TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN
KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ
BÀI GIẢNG
TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ
TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ
BIÊN SOẠN: TS. ĐỖ TUẤN KHANH
ThS. LÊ THỊ MINH TÂM
Th.S TRẦN VĂN CHƢƠNG
HƢNG YÊN - 12/2016
LỜI NÓI ĐẦU
Ngày nay, trong các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế quốc dân, điện khí hoá, cơ
khí hoá và tự động hoá liên quan chặt chẽ với nhau. Đòi hỏi những kỹ sư điện, điện tử,
kỹ sư cơ khí cần được trang bị những kiến thức rất cơ bản về các phần tử điều khiển,
các phần tử bảo vệ và các khâu bảo vệ, các nguyên tắc điều khiển tự động truyền động
điện và hệ thống trang bị điện điện tử các máy công nghiệp.
Bài giảng Trang bị điện - điện tử được biên soạn với các nội dung cô đọng, đầy
đủ theo đề cương chi tiết học phần Trang bị điện - điện tử cho sinh viên Đại học chính
quy, ngành Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử làm tài liệu học tập và nghiên cứu được dễ
dàng, hiệu quả hơn. Ngoài ra có thể được dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên
ngành cơ khí hàn, cơ khí chế tạo và các bạn đọc. Tài liệu được lưu hành nội bộ tại
trường Đại học SPKT Hưng Yên.
Nội dung tài liệu được chia thành 6 chương:
Chương 1. Nguyên tắc điều khiển tự động truyền động điện.
Chương 2. Trang bị điện-điện tử nhóm máy cắt kim loại.
Chương 3. Trang bị điện-điện tử các máy nâng vận chuyển.
Chương 4. Trang bị điện-điện tử thiết bị gia nhiệt.
Chương 5. Trang bị điện-điện tử máy hàn điện.
Chương 6. Thực tập trang bị điện.
Tài liệu này đã qua chỉnh sửa và tái bản nhưng vẫn không thể tránh khỏi những
khiếm khuyết, nhóm biên soạn chúng tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của
bạn đọc, các em sinh viên và đồng nghiệp để tài liệu được hoàn thiện hơn.
Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về: Khoa Điện-Điện Tử, Trường Đại học Sư phạm
Kỹ thuật Hưng Yên, Email:
[email protected].
Hưng Yên, ngày 01 tháng 12 năm 2016
Nhóm biên soạn
MỤC LỤC
Chƣơng 1. Nguyên tắc điều khiển tự động truyền động điện
1
1.1. Khái niệm chung
1
1.2. Các nguyên tắc điều khiển hệ thống truyền động điện kiểu hở
2
1.3. Nguyên tắc điều khiển hệ thống truyền động điện kiểu hệ kín
7
1.4. Phương pháp thiết kế sơ đồ điều khiển
13
Câu hỏi và bài tập chương 1
26
Chƣơng 2. Trang bị điện-điện tử nhóm máy cắt kim loại
27
2.1. Yêu cầu chung về trang bị điện và phân loại máy cắt kim loại
27
2.2. Trang bị điện máy tiện
30
2.3. Trang bị điện máy doa
34
Câu hỏi và bài tập chương 2
38
Chƣơng 3. Trang bị điện-điện tử các máy nâng vận chuyển
39
3.1. Khái niệm và phân loại
39
3.2. Trang bị điện - điện tử thang máy
42
3.3. Trang bị điện - điện tử băng tải
50
Câu hỏi và bài tập chương 3.
56
Chƣơng 4. Trang bị điện-điện tử thiết bị gia nhiệt
57
4.1. Khái niệm và phân loại
57
4.2. Trang bị điện - điện tử, lò điện trở
58
4.3. Trang bị điện - điện tử lò cảm ứng
65
4.4. Trang bị điện - điên tử lò hồ quang
70
Câu hỏi và bài tập chương 4
79
Chƣơng 5. Trang bị điện-điện tử máy hàn điện
80
5.1. Yêu cầu và đặc điểm trang bị điện-điện tử máy hàn điện
80
5.2. Trang bị điện-điện tử máy hàn hồ quang
118
5.3. Trang bị điện-điện tử máy hàn tiếp xúc
126
Câu hỏi và bài tập chương 5
136
Chƣơng 6. Thực tập trang bị điện
137
Tài liệu tham khảo
158
Bài giảng Trang bị điện - điện tử
Chương 1: CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
1.1. Khái niệm chung
Khi mở máy các động cơ có công suất trung bình và lớn ngƣời ta phải dùng các
biện pháp hạn chế dòng khởi động nhƣ: Mở máy qua điện trở, điện kháng, máy biến áp
tự ngẫu, mở máy bằng đổi nối Sao-Tam giác..... Trong quá trình khởi động muốn tốc độ
động cơ tăng dần đến giá trị định mức, thì ta phải tìm cách loại dần các phần tử mở
máy đó ra. Một cách tổng quát ta có sơ đồ mạch động lực, đặc tính tĩnh, đặc tính động
của quá trình mở máy của động cơ điện 1 chiều, xoay chiều nhƣ hình vẽ.
