6.2.1 Cảm biến quang
Cảm biến quang được dùng để truyền thông tin từ tín hiệu ánh sáng nhìn thấy hoặc các tia hồng ngoại, tử ngoại thành tín hiệu điện.
Thành phần cấu tạo quan trọng nhất của cảm biến quang là tế bào quang điện. Cơ sở vật lý của tế bào quang điện là quang dẫn. Đó là kết quả của hiệu ứng quang điện. Hiện tượng giải phóng các hạt mang điện trong vật liệu dưới tác dụng của ánh sáng làm tăng độ dẫn điện của vật liệu, dẫn đến thay đổi điện trở của vật liệu.
Cảm biến quang được cấu tạo gồm hai bộ phận chính đó là bộ phận phát và bộ phận thu.
Bộ phận phát: bao gồm bộ phận phát sóng là diode phát quang, chùm tia này hướng tới bộ phận thu là một transitor quang hoặc photodiode. Ở bộ phận nhận, tia hồng ngoại được xử lý và cho tín hiệu ra sau khi đã khuyếch đại. Tín hiệu này được đưa đến bộ điều khiển. Nếu có vật cản, chùm tia sáng không tới được bộ phận thu thì tín hiệu ngõ ra ở mức tích cực.
6.2.2 Cảm biến đo vị trí và dịch chuyển
Việc xác định vị trí dịch chuyển đóng vai trò rất quan trọng trong kỹ thuật. Hiện nay có hai phương pháp cơ bản để xác định vị trí và dịch chuyển.
Trong phương pháp thứ nhất, bộ cảm biến cung cấp tín hiệu là hàm phụ thuộc vào vị trí của một trong các phần tử của cảm biến, đồng thời phần tử này có liên quan đến vật cần xác định dịch chuyển
Trong phương pháp hai, ứng dụng với một dịch chuyển cơ bản, cảm biến phát ra một xung. Việc xác định vị trí và dịch chuyển được tiến hành bằng cách đếm số xung phát ra.
Một số cảm biến không đòi hỏi liên kết cơ học giữa cảm biến và vật cần đo vị trí hoặc dịch chuyển. Mối liên hệ giữa vật dịch chuyển và cảm biến được thực hiện thông qua vai trò trung gian của điện trường, từ trường hoặc điện từ trường, ánh sáng.
Hình 6.2: Cảm biến đo sự dịch chuyển của băng tải
6.2.3 Cảm biến đo vận tốc
Trong công nghiệp, phần lớn trường hợp đo vận tốc là đo tốc độ quay của máy. Độ an toàn cũng như chế độ làm việc của máy phụ thuộc rất lớn vào tốc độ quay. Trong trường hợp chuyển động thẳng, việc đo vận tốc dài cũng thường chuyển về đo tốc độ quay. Bởi vậy, các cảm biến đo vận tốc góc đóng vai trò quan trọng trong việc đo vận tốc.
Phương pháp đo vận tốc hay gia tốc có thể thực hiện trực tiếp đại lượng đo thành các tín hiệu điện như suất điện động, dòng điện, điện tích q hoặc các thông số điện như R, L, C để suy ra các đại lượng cần đo.
Phương pháp có độ chính xác cao là biến đổi các đại lượng đo thành tần số, đo tần số rồi suy ra đại lượng cần đo.
Đo tốc độ bằng phương pháp đếm xung :
- Đo tốc độ phương pháp đếm xung đo tốc độ quay là phương pháp đo được sử dụng nhiều do chúng có những ưu điểm mà các phương pháp khác không đạt được, đó là độ chính xác cao, chống nhiễu tốt, thực hiện dưới dạng số, kết cấu đơn giản và độ tin cậy cao.
- Các cảm biến đo tốc độ quay thường là cảm biến cảm ứng, cảm biến
quang…kết hợp với một đĩa gắn liền trên trục quay. Đĩa dạng tròn và được chia thành nhiều phần bằng nhau, mỗi phần có thể thực hiện dưới dạng lỗ, rãnh hoặc răng.
Tần số của tín hiệu xung được tính theo công thức: F = P.N
P: số phần trên đĩa;
N: số vòng quay của đĩa trong 1 giây;
Hình 6.3: Sơ đồ cấu tạo cảm biến cảm ứng đo tốc độ
Hình 6.4 : Cảm biến đo tốc độ
6.2.4 Cảm biến đo khối lượng (Load cell):
Load cell là thiết bị biến sự thay đổi độ lớn của lự tác dụng lên một vật thành sự thay đổi điện áp. Thiết bị ứng dụng tính chất của kim loại là khi chiều dài biến đổi thì trị số của kim loại biến đổi theo.
