SVTH Hoàng Phi Quang Đồ án tốt nghiệp GVHD Võ Thị Ngọc 1 LỜI CẢM ƠN Qua một thời gian tìm hiểu và thực hiện đề tài “Thiết kế chế tạo tủ điện điều khiển mở máy và hãm động cơ không đồng bộ 3 pha” đã ho.
Sơ lược về cấu tạo của động cơ không đồng bộ
Tổng quan về ứng dụng của máy điện không đồng bộ:
Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, trong đó tốc độ quay của rotor n khác với tốc độ quay của từ trường n1 Giống như các máy điện quay khác, máy điện không đồng bộ có tính thuận nghịch, cho phép nó hoạt động như một động cơ điện hoặc một máy phát điện.
Máy phát điện không đồng bộ thường có hiệu suất làm việc kém hơn so với máy phát điện đồng bộ, do đó ít được ưa chuộng hơn Tuy nhiên, động cơ điện không đồng bộ lại có cấu tạo và vận hành đơn giản, giá thành thấp và độ tin cậy cao, nên được sử dụng phổ biến trong sản xuất và đời sống hàng ngày.
Máy điện không đồng bộ là nguồn động lực phổ biến trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, bao gồm máy cán thép loại vừa và nhỏ, máy công cụ cho các nhà máy công nghiệp nhẹ, máy tời và quạt gió trong hầm mỏ Trong nông nghiệp, máy này thường được sử dụng cho máy bơm nước và các máy gia công nông sản Ngoài ra, trong đời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ cũng đóng vai trò quan trọng, được sử dụng trong các thiết bị như quạt gió, máy quay đĩa và động cơ trong tụ lạnh.
Sự phát triển của sản xuất điện khí hóa và tự động hóa, cùng với các thiết bị sinh hoạt hàng ngày, đã mở rộng đáng kể phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ.
Mặc dù động cơ không đồng bộ có nhiều ưu điểm, nhưng nó cũng tồn tại một số nhược điểm như hệ số cosφ thấp và khả năng điều chỉnh tốc độ không tốt Do đó, ứng dụng của loại động cơ này trong các lĩnh vực yêu cầu khả năng điều chỉnh tốc độ cao bị hạn chế.
Máy điện không đồng bộ có khả năng hoạt động như máy phát điện, tuy nhiên, điện áp đầu ra của nó không đạt chất lượng tốt như máy phát điện đồng bộ Vì lý do này, việc sử dụng máy điện không đồng bộ làm máy phát điện hầu như không phổ biến.
Phân loại
2.2.1 Theo kết cấu của vỏ động cơ
Máy điện không đồng bộ được phân loại thành nhiều loại, bao gồm kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu kín và kiểu phòng nổ Trong đó, kiểu hở không được trang bị các biện pháp bảo vệ để ngăn chặn sự tiếp xúc ngẫu nhiên giữa các bộ phận quay và bộ phận mang điện, cũng như không có thiết bị bảo vệ chống lại các vật thể bên ngoài rơi vào máy.
Theo tiêu chuẩn bảo vệ, loại IP00 được thiết kế để tự làm nguội, thường được sử dụng trong nhà và cần có người trông coi, hạn chế tiếp cận từ bên ngoài Loại này cũng có khả năng bảo vệ chống tiếp xúc ngẫu nhiên với các bộ phận quay hoặc mang điện, thường áp dụng kiểu tự thông gió.
Theo tiêu chuẩn bảo vệ, kiểu này được phân loại từ IP11 đến IP33 Kiểu kín là loại mà không gian bên trong thiết bị được tách biệt hoàn toàn với môi trường bên ngoài.
Cấp bảo vệ thiết bị được xác định từ IP44 trở lên, tùy thuộc vào mức độ kín Thiết kế kín thường có khả năng thông gió tự nhiên qua bề mặt vỏ hoặc thông gió độc lập thông qua hệ thống ống dẫn khí Loại thiết bị này thường được sử dụng trong các môi trường ẩm ướt và nhiều bụi.
2.2.2 Theo kết cấu của rotor
Máy điện không đồng bộ được chia thành hai loại dựa trên cấu trúc rotor: rotor kiểu dây quấn và rotor kiểu lồng sóc Rotor kiểu dây quấn thường được sử dụng cho tải lớn và cần điều chỉnh tốc độ, trong khi rotor lồng sóc phù hợp cho tải trung bình và nhỏ với khả năng khởi động trực tiếp Động cơ rotor lồng sóc là loại phổ biến nhất nhờ giá thành hợp lý, vận hành đơn giản và ổn định Khi tải thay đổi từ thông đến định mức, tốc độ quay của động cơ này giảm khoảng 2% - 5%, và chúng có momen khởi động khá lớn.
Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm nó cũng có các nhược điểm sau:
- Khó điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phẳng trong phạm vi rộng
- Dòng điện mở máy từ lưới lớn, bằng từ 5-7 lần Iđm
Để khắc phục nhược điểm của hệ số công suất thấp, các kỹ sư đã phát triển động cơ rotor lồng sóc nhiều tốc độ và sử dụng rotor rãnh sâu lồng sóc kép Những cải tiến này giúp giảm dòng khởi động và tăng cường momen khởi động cho động cơ.
2.2.3 Theo số pha trên dây quấn stator:
Theo số pha trên dây quấn stator của máy điện không đồng bộ thì ta có thể chia ra thành các loại: 1 pha, 2 pha và 3 pha.
Cấu tạo chung
Máy điện không đồng bộ có cấu tạo chung gồm 2 phần chính:
Máy điện không đồng bộ 3 pha bao gồm hai bộ phận chính là rotor và stato, cùng với vỏ máy và nắp máy Hình ảnh cắt ngang cho thấy rõ cấu trúc của các lá thép trong stato và rotor.
Hình 1.2 Cấu tạo máy điện không đồng bộ ba pha a Kiểu lồng sóc b Kiểu dây quấn
Hình 1.3 Ký hiệu của động cơ không đồng bộ ba pha
Trên stator có vỏ, lõi sắt và dây quấn a) Vỏ máy:
Vỏ máy có vai trò quan trọng trong việc cố định lõi sắt và dây quấn, nhưng không đảm nhiệm chức năng dẫn từ Thông thường, vỏ máy được chế tạo từ chất liệu gang, và hình dạng của nó có thể thay đổi tùy thuộc vào phương pháp làm nguội được áp dụng.
Loại gang đúc được phân làm hai loại: loại có gân trong và loại không có gân trong
Loại không có gân thường được sử dụng cho các máy điện cỡ nhỏ hoặc kiểu kín, khi đó lưng lõi sắt tiếp xúc chặt chẽ với mặt trong của vỏ máy, giúp truyền nhiệt trực tiếp lên vỏ.
Loại có gân trong đặc trưng bởi tốc độ cắt gọt chậm hơn, nhưng lượng phôi liệu bỏ đi ít hơn so với loại không có gân trong Đối với máy có công suất khoảng 1000KW, thường sử dụng thép tấm hàn để tạo thành vỏ.
Lõi sắt của máy điện không đồng bộ đóng vai trò quan trọng trong việc dẫn từ, với từ trường quay đi qua lõi sắt Để giảm thiểu tổn hao năng lượng, lõi sắt cần được chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện dày 0,5mm được ép lại Đối với lõi sắt stator có đường kính ngoài nhỏ hơn 990mm, sử dụng tấm tròn ép lại, trong khi đối với đường kính ngoài lớn hơn 1000mm, cần áp dụng các tấm hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn.
Mỗi lá thép kỹ thuật điện được phủ lớp sơn cách điện nhằm giảm tổn hao do dòn Fuco Nếu lõi sắt ngắn từ 25cm đến 30cm, có thể ghép thành một khối Ngược lại, nếu lõi sắt dài hơn 30cm, thường ghép thành từng thếp ngắn, mỗi thếp dài từ 4cm đến 6cm và đặt cách nhau 1cm để đảm bảo thông gió tốt.
Dây quấn stator được lắp đặt trong các rãnh của lõi sắt và được cách điện hoàn toàn với lõi Bối dây quấn có thể là một vòng dây lớn (dây quấn kiểu thanh dẫn) hoặc nhiều vòng dây nhỏ (dây quấn kiểu vòng dây) Số vòng dây trong mỗi bối, số bối của mỗi pha và cách nối lại phụ thuộc vào công suất, điện áp, tốc độ, điều kiện làm việc của máy và quá trình tính toán điện từ.
Dây quấn ba pha yêu cầu điện áp của ba pha phải bằng nhau và lệch nhau 120 độ về mặt điện Ngoài ra, điện trở và điện kháng của các mạch song song cũng cần phải đồng nhất giữa các pha.
Có thể đấu thành các mạch song song dễ dàng khi cần thiết
Dùng vật liệu làm dây dân điện ít nhất Phần đầu nối càng ngắn càng tốt để thu ngắn chiều dài của máy và đỡ tốn vật liệu
Dễ chế tạo và sửa chữa
Cách điện giữa các vòng dây, các pha và nối đất ít tốn kém và chắc chắn
Kết cấu chắc chắn, có thể chịu được ứng lực cơ khi máy bị ngắn mạch hoặc khi khởi động
2.3.2 Phần quay (rotor) a) Lõi sắt: Được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rotor của máy Phía ngoài của lõi sắt có xẻ rãnh để đặt dây quấn b) Dây quấn rotor:
Có 2 loại dây quấn rotor:
Loại rotor kiểu lồng sóc:
Trong lõi sắt rotor, các rãnh được thiết kế để chứa thanh dẫn bằng đồng hoặc nhôm, nối lại ở hai đầu bằng các vòng ngắn mạch, tạo thành lồng sóc Để nâng cao khả năng khởi động của động cơ điện công suất lớn, rãnh rotor có thể được thiết kế sâu hoặc theo dạng lồng sóc kép Đối với động cơ nhỏ, rãnh rotor thường được làm chéo một góc so với tâm trục.
