Bài giảng Thiết bi điều khiển điện: Phần 1 - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

Chia sẻ: Mucnang222 Mucnang222 | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:116

Thêm vào BST

Báo xấu

42
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Tập bài giảng Điện công nghiệp biên soạn theo chương trình môn học Thiết bị điều khiển điện với nội dung chia làm bốn chương. Phần 1 bài giảng này sẽ trình bày nội dung 2 chương đầu với các nội dung chính như: Các nguyên tắc tự động điều khiển hệ thống truyền động điện; Thiết bị biến tần. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Bài giảng Thiết bi điều khiển điện: Phần 1 - ĐH Sư Phạm Kỹ Thuật Nam Định

Bé lao ®éng th¬ng binh vµ x· héi Trêng ®¹i häc s ph¹m kü thuËt nam ®Þnh TẬP BÀI GIẢNG THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN Mã số: TB2113-03-05 Biên soạn: TS. Nguyễn Đức Hỗ ThS. Nguyễn Thị Duyên Nam ®Þnh 2013
LỜI NÓI ĐẦU Tập bài giảng Thiết bị điều khiển điện được biên soạn với mục tiêu tạo điều kiện thuận lợi cho quá trình giảng dạy, nghiên cứu và học tập của sinh viên và giảng viên tại trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Nam Định và là tài liệu tham khảo cho bạn đọc có nhu cầu tìm hiểu về các thiết bị điều khiển điện trong các máy móc dùng trong công nghiệp và đời sống. Tập bài giảng Điện công nghiệp biên soạn theo chương trình môn học Thiết bị điều khiển điện với nội dung chia làm bốn chương. Chương 1 : Các nguyên tắc tự động điều khiển hệ thống truyền động điện Chương 2 : Thiết bị biến tần Chương 3 : Thiết bị điều khiển lập trình LOGO Chương 4 : Thiết bị điều khiển điện khác Trong quá trình biên soạn tập bài giảng này, nhóm tác giả đã tham khảo các tài liệu liên quan, cập nhật những thông tin mới nhất trong lĩnh vực điều khiển bằng các thiết bị tự động. Mặc dù nhóm biên soạn đã cố gắng nhưng chắc chắn không thể tránh được những thiếu sót, chúng tôi rất mong nhận được ý kiến đóng góp của bạn đọc để tập bài giảng được hoàn thiện hơn. Nhóm biên soạn i
MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU.................................................................................................................. i Chương 1: CÁC NGUYÊN TẮC TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN ............ 1 1.1. Khái quát ..................................................................................................................1 1.1.1. Thông số đặc trưng thiết bị truyền động ....................................................... 1 1.1.2. Nguyên tắc tự động điều khiển thiết bị điện ................................................. 3 1.2. Nguyên tắc tự động điều khiển ...............................................................................4 1.2.1. Nguyên tắc tự động điều khiển theo thời gian .............................................. 4 1.1.3. Nguyên tắc tự động điều khiển theo dòng điện .......................................... 25 1.1.4. Nguyên tắc tự động điều khiển theo hành trình .......................................... 32 1.1.5. Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ .............................................................. 39 1.1.6. Nguyên tắc tự động điều khiển theo nhiệt độ ............................................ 45 1.3. Bảo vệ và tín hiệu hóa trong hệ thống điều khiển điện .......................................49 1.3.1. Ý nghĩa của bảo vệ và tín hiệu hóa trong điều khiển điện .......................... 49 1.3.2. Các dạng bảo vệ cơ bản .............................................................................. 49 1.3.3. Tín hiệu hóa trong hệ thống tự động điều khiển ......................................... 53 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG ............................................................. 54 Chương 2: THIẾT BỊ BIẾN TẦN ................................................................................. 56 2.1. Khái quát thiết bị biến tần....................................................................................56 2.1.1. Chức năng của thiết bị biến tần ................................................................... 