Hình 6.5: Cảm biến đo khối lượng (Load cell )
6.3 Các phần tử điều khiển:
Các phần tử điều khiển truyền động điện là các phần tử tham gia vào mạch truyền động điện với chức năng điều khiển hoặc bảo vệ. Điều khiển có thể bằng tay hay tự động. Một phần tử điều khiển có thể chỉ giữ một chức năng hoặc điều khiển hoặc bảo vệ hoặc giữ cả hai chức năng. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
6.3.1 Công tắc: 6.3.1.1 Khái niệm: 6.3.1.1 Khái niệm:
Công tắc là loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện có công suất nhỏ và dòng điện định mức nhỏ hơn 6A. Công tắc thường có hộp bảo vệ để tránh sự phóng điện khi mở. Điện áp của công tắc nhỏ hơn hay bằng 500V. Trạng thái của công tắc sẽ bị thay đổi khi có ngoại lực tác động và giữ nguyên khi bỏ lực tác động (trừ công tắc hành trình).
Hình 6.6: Các loại công tắc
6.2.1.2 Phân loại:
Phân loại theo công dụng làm việc có các loại công tắc sau:
Công tắc hành trình và cuối hành trình loại công tắc này được áp dụng trong các máy cắt gọt lim loại để điều khiển tự động quá trình làm việc của mạch điện.
Các thông số định mức của công tắc:
Uđm : điện áp định mức của công tắc.
Iđm: dòng điện định mức của công tắc.
Ngoài ra còn có các thông số thử công tắc như: độ bền cơ khí, độ bền cách điện, độ phóng điện.
Điều quan trọng khi lựa chọn công tắc ta cần chú ý đến hai thông số kỹ thuật là dòng điện định mức và điện áp định mức.
6.2.2 Nút ấn:
Nút ấn còn gọi là nút điều khiển, là một loại khí cụ diện dùng để đóng ngắt từ xa các thiết bị điện từ khác nhau: các nút ấn thường có các tiếp điểm thường đóng và thường mở. Khi ta tác động thì các tiếp điểm này sẽ thay đổi trạng thái sử dụng thường đóng sang thường mở và ngược lại.
Nút ấn có độ bền lên tới 1.000.000 lần đóng ngắt không tải và 200.000 đóng ngắt có tải. Khi thao tác nút ấn cần phải dứt khoát để đóng hoặc mở mạch điện.
Có hai loại nút ấn:
Nút ấn đơn (hình a) .
Nút ấn kép (hình b).
Hình 6.7: Nút ấn
Khi lựa chọn nút ấn ta cần chú ý đến các thông số kỹ thuật là dòng điện định mức, điện áp định mức, trạng thái của các cặp tiếp điểm khi có ngoại lực tác động và khi không có ngoại lực tác động.
a)
6.2.3 Contactor:
Contactor là một khí cụ điện dùng để đóng ngắt các tiếp điểm của mạch động lực. Khi sử dụng contactor ta có thể điều khiển mạch điện từ xa có phụ tải với điện áp dến 500V và dòng là 600A.
Phân loại contactor tùy theo các đặc điểm sau:
Theo nguyên lý hoạt động ta có contactor kiểu điện từ (truyền điện bằng lực
hút điện từ ), kiểu hơi ép, kiểu thủy lực. Thông thường sử dụng contactor kiểu điện từ.
Theo điện áp: contactor một chiều và contactor xoay chiều, contactor 1 pha
va 3 pha.
6.2.3.1 Cấu tạo:
Công tắc tơ làm việc dựa trên nguyên tắc của nam châm điện bao gồm các bộ phận chính sau: Cơ cấu điện từ (nam châm điện), hệ thống dập hồ quang điện, hệ thống tiếp điểm (tiếp điểm chính và tiếp điểm phụ).
Nam châm điện: Gồm có 4 thành phần: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
- Cuộn dây dùng tạo ra lực hút nam châm.
- Lõi sắt (hay mạch từ) của nam châm gồm 2 phần: Phần cố định và nắp di động. Lõi thép nam châm có dạng EE, EI…
- Lõ xo phản lực có tác dụng đẩy nắp di động trở về vị trí ban đầu khi ngừng cung cấp điện vào cuộn dây.
Hình 6.8: Trạng thái hoạt động của cơ cấu điện từ
Hệ thống dập hồ quang điện:
Trạng thái nam châm chưa hút
Trạng thái nam châm có lực hút
Khi dòng điện qua contacror hồ quang sẽ xuất hiện làm các tiếp điểm bị cháy. Vì vậy cần có hệ thống dập hồ quang gồm nhiều vách ngăn làm bằng kim loại đặt cạnh bên hai tiếp điểm tiếp xúc nhau, nhất là ở các tiếp điểm chính của contactor.