- Loại rotor kiểu dây quấn:
Trong động cơ cỡ trung bình trở lên, dây quấn sóng hai lớp thường được sử dụng để giảm thiểu số lượng dây đầu nối và tạo kết cấu chặt chẽ cho rotor Ngược lại, dây quấn đồng tâm một lớp thường áp dụng cho máy điện cỡ nhỏ Đối với dây quấn ba pha của rotor, thường đấu hình sao, ba đầu còn lại được kết nối với vành trượt bằng đồng cố định ở một đầu trục và có thể kết nối với mạch điện bên ngoài thông qua chổi than Đặc điểm nổi bật của động cơ kiểu dây quấn là khả năng sử dụng chổi than để đưa điện trở phụ hoặc sức điện động phụ vào rotor, từ đó cải thiện tính năng mở máy, điều khiển tốc độ và nâng cao hệ số công suất của máy.
Khe hở trong động cơ không đồng bộ thường rất nhỏ, dao động từ 0,2mm đến 1mm đối với các động cơ vừa và nhỏ Việc thiết kế khe hở này nhằm hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới, đồng thời nâng cao hệ số công suất của máy.
2.4 Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ:
Hình 1.6 Động cơ không đồng bộ ba pha
Khi kết nối dây quấn stato với lưới điện xoay chiều ba pha, động cơ sẽ tạo ra một từ trường quay Từ trường này tác động lên các thanh dẫn của rotor, dẫn đến sự cảm ứng điện từ trong dây quấn rotor và sinh ra sức điện động E2, tạo ra dòng điện I2 chạy trong dây quấn Chiều của sức điện động và dòng điện được xác định theo quy tắc bàn tay phải.
Dòng điện I2 tạo ra một từ trường tương tác với stato, sinh ra lực điện từ trên dây dẫn rotor, tạo momen quay khiến rotor quay với tốc độ n theo chiều từ trường Tốc độ quay của rotor n luôn nhỏ hơn tốc độ từ trường quay của stato n1 Sự chuyển động tương đối giữa rotor và từ trường quay stato duy trì dòng điện I2 và momen M Do tốc độ quay của rotor khác với tốc độ từ trường, nó được gọi là động cơ không đồng bộ Hình H1.6 minh họa từ trường quay với tốc độ n1, chiều sức điện động và dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn rotor, cùng với chiều lực điện từ Fđt.
Hình 1.7 Chiều sức điện động, dòng điện cảm ứng, lực điện từ trong rotor Đặc trưng cho động cơ không đồng bộ ba pha là hệ số trượt: 1 n1 n s n
Trong đó: n : tốc độ quay của rotor n1 : tốc độ quay của từ trường, n1 p f 1
60 f1 PHz : tần số dòng điện p : số đôi cực
Khi mở máy n=0, s=1: độ trượt mở máy
Dòng điện trong dây quấn tương tác với từ trường quay, tạo ra momen tác dụng lên rotor Khi rotor chịu tác dụng của momen M, từ trường quay cũng trải qua một momen ngược lại Để từ trường quay duy trì tốc độ n1, cần cung cấp một công suất điện từ nhất định.
Các lượng định mức
Máy điện đồng bộ được thiết kế với các trị số định mức đặc trưng cho điều kiện kỹ thuật của nó Những chỉ số này do các nhà thiết kế và chế tạo quy định, và được ghi rõ trên nhãn máy.
Máy điện không đồng bộ chủ yếu hoạt động ở chế độ động cơ điện, vì vậy nhãn máy thường ghi các trị số định mức khi tải định mức Những trị số này bao gồm công suất định mức ở đầu trục Pđm (KW hoặc W) và dòng điện dây định mức.
Iđm (A), điện áp dây định mức Uđm (V), phương pháp đấu dây (Y hoặc Δ), tốc độ quay định mức nđm (vòng/phút), hiệu suất định mức ηđm và hệ số công suất định mức cosφđm là những thông số quan trọng trong việc đánh giá hiệu suất và tính năng của động cơ điện.
Các động cơ không đồng bộ được sản xuất bởi các nhà máy phải hoạt động trong những điều kiện nhất định và theo các số liệu định mức cụ thể Những số liệu này, được ghi trên nhãn của nhà chế tạo và gắn trên thân máy, là thông tin quan trọng để đảm bảo hiệu suất và an toàn trong quá trình sử dụng.
Công suất do động cơ sinh ra: Pđm =P2đm
Tần số lưới điện: f1 Điện áp dây quấn stato: U1đm
Dòng điện dây quấn stato: I1đm
Tốc độ quay rotor: n đm
Hệ số công suất: cosđm
Các phương pháp mở máy động cơ không đồng bộ ba pha
Động cơ điện KĐB thường phải mở máy và ngừng máy nhiều lần do yêu cầu của sản xuất, với yêu cầu mở máy khác nhau tùy thuộc vào tính chất tải và tình hình lưới điện Có những trường hợp cần momen mở máy lớn, có lúc lại cần hạn chế dòng điện mở máy, và cũng có khi cần cả hai yếu tố này Do đó, động cơ điện KĐB cần có tính năng mở máy thích ứng để đáp ứng những yêu cầu này.
Nếu việc áp dụng phương pháp mở máy không thích hợp sẽ dẫn đến hỏng động cơ và máy móc sản xuất
Vậy những yếu tố cơ bản nào cần phải có để mở máy động cơ.Đó là:
+ Phải có momen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải + Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt
Phương pháp mở máy và thiết bị cần thiết phải đơn giản, tiết kiệm chi phí và đảm bảo độ bền Để giảm thiểu tổn hao công suất trong quá trình khởi động, cần phải cân nhắc kỹ lưỡng, vì các yêu cầu này thường mâu thuẫn với nhau Chẳng hạn, việc yêu cầu dòng điện khởi động thấp có thể dẫn đến momen khởi động giảm hoặc cần sử dụng thiết bị đắt tiền Do đó, việc lựa chọn phương pháp mở máy phù hợp cần dựa trên điều kiện làm việc cụ thể.
Trong giới hạn này chúng em giới thiệu những phương pháp mở máy thông dụng sau đây:
+ Mở máy trực tiếp động cơ điện roto lồng sóc
+ Mở máy bằng phương pháp hạ điện áp
+ Mở máy bằng phương pháp Y/
+ Mở máy bằng phương pháp thêm điện trở phụ vào roto
2.6.1 Mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ
Khi cấp điện trực tiếp cho động cơ không đồng bộ để khởi động, rotor chưa quay dẫn đến độ trượt lớn (s=1), gây ra sự xuất hiện của điện áp cảm ứng và dòng điện cảm ứng cao.
Dòng điện 𝐼 𝑚𝑚 = (5 ÷ 8)𝐼 đ𝑚 có giá trị đặc biệt lớn ở các động cơ có công suất trung bình và lớn, dẫn đến việc sinh nhiệt làm nóng động cơ và gây ra xung lực có hại cho thiết bị.
Hình 1.8 Sơ đồ và đặc tính động cơ KĐB ba pha khi mở máy trực tiếp
Tuy dòng điện lớn nhưng mômen mở máy lại nhỏ: Mmm = (0,51,5)Mđm
Để khởi động động cơ, cần áp dụng biện pháp mở máy phù hợp Đối với động cơ có công suất nhỏ, việc mở máy trực tiếp là khả thi do mômen khởi động tự nhiên của nó thấp Tuy nhiên, đối với những động cơ không thể mở máy trực tiếp, có thể sử dụng một trong các phương pháp mở máy gián tiếp.
Phương pháp này thích hợp cho động cơ có công suất nhỏ và trung bình, mang lại nhiều ưu điểm Đầu tiên, phương pháp này rất đơn giản, với thiết bị đóng cắt và bảo vệ dễ dàng sử dụng, giúp thao tác nhanh gọn Thêm vào đó, nó cung cấp mômen mở máy lớn, cho phép thời gian khởi động nhanh chóng.
Nhược điểm của phương pháp này là dòng điện khởi động lớn, yêu cầu nguồn cung cấp cho động cơ phải có công suất cao Nếu công suất nguồn cung cấp thấp, sẽ xảy ra sụt áp lớn, dẫn đến khả năng không khởi động được động cơ.
2.6.2 Phương pháp mở máy bằng cách nối tiếp cuộn kháng hoặc điện trở phụ vào cuộn dây stato
Phương pháp sử dụng điện trở hoặc điện kháng mắc nối tiếp với mạch stato trong quá trình khởi động giúp giảm dòng mở máy của động cơ, đảm bảo nằm trong giới hạn cho phép Phương pháp này có thể áp dụng cho cả động cơ roto lồng sóc và roto dây quấn, tuy nhiên, mômen mở máy của động cơ cũng sẽ giảm.
Trong quá trình mở máy, các tiếp điểm K2 sẽ đóng lại trong khi các tiếp điểm K1 mở ra, cho phép điện trở hoặc điện kháng tham gia vào mạch stato nhằm hạn chế dòng điện khởi động Khi động cơ đạt đến tốc độ nhất định, các tiếp điểm K1 sẽ đóng lại và K2 mở ra để loại bỏ điện trở hoặc điện kháng khỏi mạch stator, giúp động cơ tăng tốc đến tốc độ làm việc và kết thúc quá trình mở máy.
Hình 1.9 Sơ đồ mở máy động cơ KĐB ba pha qua điện trở phụ(a) và cuộn kháng(b)ở mạch stato và dạng đặc tính cơ khi mở máy
Sơ đồ trên minh họa cách khởi động máy thông qua một cấp điện trở phụ hoặc điện kháng trong mạch stato Trong thực tế, quá trình khởi động có thể được thực hiện qua hai hoặc ba cấp, tùy thuộc vào yêu cầu công nghệ cụ thể.
