Đồ án Thiết kế hệ thống điều khiển và khống chế động cơ điện không đồng bộ ba pha

LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm gần đay, nghành điện công nghiệp ở nươc ta đang ngày càng được chú trọng và đầu tư phátt triển. Sự phát triển đó được đánh dấu bằng việc cho ra đời hàng các phương pháp để điều khiển động cơ ngoài mục đich đáp ứng nhu cầu phục hồi khả năng làm việc như ban đầu của động cơ Để làm được điều đú, người thợ cần phải hoàn thiện tất cả các khâu trong việc thiết kế mạch điều khiển, mạch động lực,đưa ra phương pháp tối ưu và lắp đặt ngoai ra cón phải đưa ra nhưng sai hỏng và cách khắc phục. Từ những gì chúng em đã đươc biết qua học trên lớp và tìm hiểu nguồn tài liệu bên ngoai,chúng em đã tiến hành mạch khởi động động cơ KĐB 3 pha.vơi mong muốn đưa ra phương pháp điều khiển khởi động động cơ một cách tối ưu Với lòng say mê tìm hiểu và ham học hỏi chúngng em đã cố gắng tận dụng tất cả những kiến thức đã học được từ thầy cô, bạn bè trong những năm tháng học tập vừa qua, mong hoàn thành tốt đề tài này. Những sản phẩm, những kết quả đạt được ngày hiện nay chưa phải lớn lao nhưng lại cú một ý nghĩa quan trọng đối với chúng em. Bởi nó đánh giá thành quả trong suốt một thời gian dài học tập tại trường.. Cùng với sản phẩm chúng em đã hoàn thành quển thuyết minh với hy vọng có thể trở thành tài liệu tham khảo cho học sinh, sinh viên nghành kỹ thuật điện. Trong quá trình thực hiện đề tài không thể tránh khỏi thiếu sót. Chúng em rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của thầy và cô và các bạn để đề tài của chúng em ngày một hoàn thiện hơn. Nhóm sinh viên thực hiện.  ĐỀ TÀI MÔN HỌC Giao Viên Hướng Dẫn: Thầy Đỗ công Thắng Nhóm sinh viên thực hiện : 1. NguyÔn V¨n Kh¶i 2.NguyÔn V¨n Linh 3. NguyÔn Quang Huy Khoá học : Ngành đào tạo : Kỹ thuật Điện Tên đề tài: Thiết kế hệ thốngđiều khiển và khống chế động cơ điện không đồng bộ ba pha Có đảo chiều quay. Khởi động qua ba cấp điện trở phụ với thời gian lần lượt là 1s,2s và 1,5s Bảo vệ các sự cố quá tải, ngắn mạch, quá áp Số liệu cho trước: Các trang thiết bị, máy móc. Phần mềm PLC, vi điều khiển…. Tài liệu chuyên môn Nội dung cần hoàn thành: Phân tích, lựa chọn phương án Lý thuyết và các vấn đề liên quan . Phân tích, lựa chọn thiết bị. Lập trình điều khiển và mô phỏng. Sản phẩm của đề tài : Quyển thuyết minh và các bản vẽ , chương trình phần mềm, Folie mô tả đầy đủ nội dung của đề tài, sẩn phẩm. NHẬN XÉT ................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................ CHƯƠNG I: CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN 1.1. Khái niệm chung Khi mở máy các động cơ có công suất trung bình và lớn người ta phải dùng các thiết bị hạn chế dòng khởi động như: Điện trở, điện kháng, máy biến áp tự ngẫu..... 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 thiết bị hạn chế đó ra. Một cách tổng quát ta có sơ đồ mạch động lực, đặc tính tĩnh, đặc tính động của quá trình mở máy động cơ điện 1 chiều, xoay chiều như hình vẽ. 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 ( RP, XP..) và điều khiển quá trình theo mong muốn gọi là tự động khống chế theo nguyên tắc thời gian. Nếu như ta sử dụng các thiết bị đo tốc độ như rơle ly tâm, máy phát tốc để đo tốc độ n1, n2 và tương tự như 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 tương tự ta có phương 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 đường nhất định khi đó người ta sử dụng phương 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 được thời gian để phát tín hiệu cần được chỉnh định dựa theo ngưỡng chuyển đổi của đối tượng. Ví dụ như tốc độ, dòng điện, mô men của mỗi động cơ được tính toán chọn ngưỡng cho thích hợp cho từng hệ thống truyền động điện cụ thể. Những phần tử thụ cảm được thời gian có thể gọi là rơ le thời gian. Nó tạo nên được một khoảng thời gian trễ (duy trì) kể từ lúc có tín hiệu đưa vào (mốc không) đầu vào của nó đến khi nó phát được tín hiệu ra đưa 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, tương ứng là rơ le loại đó,… Bằng giải tích hoặc bằng đồ thị mà người 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 được tính tương đối như sau: t = J là mô men quán tính Mđg1, Mđg2 là mô men động Ví dụ minh hoạ Mạch mở máy động cơ điện một chiều qua hai cấp điện trở phụ trong mạch phần ứng: Hình 2.2 Mạch điều khiển theo nguyên tắc thời gian Trong sơ đồ không giới thiệu cách cấp nguồn nhưng cần phải lưu ý rằng ở mọi chỗ có nguồn đều phải được cấp đầy đủ trước khi vận hành, nhất là cần chú ý đến nguồn kích từ.. Trạng thái ban đầu sau khi cấp nguồn động lực và điều khiển thì rơ le thời gian 1KT được cấp điện mở ngay tiếp điểm thường kín đóng chậm 1KT. Để khởi động ta phải ấn nút mở máy S2 công tắc tơ K1 hút để đóng các tiếp điểm ở mạch động lực, phần ứng động cơ điện được đấu vào lưới điện qua các