56 2.1.2. Phân loại thiết bị biến tần............................................................................ 56 2.1.3. Ứng dụng của thiết bị biến tần .................................................................... 57 2.2. Cấu trúc nguyên lý của thiết bị biến tần ..............................................................58 2.2.1.Thiết bị biến tần trực tiếp ............................................................................. 58 2.2.2. Thiết bị biến tần gián tiếp ........................................................................... 60 2.3 Giới thiệu thiết bị biến tần MM440 (MICROMASTER 440) .............................67 2.3.1 Sơ đồ khối của thiết bị biến tần MM440 ..................................................... 69 2.3.2. Thông số kỹ thuật của biến tần MM440 ..................................................... 70 2.3.3 Lắp đặt phần điện ......................................................................................... 72 2.3.4. Các thông số cài đặt nhanh ......................................................................... 74 2.3.5. Các thông số cài mặc định của biến tần ...................................................... 99 2.3.6 Làm việc với Panel vận hành cơ bản ........................................................ 100 ii
2.3.7. Mét sè vÝ dô cµi ®Æt cho biÕn tÇn............................................................... 103 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG ............................................................111 Chương 3. THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH LOGO........................................112 3.1. Khái quát thiết bị điều khiển lập trình...............................................................112 3.1.1. Phương pháp điều khiển nối cứng (Hard-wired conútrol) ........................ 112 3.1.2. Phương pháp điều khiển sử dụng thiết bị lập trình ................................... 113 3.2. Cấu trúc đặc điểm hoạt động của thiết bị LOGO .............................................116 3.2.1. Cấu trúc của thiết bị LOGO ...................................................................... 116 3.2.2. Đặc điểm hoạt động của Logo .................................................................. 123 3. 3. Lập trình với LOGO .................................................................................... 129 3.4. Bài tập ứng dụng thiết bị lập trình LOGO ........................................................152 3.4.1. Chiếu sáng hành lang cầu thang lối đi. ..................................................... 152 3.4.2. Chuông báo giờ trong trường học ............................................................. 154 3.4.3. Tưới cây trong nhà kính ............................................................................ 154 3.4.4. Chiếu sáng nhà hàng, khách sạn, siêu thị, cửa hàng ................................. 155 3.4.5. Hệ thống tự động bơm nước cung cấp ...................................................... 157 3.4.6. Hệ thống phun sương trong nhà kính ........................................................ 158 3.4.7. Điều khiển động cơ theo thời gian ............................................................ 160 3.4.8. Điều khiển đèn giao thông tại nút giao thông ngã tư (giao thông 6 đèn) .. 163 CÂU HỎI ÔN TẬP VÀ BÀI TẬP CHƯƠNG ............................................................169 Chương 4. THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN KHÁC ....................................................171 4.1. Khái quát thiết bị lưu điện (Uninterruptible Power Supply- UPS) .................171 4.1.1. Chức năng của thiết bị lưu điện ................................................................ 171 4.1.2. Phân loại thiết bị lưu điện ......................................................................... 171 4.1.3. Nguyên tắc hoạt động của UPS ................................................................. 172 4.2. Bộ điều khiển chuyển đổi nguồn tự động (Automatics transfer Switches ATS) ..........................................................................................................................................174 4.3. Bộ đo tốc độ quay bằng xung tỷ lệ (Incremental rotary encoders) ..................176 4.3.1. Bộ mã hóa Encoder ................................................................................... 