n
n0
n®m
CKĐ
cc
cc
K1 K2
K
R1
K
R2
R1 R2
Ð
I®m
I2
I1
I
Ap
n
n0
K
n®m
F
§
r1
r2
K2
I®m
r1
K1
I2
I1
I
r2
I n(v/p)
n=f(t)
I1
n1
I2
I=f(t)
n2
t1
t1
t
§Æc tÝnh ®éng
ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử
1
Bài giảng Trang bị điện - điện tử
Nhìn vào đặc tính tĩnh và đặc tính động ta có nhận xét:
-
Quá trình khởi động đi theo chiều mũi tên, tốc độ động cơ tăng dần ứng với việc loại
dần các cấp điện trở phụ.
-
Nếu ta sử dụng các thiết bị để đo khoảng thời gian từ 0- t1, t1-t2 bằng các rơle thời
gian và tại đó ta phát các lệnh điều khiển làm thay đổi tham số của mạch điện ( R P,
XP..) và điều khiển quá trình theo mong muốn gọi là tự động khống chế theo nguyên
tắc thời gian.
-
Nếu nhƣ ta sử dụng các thiết bị đo tốc độ nhƣ rơle ly tâm, máy phát tốc để đo tốc độ
n1, n2 và tƣơng tự nhƣ trên ta có tự động khống chế theo nguyên tắc tốc độ.
-
Nếu sử dụng rơ le dòng điện để đo dòng điện I1, I2 và tƣơng tự ta có phƣơng pháp tự
-
động khống chế theo nguyên tắc dòng điện.
Trong thực tế có nhiều bộ phận của máy làm việc bị giới hạn bởi góc quay hay
quãng đƣờng nhất định khi đó ngƣời ta sử dụng phƣơng pháp khống chế theo
nguyên tắc hành trình.
1.2. Các nguyên tắc điều khiển hệ thống truyền động điện kiểu hở
1.2.1 Nguyên tắc điều khiển theo thời gian
Nội dung nguyên tắc
Điều khiển theo nguyên tắc thời gian dựa trên cơ sở là thông số làm việc của
mạch biến đổi theo thời gian. Những tín hiệu điều khiển phát ra theo quy luật thời gian
cần thiết để làm thay đổi trạng thái của hệ thống. Những phần tử thụ cảm đƣợc thời gian
để phát tín hiệu cần đƣợc chỉnh định dựa theo ngƣỡng chuyển đổi của đối tƣợng. Ví dụ
nhƣ tốc độ, dòng điện, mô men của mỗi động cơ đƣợc tính toán chọn ngƣỡng cho thích
hợp cho từng hệ thống truyền động điện cụ thể.
Những phần tử thụ cảm đƣợc thời gian có thể gọi là rơ le thời gian. Nó tạo nên
đƣợc một khoảng thời gian trễ (duy trì) kể từ lúc có tín hiệu đƣa vào (mốc không) đầu
vào của nó đến khi nó phát đƣợc tín hiệu ra đƣa vào phần tử chấp hành.
Các 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 rơ le loại đó,…
Bằng giải tích hoặc bằng đồ thị mà ngƣời ta xác định số cấp điện trở phụ mở
máy, giá trị điện trở của từng cấp, đặc tính động để chỉnh định thời gian tác động của
rơ le, các khoảng thời gian đƣợc tính tƣơng đối nhƣ sau:
t=J
1
M
dg1
2
M dg 2
ln
M
M
dg1
dg 2
J là mô men quán tính
Mđg1, Mđg2 là mô men động
ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử
2
Bài giảng Trang bị điện - điện tử
Ví dụ minh hoạ
Mạch mở máy động cơ điện một chiều qua hai cấp điện trở phụ trong mạch phần ứng:
1
D
3
+ CKT
+
K1
-
r2
r1
M
K1
5
K1
Rt1
K2
K2
§
9
7
K3
Rt2
K3
K2
K3
13
K1
Rt1
K2
Rt2
11
K3
Hình 1.2 Mạch điều khiển theo nguyên tắc thời gian
Trong sơ đồ không giới thiệu cách cấp nguồn nhƣng cần phải lƣu ý rằng ở mọi chỗ có
nguồn đều phải đƣợc cấp đầy đủ trƣớc khi vận hành, nhất là cần chú ý đến nguồn kích từ..
Để điều khiển cho động cơ làm việc, trƣớc tiên ta cấp nguồn cho cuộn kích từ,
đóng các thiết bị cấp nguồn cho mạch động lực và mạch điều khiển chuẩn bị làm việc.