điện trở phụ khởi động r1, r2. Dòng điên qua các điện trở phụ lớn gây sụt áp trên điện trở r1. Điện áp đó vượt quá mức điện áp hút của rơ le thời gian 2KT làm cho nó hoạt động mở ngay tiếp điểm thừơng đóng đóng chậm 2KT, trên mạch K3 cùng với sự hoạt động của rơle 1KT chúng bảo đảm không cho công tắc tơ K1, K2 có điện trong giai đoạn đầu của quá trình khởi động. Tiếp điểm phụ K1 dóng để tự duy trì cho cuộn hút công tắc tơ K1 khi ta thôi không ấn nút S2 nữa. Tiếp điểm K1 mở ra cắt rơ le thời gian 1KT đưa rơ le thời gian này vào hoạt động để chuẩn bị phất tín hiệu chuyển trạng tháu hoạt động của truyền động điện. Mốc không của thời gian t có thể được xem là thời điểm K1 mở cắt điện 1KT. Thời gian chỉnh định ở mõi cấp điện trở được tính theo công thức : ti= Tci ln Trong đó Tci : hằng số thời gian điên cơ của động cở đặc tính có điện trở phụ ở cấp thứ i Sau khi rơ le thời gian 1RTh nhả, cơ cấu duy trì thời gian sẽ tính thời gian từ gốc không cho đến đạt trị số chỉnh định thì đóng tiếp điểm thường kín đóng chậm 1KT. Lúc này cuộn dây công tắc tơ gia tốc K1 được cấp điên và hoạt động đóng tiếp điểm chính của nó ở mạch động lựcvà cấp điện trở phụ khởi động thứ nhất r1 bị nối ngắn mạch . động cơ sẽ chuyển sang khởi động trên đường đặc tính cơ thứ hai việc ngắn mạch điện trở r1 làm cho rơle thời gian 2KT mất điện và cơ cấu duy trì thời gian của nó cũng sẽ tính thời gian tương tự như đối với rơle 1KT, khi đạt trị số chỉnh định nó sẽ đóng tiếp điểm thường đóng đóng chậm 2KT. Công tắc tơ gia tốc K3 có điện hút tiếp điểm chính K3 ngắn mạch cấp điện trở thứ hai r2 động cơ sẽ chuyển sang tiếp tục khởi động trên đường đặc tính cơ tự nhiên cho đến điểm làm việc ổn định Những yếu tố ảnh hưởng đến nguyên tắc Khi tính toán các đường đặc tính mở máy động cơ thường ta xét ở chế độ định mức. Nhưng thực tế do điện lưới, mô men cản, mô men quán tính và nhiệt độ thay đổi so với tính toán, các yếu tố đó ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính khởi động. 1.2.2 Nguyên tắc khống chế theo tốc độ Nội dung nguyên tắc Để khống chế theo nguyên tắc này ta phải đo được tốc độ động cơ, có thể đo trực tiếp bằng rơle kiểm tra tốc độ, nhưng 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 nhưng 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 thường người ta sử dụng phương pháp đo gián tiếp. + Đối với động cơ điện 1 chiều, đo tốc độ thông qua sđđ phần ứng của động cơ. EĐ= Ke.F.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 trượt. Sơ đồ đặc trưng. Hình 2.4 Theo định luật Kirchhoff 2 ta có: Vòng 1 UG1= Eư + Iư Rư = Ke.f.n2+ Iư Rư Vòng 2 UG2= + Iư( Rư+R2) =Ke.f.n1+ Iư( Rư+R2) Xét trường hợp 1: Khi tốc độ động cơ tăng đến tốc độ n1 nào đó thì UG1= Eư + Iư Rư = Ke.f.n2+ Iư Rư = 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 trường hợp 2: Khi tốc độ động cơ tăng đến tốc độ n2 nào đó thì UG1= Eư + Iư( Rư+R2) = Ke.f.n2+ Iư( Rư+R2) = UG1tđ 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. Nhận xét: + Ưu điểm: Đơn giản, rẻ tiền + Nhược điểm: Khi mô men cản, điện áp lưới 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 2.5 . Trị số của dòng điện mở máy của động cơ dao động giới hạn được xác định từ I2 tới I1, giá trị của dòng điện I1= 2,2¸2,5 dòng Iđm được 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 = (1,8¸2)Iđm được 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 nối tiếp với 1 pha của động cơ xoay chiều. Ví dụ minh hoạ. Hoạt động của sơ đồ: ấn nút S2 công tắc tơ K1 có điện, tiếp điểm K1 đóng duy trì, tiếp điểm K1 mạch 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 nhưng phải đảm bảo yêu cầu như sau: RI có thời gian tác động nhanh hơn RK. Lúc đó tiếp điểm thường đóng RI mở ra trước sau đó tiếp điểm thường 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 đóng lại duy trì và ngắn mạch r1. Động cơ hoạt động ở đường đặc tính tự nhiên. Tiếp điểm thường mở K2 song song với tiếp điểm RI có vai trò không cho K2 mất điện với bất cứ lý do nào sau này (như do quá tải,….) nghĩa là không đưa 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. 1.2.3Nguyên tắc điều khiển 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. Ví dụ minh hoạ: Hình 2.7 1.2.4 Nguyên tắc điều khiển hệ thống truyền động điện kiểu hệ kín. 1.2.5 Sơ đồ khối của hệ thống tự động điều chỉnh Hình 2.8 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 Các bộ điều chỉnh tốc độ, dòng điện (Rn, RI) là bộ phận quan trọng nhất của hệ thống vì nó quyết định chất lượng tĩnh và chất lượng động của hệ thống. Nó có 2 chức năng như sau: Khuếch đại các sai lệch điều khiển nhỏ của hệ thống. Đảm bảo chất lượng và độ chính xác của hệ 1.2.6 Các nguyên tắc điều chỉnh 1.2.6.1 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 thường 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 lượng khác theo yêu cầu của chất lượng tĩnh cũng như chất lượng động đặt ra.Trong trường hợp như vậy ta phải dùng hệ thống điều khiển tự động kiểu hệ kín. Đối với hệ thống sử dụng động cơ điện1 chiều làm việc trong hệ thống truyền động điên kiểu hệ kín thường người 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 người ta thường 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 người ta thường tiến hành lấy một số phản hồi cơ bản sau: Phản hồi âm: Tác động ngược chiều điện áp đặt Phản hồi dương: Tác động cùng chiều với điệ náp đặt. Phản hồi có ngắt: Tín hiệu phản hồi được so sánh với một lượng bên ngoài, nếu nó vượt 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. 