Khi khởi động máy, mạch điện stato được kết nối với một điện kháng Sau khi máy hoạt động, điện kháng này sẽ bị ngắn mạch Bằng cách điều chỉnh trị số của điện kháng, ta có thể đạt được dòng điện cần thiết cho quá trình khởi động Do đó, điện áp trên điện kháng sẽ khiến điện áp mở máy tại đầu cực động cơ điện U’k nhỏ hơn điện áp nguồn U1.
Khi mở máy trực tiếp, dòng điện khởi động là Ik và mômen khởi động là Mk Sau khi thêm điện kháng vào, dòng điện khởi động còn lại sẽ là I’k = k.Ik, với k < 1.
Khi hạ điện áp mở máy, nếu cho rằng các tham số của máy điện không thay đổi, thì khi dòng điện mở máy giảm, điện áp đầu cực của động cơ sẽ tương ứng giảm theo.
Vì mômen mở máy tỷ lệ với bình phương của điện áp nên lúc đó mômen mở máy bằng :
M’k = k.Mk’ Ưu điểm : phương pháp này là thiết bị đơn giản
Nhược điểm : là giảm dòng điện mở máy thì mômen giảm xuống bình phương lần Phương pháp này dùng cho các động cơ công suất trung bình và nhỏ
2.6.3 Phương pháp mở máy qua biến áp tự ngẫu
Phương 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
Hình 1.10 Sơ đồ mở máy động cơ KĐB ba pha qua biến áp tự ngẫu
Sơ đồ sử dụng một máy biến áp tự ngẫu có bên cao được nối vào nguồn, bên hạ áp nối với động cơ
Gọi k T là tỷ số biến đổi điện áp của biến áp tự ngẫu (k T < 1)
M mm , = k T M mm Gọi dòng điện lấy từ lưới vào là I 1 thì :
I mm , là dòng điện thứ cấp của biến áp tự ngẫu
So với phương pháp mở máy bằng cuộn kháng chọn k T = k thì :
Mở máy bằng cuộn kháng :
I mm , = kI mm và M mm , = k 2 M mm
Mở máy bằng biến áp tự ngẫu :
Khi sử dụng biến áp tự ngẫu, mômen mở máy sẽ thấp hơn nhiều so với khi mở máy qua cuộn kháng với cùng một dòng điện Tuy nhiên, nếu giữ dòng điện mở máy không đổi, mômen mở máy với biến áp tự ngẫu sẽ lớn hơn Ưu điểm của việc sử dụng biến áp tự ngẫu là đảm bảo mômen mở máy lớn nhất tại một dòng điện nhất định, giúp quy trình mở máy diễn ra nhanh chóng hơn Phương pháp này cũng giảm thiểu hao phí điện năng và đạt hiệu suất cao hơn.
Nhược điểm : dùng biến áp thì chi phí sẽ cao, không kinh tế
2.6.4 Mở máy động cơ KĐB ba pha bằng phương pháp đổi nối sao – tam giác Động cơ KĐB làm việc bình thường ở sơ đồ mắc các cuộn stato thì khi mở máy có thể mắc theo sơ đồ Y Thực chất của phương pháp này là giảm điện áp đặt vào cuộn dây stato khi đổi nối vì 𝑈 𝑓 = 𝑈 𝑑 khi mắc , còn khi mắc Y thì điện áp giảm 3 lần:
√3 Phương pháp mở máyY/∆chỉ thích hợp với những động cơ bình thường nối
Khi đấu hình Y điện áp pha trên mỗi dây quấn:
U 1 là điện áp lưới và ta có:
3 Khi mở máy trực tiếp đấu ∆ thì:
I mm = √3 2 I mmf Như vậy dòng mở máy khi đấu Y :
3 Ưu điểm : phương pháp này khởi động đơn giản, dùng với thiết bị đóng cắt thông thường
Các phương pháp hãm dừng
2.7.1 Hãm ngược bằng cách đảo chiều quay Động cơ điện KĐB roto 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 𝜔 𝐴 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 𝜔 = 0 Lúc này, nếu cắt điện thì động cơ sẽ dừng Đoạn hãm ngược là B'D' Nếu không cắt điện thì như trường hợp ở hình 2.7, động cơ có 𝑀 𝐷 ′ > 𝑀 𝐶 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
Khi động cơ hãm ngược theo đặc tính 2, mômen tại điểm B' nhỏ nên hiệu quả hãm không cao Để tăng cường mômen hãm ban đầu khoảng 2,5 lần mômen định mức, cần đảo chiều từ trường quay của stato và thêm điện trở phụ lớn vào mạch roto Động cơ sẽ chuyển sang hãm ngược theo đặc tính 3 cho đến điểm D Nếu cắt điện tại D, động cơ sẽ dừng lại, nhưng nếu không, nó sẽ tăng tốc ngược và làm việc tại điểm E với tốc độ 𝜔 𝐸 < 𝜔 𝐸 ′ Khi cắt điện trở phụ RP, động cơ sẽ chuyển sang đặc tính 2 tại điểm F và tiếp tục tăng tốc đến điểm E'.
Hình 1.11 Hãm ngược bằng cách đảo chiều quay
- Ưu điểm : Hãm chính xác
- Nhược điểm : đòi hỏi phải kết hợp với một role tốc độ để khi tốc độ động cơ bằng 0 thì ngắt nguồn hãm ra
2.7.2 Hãm động năng Để hãm động năng một động cơ điện KĐB đang làm việc ở chế độ động cơ, ta phải cắt stato ra khỏi lưới điện xoay chiều (mở các tiếp điểm K ở mạch lực) rồi cấp vào stato dòng điện một chiều để kích từ (đóng các tiếp điểm H) Thay đổi dòng điện kích từ nhờ biến trở 𝑅 𝑘𝑡
Khi động năng tích lũy, roto tiếp tục quay theo chiều cũ trong từ trường một chiều mới được tạo ra, dẫn đến sự xuất hiện dòng điện cảm ứng trong cuộn dây phần ứng Lực từ trường tác động vào dòng cảm ứng này tạo ra mômen hãm, khiến roto quay chậm dần Trong quá trình hãm động năng, động cơ điện xoay chiều hoạt động như một máy phát điện với tốc độ và tần số giảm dần, biến đổi động năng thành điện năng tiêu thụ trên điện trở trong mạch roto.
Khi hãm động năng, động cơ chuyển từ điểm A trên đặc tính cơ 1 sang điểm B trên đặc tính hãm động năng 2 ở góc phần tư thứ II Đặc tính hãm động năng của động cơ xoay chiều 3 pha KĐB được thể hiện qua hình vẽ, trong đó tốc độ động cơ giảm dần theo đặc tính O trên đoạn BO Tại điểm O, động cơ sẽ dừng lại nếu tải là phản kháng, nhưng nếu tải có tính chất thế năng, nó sẽ kéo động cơ quay ngược cho đến khi ổn định tại điểm D (góc phần tư thứ IV) Điện trở mạch roto và dòng kích từ cấp cho stato trong quá trình hãm động năng có ảnh hưởng lớn đến dạng đặc tính cơ khi hãm.
Hình 1.12 Đặc tính hãm động năng kích từ độc lập Ưu điểm : Hãm dừng nhanh,chính xác
Nhược điểm của hệ thống là yêu cầu phải sử dụng nguồn một chiều DC thông qua máy biến áp Bên cạnh đó, khi động cơ chưa hoạt động và người dùng ấn nút dừng, nguồn một chiều DC vẫn tiếp tục được cấp vào động cơ.
Giới thiệu chung về PLC ( Programmable logic controller )
PLC, hay thiết bị điều khiển logic lập trình, là một thiết bị điều khiển đặc biệt sử dụng bộ nhớ lập trình để lưu trữ lệnh và thực hiện các chức năng như phép toán logic, lập chuỗi, định giờ, đếm và điều khiển máy móc Được thiết kế với giao diện vào/ra sẵn có, PLC cho phép lập trình bằng ngôn ngữ đơn giản, giúp các kỹ sư không cần chuyên môn cao về máy tính cũng có thể sử dụng hiệu quả.
1.1.2 Lịch sử phát triển của PLC
Vào năm 1968, các nhà sản xuất ô tô đã đặt ra yêu cầu kỹ thuật cho thiết bị điều khiển logic khả lập trình, nhằm thay thế các tủ điều khiển cồng kềnh và tiêu tốn điện năng Mục tiêu chính là tạo ra thiết bị điều khiển linh hoạt, dễ dàng thay đổi chương trình Những yêu cầu này đã dẫn đến sự phát triển của máy tính công nghiệp, với ưu điểm nổi bật là dễ dàng lập trình bởi kỹ thuật viên và kỹ sư Việc sử dụng thiết bị điều khiển khả lập trình (PLC) giúp giảm thời gian dừng sản xuất, mở rộng khả năng hệ thống và thích ứng nhanh với sự thay đổi trong quy trình sản xuất.
PLC đầu tiên được ứng dụng trong ngành công nghiệp ô tô vào năm 1969, mang lại nhiều ưu điểm vượt trội so với hệ thống điều khiển dựa trên rơ le Thiết bị này dễ dàng lập trình, tiết kiệm không gian trong xưởng sản xuất và có độ tin cậy cao hơn Nhờ vào những lợi ích này, ứng dụng của PLC đã nhanh chóng mở rộng ra tất cả các ngành công nghiệp sản xuất khác.
PLC thành công nhờ vào độ tin cậy cao và thiết kế thích ứng với môi trường công nghiệp Các mạch vào ra được tối ưu hóa để chống nhiễu, chịu ẩm, dầu, bụi và nhiệt độ cao Ngôn ngữ lập trình ban đầu của PLC tương tự sơ đồ thang trong hệ thống điều khiển lô gíc, giúp kỹ sư dễ dàng thích nghi mà không cần đào tạo chuyên sâu Trong khi đó, một số ứng dụng máy tính trong sản xuất đã gặp thất bại do khó khăn trong việc sử dụng phần mềm, ngay cả với các kỹ sư.