Điều khiển cho động cơ mở máy bằng cách bấm nút mở máy M -> Cuộn dây công tắc
tơ K1 có điện, đóng tiếp điểm K1(3-5) để duy trì, các tiếp điểm K1 ở mạch động lực
đóng lại, phần ứng của động cơ đƣợc nối vào nguồn và mở máy qua 2 cấp điện trở phụ
r1 và r2. Đồng thời rơ le thời gian Rt1 ở mạch điều khiển có điện và bắt đầu đếm, sau
một khoảng thời gian tiếp điểm thƣờng mở đóng chậm Rt1(5-9) đóng lại -> K2 có điện,
đóng K2(5-9) để duy trì, tiếp điểm K2 ở mạch động lực đóng lại, loại cấp điện trở phụ
r1 khỏi mạch phần ứng, đồng thời tiếp điểm K2(5-7) mở ra để cắt điện của Rt1, khi đó
cuộn dây của rơ le thời gian Rt2 cũng có điện, sau một khoảng thời gian sẽ đóng tiếp
điểm Rt2(9-13) để cấp nguồn cho K3 loại nốt điện trở phụ r2 và tiếp điểm K3(9-11)
cũng mở ra đế cắt điện của Rt2; Động cơ tăng tốc và làm việc ổn định ở tốc độ định
mức, quá trình mở máy kết thúc.
Muốn dừng máy ta ấn nút D, các công tắc tơ K1, K2 và K3 mất điện, phần ứng
của động cơ đƣợc cắt khỏi nguồn và dừng lại.
Thời gian chỉnh định ở mỗi cấp điện trở đƣợc tính theo công thức: ti= Tci ln
M 1 Mc
M 2 Mc
Trong đó Tci : hằng số thời gian điên cơ của động cở đặc tính có điện trở phụ ở cấp thứ i
Những yếu tố ảnh hưởng đến nguyên tắc
Khi tính toán các đƣờng đặc tính mở máy động cơ thƣờng ta xét ở chế độ định
mức. Nhƣng thực tế do điện lƣới, mô men cản, mô men quán tính và nhiệt độ thay đổi
so với tính toán, các yếu tố đó ảnh hƣởng trực tiếp đến đặc tính khởi động.
ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử
3
Bài giảng Trang bị điện - điện tử
1.2.2 Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ
Nội dung nguyên tắc
Để khống chế theo nguyên tắc này ta phải đo đƣợc tốc độ động cơ, có thể đo trực
tiếp bằng rơle kiểm tra tốc độ, nhƣng khi hệ thống khống chế có nhiều cấp điện trở thì
việc điều khiển gặp rất nhiều khó khăn do đó thực tế ít sử dụng. Ngoài ra ta còn có thể
đo tốc độ bằng máy phát tốc nhƣng trong các hệ thống đơn giản thì chỉ tiêu kinh tế thấp
(máy phát tốc có giá thành cao) nên ít dùng loại này. Thông thƣờng ngƣời ta sử dụng
phƣơng pháp đo gián tiếp.
+ Đối với động cơ điện 1 chiều, đo tốc độ thông qua sđđ phần ứng của động cơ.
EĐ= Ke..n (dùng rơ le điện áp mắc song song với phần ứng động cơ).
+ Đối với động cơ KĐB, đo tốc độ gián tiếp qua sđđ rotor, tần số dòng điện rotor và hệ
số trƣợt.
Sơ đồ đặc trưng
cc
CK§
G2
K
§
cc
G1
K
R2
R1
1
G1
2
G2
Hình1.3. Điều khiển theo nguyên tắc tốc độ
Theo định luật Kirchhoff 2 ta có:
Vòng 1
UG1= Eƣ + Iƣ Rƣ = Ke..n1+ Iƣ Rƣ
Vòng 2
UG2= + Iƣ( Rƣ+R2) =Ke..n2+ Iƣ (Rƣ+R2)
Xét trƣờng hợp 1: Khi tốc độ động cơ tăng đến tốc độ n1 nào đó thì
UG1= Eƣ + Iƣ Rƣ = Ke..n1+ Iƣ Rƣ = UG1tđ
Dẫn đến rơle điện áp G1 tác động đóng tiếp điểm G1 lại loại bỏ cấp điện trở phụ R1 ra
khỏi mạch phần ứng động cơ.
Xét trƣờng hợp 2: Khi tốc độ động cơ tăng đến tốc độ n2 nào đó thì
UG2 = Eƣ + Iƣ( Rƣ+R2) = Ke..n2+ Iƣ( Rƣ+R2) = UG2tđ
Dẫn đến rơle điện áp G2 tác động đóng tiếp điểm G2 lại loại bỏ cấp điện trở phụ R2 ra
khỏi mạch phần ứng động cơ.
ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử
4
Bài giảng Trang bị điện - điện tử
Nhận xét:
+ Ƣu điểm: Đơn giản, rẻ tiền
+ Nhƣợc điểm: Khi mô men cản, điện áp lƣới và nhiệt độ thay đổi cũng làm thay
đổi thời gian mở máy của động cơ.
Việc chỉnh định điện áp hút của các rơ le cũng gặp nhiều khó khăn.