1.2.6.2 Khâu phản hồi âm điện áp. Sơ đồ nguyên lý. Hình 2.9 BBĐ có thể sử dụng các bộ biến đổi máy điện, bộ biến đổi van .. 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 lượng 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 phương trình đặc tính cơ. a= R1/R1+R2 ( hệ số phản hồi) Giải hệ phương trình ta được Từ hệ phương trình đặc tính cơ ta vẽ được đặc tính cơ như hình vẽ Dnk Dnh 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+KP) lần. Độ sụt tốc độ (sai lệch tĩnh) trong hệ thống kín sẽ nhỏ hơn trong hệ thống hở là (1+KP) lần. Như vậy phản hồi âm điện áp tạo nên đặc tính Của hệ kín cao hơn so với hệ hở. Nhưng luôn 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. Phản hồi dương dòng điện. Sơ đồ nguyên lý. Hình 2.10 Từ sơ đồ nguyên lý ta viết được phương trình cân bằng sau: Uå =Uđ +b.I.R với b= Rđo/R = Rđo/RP + RĐ n bKP> 1 n0 bKP=1 bKP<1 EP = KP. Uå UĐ = EP - I.RP UĐ =EĐ + I.RĐ EĐ = Ke.f.n Giải hệ ta được: n = Từ phương trình đặc tính cơ ta có đặc tính cơ như hình vẽ. Nhận xét: - Đối với phản hồi dương dòng điện thì điện áp đặt vào hệ hở và hệ kín là như nhau. Mặc dù có hể tạo nên đường đặc tính cơ có độ cứng rất cao ( độ sụt tốc độ Dn% =0 thậm chí Dn%<0). - Hệ thống không có đường đặc tính giới hạn do đó khi sử dụng phả hồi dương 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 dương dòng điện thường được kết hợp với các phản hồi khác mà không sử dụng độc lập. 1.2.6.4 Phản hồi âm tốc độ. Sơ đồ nguyên lý Hình 2.11 Iđm n n0 hở kín TN giới hạn FT là máy phát tốc BBĐ là bộ biến đổi điện hoặc điện tử. Phương trình đặc tính cơ I Kết hợp giải hệ ta được: n = K= KP.KĐ = KP/ Kef ; R= RĐ + RP Từ phương trình đặc tính cơ ta vẽ được đường đặc tính cơ như hình vẽ. Nhận xét: Để cho tốc độ không tải lý tưởng 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+gk) lần. Độ cứng đặc tính cơ của hệ kín cao hơn hệ hở là (1+gk) lần. Đường đặc tính giới hạn Phản hồi âm dòng điện có ngắt a, Khái niệm: Trong quá trình làm việc động cơ phải trải qua các giai đoạn như, quá trình quá độ và phải làm việc ổn điịnh nếu như dòng điện phần ứng vượt 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 đường đặc tính có dạng điển hình gọi là đường đặc tính máy xúc. 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 lượng 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 đường 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 trường hợp đặc tính tĩnh có 3 đoạn như 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 b. Hệ thống điều khiển tự động với khâu phản hồi âm áp và âm dòng có ngắt. Sơ đồ nguyên lý Hình 2.12 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 . 1 1 I < Ing I Phương trình đặc tính cơ Từ sơ đồ ta viết được hệ phương trình sau: Uå=Uđ- aUĐ -bDIRđo.1[DI] EP = KP.Uå UĐ =EP - I.RP UĐ = EP + IRĐ EĐ = Kfn Khi giải hệ ta được phương trình đặc tính cơ. n = Từ phương trình đặc tính cơ ta vẽ được đặc tính cơ như hình vẽ. c, Hệ thống điềukhiển tự động dùng phản hồi âm tốc độ + âm dòng có ngắt. Hình 2.13 I n01 n02 Ing Id n A B C Tương tự như các phần trên dể thành lập phương trình đặc tính cơ, ta viết hệ phương trình câ bằng điện áp của hệ, sau đó giải hệ ta được phương trình đặc tính cơ. n = Một số sơ đồ điều khiển động cơ. Tự động khống chế động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc Hình 2.14 Khởi động trực tiếp động cơ bằng khởi động từ đơn Hình 2.15 Khởi động có đảo chiều động cơ bằng khởi động từ kép Hình 2.16 Khởi động khi có điện trở phụ trong mạch stato Hình 2.17 Điều khiển mở máy bằng đổi nối Y/D theo nguyên tắc thời gian Tự động khống chế động cơ không đồ bộ 3 pha rôto dây quấn Hình 2.18: Điều khiển mở máy theo nguyên tắc thời gian Tự động khống chế động cơ điện một chiều Hình 2.19 Khởi động theo nguyên tắc thời gian, hãm theo nguyên tắc tốc độ CHƯƠNG II:THIẾT BỊ CẦN DÙNG 1.1Áp tô mát: Áptômát là khi cụ điện đóng mạch bằng tay và cắt mạnh tự động khi có sự cố như: quá tải, ngắt mạch, sụt áp... Đôi khi trong kỹ thuật cũng sử dụng áp tô mát đóng cắt không thường xuyên các mạch điện làm việc ở chế độ bình thường. Kết cấu các áptomát rất đa dạng và được chia theo chức năng bảo vệ: áptomát dòng điện cực đại, áp tomát