Vào những năm 1974 – 1975, sự ra đời của vi xử lý đã mở rộng và hoàn thiện các khả năng cơ bản của PLC Các PLC trang bị vi xử lý có khả năng thực hiện các tính toán và xử lý số liệu phức tạp, tăng cường ứng dụng cho các hệ thống điều khiển phức tạp Chúng không chỉ là thiết bị điều khiển logic mà còn có thể thay thế các thiết bị điều khiển tương tự Cuối những năm bảy mươi, sự phát triển vượt bậc của công nghiệp điện tử đã làm cho việc truyền dữ liệu trở nên dễ dàng, cho phép PLC điều khiển thiết bị cách xa hàng trăm mét và trao đổi dữ liệu với nhau, từ đó đơn giản hóa quá trình sản xuất.
Thiết bị điều khiển khả lập trình PLC là máy tính công nghiệp được sử dụng để điều khiển máy móc và các ứng dụng công nghiệp, thay thế cho các thiết bị truyền thống như rơ le cuộn hút và tiếp điểm.
Ngày nay, PLC (Bộ điều khiển lập trình) được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp như hóa chất, chế biến dầu, thực phẩm, cơ khí, xử lý nước thải, dược phẩm, dệt may, nhà máy điện hạt nhân, khai khoáng, giao thông vận tải, quân sự và các hệ thống an toàn Chúng có khả năng kết nối với máy tính để thu thập, truyền tải và lưu trữ dữ liệu, hỗ trợ các quá trình như điều khiển thống kê, đảm bảo chất lượng, chẩn đoán sự cố trực tuyến, và thay đổi chương trình điều khiển từ xa Bên cạnh đó, PLC còn được sử dụng trong hệ thống quản lý năng lượng nhằm giảm chi phí và cải thiện môi trường điều khiển trong sản xuất, dịch vụ và văn phòng.
1.1.3 Cấu trúc chung của PLC
Hình 1.1 Cấu trúc chung của PLC
Khi một chương trình PLC hoạt động, nó trải qua ba giai đoạn chính Đầu tiên, bộ vi xử lý sẽ đọc tín hiệu đầu vào bằng cách "chụp lại" trạng thái logic của các đầu vào và sau đó lưu trữ thông tin này vào bộ nhớ dữ liệu.
Bộ xử lí trung tâm
Modul e vào/ra Cơ cấu tiền tác động
Hình 1.2 Giai đoạn đọc tín hiệu đầu vào
Chương trình thực hiện các phép toán logic theo thứ tự từ đầu đến cuối, sử dụng "hình ảnh" trạng thái đầu vào được lưu trữ trong bộ nhớ dữ liệu Kết quả của mỗi phép toán logic, hay còn gọi là hình ảnh đầu ra, sẽ được lưu trữ lại trong bộ nhớ dữ liệu.
Hình 1.3 Giai đoạn thực hiện chương trình
Cập nhật đầu ra: Sao chép toàn bộ trạng thái logic hình ảnh của đầu ra và lưu trữ trong bộ nhớ dữ liệu, sau đó chuyển giao cho các module đầu ra để điều khiển các thiết bị bên ngoài.
Bằng cách sử dụng hình ảnh đầu vào
Bộ nhớ chương trình Đầu vào 0 mức logic 1 Đầu vào 1 mức logic 1
— Đầu ra 5 mức logic 1 Đầu ra 1 mức logic 0 Đầu ra 0 mức logic 1
— — Đầu vào n mức logic 1 Đầu vào 2 mức logic 0
Cập nhật hình ảnh đầu ra
Nếu đầu vào 1 là 1 và nếu đầu vào 2 là 0 thì đặt đầu ra 5 là 1
Đầu vào 2 ở mức logic 1, đầu vào 0 ở mức logic 1, đầu vào n ở mức logic 1, đầu vào 1 ở mức logic 0, và đầu vào 0 ở mức logic 1.
Chụp lại Truyền + Đầu vào 1
Hình 1.4 Giai đoạn cập nhật đầu ra
Như vậy ta có thể khái quát một chu trình làm việc của PLC như sau:
Hình 1.5 Một chu trình mà PLC thực hiện
PLC có hai kiểu thông dụng là kiểu hộp đơn và kiểu module nối ghép
Kiểu hộp đơn: Đầu ra
V Đầu ra 0 mức logic 1 Đầu vào 0 mức logic 1 Đầu vào 1 mức logic
1 Đầu ra 1 mức logic Đầu vào 2 mức logic 0
— Đầu ra 5 mức logic 1 Đầu vào n mức logic 1 Đầu ra
1 Đầu ra n mức logic 1 Đầu ra n
Thu thập dữ liệu đầu vào Chạy chương trình
Hộp đơn là lựa chọn phổ biến cho các thiết bị điều khiển lập trình nhỏ, độc lập, với số lượng đầu vào và đầu ra hạn chế PLC kiểu hộp đơn được cung cấp dưới dạng nguyên chiếc, bao gồm bộ nguồn, bộ xử lý trung tâm và các module vào, ra, mang lại sự tiện lợi cho người sử dụng.
Thông thường PLC kiểu hộp đơn có thể có khoảng 40 đầu vào, ra và bộ nhớ chỉ lưu được khoảng từ 300 đến 1000 lệnh
Kiểu module nối ghép được sử dụng cho thiết bị điều khiển lập trình với nhiều kích cỡ và đầu vào/ra, có khả năng xử lý tín hiệu số và Analog Mỗi module có thể được tùy chỉnh cho bộ nguồn và bộ xử lý trung tâm Sự linh hoạt của PLC kiểu này cho phép người dùng phối hợp các module theo yêu cầu cụ thể của bài toán điều khiển, như mở rộng đầu vào/ra bằng cách thêm module hoặc tăng cường bộ nhớ thông qua card mở rộng.
1.1.6 Vai trò của PLC trong hệ thống tự động hoá
PLC đóng vai trò quan trọng trong hệ thống điều khiển, từ những hoạt động đơn giản đến phức tạp, như trái tim của hệ thống tự động Chương trình điều khiển được lưu trữ trong bộ nhớ của PLC, cho phép nó nhận tín hiệu đầu vào ở dạng logic ON/OFF và phát ra tín hiệu đầu ra để điều khiển các thiết bị trong hệ thống.
PLC có thể đáp ứng các yêu cầu điều khiển đơn giản và lặp lại theo chu kỳ Tuy nhiên, trong các hệ thống có nhiều thiết bị hoạt động độc lập và có độ phức tạp khác nhau, việc điều khiển linh hoạt cần phải liên kết các PLC hoặc kết nối PLC với máy tính chủ qua hệ thống mạng truyền thông để thực hiện các quá trình xử lý phức tạp.
Tổng quan về Zen
Zen là một PLC nhỏ gọn do OMRON (Nhật Bản) sản xuất vào năm 2001, còn được biết đến như hệ rơle lập trình được (Programable relays) Thiết bị này sở hữu nhiều ưu điểm nổi bật, giúp cải thiện hiệu suất và linh hoạt trong ứng dụng tự động hóa.
Tiết kiệm khi điều khiển tự động hoá cỡ nhỏ
Bộ xử lý trung tâm với 12 đầu vào và 8 đầu ra (tổng cộng 20 cổng vào ra) rất phù hợp cho các ứng dụng điều khiển cỡ nhỏ, như hệ thống cung cấp nước cho nhà cao tầng và điều khiển ánh sáng cho văn phòng công sở.
Hình 1.6 Tiết kiệm khi điều khiển tự động hoá cỡ nhỏ
Hoạt động dễ dàng với một hệ điều khiển giá rẻ
Lập trình ladder trực tiếp từ bộ xử lý trung tâm Chương trình ladder có thể dễ dàng được copy
Hình 1.7 Hoạt động dễ dàng với một hệ điều khiển giá rẻ
Bảng điều khiển nhỏ hơn
Zen có kích thước rất nhỏ 90 x 70 x 56 mm ( chiều cao x chiều rộng x chiều sâu) rất thuận lợi cho việc lắp đặt
Hình 1.8 Bảng điều khiển nhỏ hơn
Việc lắp đặt trở nên đơn giản nhờ vào rãnh nhỏ ở mặt sau thiết bị Các Timer và Counters đã có sẵn, chỉ cần kết nối dây nguồn và các cổng vào ra Quá trình kết nối rất dễ dàng, chỉ cần sử dụng một tuốc nơ vít.
Hình 1.9 Dễ dàng trong việc lắp ráp và nối dây
Có thể kết hợp với các module mở rộng tăng số lượng các đầu vào ra
Số lượng đầu vào ra của Zen có thể lên tới 24 đầu vào và 20 đầu ra nhờ kết hợp thêm 3 module mở rộng
Hình 1.10 Có thể kết hợp với các module mở rộng tăng số lượng các đầu vào ra
Biện pháp khắc phục khi mất điện
EEPROM duy trì lưu trữ chương trình và dữ liệu cài đặt hệ thống ngay cả khi không có nguồn điện cho ZEN Thông tin về thời gian, bộ đếm, thời gian giữ và các bit hoạt động được bảo toàn nhờ vào một nguồn nuôi dự phòng.
Hình 1.11 Biện pháp khắc phục khi mất điện
Dễ dàng lưu trữ và copy chương trình
Sử dụng một băng từ nhớ có thể dễ dàng lưu trữ và copy chương trình
Hình 1.12 Dễ dàng lưu trữ và copy chương trình
Có thể lập trình và theo kiểm tra hoạt động từ một máy vi tính
Phầm mềm Zen Support cung cấp một cách hoàn chỉnh cho quá trình mô phỏng trên máy vi tính
Hình 1.13 Có thể lập trình và theo kiểm tra hoạt động từ một máy vi tính
Dung lượng đóng cắt lớn hơn
Công tắc đầu ra có thể chịu dòng 8A ( 250VAC ) Các công tắc đều độc lập với nhau
CPU với nguồn cấp đầu vào xoay chiều cho phép kết nối trực tiếp với điện áp từ 100V đến 240V, đảm bảo dung lượng đóng cắt lớn hơn.