Ví dụ: Mạch điều khiển mở máy động cơ 1 chiều KTĐL qua 2 cấp điện trở phụ và
hãm động năng. Hình 1.5
cc
CK§
k
§
Rh
H
k
cc
G2 G1
cc
cc
D
M
k
r2
r1
k
Rtr
Rtr
H
G1
G2
B
H·m
®éng
n¨ng
n
no
n®m
n2
I I
A
n1
r2
r1
I®m
I2
I1
I
n(v/p)
n=f(t)
I1
n1
I2
n2
I=f(t)
t1
t2
§Æc tÝnh
®éng
H·m
®éng
n¨ng
H·m t
®éng
n¨ng
1.2.3. Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện
Khống chế theo nguyên tắc dòng điện nghĩa là khống chế quá trình theo các giá
trị đo đƣợc hoặc tính toán đƣợc. Trị số của dòng điện mở máy của động cơ dao động
giới hạn đƣợc xác định từ I2 tới I1, giá trị của dòng điện I1= 2,22,5 dòng Iđm đƣợc xác
định căn cứ vào điều kiện vận hành của động cơ và giá trị cho phép của dòng điện phần
ứng động cơ. Giá trị dòng điện I2 = (1,82)Iđm đƣợc xác định căn cứ vào việc đảm bảo
gia tốc tối thiểu khi mở máy động cơ ở phụ tải đã cho đến I1, I2 luôn lớn hơn Iđm này.
Muốn khống chế theo nguyên tắc dòng điện ta sử dụng một số rơ le dòng điện mắc nối
tiếp với phần ứng của động cơ điện 1 chiều hoặc mắc nôi tiếp với 1 pha của động cơ
xoay chiều.
ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử
5
Bài giảng Trang bị điện - điện tử
Ví dụ minh hoạ
-
+
+
RK
S1
K1
CKT
RI
r1
K1
§
S2
K1
RI
K2
K2
RK
-
K1
K2
Hoạt động của sơ đồ: ấn nút S2 công tắc tơ K1
có điện, tiếp điểm K1 đóng duy trì, tiếp điểm K1 mạch
I
động lực đóng cấp điện cho mạch phần ứng, động cơ
hoạt động qua r1. Lúc này rơle dòng RI, rơle khoá RK
cùng có điện, cùng tác động nhƣng phải đảm bảo yêu
I1
cầu nhƣ sau: RI có thời gian tác động nhanh hơn RK.
Lúc đó tiếp điểm thƣờng đóng RI mở ra trƣớc sau đó
I2
tiếp điểm thƣờng mở RK đóng. Động cơ hoạt động,
dòng điện giảm dần (từ I1 đến I2) thì RI đạt trị số và
nhả, dẫn đến công tắc tơ K2 tác động, tiếp điểm K2
t
đóng lại duy trì và ngắn mạch r1. Động cơ hoạt động
ở đƣờng đặc tính tự nhiên.
Tiếp điểm thƣờng mở K2 song song với tiếp điểm RI có vai trò không cho K2
mất điện với bất cứ lý do nào sau này (nhƣ do quá tải...) nghĩa là không đƣa r1 vào
mạch phần ứng.
Nhận xét:
Có thể duy trì MĐ trong quá trình khởi động ở mức xác định.
Quá trình khởi động không phụ thuộc vào nhiệt độ của dây quấn rơ le.
Không đảm bảo giữ nguyên thời gian khởi động.
1.2.4. Nguyên tắc điềukhiển theo hành trình
Nội dung nguyên tắc
Khống chế theo nguyên tắc hành trình nghĩa là 1 khâu hay một bộ phận nào đó
của máy khi chuyển động phụ thuộc vào vị trí không gian của các bộ phận khác.
Ví dụ: Bàn dao của máy cắt gọt, bàn máy, buồng thang của thang máy.
ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử
6
Bài giảng Trang bị điện - điện tử
Ví dụ minh hoạ:
1.3.
Hình 1.7
Nguyên tắc điều khiển hệ thống truyền động điện kiểu hệ kín
1.3.1. Sơ đồ khối của hệ thống tự động điều chỉnh
A
T
BD
KI
U®
+
-
Rn
RI
§K
BB§
Kn
FT
§
CK§
Hình 1.8
BD là biến dòng
BBĐ là bộ biến đổi, có thể là máy phát, khuếch đại từ, bán dẫn.
ĐK là khối điều khiển
Kn, KI là hệ số phản hồi tốc độ và dòng điện.
Rn, RI bộ điều chỉnh tốc độ, dòng điện
ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử
7
Bài giảng Trang bị điện - điện tử
Các bộ điều chỉnh tốc độ, dòng điện (Rn, RI) là bộ phận quan trọng nhất của hệ
thống vì nó quyết định chất lƣợng tĩnh và chất lƣợng động của hệ thống. Nó có 2 chức
năng nhƣ sau:
-
Khuếch đại các sai lệch điều khiển nhỏ của hệ thống.