dòng điện cực tiểu, áptomát điện áp thấp, áptomát công suất ngược ... Hình 1.7 trình bày nguyên lý làm việc của áptomát dòng điện cực đại dùng để bảo vệ mạch điện khi quá tải và khi ngắn mạch. Hình 1.8 Ký hiệu của áptomát trên sơ đồ điện Hình 1.7 Aptomát dòng điện cực đại Sau khi đóng bằng tay, áptomát cấp điện cho mạch cần được bảo vệ. Lúc này mấu của các chốt ở đầu cần 4 và đòn 5 móc vào nhau để giữ tiếp điểm động tì vào tiếp điểm tĩnh. Khi dòng điện vượt quá trị số chỉ định của aptomat qua lực căng của lò xo 3, cuộn điện từ 1 nối tiếp với mạch lực sẽ đủ lực, thắng lực cản của lò xo 3 và hút nắm từ động 2, làm cần 4 quay nhả móc chốt. Lò xo 6 kéo rời tiếp điểm động ra khỏi tiếp điểm tĩnh để cắt mạch. Chỉnh định dòng điện cực đại có thể bằng nhiều cách chẳng hạn qua chỉnh lực căng lò xo 3 tăng theo dòng điện cực đại mà aptomat phải cắt. 1.2Nút ấn Nút ấn ( nút bấm, nút điều khiển) dùng để đóng – cắt mạch ở lưới điện hạ áp. Nút ấn thường được dùng để điều khiển các rơle, công tắc tơ, chuyển đổi mạch tín hiệu, bảo vệ ... sử dụng phổ biến nhất là nút ấn trong mạch điều khiển động cơ để mở máy, dừng và đảo chiều quay. Hình 1.10 trình bày kết cấu 1 số nút ấn và kí hiệu của chúng trên bản vẽ điện. Hình 1.10 Nguyên lý cấu tạo và ký hiệu của nút ấn (thường mở, thường đóng, nút bấm kép) Một số loại nút ấn thường đóng dùng trong mạch bảo vệ hoặc mạch dừng còn có chốt khoá, khi bị ấn nút tự giữ trạng thái bị ấn. Muốn xoá trạng thái này, phải xoay nút đi một góc nào đó. 1.3Công tắc tơ Công tắc tơ là khí cụ điện điều khiển từ xa dùng để đóng cắt các mạch điện động lực ở điện áp tới 500V và các dòng điện tới vài trăm, vài nghìn A. Tuỳ theo dòng điện sử dụng, công tác tơ chia ra loại 1 chiều và loại xoay chiều. Phần tử chính của một công tác tơ là cuộn hút điện từ K và hệ thốgn các tiếp điểm. Khi cuộn K có điện, lò xo kéo cần C mở các tiếp điểm động lực (tiếp điểm chính)a,b,c và tiếp điểm phụ 1, đóng tiếp điểm phụ 2. Các tiếp điẻm 1, a,b,c, gọi là tiếp điểm thường mở. Tiếp điểm 2 gọi là tiếp điểm thường đóng. Khi cấp điện cho cuộn K, miếng sắt Fe bị hút, kéo căn lò xo LX và cần C sẽ đóng các tiếp điểm a,b, 1 và mở tiếp điểm 2. Tuỳ theo mục đích sử dụng mà các tiếp điểm được nối vào mạch lực hay mạch điều khiển một cách thích hợp. Hình 1.16 Nguyên lý cấu tạo của một công tắc tơ 1.4.Rơ le: Rơ le là loại khí cụ điện dùng để đóng – cắt mạch điều khiển, hoặc mạch bảo vệ, để liên kết giữa các khối điều khiển khác nhau, thực hiện các thao tác lôgic theo một quá trình công nghệ. Rơ le có rất nhiều loại với các nguyên lý làm việc và chức năng khác nhau. Các rơ le được phân loại theo một số cách như sau: Theo nguyên lý làm việc có: Rơ le điện từ, rơ le từ điện, rơ le điện động, rơ le cảm ứng, rơ le nhiệt, rơle quang, rơ le điện tử... Theo đại lượng điện đầu vào có: Rơle dòng điện, rơ le điện áp, rơ le công suất, rơ le tổng trở, rơ le tần số, rơle lệch pha... Theo đòn điện có rơle một chiều, rơle xoay chiều Theo nguyên lý tác động của cơ cấu chấp hành có: rơle tiếp điểm và rơle không tiếp điểm Theo trị số và chiều đại lượng đầu vào có: rơle cực đại, rơle cực tiểu, rơle sai lệch, rơle hướng... Theo cách mắc có cầu thu(một cuộn hút trong rơle điện từ) vào mạch, rơ le được chia ra: rơle sơ cấp (cơ cấu thu nối thẳng vào mạch)và rơle thứ cấp (cơ cấu thu nối vào mạch qua biến áp,biến dòng hay điện trở). 1.4.1Rơle điện từ Rơle điện tử là loại rơle đơn giản nhất và dùng rộng rãi nhất. Rơle làm việc dựa trên nguyên lý điện từ và kết cấu, nó tương tự như công tắc tơ nhưng chỉ đóng, cắt mạch điện điều khiển, không trực tiếp dùng trong mạch lực. Hình 1.17a trình bày nguyên lý kết cấu một rơle điện từ một chiều kiểu bản lề. Cuộn nam châm điện 1 quấn quanh lõi sắt 2. Hai đầu dây cuộn 1 nối ra hai chấu cắm 8. Nắp từ động 3 được lò xo 4 kéo bật lên để tiếp điểm động 5 (tiếp điểm chung COM) tỳ vào tiếp điểm tĩnh 6 thành tiếp điểm thường kín NC, còn tiếp điểm tĩnh 7 bị hở mạch (tiếp điểm thường mở NO). Khi cuộn điện từ được cấp điện, nó sẽ hút nắp từ động và tiếp điểm NO được nối với tiếp điểm COM, tiếp điểm NC bị ngắt khỏi tiếp điểm COM. Hình 1.17 Nguyên lý kết cấu của rơle điện từ Hình 1.17b là nguyên lý làm việc của một rơle điện từ dạng piston với tiếp điểm động dạng bán cầu 2. Cuộn hút rơle 1 là xoay chiều. Qua cách làm việc của rơle điện từ, ta có thể thấy một rơle có 3 phần chính: cơ cấu thu, cơ cấu trung gian và cơ cấu chấp hành. Cuộn hút điện từ là cơ cấu thu vì nó tiếp nhận tín hiệu đầu vào (dòng điện, điện áp) và khi đạt một giá trị xá định nào đó thì rơle tác động. Mạch từ là cơ cấu trung gian vì nó giúp tạo lực hút của cuộn nam châm (cuộn điện từ). Khi cuộn dây này có điện và so sánh với lực đặt trước bở lò xo phản hồi để hút và truyền kết quả tác động tới cơ cấu chấp hành. Hệ thống tiếp điểm là cơ cấu chấp hành vì nó truyền