Hệ thống tiếp điểm của contactror
Hệ thống tiếp điểm liên hệ với phần lõi từ di động qua bộ phận liên động về cơ. Tùy theo khả năng tải dẫn qua các tiếp điểm, ta có thể chia các tiếp điểm của contactor thành 2 loại:
- Tiếp điểm chính : có khả năng cho dòng điện đi qua (từ 10A đến vài nghìn A). Tiếp điểm chính là tiếp điểm thường mở và được đóng lại khi cấp nguồn vào mạch từ của contactor.
- Tiếp điểm phụ: có khả năng cho dòng điện đi qua các tiếp điểm nhỏ hơn 5A.
tiếp điểm phụ có 2 trạng thái: thường đóng và thường mở.
Như vậy, hệ thống tiếp điểm chính thường đóng ngắt trong mạch điện động lực, còn các tiếp điểm phụ lắp trong hệ thống mạch điều khiển.
Nguyên lý làm việc:
Khi cuộn hút của công tắc tơ chưa được cấp điện, lò xo 5 đẩy lõi thép động số 4 tách xa khỏi lõi thép tĩnh. Các cặp tiếp điểm chính 1 và tiếp điểm phụ 3 ở trạng thái mở, cặp tiếp điểm phụ 2 ở trạng thái đóng. Vì vậy, tiếp điểm 1 và 3 gọi là tiếp điểm thường mở.
Khi cấp điện cho cuộn hút, trong cuộn hút sẽ có dòng điện chạy qua. Dòng điện này sẽ sinh ra từ thông móc vòng qua cả hai lõi thép và khép kín mạch từ. Chiều và trị số của từ thông sẽ biến thiên theo chiều và trị số của dòng điện sinh ra nó, nhưng xét tại một thời điểm nhất định thì từ thông đi qua bề mặt tiếp xúc của hai lõi thép là cùng chiều nên sẽ tạo thành ở hai bề mặt này hai cực N-S trái dấu nhau. Kết quả là lõi thép động sẽ bị hút về phía lõi thép tĩnh, kéo theo tay đòn 2 làm cho các tiếp chính 1 và tiếp điểm phụ 3 đóng lại, tiếp điểm phụ 2 mở ra. Khi cắt điện vào cuộn hút, lò xo hồi vị đẩy lõi thép động 4 về vị trí ban đầu.
Hình 6.9: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của contactor
Khi cuộn hút được cấp điện thì hai lõi thép sẽ bị biến thành nam châm điện và luôn có xu thế hút nhau, không phụ thuộc vào chiều dòng điện chạy trong cuộn dây. Tức là không phụ thuộc vào nguồn điện cấp cho cuộn dây là điện xoay chiều hay điện một chiều.
Điện áp định mức: là điện áp cách điện an toàn giữa các bộ phận tiếp điện với
vỏ của công tắc tơ. Điện áp này không được chọn nhỏ hơn điện áp cực đại của lưới điện.
Cuộn hút có thể làm việc bình thường ở điện áp trong giới hạn 85% đến 105% điện áp định mức của cuộn hút.
Dòng điện định mức (Iđm): là dòng điện cho phép đi qua tiếp điểm chính trong chế độ làm việc lâu dài. Đối với mỗi công tắc tơ thì dòng điện này phụ thuộc vào điện áp làm việc của contactor. Về nguyên tắc khi chọn contactor thì dòng điện định mức của contactor không được nhỏ hơn dòng điện tính toán của phụ tải. Dòng điện này chủ yếu do tiếp điểm của contactor quyết định.
Tần số đóng cắt lớn nhất cho phép: thường được tính bằng số lần đóng (cắt)
lớn nhất cho phép trong một giờ.
Tuổi thọ contactor: được tính bằng số lần đóng mở, sau số lần đóng mở đó thì
contactor có thể sẽ bị hỏng và không dùng được nữa.
Tính ổn định điện động: tiếp điểm chính của contactor cho phép một dòng điện lớn di qua ( khoản 10 lần dòng điện định mức) mà lực điện động không làm hư tiếp điểm thì contactor có tính ổn định lực điện động.
Tính ổn định nhiệt: contactor có tính ổn định nhiệt nghĩa là khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua trong một khoảng thời gian cho phép thì các tiếp điểm không bị nóng chảy .
6.2.4 Aptomat: (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
6.2.4.1 Khái niệm chung:
Aptomat là loại khí cụ điện dùng để đóng, ngắt điện bằng tay nhưng có thể tự động ngắt mạch điện khi có sự cố quá tải hoặc ngắn mạch.
a) Phân loại:
- Theo cơ cấu tác động:
Aptomat nhiệt: tác động nhờ cơ cấu điện - nhiệt nên thời gian tác động sẽ rất
chậm. Lọai này thường dùng để bảo vệ quá tải.