Đảm bảo chất lƣợng và độ chính xác của hệ
1.3.2. Các nguyên tắc điều chỉnh
1.3.2.1. Khái niệm chung
Đối với hệ thống truyền động điện làm việc ở các trạng thái hở, trong quá trình
hãm, khởi động, đảo chiều, ăn tải, nhả tải thƣờng gây ra các sai lệch lớn so với giá trị
cho phép. Trong khi đó nhiều máy lại yêu cầu phải đảm bảo duy trì tốc độ không đổi
hay các đại lƣợng khác theo yêu cầu của chất lƣợng tĩnh cũng nhƣ chất lƣợng động đặt
ra.Trong trƣờng hợp nhƣ vậy ta phải dùng hệ thống điều khiển tự động kiểu hệ kín.
Đối với hệ thống sử dụng động cơ điện 1 chiều làm việc trong hệ thống truyền
động điên kiểu hệ kín thƣờng ngƣời ta phải sử dụng các bộ biến đổi để cung cấp nguồn
điện áp một chiều cho phần ứng động cơ hay cung cấp cho cuộn kích từ của động cơ
điều khiển tự động hệ kín ngƣời ta thƣờng sử dụng bộ biến tần, hoặc điều khiển xung
trở mạch rotor... ...
Trong hệ thống điều khiển tự động truyền động điện kiểu hệ kín ngƣời ta thƣờng
tiến hành lấy một số phản hồi cơ bản sau:
- Phản hồi âm: Tác động ngƣợc chiều điện áp đặt
- Phản hồi dƣơng: Tác động cùng chiều với điện áp đặt.
- Phản hồi có ngắt: Tín hiệu phản hồi đƣợc so sánh với một lƣợng bên ngoài, nếu nó
vƣợt qua giá trị đó thì khâu phản hồi mới tham gia tác động vào hệ thống.
- Phản hồi thẳng: Tín hiệu ra quay trở lại trực tiếp đầu vào.
1.3.2.2.
Khâu phản hồi âm điện áp
Sơ đồ nguyên lý.
+
U®
R2
BB§
U§
§
CK§
R1
-
n
Ufh = - a.U§
Hình 1.9
BBĐ có thể sử dụng các bộ biến đổi máy điện, bộ biến đổi van ..
ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử
8
Bài giảng Trang bị điện - điện tử
BBĐ cung cấp điện áp 1 chiều cho phần ứng động cơ điện1 chều kích từ độc lập.
Để ổn định và nâng cao chất lƣợng tĩnh của khâu đk ta dùng biến trở R1, R2 làm khâu
phản hồi lấy điện áp quay trở lại khống chế điện áp cung cấp cho đông cơ.
Thành lập phƣơng trình đặc tính cơ.
U U d U ïh U d a .U D
E K .U
E D K e ..n
U E I .R
D
U D E D I .RD
Giải hệ phƣơng trình ta đƣợc:
a= R1/R1+R2 (hệ số phản hồi)
n
K .U đ
I .[ R RĐ (1 a .K )]
K e ..(1 a .K )
K e ..(1 a .K )
Từ hệ phƣơng trình đặc tính cơ ta vẽ đƣợc đặc tính cơ nhƣ hình vẽ
Để cho tốc độ không tải của hệ thống hở
và kín bằng nhau thì điện áp đặt của hệ thống kín
lớn hơn hệ thống hở là (1+K) lần.
n
no
nk
Độ sụt tốc độ (sai lệch tĩnh) trong hệ thống
HÖ kÝn
nh
kín sẽ nhỏ hơn trong hệ thống hở là (1+K) lần.
HÖ hë
Nhƣ vậy phản hồi âm điện áp tạo nên đặc
tính của hệ kín cao hơn so với hệ hở. Nhƣng luôn
I®m
thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên, điều đó chứng tỏ
khả năng duy trì tốc độ của khâu phản hồi âm điện áp là kém.
1.3.2.3.
TN
I
Phản hồi dương dòng điện
Sơ đồ nguyên lý.
U
U®
BB§
U§
§
CK§
R ®o
Ufh
Ufh =ß.I.R®o
Hình 1.10
Từ sơ đồ nguyên lý ta viết đƣợc phƣơng trình cân bằng sau:
U =Uđ +.I.R
với = Rđo/R = Rđo/R + RĐ
ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử
9
Bài giảng Trang bị điện - điện tử
E = K . U
n
UĐ = E I.R
K> 1
n0
UĐ =EĐ + I.RĐ
K=1
EĐ = Ke..n
K<1
Giải hệ ta đƣợc:
n=
K U d IR(1 K )
K e
K e
Từ phƣơng trình đặc tính cơ ta có đặc tính cơ nhƣ hình vẽ.
Nhận xét:
- Đối với phản hồi dƣơng dòng điện thì điện áp đặt vào hệ hở và hệ kín là nhƣ nhau. Mặc dù có
hể tạo nên đƣờng đặc tính cơ có độ cứng rất cao ( độ sụt tốc độ n% =0 thậm chí n%<0).
- Hệ thống không có đƣờng đặc tính giới hạn do đó khi sử dụng phả hồi dƣơng dòng
điện trong các bộ biến đổi mang tính phi tuyến mạnh thì độ chính xác của hệ thống bị
suy giảm cho nên phản hồi dƣơng dòng điện thƣờng đƣợc kết hợp với các phản hồi
khác mà không sử dụng độc lập.