tín hiệu cho mạch điều khiển. Y Y2 Y1 X1=Xnh X2=Xtđ X 0 Quan hệ giữa đầu vào và đầu ra: khi tín hiệu đầu vào là X (dòng điện, điện áp) đạt tới một giá trị tác động X = X2 = Xtđ(tác động = hút) thì rơle hút vì lực điện từ thắng lực lò xo và đại lượng đầu ra Y ( điện áp, dòng điện tăng đột biến từ Y1 lên Y2 do tiếp điểm cơ cấu chấp hành đóng). Sau đó , có tăng lượng nào X>X2 thì Y2 vẫn giữ nguyên. Khi giảm tín hiệu vào dến X = Xtđ thì rơle vẫn hút do lực từ vẫn lớn hơn lực lò xo. Tới một giá trị X1 = Xnhả < Xtđ thì lực lò xo phản hồi thắng lực hút điện từ, cuộn hút rơle nhả, mở tiếp điểm để cắt mạch. Tín hiệu ra giảm từ Y2 về Y1 sau đó X tiếp tục giảm X < X1 thì Y vẫn giữ giá trị không đổi là Y1. Hình 1.18 Đặc tính quan hệ vào ra của rơle Hệ số nhả của rơle là tỷ số Đối với rơle cực đại: Knh < 1 Đối với rơle cực tiểu: Knh > 1 Rơle làm việc càng chính xác khi: Knh ® 1 Tỷ số giữa công suất điều khiển Pdk của rơle (công suất của mạnh và tiếp điểm rơle đóng cắt) và công suất tác động Ptđ (công suất cần cấp cho cuộn điện từ để nó hút) gọi là hệ số điều khiển (hay hệ số khuếch đại). Hệ số Kđk càng lớn thì rơle càng nhạy. Các loại rơle khác nhau thì có các hệ số Knh, Kđk khác nhau. Thời gian kể từ lúc đầu vào của rơle được cấp tín hiệu cho đến lúc cơ cấu chấp hành tác động gọi là thời gian tác động ttđ. Với rơle điện từ, đó là thời gian tính từ lúc cuộn hút được cấp điện cho đến khi tiếp điểm thường mở đóng lại hoàn toàn hoặc tiếp điểm thường đóng mở ra hoàn toàn. Tuỳ theo thời gian tác động ttđ (còn gọi là thời gian trễ) mà rơle được chia ra: Rơle không quán tính ttđ<1ms Rơle tác động nhanh: ttđ = (1- 100)ms Rơle thời gian: ttđ>100ms Hình 1.19 Dạng chung của rơle trung gian 1.4.2. Rơle dòng điện và rơle điện áp. a) Rơle dòng điện dùng bảo vệ hoặc khống chế mạch điện khi dòng điện trong mạch vượt quá hay giảm dưới một trị số nào đó đã được chỉnh định trong rơle (dòng điện đặt). Cấu tạo của một rơle dòng điện được trình bày trên hình 1.20. Mạch từ 1 được quấn cuộn dây dòng điện 2 có nhiều đầu ra. Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây 2, từ trường sẽ tác dụng một từ lực lên nắp từ động làm bằng miếng sắt hình chữ Z. Nếu dòng điện vượt quá giá trị chỉnh định thì từ lực đủ lớn thắng lực cản lò xo 4, hút nắp từ động chữ Z quay và đóng (hoặc mở) hệ tiếp điểm. Rơle dòng điện loại này thường dùng để bảo vệ dòng điện cực đại. Cuộn dây rơle dòng điện mắc nối tiếp với mạch cần bảo vệ. b) Rơle điện áp dùng để bảo vệ hoặc khống chế các thiết bị điện khi điện áp đặt vào cuộn hút của Rơle tăng quá hoặc giảm quá mức quy định. Nguyên lý cấu tạo của rơle điện áp tương tự như rơle dòng điện. Chỉ khác nhau là cuộn dây dòng điện ít vòng, tiết diện to trong rơle dòng điện được thay bằng cuộn dây điện áp nhiều vòng, tiết diện dây nhỏ. Hình 1.20 Nguyên lý cấu tạo của rơle dòng cực đại Cuộn điện áp được mắc song song với mạch cần bảo vệ. Rơle điện áp được chia ra 2 loại theo nhiệm vụ bảo vệ: Rơle điện áp cực đại: Nắp từ động không quay ở điện áp bình thường, khi điện áp tăng quá mức, lực từ thắng lực cản lò xo và nắp từ động sẽ quay, rơle tác động. Rơle điện áp cực tiểu: Nắp từ động không quay ở điện áp bình thường. Khi điện áp giảm quá mức, lực lò xo thắng lực từ, nắp từ động sẽ quay ngược và rơle tác động. 1.4.3. Rơle thời gian. Rơle thời gian là rơle tạo trễ đầu ra nghĩa là khi đầu vào có tín hiệu điều khiển thì sau một thời gian nào đó đầu ra mới tác động (tiếp điểm rơle mới đóng hoặc mở). Thời gian trễ có thể từ vài phần giây đến hàng giờ hoặc hơn nữa. Rơle thời gian có nhiều loại, nhiều kiểu khác nhau dùng cả ở mạch một chiều lẫn xoay chiều. Rơle thời gian kiểu điện từ: Dùng ở mạch một chiều và thường để duy trì thời gian nhả chậm nắp từ động tới 3s. Rơle thời gian kiểu thủy lực: Dùng cho cả cuộn hút một chiều và xoay chiều. Hình 1.21 Rơle thời gian kiểu điện từ Hình 1.22 Rơle thời gian kiểu thuỷ lực 1.4.4. Rơle tốc độ. a, Rơ le tốc độ kiểu li tâm 1. Trục quay; 2. Quả văng 3. Lò xo; 4. Giá tiếp điểm 5, 6. Tiếp điểm NO, NC b, Rơle tốc độ kiểu cảm ứng 1. Trục quay; 2. Nam châm vĩnh cửu 3. Lồng sóc; 4. Lõi thép Stato 5. Cần tác động; 6. Các tiếp điểm Hình 1.23. Rơ le tốc độ 2.1. Các khâu bảo vệ điển hình 2.1.1Ý nghĩa cuả việc bảo vệ. Trong quá trình vận hành hệ thống điện có thể có tác động ngẫu nhiên hay do chủ quan của nhân viên vận hành dẫn đến những sự cố hoặc chế độ làm việc xấu, nếu không được loại bỏ kịp thời thì dẫn đến hư hỏng máy móc, thiết bị gây rối loạn quá trình sản xuất, hoặc thậm chí có thể gây nguy hiểm cho tính mạng con người. Vì vậy bảo vệ trong hệ thống điện là không thể thiếu và nó có nhiệm vụ đề phòng, loại trừ sự cố và chế độ làm việc xấu, đảm bảo vận hành an toàn cho người và thiết bị. 2.1.2. Khâu bảo vệ ngắn mạch Trong hệ thống điều khiển tự động – truyền động điện bất kỳ là ngắn mạch 1 pha hay 3 pha đều rất nguy hiểm và bảo vệ cần cắt nhanh hệ thống ra khỏi lưới điện. Bảo vệ ngắn mạch có thể thực hiện bằng cầu chì, rơle dòng điện cực đại, tác động nhanh và áptomát. 