Hình 1.15 Đầu vào xoay chiều
Có thể đặt cho bit đầu ra 3 sự hoạt động khác nhau
Hình 1.16 Lập trình dễ dàng
Mỗi Timer đều hỗ trợ 5 kiểu hoạt động và 3 kiểu thang chia thời gian Cùng với
8 holding Timers có thể giữ trạng thái Timer khi nguồn cấp bị ngắt
Hình 1.17 Các Timer phong phú
Counter có thể đếm tăng và đếm giảm
Có sẵn 16 Counter có thể điều khiển đếm tăng hoặc đếm giảm Sử dụng bộ so sánh có thể lập trình cho nhiều đầu ra từ 1 Counter
Hỗ trợ Timer hoạt động theo ngày hoặc theo mùa
Khối CPU được trang bị chức năng đồng hồ và lịch, hỗ trợ 16 bộ hẹn giờ hàng tuần và hẹn giờ theo lịch Hẹn giờ theo lịch cho phép điều khiển theo mùa, trong khi hẹn giờ hàng tuần hỗ trợ điều khiển theo ngày và giờ Thiết bị có đầu vào tương tự trực tiếp.
Khối CPU với đầu vào nguồn cấp 1 chiều có 2 đầu vào tương tự ( từ 0V đến 10V) và 4 bộ so sánh tương tự
Bảo dưỡng dễ dàng hơn
Sử dụng chức năng hiển thị của khối CPU để hiển thị tin nhắn do người sử dụng cài đặt về ngày, thời gian và các dữ liệu khác
Hình 1.18 Bảo dưỡng dễ dàng hơn Đèn màn hình sáng lâu hơn trong điều kiện làm việc tối
Bạn có thể tùy chỉnh thời gian tắt đèn màn hình sau 2, 10 hoặc 30 phút, hoặc chọn chế độ đèn luôn sáng Đèn màn hình cũng sẽ tự động bật sáng khi có tin nhắn mới hiển thị.
Mạch lọc nhiễu đầu vào ngăn chặn nhiễu đầu vào
Sử dụng rộng rãi trên thế giới
Có thể hiển thị 6 ngôn ngữ Hỗ trợ chức năng phân biệt giờ theo mùa
Chương trình có thể được bảo vệ nhờ cài đặt password
Nói chung Zen được phân biệt dựa vào các yếu tố sau:
- Sử dụng nguồn nuôi AC hay DC:
+ Zen xoay chiều ( nếu dùng nguồn AC ) + Zen một chiều ( nếu dùng nguồn DC )
- Có màn hình tinh thể lỏng LCD (đi kèm phím ấn hay không có )
- Có đồng hồ thời gian theo tuần và năm hay không
- Có đầu vào Analog hay không
Dưới đây là bảng các loại Zen phiên bản V2
1.2.1.1 Bộ xử lý trung tâm với 10 cổng vào/ra
Nguồn cấp/điện áp đầu vào
Số đầu ra Đầu vào tương tự
Có màn hình hiển thị và nút điều khiển
Kiểu LED không có màn hình hiển thị
Bảng 1.1 Bộ xử lý trung tâm với 10 cổng vào/ra
1.2.1.2 Bộ xử lý trung tâm với 20 cổng vào/ra
Số đầu ra Đầu vào tương tự
Có màn hình hiển thị và các nút điều khiển
20C3AR-A-V2 nối với các module mở rộng)
Kiểu LED không có màn hình hiển thị
Bảng 1.2 Bộ xử lý trung tâm với 20 cổng vào/ra 1.2.2 Đặc tính kỹ thuật của Zen
1.2.2.1 Đặc tính đầu vào cho loại dùng nguồn AC
- Điện thế đầu vào: 100V đến 200V ( +10% / -15% ), 50/60Hz
- Dòng điện đầu vào: 0,15mA ở 100VAC và 0,35mA ở 240 VAC
- Điện thế đóng ( mức 1 ): 80 VAC min
- Điện thế ngắt ( mức 0 ): 25VAC max
Thời gian đáp ứng cần thiết cho trạng thái đóng hay ngắt của thiết bị là 50ms hoặc 70ms ở 100 VAC khi sử dụng chức năng lọc nhiễu ngõ vào, và 100ms hoặc 120ms ở 240 VAC cũng với chức năng lọc nhiễu ngõ vào.
1.2.2.2 Đặc tính đầu vào cho loại dùng nguồn DC
- Điện thế đầu vào: 25VDC ( +10% / -15% )
- Dòng điện đầu vào: 5mA
- Điện thế đóng ( mức 1 ): 16VDC min
- Điện thế ngắt ( mức 0 ): 5VDC max
- Thời gian đáp ứng cần thiết cho trạng thái đóng hay ngắt là 15ms hay 50ms ( dùng chức năng lọc nhiễu đầu vào )
1.2.2.3 Đặc tính đầu vào Analog
- Khoảng điện thế đầu vào: 0V đến 10V
- Dòng điện cực đại của tiếp điểm 8A ở 250VAC, 5A ở 24 VDC
Về điện: 50.000 lần vận hành
Về cơ: 10 triệu lần vận hành
- Thời gian đáp ứng cần thiết khi đóng: 15ms
- Thời gian đáp ứng cần thiết khi ngắt: 5ms
1.2.2.5 Đặc tính kĩ thuật chung
Loại AC: 100 ÷ 250 VAC ( cho phép 85 ÷ 246 VAC )
Loại DC: 24 VDC ( cho phép 20,4 VDC ÷ 26,4 VDC
- Điện trở cách nhiệt giữa nguồn AC cung cấp và đầu nối đầu vào, đầu nối đầu ra 20M min ở 500VDC
- Nhiệt độ môi trường cho phép: 0 o C đến 55 o C
- Độ ẩm môi trường cho phép: 10% đến 90%
1.2.3.1 Các bit vào ra, các bit làm việc và các bit có lưu
Tên Kiểu Địa chỉ bit Số bít
Bit đầu vào bộ xử lý trung tâm
I 0 đến 5 6 CPU có 10 cổng vào/ra
Phản ánh trạng thái đóng/mở của thiết bị đầu vào nối tới đầu vào của Zen
0 đến b 12 CPU có 20 cổng vào/ra
Bit đầu vào khối module mở rộng
X 0 đến b 12 Phản ánh trạng thái đóng/mở của thiết bị đầu vào nối tới đầu vào của khối module mở rộng
Bit đầu vào nút ấn
B 0 đến 7 8 Bật ON khi các nút hoạt động được ấn trong chê độ RUN
Bit so sánh tương tự
A 0 đến 3 4 Đầu ra là kết quả so sánh của đầu vào tương tự Có thể chỉ được sử dụng cho kiểu có điện áp nguồn cấp 24VDC
Bit so sánh P 0 đến f 16 So sánh giá trị hiện tại của các timer, holding timer và counter Đầu ra là kết quả so sánh
G 0 đến 3 4 So sánh kết quả hiện tại của bộ đếm 8 số ( F ) với 1 hằng số Đầu ra là kết quả so sánh
Bit đầu ra bộ xử lý
CPU từ 0 đến 3 có 10 cổng vào/ra, cho phép điều khiển trạng thái đóng/mở cho thiết bị trung tâm từ 0 đến 7 Trong khi đó, CPU từ 8 đến 20 có 20 cổng vào/ra, kết nối đầu ra tới đầu ra của Zen.
Bit đầu ra khối module mở rộng
Y 0 đến b 12 Đưa ra trạng thái đóng/mở cho thiết bị đầu ra nối tới đầu ra của khối module mở rộng
M 0 đến f 16 Chỉ được sử dụng bên trong chương trình Không thể đưa ra đến thiết bị bên ngoài
Bit có lưu H 0 đến f 16 Làm việc giống như các bit làm việc tuy nhiên bit này lưu được trạng thái đóng/mở khi mất điện
Bảng 1.3 Các bit vào ra, các bit làm việc và các bit có lưu
Các bit đầu vào có 2 trạng thái: Thường mở và thường đóng
Các bit đầu ra có 4 trạng thái:
- ‘[‘ Đẩu ra hoạt động bình thường: Khi được nối điện thì đầu ra có điện, khi mất nối điện thì đầu ra mất điện
Khi đầu ra của bit 'S' được cấp điện, trạng thái của nó sẽ được thiết lập lên 1 và điều này không phụ thuộc vào việc đầu ra còn được cấp điện hay không.
Bit reset 'R' của đầu ra sẽ đưa trạng thái về 0 ngay khi được cấp điện, và điều này không bị ảnh hưởng bởi việc đầu ra có còn được kết nối điện hay không.