176 4.4. Bộ điều khiển nhiệt độ (Temperature conútrollers)..........................................179 4.5 Màn hình giao diện điều khiển (programmable terminal) ................................184 4.5.1 Tổng quan về HMI ..................................................................................... 184 4.5.2. Khái niệm .................................................................................................. 186 iii
4.5.3. Cấu trúc HMI ............................................................................................ 187 4.5.4. Nhiệm vụ cơ bản của HMI ....................................................................... 188 4.5.5. Màn hình HMI của một số hãng ............................................................... 189 4.5.6. Một số hệ điều khiển giám sát sử dụng HMI ............................................ 190 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƯƠNG ................................................................................... 199 TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................... 200 iv
Chương 1: CÁC NGUYÊN TẮC TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN 1.1. Khái quát 1.1.1. Thông số đặc trưng thiết bị truyền động Các thiết bị, máy móc trong sản xuất hay dây chuyền sản xuất, để sản xuất ra các sản phẩm hay bán sản phẩm trên nó cần phải có các chuyển động. Bản thân các chuyển động này là do các thiết bị điện, thiết bị khí nén hoặc thiết bị thủy lực truyền chuyển động sang. Để điều khiển các chuyển động theo yêu cầu công nghệ của máy, cơ cấu sản xuất, hệ thống truyền động (điện, khí nén, thủy lực hoặc phối hợp các hệ thống) tự động được thiết kế tính toán làm việc ở những trạng thái (chế độ) xác định. Tuy nhiên, do đặc điểm cấu tạo, nguyên lý hoạt động và tính chất các phần tử trong hệ thống truyền động, cùng với những yếu tố tác động khách quan của thực tế quá trình sản xuất, những trạng thái sự cố hay hư hỏng thông thường của hệ thống truyền động được dự đoán khi thiết kế tính toán để áp dụng những thiết bị và biện pháp bảo vệ cần thiết. Theo yêu cầu công nghệ của máy hay cơ cấu sản xuất, những trạng thái làm việc của hệ thống truyền động (điện, khí nén, thủy lực hoặc phối hợp các hệ thống) tự động có thể được đặc trưng bằng các thông số: - Tốc độ làm việc của các thiết bị truyền động (động cơ điện, động cơ thủy lực, xi lanh thủy lực, động cơ khí nén, xi lanh khí nén) hay cơ cấu chấp hành của máy sản xuất (n); - Dòng điện của thiết bị điện (I); - Mô men phụ tải trên trục cơ cấu truyền động (M). Mối quan hệ giữa các đại lượng này được biểu diễn bằng phương trình đặc tính tốc độ và đặc tính cơ. Tuỳ theo quá trình công nghệ mà các thông số trên có thể lấy giá trị khác nhau. Khi thiết bị truyền động làm việc ổn định, ứng với một giá trị phụ tải trên trục cơ, ta có các cặp thông số (n, M) hoặc (n, I) đối với thiết bị điện xác định. 1
Khi thiết bị chuyển từ chế độ xác lập này sang chế độ xác lập khác, các thông số này sẽ nhận giá trị mới sau một thời gian làm việc. Thời gian này gọi là thời gian quá độ của hệ thống truyền động. Như vậy các thông số I, M, n sẽ biến đổi theo một quy luật xác định, bằng các bài toán truyền động ở chế độ xác lập hay quá độ, ta biết được quy luật biến đổi của các thông số sao cho sự chuyển đổi chế độ là có lợi nhất. Dựa vào các quy luật biết trước ta có thể tác động vào hệ thống bằng cách thay đổi thông số của đối tượng điều khiển sẽ thay đổi chế độ làm việc với quy luật mong muốn. Như vậy, tự động điều khiển hệ thống truyền động thực chất là việc thay đổi các thông số của đối tượng điều khiển theo quy luật nào đó để làm thay đổi chế độ làm việc của thiết bị truyền động theo yêu cầu. Tuỳ theo quá trình công nghệ yêu cầu mà các thông số trên được xác định tại các giá trị khác nhau. Việc chuyển từ giá trị này sang giá trị khác được thực hiện tự động nhờ các hệ thống điều khiển. Kết quả hoạt động của phần điều khiển sẽ đưa hệ thống truyền động đến