Bài 1 : hái quát chung về hệ thống trang bị điện điện tử
2. Các nguyên tắc điều khiển
Trong một hệ thống tự động khống chế thƣờng có nhiều q trình khác nhau nhƣ: mở máy, hãm máy, đảo chiều quay, duy trì chế độ làm việc theo yêu cầu công nghệ đặt ra, v.v... ở đây ta chỉ nêu lênnguyên lý làm việc của các mạch tự động điều khiển các quá trình trên bằng các rơ le, công tắc tơ, các công tắc - nút ấn và các khí cụ điều khiển khác. Nó là những mạch đơn giản nhƣng có tính chất cơ sở,vì dựa trên những mạch đó chúng ta có thể thiết lập đƣợc các mạch khống chế phức tạp.
Trong các hệ thống tự động khống chế ta thƣờng gặp các trƣờng hợp sau:
+ Đối với động cơ điện khơng đồng bộ ro to lịng sóc: Đơn giản nhất là quá trình mở máy, hãm và đảo chiều quay. Trong một số trƣờng hợp, nhất là với động cơ công suất nhỏ, ta thực hiện mở máy(khởi động) bằng cách đóng trực tiếp mạch stato của động cơ vào nguồn điện xoay chiều có giá trịđiện áp bằng định mức.
+ Đối với động cơ điện xoay chiều không đồng bộ roto dây quấn và động cơ một chiều công suất trung bình và lớn: hi mở máy các động cơ này ngƣời ta thƣờng mắc thêm điện trở phụ trong mạch roto động cơ để hạn chế dòng mở máy và sẽ nối tắt dần trong quá trình này. Khi thực hiện hãm động năng và hãm ngƣợc ngƣời ta cũng thƣờng thêm điện trở phụ vào mạch roto để hạn chế dòng hãm. Mạch điện để mở máy động cơ không đồng bộ roto dây quấn và động cơ một chiều phải phù hợpvới đồ thị mở máy.
+ Đối với động cơ xoay chiều đồng bộ ba pha cũng thƣờng áp dụng nhƣ đối với động cơ xoaychiều khơng đồng bộ roto lồng sóc.
Đơn giản nhất là mở máy bằng cách đóng trực tiếp vào lƣới điệnxoay chiều với điện áp định mức, nhƣng phƣơng pháp này gây sụt điện áp lớn, đặc biệt khi lƣới có cơng suất nhỏ, dẫn đến làm giảm điện áp khi khởi động, ảnh hởng xấu đến các động cơ và các thiết bị điện khác dùng chung nguồn. Để dừng động cơ đồng bộ ngƣời ta cũng sử dụng phƣơng pháp hãm động năng.
2.1 Nguyên tắc điều khiển theo thời gian
Điều khiển theo nguyên tắc thời gian dựa trên cơ sở là thông số làm việc của mạch động lực biến đổi theo thời gian. Những tín hiệu điều khiển phát ra theo một quy luật thời gian cần thiết để làm thay đổi trạng thái của hệ thống. Ví dụ nhƣ tốc độ, dịng điện, mơmen của mỗi động cơ đƣợc tính tốn chọn ngƣỡng cho thích hợp với từng hệ thống truyền động điện cụ thể.
25
Những phần tử cảm ứng đƣợc thời gian có thể gọi chung là rơle thời gian. Nó tạo nên đƣợc một thời gian trễ (duy trì) kể từ lúc có tín hiệu đƣa vào (mốc 0) đầu vào của nó đến khi nó phát đƣợc tín hiệu ra đƣa vào phần tử chấp hành. Cơ cấu duy trì thời gian có thể là: cơ cấu con lắc, cơ cấu điện từ, khí nén, cơ cấu điện tử, tƣơng ứng là rơle thời gian kiểu con lắc, rơle thời gian điện từ, rơle thời gian khí nén và rơle thời gian điện tử...
Mạch điều khiển truyền động điện điển hình theo nguyên tắc thời gian: Xét mạch điều khiển khởi động động cơ điện một chiều kích từ độc lập có hai cấp điện trở phụ trong mạch phần ứng để hạn chế dòng điện khởi động ở trên theo nguyên tắc thời gian. Sơ đồ mạch điều khiển nhƣ hình 5.2.
Để khởi động ta phải ấn nút mở máy M, côngtắctơ Đg hút sẽ đóng các tiếp điểm ở mạch động lực, phần ứng động cơ điện đƣợc đấu vào lƣới điện qua các điện trở phụ khởi động R1, R2. Động cơ đƣợc khởi động qua 2 cấp điện trở. Đồng thời, rơle thời gian 1RTh có điện, sau thời gian chỉnh điệnh thì tiếp điểm thƣờng đóng mở chậm 1RTh đóng lại c61p nguồn cho cơng tắc tơ 1G.
hi 1G có điện thì tiếp điểm động lực 1G đóng lại, cấp điện trở thứ nhất R1 đƣợc loại ra. Đồng thời, rơle thời gian 2RTh có điện, sau khoảng thời gian chỉnh định, thì tiếp điểm 2RTh đóng lại cấp nguồn cho cơng tắc tơ 2G.
hi cơng tắc tơ 2G có điện, tiếp điểm động lực 2G đóng lại loại bỏ cấp điện trở thứ 2. Đƣa động cơ hoạt động ở chế độ định mức.