2.1.3 Bảo vệ ngắn mạch bằng Aptomat: Thay cho cầu chì ta có Aptomat bảo vệ hoàn thiện hơn, đóng cắt tin cậy hơn, việc đóng lại Aptomat đã đóng cắt cũng rất dễ dàng. Aptomat chia làm 3 loại: - Aptomat vạn năng dùng để bảo vệ khi quá tải, ngắn mạch (bảo vệ cực đại) khi quá tải ngắn mạch và mất điện áp. Loại Aptomat này bảo vệ chắc chắn nhưng giá thành cao và kích thước lớn nên ít sử dụng. - Aptomat chuyên dùng: Đó là những Aptomat có công dụng đặc biệt: dùng để đóng cắt từ xa không thường xuyên và tự động cắt khi quá tải, dùng cho lưới điện 1 chiều điện áp đến 750V và dòng 6000A (kiểu AB – 45 – 1/6000). - Aptomat diệt từ trường dùng để bảo vệ khi ngắn mạch, các Aptomat tác động nhanh có thời gian cắt 0,015, dùng để bảo vệ quá tải, nm và dòng điện ngược, đặc biệt nó có khả năng ngắt dòng ngắn mạch trước khi nó đạt được trị số cực đại. - Aptomat chỉnh định: Loại này được dùng bảo vệ các mạch điện tránh quá tải và ngắn mạch, nó tương đối rẻ và kích thước bé so với vạn năng. Việc dùng Aptomat này thay cho cầu dao để đóng cắt, chỉ được phép khi số lần đóng cắt ít vì hệ thống cơ khí phức tạp và tuổi thọ của nó được tính bằng số lần đóng cắt. Tuổi thọ Aptomat cao: VD loại A3160 có khoảng 5000 ¸ 20.000 lần đóng cắt ở dòng điện xoay chiều, 5000 ¸ 10.000 lần ở dòng điện một chiều. Icđ = 1,2Ikđ; Ikđ - dòng khởi động động cơ. Động cơ Rôto lồng sóc Icđ = 1,3Ikđ 2.1.4. Bảo vệ ngắn mạch = rơle dòng cực đại tác động nhanh, cắt tức thời khi có dòng nm 2.1.4.1. Bảo vệ quá tải lâu dài (hay bảo vệ nhiệt) Quá tải lâu dài vượt trị số cho phép sẽ gây nên phát nóng làm nhiệt độ của dây quấn máy điện vượt quá trị số cho phép đối với cách điện của nó sẽ dân đến cháy máy điện . Để bảo vệ máy điện có thể dùng loại Aptomat chỉnh định có cơ cấu nhả hỗn hợp hoặc dùng Rơle nhiệt. Rơle nhiệt không nhạy đối với các quá tải ngắn hạn và khởi động vì phần tử thu cảm của Rơle có quán tính nhiệt , thời gian châm của nó tỷ lệ nghịch với dòng điện quá tải. Cũng do có quán tính nhiệt nên nó không bảo vệ quá tải được. Phần tử đốt nóng của Rơle nhiệt thường được mắc vào 2 pha của hệ thống 3 pha và trên 1 hoặc 2 cực của động cơ điện một chiểu. Tiếp điểm của Rơle nhiệt là loại tiếp điểm không tự phục hồi nên sau khi nó tác động thì phải ấn nút phục hồi. Khi dùng Rơle nhiệt cần phải chú ý sao bảo đảm đặc tính nhiệt của Rơle trùng với đặc tính nhiệt động cơ được bảo vệ. Chương III: Một số phương pháp hãm động cơ 3.1 Hãm ngược a) Hãm ngược nhờ đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng Động cơ KĐB rôto dây quấn truyền động cho cơ cấu nâng-hạ của một của một cầu trục, đang làm việc nâng tải tại điểm A trên đặc tính cơ 1 ở góc phần tư thứ I với mômen cản MC và tốc độ quay nâng ựA (các tiếp điểm K đóng). Để dừng và hạ vật xuống, ta đưa điện trở RP đủ lớn vào mạch phần ứng (các tiếp điểm K mở ra), động cơ chuyển sang làm việc tại điểm B trên đặc tính có điện trở 2 cùng với tốc độ ựA. Mômen của động cơ giảm xuống (MB < MC) nên tốc độ động cơ giảm. Lúc này vật P vẫn được nâng lên nhưng với tốc độ nâng nhỏ dần. Tới điểm D thì ự = 0 và vật dừng lại nhưng vì mômen động cơ nhỏ hơn mômen cản (MD < MC) nên vật bắt đầu tụt xuống. Động cơ đảo chiều quay (ự < 0). Động cơ bắt đầu làm việc ở trạng thái hãm ngược (tốc độ âm đi xuống, mômen dương có xu hướng kéo vật P đi lên). b)Hãm ngược bằng cách đảo chiều từ trường stato: Động cơ đang làm việc ở điểm A, ta đổi chiều từ trường stato (đảo 2 trong 3 pha stato động cơ, hay đảo thứ tạ pha điện áp stato), hình 2-38. Đặc tính hãm ng−ợc nằm ở góc phần t− thứ IV. Điểm làm việc hãm của động cơ chuyển theo đặc tính hãm từ D đến E. Tại đây MĐ = ME = MC, động cơ quay đều, hãm ghìm vật để hạ vật xuống đều với tốc độ ωE. Hãm ngược nhờ đảo chiều quay Động cơ điện KĐB rôto dây quấn đang làm việc với tải có mômen cản phản kháng tại điểm A trên đường đặc tính cơ 1, sơ đồ nối dây như hình vẽ. Để hãm máy, ta đổi thứ tự hai pha bất kỳ trong 3 pha cấp cho stato để đảo chiều quay động cơ. Động cơ chuyển điểm làm việc từ A trên đặc tính 1 sang điểm B' trên đặc tính 2. Do quán tính của hệ cơ, động cơ coi như giữ nguyên tốc độ ựA khi chuyển đặc tính. Quá trình hãm ngược bắt đầu. Khi tốc độ động cơ giảm theo đặc tính hãm 2 tới điểm D' thì ự = 0. Lúc này, nếu cắt điện thì động cơ sẽ dừng. Đoạn hãm ngược là B'D'. Nễu không cắt điện thì nh− trường hợp ở hình 2.82a, động cơ có MD' > MC nên động cơ bắt đầu tăng tốc, mở máy chạy ngược theo đặc tính cơ 2 và làm việc ổn định tại điểm E' với tốc độ ựE' theo chiều ngược. Khi động cơ hãm ngược theo đặc tính 2, điểm B' có mômen nhỏ nên tác dụng hãm không hiệu quả. Thực tế phải tăng cường mômen hãm ban đầu (Mhãm ≈ 2,5Mđm) nhờ vừa đảo chiều từ trường quay của stato, vừa đưa thêm điện trở phụ đủ lớn vào mạch rôto. Động cơ sẽ hãm ngược theo đặc tính 3 (đoạn BD). Tới D mà cắt điện thì động cơ sẽ dừng. Nếu không cắt điện, động cơ sẽ tăng tốc theo chiều ngược lại và làm việc tại điểm E với tốc độ ựE < ựE'. Nếu lúc này lại cắt điện trở phụ RP thì động cơ sẽ chuyển sang làm việc trên đặc tính 2 tại điểm F và tăng tốc tới điểm E'. 