một trạng thái làm việc mới, trong đó ít nhất một thông số đặc trưng của hệ truyền động có được giá trị mới. Như vậy về thực chất điều khiển hệ thống truyền động là đưa vào hoặc loại ra khỏi hệ thống các phần tử, thiết bị nào đó (ví dụ: điện trở, điện kháng, điện dung hoặc khâu hiệu chỉnh nào đó) để thay đổi một hay nhiều thông số đặc trưng hoặc để giữ một thông số nào đó (tốc độ, dòng điện, mô men. . .) không thay đổi khi có sự thay đổi ngẫu nhiên của các thông số khác. Để tự động điều khiển hoạt động của hệ thống truyền động nói chung và hệ thống truyền động điện nói riêng, hệ thống điều khiển phải có những cơ cấu, thiết bị thụ cảm được giá trị các thông số đặc trưng cho chế độ công tác của truyền động (có thể là modul, cũng có thể về cả dấu và thông số). Trong hệ thống điều khiển gián đoạn các phần tử thụ cảm này phải làm việc theo các ngưỡng chỉnh định được. Nghĩa là khi thông số thụ cảm đến trị số ngưỡng đã đặt, phần tử thụ cảm theo thông số này sẽ bắt đầu làm việc (tác động) phát ra một tín hiệu đưa đến phần tử chấp hành. Kết quả là sẽ đưa vào hoặc loại ra khỏi hệ thống những phần tử cần thiết. Trong phạm vi của chương trình môn học điện công nghiệp, chúng ta tập trung nghiên cứu các nguyên tắc tự động điều khiển hệ thống truyền động điện. 2
Tự động điều khiển hệ thống truyền động điện có thể chia ra những quá trình sau: - Tự động điều khiển quá trình mở máy: Quá trình đưa tốc độ động cơ từ bằng không đến tốc độ làm việc theo yêu cầu sao cho dòng mở máy nhỏ và mô men lớn. Nói cách khác là điều khiển được quá trình mở máy theo một quy luật tính sẵn. - Tự động điều khiển quá trình làm việc: Trong khi làm việc động cơ truyền động phải có được chế độ làm việc theo yêu cầu của cơ cấu máy sản xuất, việc điều khiển có thể là duy trì một thông số không đổi, hoặc biến đổi theo quy luật, trình tự tính trước. - Tự động điều khiển quá trình hãm dừng máy: Quá trình hãm thường nhằm thúc đẩy quá trình dừng máy để tiết kiệm thời gian máy hoạt động không tải, góp phần nâng cao năng suất của máy. Quá trình hãm thường tiêu tốn nhiều năng lượng, do vậy phải điều khiển quá trình này sao cho hiệu quả nhất và tốn ít năng lượng nhất. 1.1.2. Nguyên tắc tự động điều khiển thiết bị điện Trên cơ sở giám sát sự thay đổi (biến thiên) các thông số đặc trưng của các thiết bị (đối tượng điều khiển ) trong hệ thống truyền động điện, phần tử thụ cảm (giám sát) với các giá trị đặt trước sẽ cung cấp những tín hiệu điều khiển làm thay đổi hoặc duy trì chế độ hoạt động của thiết bị điện, khi đó ta có một số nguyên tắc tự động điều khiển sau: - Hệ thống truyền động điện, khi hoạt động các thông số đặc trưng của thiết bị biến đổi theo thời gian, sử dụng phần tử thụ cảm liên quan tới thời gian (rơ le thời gian cơ, điện từ, điện tử hay chương trình lập trình...) với khoảng thời gian đặt trước (phù hợp với khoảng thời gian biến thiên các thông số của thiết bị ) cung cấp tín hiệu để điều khiển thiết bị duy trì chế độ hoạt động của thiết bị theo yêu cầu, ta có hệ thống truyền động điều khiển theo nguyên tắc thời gian. - Hệ thống truyền động điện, khi hoạt động thông số đặc trưng của thiết bị là dòng điện có sự thay đổi, sử dụng phần tử thụ cảm liên quan tới dòng điện của thiết bị (rơ le dòng, máy biến dòng...) với giá trị dòng điện đặt trước (phù hợp với dòng điện biến thiên của thiết bị ) cung cấp tín hiệu để điều khiển thiết bị duy trì chế độ hoạt động của thiết bị theo yêu cầu, ta có hệ thống truyền động 3
điều khiển theo nguyên tắc dòng điện. - Hệ thống truyền động điện, khi hoạt động thông số đặc trưng của thiết bị là tốc độ có sự thay đổi, sử dụng phần tử thụ cảm liên quan tới tốc độ của thiết bị (rơ le tốc độ, máy phát tốc...) với giá trị tốc độ đặt trước (phù hợp với thay đổi tốc độ của thiết bị ) cung cấp tín hiệu để điều khiển thiết bị duy trì chế độ hoạt động của thiết bị theo yêu cầu, ta có hệ thống truyền động điều khiển theo nguyên tắc tốc độ. Ngoài ra hệ thống truyền động điện, khi hoạt động một số thông số đặc trưng khác của thiết bị như nhiệt độ, hành trình, mô men, công suất, ….cũng biến đổi, sử dụng phần tử thụ cảm liên quan tới các thông số này của thiết bị (cảm biến nhiệt