mềm để lập trình.
Địi hỏi người sử dụng phải có trình độ chun mơn cao.
2.8 PLC Mitshubishi FX1S 10MR001
29
2.8.1 Đặc điểm:
FX1S PLC có khả năng quản lý số lương I/O trong khoảng 10-34 I/O, cũng going như FX0S, FX1S khơng có khả năng mở rộng hệ thống. Tuy nhiên, FX1S được tăng cường thêm một số tính năng đặc biệt:
Tăng cường hiệu năng tính tốn, khả năng làm việc với các đầu vào/ra tương tự thông qua các card chuyển đổi, cải thiện tính năng bộ đếm tốc độ cao, tăng cường 6 đầu vào xử lý ngắt.
Trang bị thêm các chức năng truyền thông thông qua các card truyền thông lắp thêm trên bề mặt cho phép FX1S có thể tham gia truyền thơng trong mạng (giới hạn số lượng trạm tối đa 8 trạm) hay giao tiếp với các bộ HMI đi kèm.
Nói chung, FX1S thích hợp với các ứng dụng trong công nghiệp chế bến gỡ, đóng gói sản phẩm, điều khiển động cơ, máy móc, hay các hệ thống quản lý môi trường.
2.8.2 Đặc tính kỹ thuật
MỤC ĐẶC ĐIỂM GHI CHÚ
Xử lý chương trình Thực hiện quét chương trình tuần hoàn Phương pháp xử lý
vào/ra (I/O)
Cập nhật ở đầu và cuối chu kì quét (khi lệnh END thi hành)
Có lệnh làm mới ngõ ra
Thời gian xử lý lệnh Đối với các lệnh cơ bản: 0,55-0,7μs Đối với các lệnh ứng dụng: 3,7-khoảng 100μs
Ngôn ngữ lập trình Ngơn ngữ Ladder và Instruction Có thể tạo chương trình loại SFC
Dung lượng chương trình
2000 bước EEPROM Có thể chọn tuỳ ý bộ nhớ (như FX1N –
30 EEPROM – 8L) Số lệnh Số lệnh cơ bản:27 Số lệnh Ladder: 2 Số lệnh ứng dụng: 85 Có tối đa 167 lệnh ứng dụng được thi hành Cấu hình vào/ra (I/O)
Tổng các ngõ vào/ra được nạp bởi chương trình xử lý chinh (Mã, Total I/O set by Main Processing Unit)
Rơ le phụ trợ (M)
Thông thường Số lượng: 384 Từ MO- M383
Chốt Số lượng: 128 Từ M384-
M511
Đặt biệt Số lượng: 256 Từ M8000-
M8255 Rơ le trạng thái
(S)
Thông thường Số lượng: 128 Từ S0- S127 Khởi tạo Số lượng: 10 (tập con) Từ S0- S9 Bộ định thì
Timer (T)
100 mili giây Khoảng định thì: 0- 3276,7 giây Số lượng: 63
Từ T0- T62
10 mili giây Khoảng định thì: 0- 327,67 giây Số lượng: 31 (tập con)
Từ T32- T62 (khi M8028 =
ON) 1 mili giây Khoảng định thì: 0,001- 32,767
giây Số lượng: 1
T63
Bộ đếm (C) Thông thường Khoảng đếm: 1 đến 32767 Số lượng: 16
Từ C0- C15 Loại: bộ đếm
31 Chốt Khoảng đếm: 1 đến 32767 Số lượng: 16 Từ C16- C31 Loại: bộ đếm lên 16 bit Bộ đếm tốc độ cao (HSC) 1 pha Khoảng đếm: -2.147.483.648 đến 2.147.438.647 Từ C235- C240 1 pha hoạt động bằng ngõ vào
1pha: w tối đa 60kHz cho phần cứng của HSC (C235, C236,
C246)
W tối đa 10kHz cho phần mềm của HSC (C237, C245, C247,
C250)
Từ C241- C245
3 pha 2 pha: w tối đa 30kHz cho phầ cứng của HSC (C251)
W tối đa 5kHz cho phần mềm của HSC (C252, C255)
Từ C246- C250
Pha A/B Từ C251- C255
Thanh ghi dữ liệu (D)
Thông thường Số lượng:128 Từ D0- D127 Loại: cặp thanh ghi lưu trữ dữ liệu 16 bit dùng cho thiết bị 32 bit Chốt Số lượng: 128 Từ D128- D255 Loại: cặp thanh ghi lưu trữ dữ
32 liệu 16 bit dùng cho thiét bị 32 bit Được điều chỉnh bên ngoài Trong khoảng :0-255 Số lượng: 2 Dữ liệu chuyển từ biến trở điều chỉnh điện áp đặt ngoài vào thanh ghi D8030 và D8031 Đặt biệt Số lượng: 256 (kể cả D8030- D8031) Từ D8000- D8255 Loại: Thanh ghi
dữ liệu 16 bit Con trỏ (P) Dùng với lệnh CALL Số lượng: 64 Từ P0- P63 Dùng với các ngắt Số lượng: 6 100-150 (kích cạnh lên =1, kích cạnh xuống =0) Số múc lồng nhau (N) Dùng với lệnh MC/MCR Số lượng: 8 Từ N0-N7