3.2 Hãm động năng: Có hai trường hợp hãm động năng động cơ ĐK: a) Hãm động năng kích từ độc lập (HĐN KTĐL): Động cơ đang làm việc với lưới điện (điểm A), khi cắt stato động cơ ĐK ra khỏi lưới điện và đóng vào nguồn một chiều (U1c) độc lập như sơ đồ hình 2-39a. Do động năng tích lũy trong động cơ, cho nên động cơ vẫn quay và nó làm việc như một máy phát cực ẩn có tốc độ và tần số thay đổi, và phụ tải của nó là điện trở mạch rôto. Khi cắt stato khỏi nguồn xoay chiều rồi đóng vào nguồn một chiều thì dòng một chiều này sẽ sinh ra một từ trường đứng yên ? so với stato như hình 2-39b. Rôto động cơ do quán tính vẫn quay theo chiều cũ nên các thanh dẫn rôto sẽ cắt từ trường đứng yên, do đó xuất hiện trong chúng một sức điện động e2. Vì rôto kín mạch nên e2 lại sinh ra i2 cùng chiều. Chiều của e2 và i2 xác định theo qui tắc bàn tay phải: “+” khi e2 có chiều đi vào và “•” là đi ra. Tương tác giữa dòng i2 và ? tạo nên sức từ động F có chiều xác định theo qui tắc bàn tay trái (hình 2-39b). Chú ý rằng, trong trường hợp hãm ngược vì: Lực F sinh ra mômen hãm Mh có chiều ngược với chiều quay của rôto ? làm cho rôto quay chậm lai và sức điện động e2 cũng giảm dần. * Để thành lập phương trình đặc tính cơ của động cơ ĐK khi hãm động năng ta thay thế một cách đẳng trị chế độ máy phát đồng bộ có tần số thay đổi bằng chế độ động cơ không đồng bộ. Nghĩa là cuộn dây stato thực tế đấu vào nguồn một chiều nhưng ta coi như đấu vào nguồn xoay chiều. Điều kiện đẳng trị ở đây là sức từ động do dòng điện một chiều (Fmc) và dòng điện xoay chiều đẳng trị (F1) sinh ra là như nhau 3.3 Mở máy động cơ điện không đồng bộ Khi đóng điện trực tiếp vào động cơ KĐB để mở máy thì lúc đầu roto chưa quay,độ trượt lớn(s=1)nên s.đ.đ cảm wungs và dòng điện cảm ứng lớn. H×nh 2.32 - §Æc tÝnh ®éng c¬ K§B khi më m¸y trùc tiÕp. Tuy dòng điện lớn nhưg mômen mở máy lại nhỏ: Mmm = (0,5-1,5)Mđm. Do vậy cần phải có biện pháp mở máy. Trường hợp động cơ có công suất nhỏ thì có thể mở máy trực tiếp. Động cơ mở máy theo đặc tính tự nhiên với mômen mở máy nhỏ. Những động cơ không mở máy trực tiếp thì có thể thực hiện một trong các phương pháp mở máy gián tiếp sau. 3.4 Phương pháp dùng điện trở mở máy ở mạch roto Phương pháp này dùng để khởi động cho động cơ rôt dây quấn vì điện trở ở mạch ngoài mắc nối tiếp với cuộn dây starto. Hình 2.33:trình bầy một sơ đồ mở máy qua 3 cấp điện trở phụ R1,R2,R3 ở cả 3 pha roto.Đây là sơ đồ mở náy với các điện trở rôto đối xứng. Lúc bắt đầu mở máy, các tiếp điểm công tắc tơ K1, K2, K3 đều mở, cuộn dây rotor được nối với cả 3 cấp điện trở phụ (R1+R2+R3) nên đ−ờng đặc tính cơ là đường 1. Tới điểm b, tốc độ động cơ đạt ựb và mômen giảm còn M2, các tiếp điểm K1 đóng lại, cắt các điện trở phụ R1 ra khỏi mạch rotor. Động cơ đ−ợc tiếp tục mở máy với điện trở phụ (R2+R3) trong mạch rotor và chuyển sang làm việc tại điểm c trên đặc tính 2 ít dốc hơn. Mômen tăng từ M2 lên M1 và tốc độ động cơ lại tiếp tục tăng. Động cơ làm việc trên đường đặc tính 2 từ c đến d. Lúc này, các tiếp điểm K2 đóng lại, nối tắt các điện trở R2. Động cơ chuyển sang mở máy với điện trở R3 trong mạch rotor trên đặc tính 3 tại điểm e và tiếp tục tăng tốc tới điểm f. Lúc này các tiếp điểm K3 đóng lại, điện trở R3 trong mạch rotor bị loại. Động cơ chuyển sang làm việc trên đặc tính tự nhiên tại g và tăng tốc đến điểm làm việc A ứng với mômen cản MC. Quá trình mở máy kết thúc. Để đảm bảo quá trình mở máy như đã xét sao cho các điểm chuyển đặc tính ứng với cùng một mômen M2, M1 thì các điện trở phụ tham gia vào mạch rotor lúc mở máy phải đ−ợc tính chọn cẩn thận theo phương pháp riêng. Ngoài sơ đồ mở máy với điện trở đối xứng ở mạch rotor, trong thực tế còn dùng sơ đồ mở máy với điện trở không đối xứng ở mạch rotor, nghĩa là điện trở mở máy đ−ợc cắt giảm không đều trong các pha rotor khi mở máy. 3.5: Phương pháp mở máy với điện trở hoặc điện kháng nối tiếp trong mạch stator. Ph−ơng pháp này dùng điện trở hoặc điện kháng mắc nối tiếp với mạch stator lúc mở máy và có thể áp dụng cho cả động cơ rotor lồng sóc lẫn rotor dây quấn. Do có điện trở hoặc điện kháng nối tiếp nên dòng mở máy của động cơ giảm đi, nằm trong giá trị cho phép. Mômen mở máy của động cơ cũng giảm. Thời điểm ban đầu của quá trình mở máy, các tiếp điểm K2 đóng lại (các tiếp điểm K1 mở) để điện trở (hình a) hoặc điện kháng (hình b) tham gia vào mạch stator nhằm hạn chế dòng điện mở