độ, công tắc hành trình, rơ le mô men,...) với giá trị đặt trước (phù hợp với thay đổi các thông số cần giám sát của thiết bị ) cung cấp tín hiệu để điều khiển thiết bị duy trì chế độ hoạt động của thiết bị theo yêu cầu, ta có hệ thống truyền động điều khiển theo nguyên tắc nhiệt độ, nguyên tắc hành trình … 1.2. Nguyên tắc tự động điều khiển 1.2.1. Nguyên tắc tự động điều khiển theo thời gian a) Nội dung nguyên tắc Trong hệ thống điều khiển truyền động điện những thiết bị điện (đối tượng điều khiển) đấu trong mạch động lực chịu ảnh hưởng của nhiều yếu tố (chế độ khởi động, làm việc, dừng, nguồn điện, phụ tải, sự tuân thủ yêu cầu vận hành của người công nhân…) cho nên các thông số đặc trưng của nó bị biến đổi theo thời gian. Sử dụng phần tử thụ cảm phát ra những tín hiệu theo một qui luật thời gian cần thiết để điều khiển làm thay đổi trạng thái của thiết bị, của hệ thống là vận dụng nguyên tắc điều khiển theo thời gian. Thời gian để phát tín hiệu của phần tử thụ cảm được cần được chỉnh định dựa theo ngưỡng thay đổi các thông số đặc trưng của thiết bị. Ví dụ: Các thông số đặc trưng như tốc độ, dòng điện, mô men quay… của mỗi động cơ được tính toán chọn ngưỡng cho thích hợp với từng hệ thống truyền động điện cụ thể. Những phần tử thụ cảm được thời gian có thể gọi chung là rơ le thời gian. Nó tạo nên được một khoảng thời gian trễ (duy trì ) kể từ lúc có tín hiệu đưa vào đầu vào của nó đến khi nó phát được tín hiệu ra dựa vào phần tử chấp hành. Các 4
cơ cấu duy trì thời gian có thể là: cơ cấu con lắc, cơ cấu điện tử, khí nén, tương ứng là rơ le thời gian kiểu con lắc, rơ le điện từ, rơ le thời gian kiểu khí nén và rơ le thời gian điện tử…. b) Mạch điện các khâu điều khiển điển hình +) Mạch điện điều khiển động cơ điện một chiều Để làm rõ cơ sở xuất phát của việc tự động điều khiển theo nguyên tắc thời gian ta khảo sát sự biến tháiên các thông số làm việc của mạch động lực khi khởi động động cơ điện một chiều kích thích độc lập có hai cấp điện trở phụ trong mạch phần ứng để hạn chế dòng điện khởi động. Thí nghiệm xây dựng đặc tính tốc độ quá trình khởi động động cơ điện một chiều kích từ độc lập qua cấp điện trở phụ trong mạch phần ứng cho thấy việc tăng tốc độ từ không tới tốc độ danh định tốt nhất là theo các điểm chuyển đổi ở tốc độ 1, 2 hoặc ở dòng điện I2 hoặc tại thời điểm t = t1 và t = t2. Các giá trị 1, 2, I2 là những ngưỡng chuyển đổi trạng thái làm việc của hệ. Những trị số này sẽ đạt được ở những thời điểm t = t1 và t = t2. Vì vậy để điều khiển quá trình khởi động động cơ một chiều ta có thể xây dựng mạch điều khiển theo nguyên tắc thời gian.   (t) I1 2 a I2 i(t) 1 1 b 2 I1 I2 It t1 t2 t Hình a Hình b Hình 1.1. Đồ thị đặc tính tốc độ của động cơ một chiều Ha. Diễn biến quá trình khởi động trên các đặc tính tốc độ của động cơ Hb. Quan hệ thời gian của dòng điện trong mạch phần ứng và tốc độ động cơ trong quá trình khởi động. 5
* Sơ đồ mạch điện M ÐG RH ÐG K RI H RI KTÐ R th1 ÐG K 1K R th1 H RH 2K R th2 2K 1K D H K K Rư Rth2 RH H Hình 1.2. Sơ đồ điều khiển động cơ điện một chiều *Giới thiệu thiết bị Động cơ điện một chiều kích từ độc lập, khởi động qua 2 cấp điện trở phụ trong mạch phần ứng, khi dừng thực hiện hãm động năng. Công tắc tơ K điều khiển cấp điện cho phần ứng động cơ; Công tắc tơ ĐG điều khiển cấp điện cho cuộn dây kích từ của động cơ; Công tắc tơ 1K, 2K và H đưa vào và loại ra điện trở phụ trong mạch phần ứng thực hiện quá trình khởi động và hãm động năng động cơ; Hai rơ le thời gian Rth1, Rth2 chỉnh định thời gian tác động theo sự biến đổi trị số dòng khởi động của động cơ để điều khiển thời gian mở máy tự động qua hai cấp điện trở phụ trong mạch phần ứng; Rơ le thời gian RH để điều khiển tự động thời gian khi hãm động năng động cơ. 6