- ‘A’ Thay đổi trạng thái đầu ra: Mỗi khi được nối điện trạng thái của đầu ra sẽ chuyển sang trạng thái ngược lại với trạng thái đang có
Trên Zen có 4 loại timer:
ON delay timer ( X ) : Bật sau một khoảng thời gian đặt trước sau khi đầu vào trigger lên ON
OFF delay timer ( ) : Vẫn ở ON trong khi đầu vào trigger ON và tắt sau một khoảng thời gian đặt trước sau khi đầu vào trigger về OFF
One-shot pulse timer (O): Vẫn ON ở trong một khoảng thời gian đặt trước khi đầu vào trigger bật lên ON
Hình 1.21 One-shot pulse timer (O)
Flashing pulse timer (F): Bật và tắt lặp đi lặp lại trong khoảng chu kì đặt trước trong khi đầu vào trigger ở trạng thái ON
Twin timer ( W ): Bật tắt lặp đi lặp lại khi đầu vào trigger ở trạng thái ON Thời gian
ON và thời gian OFF có thể tách riêng
Sau khi đặt trước một khoảng thời gian, đầu vào sẽ kích hoạt và chuyển sang trạng thái ON Giá trị hiện tại sẽ được lưu trữ ngay cả khi bộ hẹn giờ chuyển từ chế độ RUN sang STOP hoặc khi bị mất điện Khi đầu vào được kích hoạt lại, bộ hẹn giờ sẽ tiếp tục đếm Trạng thái đầu ra của bộ hẹn giờ cũng sẽ được giữ nguyên khi quá trình đếm hoàn tất.
Cho phép đặt các ngày hoạt động trong tuần và thời gian hoạt động trong các ngày đó
Cho phép đặt thời gian hoạt động trong 1 năm từ ngày bắt đầu đến ngày kết thúc
Dưới đây là bảng tổng quát về các Timer của Zen
Hoạt động Loại ứng dụng chính
Bật sau một khoảng thời gian đặt trước
ON trong khi đầu vào trigger
ON và tắt sau một khoảng thời gian đặt trước sau khi đầu vào về OFF Đặt thời gian cho đèn chiếu sáng và quạt thông gió
Vẫn ON trong một khoảng thời gian đặt trước khi đầu vào trigger lên
ON Ứng dụng khi cần hoạt động theo lượng ổn định
Bảng 1.4 Tổng quát về các Timer của Zen
Bật và tắt lặp đi lặp lại trong khoảng chu kỳ đặt trước trong khi đầu vào trigger ở trạng thái ON
Mạch báo động cho còi hay đèn nhấp nháy
Bật tắt lặp đi lặp lại khi đầu vào trigger ở trạng thái ON
Thời gian ON và thời gian OFF có thể tách rời
Sử dụng nhiều trong các hoạt động có gián đoạn như quạt thông gió
Bật lên sau một khoảng thời gian đặt trước khi đầu vào trigger lên 1
Trễ thời gian có yêu cầu trở lại sau khi mất điện
Bật lên ON trong các ngày vào những giờ nhất định đã cài đặt
Hoạt động tuần hoàn trong các khoảng thời gian của một ngày hay một tuần
Bật lên ON trong các ngày đã cài đặt trước từ tháng này sang tháng khác
Hoạt động tuần hoàn từ tháng này sang tháng khác
Bài viết mô tả một hệ thống bộ đếm với 16 bộ đếm và một bộ đếm 8 số, cho phép đếm tăng hoặc giảm Giá trị hiện tại và trạng thái đầu ra của bộ đếm được duy trì ngay cả khi thay đổi chế độ hoạt động hoặc khi mất điện Đầu ra của bộ đếm sẽ bật lên khi giá trị đếm đạt hoặc vượt qua giá trị cài đặt Khi đầu vào Reset được kích hoạt, giá trị đếm sẽ trở về 0 và đầu ra của bộ đếm sẽ tắt Lưu ý rằng đầu vào của bộ đếm không hoạt động khi đầu vào Reset ở trạng thái ON.
Có 3 đầu vào của bộ đếm: Đầu vào đếm: CC ( Count ) đếm lên/đếm xuống khi đầu vào đếm lên ‘1’ Đầu chọn hướng đếm: DC ( Direction ) nếu = ‘0’ là đếm lên, nếu = ‘1’ là đếm xuống Đầu vào xoá số: RC ( Reset ) khi đầu vào xoá số = ‘1’ thì giá trị đếm trở về ‘0’, đầu ra của bộ đếm trở về ‘0’.
Một số ứng dụng của Zen
1.3.1 Điều khiển cấp nước cho bể chứa
(Ứng dụng của các bit đầu vào/ra )
Sử dụng Zen và máy đổi điện để điều khiển động cơ bơm nước cho bể chứa, giúp tự động hóa quá trình bơm nước Khi mức nước thấp, động cơ hoạt động với tốc độ cao để nhanh chóng bơm nước Ở mức nước trung bình, động cơ duy trì tốc độ bình thường, và khi mức nước cao, bơm hoạt động với tốc độ chậm Khi bể chứa đầy, động cơ sẽ tự động dừng lại, đảm bảo hiệu quả và an toàn trong quá trình sử dụng.
Hình 1.26 Sơ đồ điều khiển cấp nước cho bể chứa
Khi nước đầy qua giới hạn thấp thì I0 được cấp điện
Khi nước đầy qua giới hạn nửa bể thì I1 được cấp điện
Khi nước đầy qua giới hạn đầy thì I2 được cấp điện
Q0 điều khiển máy đổi điện để động cơ hoạt động với tốc độ chậm
Q1 điều khiển máy đổi điện để động cơ hoạt động với tốc độ trung bình
Q2 điều khiển máy đổi điện để động cơ hoạt động với tốc độ cao
Hình 1.27 Lập trình cho Zen cấp nước cho bể chứa
1.3.2 Điều khiển máy hàn nhiệt
(Ứng dụng của các bit vào/ra và Timer )
Khi khởi động, máy xilanh sẽ phun khí nóng ra Khi cảm biến vị trí phát hiện xilanh đã đến đáy, quá trình hàn sẽ diễn ra trong 3 giây Sau đó, máy sẽ thổi khí lạnh trong 3 giây để làm nguội và giữ chặt mối hàn Hệ thống được trang bị cảm biến phát hiện tay người trong vùng hàn, tự động dừng hàn khi có sự cố Ngoài ra, máy còn có công tắc dừng điều khiển nhiệt trong trường hợp khẩn cấp.
Hình 1.28 Sơ đồ điều khiển máy hàn nhiệt
I0 công tắc khởi động hệ thống
I1 công tắc dừng khẩn cấp ( thường đóng )
I2 Cảm biến vị trí đáy xilanh
I3 Cảm biến an toàn: Điều khiển dừng máy hàn khi phát hiện tay công nhân trong vùng hàn
Q0 Điều khiển xilanh phun khí
Q1 Điều khiển thổi khí lạnh
Q2 Dừng quá trình điều khiển
Hình 1.29 Lập trình cho Zen điều khiển máy hàn nhiệt
Thời gian hàn T0 Thời gian thổi khí T1 Đặt 3s Đặt 3s
1.3.3 Điều khiển cầu thang cuốn
(Ứng dụng cho các Timer và Weekly Timer )
Cầu thang cuốn hoạt động liên tục từ thứ Hai đến thứ Sáu, với thời gian hoạt động chính là từ 7:00 đến 10:00 và từ 17:00 đến 22:00 Ngoài những khung giờ này, cầu thang sẽ tự động hoạt động trong 3 phút khi cảm biến phát hiện có người sử dụng.
Hình 1.31 Sơ đồ điều khiển thang cuốnLập trình cho Zen
I0 Cảm biến phát hiện có người ở gần cầu thang
Q0 Điều khiển động cơ hoạt động thang cuốn
Hình 1.32 Lập trình cho Zen điều khiển cầu thang cuốn
Thứ 2 đến thứ Thứ 2 đến thứ 6 OFF delay Timer T0
Hình 1.33 đạt thời gian hoạt động cho zen
Một số mạch điều khiển mở máy
3.1.1 Mạch đổi nối sao tam giác dùng nút ấn
Hình 3.1 Sơ đồ mạch động lực điều khiển ĐC động cơ đổi nối Y/∆ dùng nút ấn
STT Kí hiệu Địa chỉ Kiểu dữ liệu Chú thích
3 S2 I2 BOOL Động cơ chạy sao
4 S3 I3 BOOL Động cơ chạy tam giác
6 K1 Q0 BOOL Cấp nguồn cho động cơ
7 K2 Q1 BOOL Động cơ chạy sao
8 K3 Q2 BOOL Động cơ chạy tam giác
Bảng 3.1 Bảng symbol điều khiển ĐC đổi nối Y/∆ dùng nút ấn
3.1.1.3 Sơ đồ kết nối với zen
Hình 3.2 Sơ đồ kết nối zen mạch điều khiển ĐC đổi nối Y/∆ dùng nút ấn
Hình 3.3 Chương trình điều khiển ĐC đổi nối Y/∆ dùng nút ấn
Khi cấp nguồn cho mạch, M0 sẽ có điện để chuẩn bị cho mạch hoạt động Khi nhấn nút I2, Q2 được cấp nguồn, làm cho động cơ chạy ở chế độ sao Tiếp điểm thường mở Q2 đóng lại, cung cấp điện cho Q1, trong khi tiếp điểm thường mở Q1 cũng đóng lại để duy trì nguồn cho K1, cấp nguồn 3 pha cho động cơ Khi nhấn nút I3, M2 có điện và Q3 cũng được kích hoạt, đồng thời tiếp điểm thường đóng Q3 mở ra, ngắt Q2 Tiếp điểm thường mở Q3 đóng lại để duy trì nguồn cho chính nó, cho phép động cơ chuyển sang chế độ tam giác ổn định và kết thúc quá trình khởi động.
Khi nhấn nút dừng S1 hoặc nút dừng khẩn cấp S0, nguồn điện cung cấp cho M0 sẽ bị ngắt Khi M0 mất điện, các tiếp điểm Q0, Q1 và Q2 sẽ mở ra, ngắt nguồn cho động cơ trong mạch động lực, dẫn đến việc động cơ dừng hoạt động.
Dùng aptomat để bảo vệ ngắn mạch
Khi tiếp điểm I4 của rơle nhiệt xảy ra quá tải, nó sẽ tự động mở ra để ngắt nguồn duy trì trên M0 Khi M0 mất điện, các tiếp điểm Q0, Q1 và Q2 cũng mở ra, dẫn đến việc ngắt nguồn cho động cơ trong mạch động lực, khiến động cơ dừng hoạt động.