1.3.2.4.
Phản hồi âm tốc độ
Sơ đồ nguyên lý
U
U®
BB§
U§
§
CK§
Ufh
FT
Ufh= - n
Hình 1.11
FT là máy phát tốc
BBĐ là bộ biến đổi điện hoặc điện tử.
Phƣơng trình đặc tính cơ
n
giới hạn
n0
TN
U U d .n
E K .U K (U .n)
d
E D K e ..n
U E I .R
D
U D E D I .RD
kín
hở
I
Iđm
ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử
10
Bài giảng Trang bị điện - điện tử
Kết hợp giải hệ ta đƣợc:
n=
KU d
I .R
1 K K e (1 K )
K= K.KĐ = K/ Ke ; R= RĐ + R
Từ phƣơng trình đặc tính cơ ta vẽ đƣợc đƣờng đặc tính cơ nhƣ hình vẽ.
Nhận xét:
- Để cho tốc độ không tải lý tƣởng của hệ thống hở và hệ thống kín bằng nhau, thì
điện áp đặt lên hệ hở sẽ nhỏ hơn điện áp đặt lên hệ kín là (1+k) lần.
- Độ cứng đặc tính cơ của hệ kín cao hơn hệ hở là (1+k) lần.
- Đƣờng đặc tính giới hạn
lim n(I )
K
Ud
const
1.3.2.5. Phản hồi âm dòng có ngắt
a, Khái niệm:
Trong quá trình làm việc động cơ phải trải qua các giai đoạn nhƣ, quá trình quá
độ và phải làm việc ổn điịnh nếu nhƣ dòng điện phần ứng vƣợt quá giá trị cho phép thì
ta phải tìm biện pháp hạn chế công suất đầu vào. Phản hồi âm dòng có ngắt sẽ hạn chế
phụ tải tĩnh khi cho động cơ bị quá tải và tạo nên đƣờng đặc tính có dạng điển hình gọi
là đƣờng đặc tính máy xúc.
n
n0
A
Idm
n
n0
A
B
B
Ing
C
C
Id
D
I
H.a
Ing
Id
I
H.b
Ta thấy ở H.a Đặc tính gồm 2 đoạn:
- Đoạn 1 là đoạn N0B chỉ có cá khâu duỳ trì tốc độ tham gia nó đảm bảo độ cứng
cao để máy làm việc có năng suất chất lƣợng sản phẩm.
- Đoạn 2 là đoạn BC lúc này trong hệ thống chỉ còn duy nhất 1 khâu phản hồi âm
dòng điện có ngắt tham gia vào hệ thống. Nó tạo ra đƣờng đặc tính có độ dốc lớn, nếu
động cơ bị quá tải nặng nó sẽ dừng lại tại điểm C. Trong thực tế có thể chúng ta gặp
trƣờng hợp đặc tính tĩnh có 3 đoạn nhƣ hình H.b
- Đoạn AB là đoạn duy trì tốc độ có khâu phản hồi âm tốc độ tác động.
- Đoạn BC Là đọan có thêm khâu phản hồi âm dòng có ngắt tham gia vào hệ thống.
- Đoạn CD là đoạn chỉ có khâu phản hồi âm dòng có ngắt tham gia vào HT
ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử
11
Bài giảng Trang bị điện - điện tử
b. Hệ thống điều khiển tự động với khâu phản hồi âm áp và âm dòng có ngắt
Sơ đồ nguyên lý
R2
BB§
U
U®
U§
§
R1
Rdo
-a U§
CK§
n
R
Uss
-ß IRdo
Hình 1.12
Khâu phản hồi âm dòng có ngắt không phải tham gia hoàn toàn vào hệ thống, mà
chỉ tham gia vào hệ thống khi động cơ bị quá dòng URđo > Uss .
Phƣơng trình đặc tính cơ
Từ sơ đồ ta viết đƣợc hệ phƣơng trình sau:
1
U=Uđ- aUĐ -IRđo.1[I]
E = K.U
1
UĐ =E - I.R
I < Ing
UĐ = E + IRĐ
I
EĐ = Kn
0..........KhiI I ng
I
1...........KhiI I ng
Khi giải hệ ta đƣợc phƣơng trình đặc tính cơ.
n=
KU d
I .R RD (1 aK ) .I . .K .K D .1( I )
1 aK
K e (1 aK )
1 aK
Từ phƣơng trình đặc tính cơ ta vẽ đƣợc đặc tính cơ nhƣ hình vẽ.