*Nguyên lý làm việc Khởi động động cơ: Ấn nút mở máy M, công tắc tơ ĐG có điện, đóng tiếp điểm thường mở ĐG trong mạch điều khiển và mạch động lực để tự duy trì và cấp điện cho các cuộn dây của công tắc tơ ĐG, cuộn dây kích từ KTĐ của động cơ và cuộn dây rơ le dòng điện RI. Rơ le dòng làm việc đóng tiếp điểm thường mở bên mạch điều khiển cấp điện cho cuộn dây của công tắc tơ K, công tắc tơ K làm việc đóng tiếp điểm thường mở K trên mạch động lực cấp điện cho phần ứng động cơ. Động cơ được khởi động với 2 điện trở phụ trong mạch phần ứng theo đường đặc tính thứ nhất (hình 1.1a) Sau khoảng thời gian chỉnh định của rơ le thời gian Rth1 tiếp điểm thường mở đóng chậm Rth1 đóng lại cấp điện cho công tắc tơ 1K, tiếp điểm thường mở 1K đóng, loại cấp điện trở phụ thứ nhất ra khỏi mạch phần ứng, động cơ chuyển sang khởi động trên đường đặc tính số 2, khi đó điện áp rơi trên cuộn dây của rơ le thời gian Rth2 bằng không, rơ le Rth2 thôi không tác động. Sau thời gian chỉnh định của rơ le thời gian Rth2, tiếp điểm thường đóng đóng chậm Rth2 đóng lại cấp điện cho cuộn dây công tắc tơ 2K, tiếp điểm thường mở 2K đóng loại cấp điện trở phụ thứ hai trong mạch phần ứng, động cơ kết thúc quá trình khởi động chuyển sang chế độ làm việc trên đặc tính cơ tự nhiên (hình 1.1b). Hãm động cơ: Ấn nút dừng D, công tắc tơ H có điện, mở tiếp điểm thường đóng H, cắt nguồn cấp điện cho cuộn dây công tắc tơ K, cắt nguồn cấp cho phần ứng động cơ, đóng tiếp điểm thường mở bên mạch điều khiển và động lực, duy trì cấp điện cho cuộn dây K, cấp điện cho rơ le thời gian RH. Điện trở RH được đấu song song với phần ứng động cơ, kích từ động cơ vẫn được cấp, quá trình hãm động năng động cơ được thực hiện, sau thời gian chỉnh định trùng với thời điểm tốc độ động cơ bằng không, tiếp điểm thường đóng mở chậm R H bên mạch điều khiển mở ra, cắt điện toàn bộ mạch điều khiển, các công tắc tơ và rơ le thôi không tác động, kích từ và phần ứng động cơ bị mất điện, động cơ dừng lại kết thúc quá trình hãm động năng, điện trở hãm được loại ra khỏi mạch phần ứng, động cơ chuẩn bị cho lần làm việc tiếp theo. 7
+) Mạch điện khởi động qua một cấp điện trở phụ động cơ điện ba pha *Sơ đồ mạch điện 3 A B C ATM A1 B1 C1 U=220vA 0 C1 C K CC M K RN D G Rf 2 RTh K RN G RTh ĐC Hình 1.3. Sơ đồ mạch điện khởi động qua một cấp điện trở phụ mạch stator động cơ điện 3 pha theo nguyên tắc thời gian Máy sấy thùng quay làm việc ở áp suất khí quyển. Tác nhân sấy có thể là không khí hay khói lò. Thường thì vật liệu sấy hay tác nhân sấy chuyển động cùng chiều để tránh sấy quá khô và tác nhân sấy khỏi mang theo vật liệu sấy nhiều như sấy ngược chiều. Vận tốc của không khí hay khói lò đi trong thùng khoảng 2  3 m/s. * Giới thiệu sơ đồ - Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha ro to lồng sóc ĐC; - Công tắc tơ K điều khiển cấp nguồn ba pha cho cuộn dây stator của động cơ; - Công tắc tơ G thực hiện loại điện trở phụ Rf ra khỏi mạch cuộn dây stator khi động cơ kết thúc quá trình khởi động; 8
- Rơ le thời gian RTh điều khiển thời gian khởi động có điện trở Rf trong mạch cuộn dây stator. *Nguyên lý làm việc Điều chỉnh thời gian tác động của rơ le thời gian Rth cho phù hợp quá trình khởi động của động cơ. Đóng ATM cấp điện cho mạch động lực và điều khiển. Khởi động động cơ: Ấn nút mở M, cuộn dây công tắc tơ K, cuộn dây rơ le thời gian Rth có điện đồng thời, công tắc tơ K và rơ le thời gian Rth làm việc, các tiếp điểm thường mở K trong mạch điều khiển và mạch động lực đóng lại để duy trì cấp điện cho các cuộn dây và cấp điện cho cuộn dây stator của động cơ, động cơ được khởi động qua một cấp điện trở phụ Rf. Sau thời gian chỉnh định trên Rth, từ (5-7) giây, tiếp điểm thường mở đóng chậm Rth sau (5-7) giây đóng lại cuộn dây G được cấp điện. Công tắc tơ G làm việc, tiếp điểm thường mở của công tắc tơ G ở mạch động lực đóng lại, loại điện trở phụ R f ra khỏi mạch động cơ, điện áp được cấp trực tiếp vào cuộn dây stato động cơ, động cơ làm việc với đặc tính cơ tự nhiên với các thông số định mức. Dừng động cơ: Ấn nút dừng D, cuộn dây của các công tắc tơ K, G và rơ le thời gian Rth mất điện, các công tắc tơ và rơ le thời gian dừng làm việc, các tiếp điểm của công tắc tơ K, G và rơ le thời gian Rth trở về trạng thường, mạch điều khiển dừng hoạt động, cắt điện vào cuộn dây stator động cơ, động cơ dừng tự do. Các nội dung bảo vệ: - Bảo vệ ngắn mạch dùng cầu chì CÁC, áp tô mát ATM; - Bảo vệ quá tải dùng rơle nhiệt RN; - Bảo vệ điện áp không và điện áp cực tiểu thiết kế sử dụng tiếp điểm thường mở của công tắc tơ K làm chức năng bảo vệ. +) Mạch điện khởi động qua máy biến áp tự ngẫu động cơ điện 3 pha 9