26
2.2 Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ
Tốc độ quay trên trục động cơ hay của cơ cấu chấp hành là một thông số đặc trƣng quan trọng xác định trạng thái của hệ thống truyền động điện. Do vậy, ngƣời ta dựa vào thông số này để điều khiển sự làm việc của hệ thống. Lúc này mạch điều khiển phải có phần tử thụ cảm đƣợc chính xác tốc độ làm việc của động cơ - gọi là rơle tốc độ.
hi tốc độ đạt đƣợc đến những trị số ngƣỡng đãđặt thì rơle tốc độ sẽ phát tín hiệu đến phần tử chấp hành để chuyển trạng thái làm việc của hệ thống truyền động điện đến trạng thái mới yêu cầu.
Rơle tốc độ có thể cấu tạo theo nguyên tắc ly tâm, nguyên tắc cảm ứng, cũng có thể dùng máy phát tốcđộ. Đối với động cơ điện một chiều có thể gián tiếp kiểm tra tốc độ thơng qua sức điện động của độngcơ.
Ví dụ: Để giảm dòng điện khởi động cùng lúc của 2 động cơ, ngƣời ta thực hiện khởi động từng
động cơ theo nguyên tắc tốc độ. hi động cơ M1 khởi động đủ tốc độ thì động cơ M2 mới đƣợc cấp nguồn.
Hoạt động của mạch nhƣ sau:
- Đóng các CB3PH và CB để cấp nguồn cho mạch động lực và điều khiển
- Nhấn nút M cơng tắc tơ 1 có điện. Các tiếp điểm động lực 1 đóng lại, động cơ M1 đƣợc khởi động, tốc độ động cơ tăng dần đến ngƣỡng tác động của rơle tốc độ thì tiếp điểm của rơle tốc độ Rtd đóng lại cấp nguồn cho cơng tắc tơ 2.
- hi cơng tắc tơ 2 đóng, động cơ M2 đƣợc cấp điện và hoạt động. - Để các động cơ dừng hoạt động, nhấn nút D.
2.3 Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện
Dòng điện trong động cơ cũng là một thông số làm việc rất quan trọng xác định trạng thái của hệ truyền động điện. Nó phản ánh trạng thái mang tải bình thƣờng của hệ thống, trạng
27
thái mang tải, trạng thái quá tải cũng nhƣ phản ánh trạng thái đang khởi động hay đang hãm của động cơ truyền động. Trong quá trình khởi động, hãm, dịng điện cần phải đảm bảo nhỏ hơn một trị số giới hạn cho phép. Trong q trình làm việc cũng vậy, dịng điện có thể phải giữ khơng đổi ở một trị số nào đó theo u cầu của q trình cơng nghệ.
Ví dụ: Để thực hiện bảo vệ q dịng cho động cơ khơng đồng bộ rotor lồng sóc ta dùng rơle dòng điện RI để bảo vệ.
hi nhấn ON, cơng tắc tơ có điện, các tiếp điểm bên động lực đóng lại, động cơ hoạt động. Nếu động cơ hoạt động bình thƣờng, giá trị dòng điện trong giới hạn cho phép. Nếu xảy ra quá dòng, dòng điện vƣợt hơn giá trị dòng điện cài đặt bảo vệ, khi này tiếp điểm thƣờng đóng RI sẽ mở ra. Động cơ ngƣng làm việc.
2.4 Ngun tắc điều khiển theo vị trí
Ngồi 3 ngun tắc điều khiển đƣợc áp dụng rộng rãi nhất mà ta đã xét ở trên, cũng có thể tiến hành điều khiển các q trình hay máy móc sản xuất theo những thông số đo lƣờng khác nhƣ: Điều khiển theo công suất và chiều công suất mômen, sức căng, nhiệt độ, ánh sáng... Một trong những nguyên tắc rất hay dùng là nguyên tắc điều khiển theo đƣờng đi (hay nguyên tắc hành trình). hi quá trình thay đổi trạng thái làm việc của hệ có quan hệ chặt chẽ với vị trí của các bộ phận động của máy (đầu máy, bàn máy, mâm cặp...) thì ta có thể dùng các thiết bị đặc biệt - gọi là cơng tắc hành trình, đặt tại những vị trí thích hợp trên đƣờng đi của các bộ phận đó. hi bộ phận động di chuyển đến những vị trí này sẽ tác động lên các cơng tắc hành trình, cơng tắc hành trình sẽ phát những tín hiệu điều khiển hệ thống đến các trạng thái làm việc mới. Ví dụ nhƣ đặt các cơng tắc cuối cùng để hạn chế hành trình bàn máy bào, máy doa, cầu trục hoặc là đặt các cơng tắc hành trình để đảo chiều, giảm tốc độ cho máy bào giƣờng
Ví dụ: Một tủ điện điều khiển đóng mở cửa cổng cho 1 cơng ty có yêu cầu làm việc nhƣ sau: - Nhấn ONT động cơ quay thuận để đóng cửa. hi cửa đóng đến kín (đƣợc kiểm sốt bằng cơng tắc hành trình HTT) thì tác động vào cơng tắc hành trình HTT, động cơ dừng hoạt
28
động. ( hi cửa đã đóng kín, cơng tắc HTT tác động, nếu nhấn tiếp tục ONT thì động cơ khơng hoạt động)
- Nếu nhấn ONN thì động cơ quay nghịch để thực hiện mở cửa. hi cửa đã mở hết (đƣợc kiểm sốt bằng cơng tắc hành trình HTN) thì tác động vào cơng tắc hành trình HTN, động cơ dừng hoạt động.