U
n
n0
U®
A
Idm
B
Ing
US
C
Id
Ing
Id
I
I
H.a
ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử
Ph¶n håi
©m ¸p
Ph¶n håi
©m dßng
12
Bài giảng Trang bị điện - điện tử
c, Hệ thống điềukhiển tự động dùng phản hồi âm tốc độ + âm dòng có ngắt
U®
U
S
BB§
U§
§
CK§
R ®o
U fh
R
-ß IRdo
FT
- n
Hình 1.13
Tƣơng tự nhƣ các phần trên dể thành lập phƣơng trình
đặc tính cơ, ta viết hệ phƣơng trình câ bằng điện áp của
hệ, sau đó giải hệ ta đƣợc phƣơng trình đặc tính cơ.
n
n01
A
B
n02
n=
KU d
IRK D .1 .K 1( I )
1 K
1 K
C
Ing
Id
I
1.4. Phương pháp thiết kế sơ đồ điều khiển
1.4.1. Phân tích, xác định yêu cầu điều khiển
1.4.1.1. Khái niệm chung
Để thiết kế đƣợc các sơ đồ mạch điện điều khiển cho những hệ thống truyền động cụ
thể cần phải thu thập đầy đủ các dữ kiện để xác định đƣợc yêu cầu điều khiển. Yêu cầu điều
khiển trong từng trƣờng hợp có thể đơn giản hay phức tạp tùy theo đặc điểm công nghệ, quá
trình gia công trên các máy hoặc hệ thống truyền động cần điều khiển, nhƣng về cơ bản phải
xác định đƣợc đầy đủ các thông tin sau:
- Số lƣợng, chủng loại các truyền động cần điều khiển;
- Đặc điểm, chế độ làm việc của các truyền động;
- Mối quan hệ, liên hệ giữa các truyền động trên máy trong quá trình làm việc;
- Nguyên tắc điều khiển cần thực hiện và khả năng đáp ứng về thiết bị/ dụng cụ cho
thiết kế và lắp ráp sơ đồ điều khiển.
- Thông số nguồn cung cấp tại khu vực/ vị trí lắp đặt hệ thống điều khiển.
Trên cơ sở xác định đƣợc yêu cầu điều khiển, ta tiến hành thiết kế, lựa chọn phƣơng án,
lựa chọn nguyên lý điều khiển và các thiết bị, phần tử điều khiển cho hệ thống trang bị điện của
máy. Việc thiết kế hệ thống trang bị điện đối với các hệ thống điều khiển cơ bản chủ yếu tập
trung vào khống chế quá trình điều khiển mở máy và quá trình hãm của các động cơ truyền động
ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử
13
Bài giảng Trang bị điện - điện tử
trên máy. Tùy thuộc đặc điểm công nghệ và chủng loại động cơ truyền động trên các hệ thống
cần phải phân tích và lựa chọn phƣơng pháp, chế độ điều khiển mở máy và hãm cho phù hợp.
1.4.1.2. Chế độ điều khiển mở máy
A. Các sơ đồ điều khiển mở máy trực tiếp
Ƣu điểm của phƣơng pháp này là sơ đồ mạch điện đơn giản, không cần sử dụng
các thiết bị, phần tử phụ trợ; Nhƣng nhƣợc điểm của nó là dòng điện mở máy lớn, có
thể gây ảnh hƣởng đến lƣới điện và các phụ tải lân cận do hiện tƣợng sụt áp lƣới điện;
Vì vậy phƣơng pháp này chỉ cho phép sử dụng đối với những động cơ có công suất nhỏ.
* Mạch khởi động trực tiếp, không đảo chiều
+ Sơ đồ mạch điện:
220 V
L1
L2
L3
N
PE
AP1
1
So
3
AP2
F2
F2
2
4
K1
5
6
S1
8 10 12
11
7
K1
S2
13
K1
9
F2
PE
U1 V1 W1
K1
H1
H2
M
0
0
0
Hình 1.14. Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ quay một chiều
+ Nguyên lý:
- Đóng các Aptomat cấp nguồn cho mạch động lực và mạch điều khiển.
- Ấn nút mở máy S2(7,9), cuộn dây của khởi động từ K1(9,0) có điện nên các tiếp
điểm K1 ở mạch động lực đóng lại, ĐKB đƣợc nối nguồn và bắt đầu hoạt động. Khi đó
tiếp điểm K1(7,9) cũng đóng lại để duy trì nguồn cung cấp cho cuộn dây K1.
- Dừng máy thì ấn nút S1 (5,7).
+ Bảo vệ:
- Ngắn mạch: Các ATM.
- Quá tải: Rơ-le nhiệt F2, Khi ĐKB bị quá tải, dòng điện tăng lên, phần tử đốt
nóng tác động làm mở tiếp điểm F2 (3,5) nên cuộn dây K1(9,0) mất điện, các tiếp điểm
K1 động lực mở ra, động cơ dừng.
ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử
14
Bài giảng Trang bị điện - điện tử
- Chống tự động mở máy lại: Khi động cơ đang làm việc, nếu vì lý do nào đó bị
mất nguồn cung cấp, động cơ ngƣng hoạt động. Nếu sau đó nguồn điện bình thƣờng trở
lại thì động cơ cũng không tự động làm việc nếu ta chƣa thao tác nút ấn S1(7,9). Vì
trƣớc đó cuộn hút K1(9,0) đã mất nguồn làm cho tiếp điểm duy trì K(7,9) đã mở ra nên
mạch điều khiển vẫn còn ở trạng thái hở mạch.