* Sơ đồ mạch điện  3 A B C AB1 C1 U=220vAC 0 A1 B1 C1 K1 CC D M RN 21 K1 K1 RTh batn K2 K2 Rth K2 RN AC Hình 1.4. Sơ đồ mạch điện khởi động qua máy biến áp tự ngẫu động cơ điện 3 pha theo nguyên tắc thời gian *Giới thiệu thiết bị Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha ro to lồng sóc AC; Máy biến áp tự ngẫu BATN hạ thấp điện áp cấp cho cuộn dây stator của động cơ khi khởi động ; Áp tô mát AB1 đóng cắt nguồn điện cấp cho mạch động lực và mạch điều khiển; Công tắc tơ K1, K2 điều khiển cấp nguồn cho cuộn dây stator của động cơ; Rơle thời gian Rth điều khiển thời gian khởi động động cơ; Nút ấn mở máy M, nút ấn dừng D điều khiển mạch điều khiển điều khiển 10
động cơ làm việc hoặc dừng; *Nguyên lý làm việc Chỉnh định mức điện áp đầu ra thứ cấp của máy biến áp tự ngẫu cho phù hợp điện áp khởi động của động cơ, đóng cầu dao CD cấp nguồn cho toàn mạch; Khởi động động cơ: Ấn nút mở máy M, cuộn dây của công tắc tơ K1 được cấp điện, đóng các tiếp điểm K1 thường mở trong mạch điều khiển và động lực lại, duy trì cấp điện cho mạch điều khiển; cấp điện cho cuộn dây stator của động cơ thông qua cuộn thứ cấp của máy biến áp tự ngẫu, động cơ khởi động với điện áp thấp hơn so với điện áp định mức của động cơ; đồng thời đóng tiếp điểm K1 thường mở lại cuộn dây rơ le thời gian Rth có điện. Sau khoảng thời gian chỉnh định phù hợp với thời gian khởi động của động cơ, tiếp điểm thường mở đóng chậm Rth đóng lại, cuộn dây Công tắc tơ K2 được cấp điện, đóng các tiếp điểm thường mở trong mạch động lực, mở các tiếp điểm thường đóng K2 mạch động lực ra, loại máy biến áp tự ngẫu, điện áp nguồn cấp trực tiếp vào cuộn dây stator của động cơ, động cơ tiếp tục khởi động và làm việc với các thông số là định mức. Dừng động cơ: Ấn nút dừng D, mạch điều khiển mất điện, công tắc tơ K1, K2 mất điện nhả các cặp tiếp điểm thường mở K1, K2 mạch động lực ra, cắt điện động cơ, động cơ ngừng quay. Bảo vệ quá tải: Giả sử khi động cơ đang làm việc xảy ra sự cố quá tải, dòng điện trong động cơ tăng lên, dòng điện đi qua các phần tử đốt nóng của rơ le nhiệt tăng lên đạt đến trị số dòng nhất định, các phiến kim loại kép rơ le nhiệt dãn nở dài ra đẩy bật tiếp điểm thường đóng RN cắt điện vào cuộn dây công tắc tơ K1, K2 các tiếp điểm thường mở của công tắc tơ K1, K2 trong mạch động lực mở ra cắt điện vào động cơ, động cơ được bảo vệ không làm việc trong tình trạng quá tải. Muốn cho mạch điện làm việc trở lại ta phải khắc phục sự cố quá tải này và chờ 1 khoảng thời gian đủ để các phần tử nhiệt của rơle nhiệt hạ nhiệt độ về trạng thái ban đầu rồi mới ấn được nút ấn phục hồi và khởi động lại động cơ. 11
+) Mạch điện điều khiển khởi động sao tam giác, có đảo chiều quay động cơ điện ba pha *Sơ đồ mạch điện Hình 1.5. Mạch điện khởi động Y/ có đảo chiều quay động cơ không đồng bộ ba pha *Giới thiệu thiết bị Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha rô to lồng sóc M trên nhãn của động cơ có ghi ký hiệu Y/Δ – 380/220, các thông số định mức: Uđm; Iđm; nđm; Pđm; …được lựa chọn phù hợp với thông số của phụ tải. Công tắc tơ KT, KN và rơ le nhiệt RN có các thông số định mức: Uđm; Iđm; fđm .. được lựa chọ phù hợp với các thông số của động cơ và nguồn điện, tạo nên bộ khởi động từ kép thực hiện cấp nguồn cho cuộn dây stator và đảo chiều quay động cơ; Công tắc tơ KY, KΔ có các thông số định mức: Uđm; Iđm; fđm .. được lựa chọ phù hợp với các thông số của động cơ và nguồn điện, thực hiện đấu sao, đấu tam 12
giác cuộn dây stator. Áp tô mát AB dùng đóng cắt nguồn điện và bảo vệ mạch điện động lực có thông số định mức Uđm; Iđm; phù hợp với thông số của động cơ và nguồn điện. Cầu chì CC dùng để bảo vệ mạch điện điều khiển, thông số định mức U đm; Iđm; được lựa chọn theo thông số của các công tắc tơ và các phần tử sử dụng trong mạch điện điều khiển; Bộ nút ấn kép MT, MN và nút dừng D điều khiển động cơ quay theo chiều thuận và dừng động cơ có thông số Uđm; Iđm; phù hợp với thông số của các khí cụ điện có trong mạch và nguồn điện. Rơ le thời gian Rth dùng để điều khiển thời gian khởi động động cơ có thông số định mức Uđm; Iđm; và dải thời