Aptomat điện từ: tác động nhờ cơ cấu điện - từ nên thời gian tác động sẽ rất
nhanh. Lọai này thường dùng để bảo vệ ngắn mạch. - Theo kết cấu: Aptomat một cực. Aptomat hai cực. Aptomat ba cực. - Theo điện áp sử dụng: Aptomat một pha. Aptomat ba pha. - Theo công dụng: Aptomat dòng cực đại. Aptomat điện áp thấp. Atomat chống giật.
Aptomat đa năng.
b) Thông số kỹ thuật và cách lựa chọn aptomat:
- Dòng điện định mức của aptomat (A): đây là dòng điện lớn nhất cho phép aptomat làm việc trong thời gian lâu dài mà không bị tác động. Dòng điện này không được nhỏ hơn dòng điện tính toán của phụ tải.
- Dòng điện bảo vệ ngắn mạch của aptomat (A): là dòng điện nhỏ nhất đủ để làm
aptomat tự ngắt. Chỉ những aptomat có kết cấu ngắt kiểu điện từ mới có thông số này. Đối với aptomat loại này, khi chọn để đóng ngắt động cơ thì dòng điện này không được chọn nhỏ hơn dòng khởi động động cơ.
- Dòng điện bảo vệ quá tải của aptomat (A): dòng điện này có thể điều chỉnh được nhờ các vít điều chỉnh đặt bên trong aptomat.
- Điện áp làm việc của aptomat (V): điện áp này được chọn phụ thuộc vào điện áp
của lưới điện mà aptomat sử dụng. Về nguyên tắc điện áp này không được nhỏ hơn điện áp cực đại của lưới điện mà aptomat sử dụng.
- Số cực của aptomat: loại một cực, hai cực hay ba cực.
6.2.4 Rơle trung gian:
Rơle trung gian la một loại khí cụ điện dùng trong lĩnh vực điều khiển tự động, cơ cấu điện từ. Rơle trung gian đóng vai trò trung gian giữa các thiết bị điều khiển.
Rơle trung gian bao gồm: Mạch từ của nam châm điện, hệ thống tiếp điểm chịu dòng nhỏ, vỏ bảo vệ và chân ra các tiếp điểm.
Nguyên lý hoạt động: nguyên lý hoạt động của rơle trung gian cũng tương tự như nguyên lý hoạt động của contactor. Khi cấp điện áp bằng gái trị điện áp định mức vào hai đầu của rơle trung gian thì kực điện từ hút mạch kín lại, hệ thống tiếp điểm chuyển đổi trạng thái và duy trì trạng thái này ( tiếp điểm thường đóng mở ra, tiếp điểm thường mở đóng lại). Khi ngưng cấp nguồn, mạch từ hở, hệ thống tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu.
Hình 6.10: Rơle trung gian
6.2.5 Rơle thời gian:
Dùng trong lĩnh vực điều khiển tự động với vai trò điều khiển trung gian giữa các thiết bị điều khiển theo thời gian định trước.
Rơle thời gian bao gồm: mạch từ của nam châm điện, bộ định thời gian làm bằng linh kiện điện tử, hệ thống tiếp điểm chịu dòng nhỏ (5A), vỏ bảo vệ và các chân ra các tiếp điểm.
Tùy theo yêu cầu sử dụng khi lắp ráp hệ thống mạch điều khiển truyền động mà ta có hai loại rơle thời gian: rơle thời gian ON DELAY và OFF DELAY.
- Các loại rơle thời gian
Trễ vào thời điểm cuộn hút được đóng điện (ON DELAY). Loại này chỉ có
tiếp điểm thường đóng, mở chậm hoặc thường mở, đóng chậm.
Trễ vào thời điểm cuộn hút mất điện (OFF DELAY). Loại này chỉ có tiếp điểm thường đóng, đóng chậm hoặc thường mở, mở chậm. (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({});
Trễ vào cả hai thời điểm trên (ON/OFF DELAY). Loại này có tiếp điểm thường đóng, mở đóng chậm hoặc thường mở, đóng mở chậm.
Hình 6.11: Rơle thời gian và sơ đồ đấu dây
6.2.6 Rơle nhiệt:
Rơle nhiệt loại khí cụ dùng để bảo vệ động cơ và mạch điện khi có sự cố quá tải. Rơle nhiệt không tác động tức thời theo trị số dòng điện vì nó có quán tính nhiệt lớn, phải có thời gian phát nóng, do đó có thời gian làm việc từ vài giây.