+ Liên động: Tiếp điểm duy trì K1(7,9).
Ưu điểm:
An toàn, mạch hoạt động tin cậy.
Có buồng dập hồ quang, cho phép thao tác có tải, thao tác với với tần số lớn.
• Bảo vệ đƣợc các sự cố nhƣ ngắn mạch, quá tải và đặc biệt là chống tự động mở
máy lại.
* Mạch điều khiển đảo chiều quay động cơ Không đồng bộ
+ Mạch đảo chiều không liên động cơ khí (đảo chiều gián tiếp)
- Sơ đồ mạch:
Hình 1.15. Mạch điểu khiển đảo chiều gián tiếp
Nguyên lý:
- Đóng cầu dao CD và cấp nguồn cho mạch điều khiển: Mạch chuẩn bị làm việc.
- Ấn nút MT(3,5), cuộn dây T(7,4) có điện nên các tiếp điểm T ở mạch động lực
đóng lại, động cơ quay theo chiều thuận. Khi đó tiếp điểm T(3,5) cũng đóng lại để tự
duy trì, đồng thời tiếp điểm T(9,11) mở ra để cắt điện cuộn dây N(11,4).
- Quá trình xảy ra tƣơng tự khi ấn nút MN (3,9). Cuộn dây N(11,4) đƣợc cấp
nguồn, thứ tự pha đƣa vào động cơ đƣợc hoán đổi nên động cơ sẽ quay ngƣợc chiều với
ban đầu. Lúc đó tiếp điểm N(5,7) cũng mở ra và cuộn dây T (7,4) đƣợc cô lập.
- Dừng máy thì ấn nút D(1,3). Chú ý là: phải dừng máy trƣớc khi đảo chiều quay.
ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử
15
Bài giảng Trang bị điện - điện tử
- Bảo vệ
+ Ngắn mạch: Cầu chì CC.
+ Quá tải: Rơ-le nhiệt RN.
- Liên động
+ Duy trì: T(3,5); N(3,9).
+ Khóa chéo T(9,11), N(5,7 ) có tác dụng đảm bảo an toàn cho mạch; tại một
thời điểm chỉ có1 công tắc tơ làm việc mà thôi, tránh trƣờng hợp ngắn mạch động lực
(nếu 2 công tắc tơ cùng hút đồng thời).
* Mạch đảo chiều có liên động cơ khí (đảo chiều trực tiếp)
Sơ đồ nguyên lý nhƣ hình 1.16.
Học viên tự phân tích nguyên lý và các khâu bảo vệ -liên động.
220V
AP1
L1
L2
L3
N
PE
1
So
3
F2
F2
5
AP2
S1
2
25
4
7
6
S2
K
1
K2
K1
8
17
9
10
K2
S3
12
F2
11
PE
19
K2
K1
13
21
U1 V1 W1
K1
M
K1
0
K2
15
23
H1
0
K2
0
H3
H2
0
0
Hình 1.16. Mạch điều khiển đảo chiều trực tiếp ĐC KĐB 3 pha
B. Các mạch điều khiển mở máy gián tiếp
* Mạch mở máy qua điện trở phụ
- Sơ đồ mạch điện: Hình 1.17
Nguyên lý:
- Đóng các Aptomat cấp nguồn cho mạch điện: Chuẩn bị cho mạch làm việc.
- Ấn nút mở máy S2, cuộn dây CTT K1 có điện. Động cơ sẽ mở máy với các Rp
mắc nối tiếp trong mạch dây quấn Stato. Sau một khoảng thời gian bấm nút S3 -> K2
ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử
16
Bài giảng Trang bị điện - điện tử
có điện, đóng các tiếp điểm K2 ở mạch động lực để loại bỏ các Rp, động cơ tăng tốc và
làm việc ở tốc độ định mức, quá trình mở máy kết thúc.
- Dừng máy thì ấn nút S1, cuộn dây của các CTT mất điện và mở tiếp điểm, động
cơ đƣợc cắt khỏi nguồn và dừng lại.
L1
L2
L3
N
PE
L1
AP2
1
AB
2
4
S0
6
K1
3
F2
5
8
10
S1
12
12 10
8
7
S2
K1
9
K2
Rp
18 16 14
18
16
F2
K2
S3
11
14
13
F2
V W
K1
M3~
U
0
H1
0
K2
0
H3
H2
0
0
Hình 1.17. Sơ đồ mạch điện điều khiển mở máy qua điện trở phụ
* Mạch mở máy qua biến áp tự ngẫu
Sơ đồ nguyên lý nhƣ hình 1.18. Học viên tự thuyết minh nguyên lý và các khâu
bảo vệ - liên động.
Hình 1.18 Sơ đồ mạch điện điều khiển mở máy qua BATN
ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử
17
.PDF 
144 
253 
72 