gian tác động; các thông số phù hợp với nguồn điện và thông số của động cơ. Căn cứ thông số kỹ thuật của động cơ ghi trên lý lịch máy, kiểm tra nguồn điện cấp cho động cơ, khảo sát thực tế, lựa chọn và chỉnh định thời gian tác động của rơ le thời gian. *Nguyên lý làm việc Trong mọi trường hợp khi khởi động động cơ, mạch điện đều phải thực hiện đổi nối sao tam giác để hạn chế dòng khởi động (dòng khởi động giảm lần) Khi động cơ đang làm việc muốn đảo chiều quay động cơ, mạch điện thực hiện hãm ngược động cơ sau đó mới thực hiện đảo chiều. Đóng áp tô mát AB cấp nguồn cho toàn mạch. Chọn chiều quay của động cơ. Khởi động động cơ: Muốn động cơ quay theo chiều thuận hay theo chiều ngược tác động vào nút mở máy MT hoặc MN, khi đó cuộn dây của công tắc tơ KT hoặc KN có điện, công tắc tơ KT hoặc KN làm việc, đóng các tiếp điểm thường mở mạch điều khiển và mạch động lực để duy trì cấp điện cho cuộn dây stator của động cơ, đồng thời mở các tiếp điểm thường đóng KT hoặc KN để mạch điện được an toàn. Khi đó cuộn dây rơ le thời gian Rth và cuộn dây công tắc tơ KY có điện, rơ le thời gian làm việc, các tiếp điểm thời gian chưa thay đổi 13
trạng thái nên công tắc tơ KY vẫn làm việc và khi đó cuộn dây công tắc tơ KΔ chưa có điện, công tắc tơ KΔ chưa làm việc, đóng các tiếp điểm thường mở KY trong mạch động lực, cuộn dây stator động cơ được đấu sao, động cơ thực hiện khởi động sao. Quá trình khởi động tốc độ động cơ tăng lên, dòng khởi động giảm xuống, sau thời gian chỉnh định của rơ le thời gian Rth tiếp điểm thời gian của rơ le thời gian thay đổi trạng thái, làm cho công tắc tơ KY mất điện, công tắc tơ KΔ có điện, cuộn dây stator động cơ chuyển sang đấu tam giác, kết thúc quá trình khởi động chuyển sang chế độ làm việc ổn định. Đảo chiều quay động cơ : Động cơ đang làm việc quay theo chiều thuận KT hoặc quay theo chiều ngược KN, muốn đảo chiều quay chỉ cần thao tác ấn nút ấn MN hoặc nút ấn MT, khi đó cuộn dây stato động cơ bị cắt nguồn cấp theo chiều đang quay và được cấp nguồn điện đã tráo 2 trong 3 pha, động cơ thực hiện quá trình hãm ngược sau đó thực hiện quá trình khởi động sao tam giác và làm việc theo chiều quay ngược lại. Hãm động cơ: Có thể thực hiện hãm ngược hoặc dừng tự do động cơ Hãm ngược động cơ được thực hiện như quá trình đảo chiều quay động cơ, khi tốc độ động cơ bằng không (ro to dừng quay), ấn nút dừng D cắt điện cuộn dây công tắc tơ KT hoặc KN và rơ le thời gian Rth, các tiếp điểm thường mở của công tắc tơ KT hoặc KN mở ra, cắt điện nguồn ba pha cấp cho cuộn dây stator của động cơ. Hãm dừng tự do: Động cơ đang làm việc quay theo chiều thuận KT hoặc quay theo chiều ngược KN, muốn dừng chỉ cần thao tác ấn nút dừng D cắt điện cuộn dây công tắc tơ KT hoặc KN và rơ le thời gian Rth, các tiếp điểm thường mở của công tắc tơ KT hoặc KN mở ra, cắt điện nguồn ba pha cấp cho cuộn dây stator của động cơ, ro to của động cơ do quán tính tiếp tục quay cho đến khi mô men quay quán tính cân bằng với mô men ma sát thì dừng lại. +) Mạch khởi động qua hai cấp điện trở phụ động cơ 3 pha rôto dây quấn 14
*Sơ đồ mạch điện ~3fa/380V - 50Hz L1 L2 L3 N ~ 220 V 0 L1 N AP1 AP2 M1 RN 1 D 3 5 2 K1 Rth1 K1 K2 7 K1 Rth1 9 K2 Rth2 RN K2 K3 11 A B C k3 k2 Rth2 13 K3 M K3 Rp1 Rp2 Hình 1.6. Sơ đồ mạch điện khởi động qua hai cấp Rf mạch rô to động cơ 3 pha theo nguyên tắc thời gian *Giới thiệu sơ đồ Động cơ không đồng bộ xoay chiều ba pha rô to dây quấn M trên nhãn của động cơ có ghi các thông số định mức: Uđm; Iđm; nđm; Pđm; …được lựa chọn phù hợp với thông số của phụ tải. Công tắc tơ K1và rơ le nhiệt RN có các thông số định mức: U đm; Iđm; fđm .. được lựa chọ phù hợp với các thông số của động cơ và nguồn điện, tạo nên bộ khởi động từ đơn thực hiện cấp nguồn cho cuộn dây stator của động cơ; Công tắc tơ K2, K3 có các thông số định mức: Uđm; Iđm; fđm .. được lựa chọ phù hợp với các thông số của động cơ và nguồn điện, thực hiện đấu chụm để loại các cấp điện trở phụ trong cuộn dây rô to động cơ. Áp tô mát AP1, AP2 dùng đóng cắt nguồn điện và bảo vệ mạch điện động lực và mạch điện điều khiển, có thông số định mức Uđm; Iđm; phù hợp với thông số của động cơ, các khí cụ điện và nguồn điện. 15