3.1.2 Mạch đổi nối sao tam giác đảo chiều trực tiếp
STT Kí hiệu Địa chỉ Kiểu dữ liệu Chú thích
6 K1 Q0 BOOL Động cơ quay thuận
7 K2 Q1 BOOL Động cơ chạy sao
8 K3 Q2 BOOL Động cơ chạy tam giác
9 K4 Q3 BOOL Động cơ quay ngược
Bảng 3.2 Bảng symbol điều khiển động cơ đổi nối Y/∆ đảo chiều trực tiếp
3.1.2.3 Sơ đồ kết nối với zen
Hình 3.5 Sơ đồ kết nối với zen mạch điều khiển động cơ đổi nối Y/∆ đảo chiều trực tiếp
Hình 3.6 Chương trình mạch điều khiển động cơ đổi nối Y/∆ đảo chiều trực tiếp
Mạch được cấp nguồn bởi M0 để chuẩn bị cho hoạt động Đầu tiên, khởi động động cơ quay thuận bằng cách ấn nút S1, khiến tiếp điểm I1 đóng lại và cấp nguồn cho Q0 Đồng thời, tiếp điểm thường mở Q0 duy trì nguồn cho chính nó, trong khi tiếp điểm thường đóng Q0 ngăn không cho Q0 và Q3 hoạt động đồng thời Khi Q0 có điện, M1 cũng được cấp nguồn, làm cho tiếp điểm thường mở M1 đóng lại và cấp điện cho Q1 và T0 Động cơ bắt đầu quay thuận ở chế độ sao Sau thời gian trễ 3 giây, tiếp điểm thường đóng T0 mở ra, tiếp điểm thường mở T0 đóng lại, làm cho Q1 mất điện và Q2 có điện, chuyển động cơ từ chế độ sao sang chế độ tam giác ổn định.
Sau khi ấn nút dừng S0, nhấn nút S2 để đóng tiếp điểm I2, cấp nguồn cho Q3 Khi Q3 có điện, động cơ sẽ khởi động quay ngược với chế độ đảo chéo 2 trong 3 pha Tiếp điểm thường mở Q3 duy trì nguồn cho chính nó, trong khi tiếp điểm thường đóng Q3 ngăn Q0 và Q3 hoạt động đồng thời Khi Q3 và M2 đều có điện, tiếp điểm thường mở M2 sẽ cấp nguồn cho Q1 và T0 Động cơ khởi động quay thuận ở chế độ sao Sau 3 giây trễ, tiếp điểm thường đóng T0 mở ra, tiếp điểm thường mở T0 đóng lại, làm mất điện cho Q1 và cấp điện cho Q2, chuyển động cơ từ chế độ sao sang chế độ tam giác ổn định.
Khi nhấn nút S0, tiếp điểm thường đóng I0 sẽ mở ra, ngắt điện của M0 và toàn bộ mạch Điều này khiến các đầu ra Q0, Q1, Q2, Q3 mất điện, dẫn đến việc các tiếp điểm của contacto trong mạch động lực mở ra, làm cho động cơ dừng hoạt động.
Khi xảy ra sự cố quá tải, mạch tiếp điểm thường đóng của rơle nhiệt sẽ mở, dẫn đến việc tiếp điểm I3 ngắt điện, làm cho toàn bộ mạch động cơ dừng hoạt động Ngoài ra, nếu có sự cố ngắn mạch, aptomat sẽ nhảy và ngắt toàn bộ mạch ra khỏi nguồn điện.
3.1.3Mạch đổi nối sao tam giác đảo chiều gián giếp
Hình 3.7 Sơ đồ mạch động lực điều khiển động cơ đổi nối Y/∆ đảo chiều gián tiếp
STT Kí hiệu Địa chỉ Kiểu dữ liệu Chú thích
6 K1 Q0 BOOL Động cơ quay thuận
7 K2 Q1 BOOL Động cơ chạy sao
8 K3 Q2 BOOL Động cơ chạy tam giác
9 K4 Q3 BOOL Động cơ quay ngược
Bảng 3.3 Bảng symbol điều khiển động cơ đổi nối Y/∆ đảo chiều gián tiếp
3.1.3.3 Sơ đồ kết nối với zen
Hình 3.8 Sơ đồ kết nối với zen mạch điều khiển động cơ đổi nối Y/∆ đảo chiều gián tiếp
Hình 3.9 Chương trình mạch điều khiển động cơ đổi nối Y/∆ đảo chiều gián tiếp
Mạch điện được cấp nguồn khi M0 có điện, chuẩn bị cho hoạt động của hệ thống Đầu tiên, khởi động động cơ quay thuận bằng cách ấn nút S1, làm cho tiếp điểm I1 đóng lại và cấp nguồn cho Q0 Đồng thời, tiếp điểm thường mở Q0 duy trì nguồn cho chính nó, trong khi tiếp điểm thường đóng Q0 ngăn chặn Q0 và Q3 hoạt động cùng lúc Khi Q0 có điện, M1 cũng được cấp điện, dẫn đến việc tiếp điểm thường mở M1 đóng lại và cung cấp nguồn cho Q1 và T0 Động cơ bắt đầu quay thuận ở chế độ sao Sau khoảng thời gian trễ 3 giây, tiếp điểm thường đóng T0 mở ra và tiếp điểm thường mở T0 đóng lại, làm cho Q1 mất điện và Q2 có điện, chuyển động cơ từ chế độ sao sang chế độ tam giác ổn định.
Sau khi ấn nút dừng S0, nhấn nút S2 để đóng tiếp điểm I2, cấp nguồn cho Q3, động cơ được khởi động quay ngược với 2 trong 3 pha Tiếp điểm thường mở Q3 duy trì nguồn cho chính nó, trong khi tiếp điểm thường đóng Q3 ngăn không cho Q0 và Q3 hoạt động đồng thời Khi Q3 và M2 đều có điện, tiếp điểm thường mở M2 sẽ cấp nguồn cho Q1 và T0 Động cơ khởi động quay thuận ở chế độ sao Sau 3 giây trễ, tiếp điểm thường đóng T0 mở ra, tiếp điểm thường mở T0 đóng lại, khiến Q1 mất điện và Q2 có điện, động cơ chuyển từ chế độ sao sang chế độ tam giác ổn định.
Khi nhấn nút S0, tiếp điểm thường đóng I0 sẽ mở ra, ngắt điện của M0 và toàn bộ mạch Điều này khiến các đầu ra Q0, Q1, Q2, Q3 mất điện, dẫn đến việc các tiếp điểm của contacto trong mạch động lực mở ra và động cơ dừng hoạt động.
Khi xảy ra sự cố quá tải trong mạch tiếp điểm thường đóng của rơle nhiệt, tiếp điểm I3 sẽ mở ra, dẫn đến việc ngắt điện và dừng hoạt động của toàn bộ mạch động cơ Ngoài ra, khi xảy ra sự cố ngắn mạch, aptomat sẽ nhảy và ngắt toàn bộ mạch ra khỏi nguồn điện.
3.1.4 Mạch tự động dùng timer
3.1.4.1 Sơ đồ mạch động lực ĐC
Hình 3.10 Sơ đồ mạch động lực điều khiển ĐC 3 pha đổi nối Y/∆ dùng timer
STT Kí hiệu Địa chỉ Kiểu dữ liệu Chú thích
6 K1 Q0 BOOL Cấp nguồn cho động cơ
7 K2 Q1 BOOL Động cơ chạy sao
8 K3 Q2 BOOL Động cơ chạy tam giác
Bảng 3.4 Bảng symbol mạch điều khiển ĐC đổi nối Y/∆ dùng timer
3.1.4.3 Sơ đồ kết nối với zen
Hình 3.11 Sơ đồ kết nối với zen mạch điều khiển ĐC đổi nối Y/∆ dùng timer
Hình 3.12 Chương trình điều khiển ĐC đổi nối Y/∆ dùng role thời gian
Khi mạch được cấp nguồn, M0 sẽ có điện để chuẩn bị cho hoạt động Khi nhấn nút I2, nguồn sẽ được cấp cho Q2 và relay thời gian T0 Tiếp điểm thường mở Q2 sẽ đóng lại, cung cấp nguồn cho Q1, trong khi tiếp điểm thường mở Q1 duy trì nguồn cho chính nó và cho Q2, giúp động cơ hoạt động ở chế độ sao Sau khoảng thời gian trễ 5 giây, tiếp điểm thường đóng T0 sẽ mở ra, cắt nguồn điện cho Q2, trong khi Q3 vẫn có điện, giúp Q1 duy trì nguồn cho động cơ và chuyển sang chế độ tam giác, ổn định quá trình mở máy.
Khi nhấn nút I1 hoặc nút dừng khẩn cấp I0, nguồn điện cho M0 sẽ bị ngắt Khi M0 mất điện, các tiếp điểm Q1, Q2, Q3 sẽ mở ra, ngắt nguồn cho động cơ trong mạch động lực và khiến động cơ dừng hoạt động.
Dùng aptomat để bảo vệ ngắn mạch
Khi quá tải xảy ra, tiếp điểm role nhiệt I3 sẽ tự động đóng mở để ngắt nguồn duy trì trên M0 Nếu M0 mất điện, các tiếp điểm Q1, Q2 và Q3 sẽ mở ra, ngắt nguồn cho động cơ trong mạch động lực, dẫn đến việc động cơ dừng hoạt động.