máy. Khi tốc độ động cơ đã tăng đến một mức nào đó (tuỳ hệ truyền động) thì các tiếp điểm K1 đóng lại, K2 mở ra để loại điện trở hoặc điện kháng ra khỏi mạch stator. Động cơ tăng tốc đến tốc độ làm việc. Quá trình mở máy kết thúc. Sơ đồ hình 2.34 ở trên là mở máy với 1 cấp điện trở hoặc điện kháng ở mạch stator. Có thể mở máy với nhiều cấp điện trở hoặc điện kháng khi công suất động cơ lớn. 3.6 Phương pháp mở máy dùng máy biến áp tự ngẫu Ph−ơng pháp này được sử dụng để đặt một điện áp thấp cho động cơ khi mở máy. Do vậy, dòng điện của động cơ khi mở máy giảm đi. Các tiếp điểm K' đóng, K mở lúc mở máy. Khi K' mở, K đóng thì quá trình mở máy kết thúc. Phương pháp mở máy dùng cuộn kháng X và máy biến áp tự ngẫu thích hợp cho việc mở máy các động cơ cao áp. ~3 3.7 Đảo chiêu động cơ không đồng bộ Để đảo chiều động cơ KDB,ta cần đảo chiều quay của từ trường do starto tạo ra.Muốn vậy chỉ cần đảo chiều hai pha bất kỳ trong ba pha nguồn cấp cho starto.Đặc tính cơ khi đảo chiều quay nằm ở góc phần tư thứ III Sơ đồ đảo chiều quay động cơ KĐB và đặc tính cơ khi đảo chiều quay 4.thiết kế mạch Mạch động lực Sơ đồ điều khiển Nguyên lý làm việc: Mở may:cấp nguồn cho mạch đóng ap. Quay thuận. ấn S2 (7;9)àcông tắc tơ K1 (11;0) có điện,tiếp điển thường mở K1 (7;9),(5,19)đóng lại duy trì đèn sáng, rơle thời gian KT1 (27;0)có điện, tiếp điểm thường đóng K1(15;17) mở ra khóa chéo sư làm viêc của K2(17;0).Đồng thời các tiếp điểm bên mạch động lực K1(2;8)(4;10)(6;12).đống cấp nguồn cho động cơ M3~ khởi động qua hai cấp điện trở phụ.sau khoảng thời gian chỉnh định KT1(27;0)tác động tiếp điểm thường mở đóng chậm KT1 (23;25) đóng công tắc tơ K3 (25;0) có điện,tiếp điểm thường mở K3 (23;25) đóng lại duy trì,role thời gian KT2 (25;0)có điện,tiếp điểm thường đóng K3(19;27)mở ra cắt điện KT1 (27;0). Đồng thời các tiếp điểm bên mạch động lực K3 (20;26) (22;26) (24;26) đóng loại điện trở R1.sau khoảng thời gian chỉnh định K2T (25;0) tác động tiếp điểm thường mở dóng chậm K2T (19;21 ) đóng công tắc tơ K4 ( 21;0 ) có điện , tiếp điểm thường mở K4 ( 19;21 ) đóng duy trì, tiếp điểm thường đóng K4 ( 19 ; 23 ) mở ra cắt nguồn công tắc tơ K3 ( 25;0 ) và K2T (25 ; 0 ) đồng thời các tiếp điểm mạch động lực K4 ( 28 ;34 ) , ( 30;34 ) , ( 32;34 ) đóng loại điện trở R2 đưa động cơ M làm việc binh thường . Quay ngươc : tương tự quay thuận ấn dừng máy ấn S1 ( 7 ,9 ) => công tắc tơ K2 ( 19;0 ) có điện .đèn H2 sang. Dừng máy : Muốn dừng máy ấn S ( 3;5 ) ngắt điện toàn mạch điều khiển , động cơ dừng hoạt động . kết thúc quá trình làm việc ta ngắt AP1 , AP2 Thiết lập bảo vệ : Khi xảy ra quá tải , role nhiệt F2 tá động , tiếp điêm thường đóng F2 (1;3) mở ra ngắt mạch điều khiển , tiếp điểm thường mở F2 ( 1;29 ) đóng lại , đèn H3 sáng báo hiệu sự cố . KẾT LUẬN Với chúng em sinh viên học nghành kỹ thuật điện với những công viêc như lắp đặt và điều khiển điên trong công nghiệp.thì đây là một đề tài rất bổ ích và sát với thực tế. Với đề tài này chúng em có thể biết thêm phần nào về khả năng tự thiết kế mạch tùy từng trường hợp yêu câu. Đây cũng là cơ hội để chúng em áp dụng những kiến thức đã được hoc trên lớp và dánh giá quá trình đó,ngoài ra còn là dịp để chúng em nâng cao tay nghề. Trong quá trình thực hiện đề tài với vốn kiến thức it ỏi chúng em đã nhận được sự chỉ bảo tận tình của thầy Đỗ Công Thắng để đưa ra các phương án tối ưu nhất. Trong quá trình thiết kế và hoàn thiện sản phẩm với vốn kiến thức ít ỏi chúng em vẫn còn nhiều thiếu sót mong nhận được những ý kiến nhận sét và đóng góp của thầy cô và các bạn để đề tài hoàn thiện hơn. Ngày……Tháng…….Năm 2010. Nhóm sinh viên. MỤC LỤC Chương I : Khái niệm. Các nguyên tắc điều khieenrr hệ thống truyền động điện kiểu hở. Nguyên tắc điều khiển theo thời gian Nguyên tắc khống chế theo tốc độ. Nguyên tắc điều khiển theo hành trình. Nguyên tắc điều khiển hệ thống truyền động điện kín Sơ đồ khối của hệ thống tự động điều chỉnh. Các nguyên tắc điều khiển. Khái niệm chung. Khâu phản hồi điện áp. Phản hồi dương dòng điện Phản hồi âm tốc độ. Phản hồi âm dòng điện có ngắt Một số sơ đồ điều khiển động cơ 1.3.1 Tự động khống chế động cơ KĐB roto lồng sóc Chương II : 2.1 Áptômát 2.2 Nút ấn 2.3 Rơle 2.3.1 Rơle điện từ 2.3.2 Rơle dòng điện và rơle điện áp 2.3.3 Rơle thời gian 2.3.4 Rơle tốc độ 2.4 Các khâu bảo vệ điển hình. 2.4.1 Ý nghĩa của việc bảo vệ 2.4.2 Khâu bảo vệ ngắn mạch 2.4.3 Bảo vệ ngắn mạch bằng áptomat 2.4.4 Bảo vệ ngắn mạch bằng Rơle cực đại tác động nhanh 2.4.5 Bảo vệ quá tải lâu dài. Chương III : một số phương pháp hãm và mở máy động cơ 3.1 Hãm ngược. 3.2 Hãm động năng 3.3 Mở máy động cơ KĐB 3 pha 3.4 Phương pháp dùng điện trở mở máy mạch roto 3.5 Phương pháp mở máy với điện trở hoặc điện kháng nối tiếp trong mạch stator. 3.6 Phương pháp mở máy dùng máy biến áp tự ngẫu 3.7 Đảo chiêu động cơ không đồng bộ