Mạch điều khiển động cơ 3 pha roto lồng sóc bằng phương pháp đổi nối Y/∆ có hãm động năng dừng động cơ sử dụng plc zen
3.2.1 Sơ đồ mạch động lực ĐC
Hình 3.13 Sơ đồ mạch động lực
STT Kí hiệu Địa chỉ Kiểu dữ liệu Chú thích
2 S1 I1 BOLL Hãm dừng động cơ
5 K1 Q0 BOOL Cấp nguồn cho động cơ
6 K2 Q1 BOOL Động cơ chạy sao
7 K3 Q2 BOOL Động cơ chạy tam giác
9 Y/∆ T0 TIMER Đổi nối sao tam giác
10 Hãm T1 TIMER Hãm động năng
Bảng 3.5 Bảng Symbol điều khiển ĐC KĐB 3 pha roto lồng sóc bằng phương pháp đổi nối Y/∆ và hãm động năng động cơ
3.2.3 Sơ đồ kết nối với zen
Hình 3.14 Sơ đồ điều khiển ĐC KĐB 3 pha roto lồng sóc bằng phương pháp đổi nối Y/∆ và hãm động năng động cơ
Hình 3.15 Chương trình điều khiển động cơ KĐB 3 pha roto lồng sóc bằng phương pháp đổi nối Y/∆ và hãm động năng động cơ
Khi M0 được cấp nguồn, mạch bắt đầu hoạt động Nhấn I2 sẽ cấp điện cho Q1, làm K2 có điện và động cơ được kết nối theo chế độ sao Tiếp điểm thường mở Q1 sẽ đóng, cung cấp điện cho Q0, giúp K1 có điện và cấp nguồn cho động cơ, trong khi tiếp điểm thường mở Q0 tự duy trì nguồn điện Sau 5 giây trễ, tiếp điểm thường đóng T0 mở ra, ngắt điện cho K3, cho phép động cơ hoạt động theo chế độ tam giác ổn định, trong khi K1 vẫn duy trì nguồn điện cho động cơ, hoàn tất quá trình khởi động bằng phương pháp đổi nối Y/∆.
- Dừng máy bằng phương pháp hãm động năng
Khi nhấn nút stop I0, tiếp điểm thường đóng I0 mở ra và tiếp điểm thường mở I1 liên động với I0 đóng lại, cung cấp nguồn cho bộ timer T1 và cho contacto H (Q3) có điện Tiếp điểm thường mở Q3 duy trì hoạt động của nó, làm cho tiếp điểm H trong mạch động lực đóng lại, đưa nguồn 1 chiều 24V từ máy biến áp vào 2 trong 3 pha cấp vào cuộn dây stato của động cơ KĐB 3 pha rôto lồng sóc Mặc dù động cơ được mắc tam giác qua Q2 contacto K3, nhưng không có nguồn xoay chiều do tiếp điểm K1 vẫn mở Khi nguồn 1 chiều được cấp vào cuộn dây stato, nó sinh ra từ trường đứng yên, khiến roto động cơ quay theo quán tính và tạo ra sức điện động cảm ứng Dòng điện sinh ra trong roto tương tác với từ trường đứng yên, tạo ra mô men hãm ngược chiều quay của roto, làm cho roto quay chậm lại và dừng hẳn Sau thời gian tạo trễ, tiếp điểm thường đóng mở chậm của timer T1 mở ra, ngắt điện Q3, làm cho contacto H mất điện và mở hết tiếp điểm H, kết thúc quá trình hãm dừng.
Dùng aptomat để bảo vệ ngắn mạch
Khi xảy ra tình trạng quá tải, tiếp điểm I3 sẽ đóng mở để ngắt nguồn duy trì trên M0 Khi M0 mất điện, các tiếp điểm Q0, Q1 và Q2 sẽ mở ra, ngắt nguồn cho động cơ trong mạch động lực, dẫn đến việc động cơ dừng hoạt động.
Hình 3.16 Lắp đặt các thiết bị trong tủ
Hình 3.17 Lắp đặt các thiết bị trên mặt tủ
Hình 3.18 Sơ đồ đi dây
Thông số động cơ không đồng bộ 3 pha rô to lồng sóc và chọn thiết bị điều khiển.76 1 Thông số động cơ không đồng bộ 3 pha rô to lồng sóc
3.3.1 Thông số động cơ không đồng bộ 3 pha rô to lồng sóc
Ta có các thông số:
+ Công suất của động cơ : Pđm= 0,37 (kw)
+ Điện áp định mức của động cơ theo bộ dây quấn ∆/ Y : 230 V/400V
+ Động cơ có hệ số : cosφđm= 0,76
+ Hiệu suất định mức là : ηđm = 0,58
+ Dòng điện định mức làm việc ở chế độ ∆ : Iđm = 2,1 (A)
Dựa vào các thông số có sẵn trên động cơ ta tính toán được dòng điện tính toán của động cơ theo công thức :
Từ các thông số trên ta tính được dòng tính toán :
Từ dòng điện tính toán ta tính được dòng mở máy của động cơ :
Trong lĩnh vực động cơ điện, hệ số 𝑘 𝑚𝑚 đại diện cho bội số dòng điện mở máy so với dòng điện định mức Đối với động cơ không đồng bộ loại roto lồng sóc, giá trị 𝑘 𝑚𝑚 thường nằm trong khoảng từ 4 đến 8, trong khi đối với loại roto dây quấn, giá trị này là 2 Đối với động cơ một chiều, hệ số 𝑘 𝑚𝑚 có giá trị khoảng 1,7.
Aptomat là thiết bị điện tự động có chức năng cắt mạch điện khi xảy ra sự cố, nhằm bảo vệ mạch điện khỏi tình trạng quá tải, ngắn mạch, sụt áp và truyền công suất ngược.
Hình 3.19: Hình ảnh aptomat 1 pha và 3 pha thực tế
Tính toán lựa chọn aptomat :
- Việc lựa chọn Aptomat chủ yếu dựa vào:
+ Dòng điện tính toán đi trong mạch
+ Khi Aptomat thao tác phải có tính chọn lọc
Khi lựa chọn Aptomat, cần xem xét đặc tính làm việc của phụ tải, đảm bảo rằng Aptomat không ngắt mạch trong trường hợp quá tải ngắn hạn, thường xảy ra trong điều kiện làm việc bình thường, như dòng điện khởi động và dòng điện đỉnh trong các phụ tải công nghệ.
𝐼 𝐴𝑝𝑡𝑜𝑚𝑎𝑡 ≥ 𝐼 𝑡đ Trong đó: 𝐼 𝐴𝑝𝑡𝑜𝑚𝑎𝑡 : Dòng điện định mức của Aptomat
Tùy thuộc vào đặc tính và điều kiện làm việc của phụ tải, việc chọn dòng định mức cho mức bảo vệ thường được khuyến nghị là 125%, 150% hoặc cao hơn so với dòng tính toán trong mạch.
- Chọn Aptomat cho động cơ KĐB 3 pha roto lồng sóc :
Dòng điện tác động của Aptomat:
Ký hiệu Số cực (pha) Số lượng Uđm (V) Iđm (A)
+Loại một pha: Điện áp định mức Aptomat: 𝑈 𝐴𝑝 ≥ 220(𝑉)
Ký hiệu Số cực (pha) Số lượng Uđm (V) Iđm (A)
Công tắc tơ là thiết bị điện có chức năng đóng cắt các mạch điện lực từ xa, tự động hoặc thông qua nút ấn Nó có thể hoạt động với điện áp lên đến 500V và dòng điện tối đa 600A, phù hợp cho nhiều ứng dụng trong hệ thống điện.
Hình 3.20.Công tăc tơ xoay chiều ba pha kiểu điện từ
-Loại công tắc tơ: một chiều hay xoay chiều
-Điện áp định mức của công tắc tơ: là điện áp của mạch điện tương ứng mà tiếp điểm chính phải đóng cắt
-Dòng điện định mức của công tắc tơ: là dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính trong chế độ làm việc gián đoạn hoặc lâu dài
- Điện áp định mức Udm là điện áp của mạch điện tương ứng mà tiếp điểm chính phải đóng cắt
Dòng điện định mức là dòng điện đi qua tiếp điểm chính khi thiết bị hoạt động Khi công tắc tơ được lắp đặt trong tủ điện, dòng điện định mức cần được giảm xuống 10% do hiệu quả làm mát kém.
- Khả năng cắt và khả năng đóng: để khởi động động cơ điện không đồng bộ 3 pha roto lồng sóc cần phải có khả năng đóng từ (4-7)Idm
Tính chọn công tắc tơ :
-Loại công tắc tơ: xoay chiều ba pha
-Điện áp định mức công tắc tơ:
𝑈 đ𝑚𝐶𝑇𝑇 ≥ 220(𝑉) -Dòng điện định mức công tắc tơ:
Chọn công tắc tơ khởi động loại AC2 nên:
𝐼 đ𝑚𝐶𝑇𝑇 ≥ (4 ÷ 7)𝐼 đ𝑚 = 5.2,1 = 10,5(𝐴) Vậy ta chọn công tắc tơ có:
Ký hiệu Số lượng Uđm (V) Iđm (A) Tiếp điểm
Role nhiệt là một loại khí cụ, để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi bị quá tải, thường dùng kèm với khởi động từ, công tắc tơ
Role nhiệt có đặc tính cơ bản là mối quan hệ giữa thời gian tác động và dòng điện phụ tải, được thể hiện qua đường đặc tính thời gian - dòng điện (A - s) Để bảo vệ các đối tượng, cần chọn role nhiệt sao cho đặc tính A - s của nó thấp hơn và gần sát với đặc tính A - s của đối tượng được bảo vệ.
Khi chọn role nhiệt cho động cơ điện, cần đảm bảo rằng dòng điện định mức của role phù hợp với dòng điện định mức của động cơ cần bảo vệ Giá trị tác động của role nên được thiết lập ở mức 𝐼 𝑡đ ≥ (1,2 ÷ 1,3)𝐼 đ𝑚 để đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Tùy thuộc vào chế độ làm việc của phụ tải, có thể là liên tục hoặc ngắn hạn, việc xem xét hằng số thời gian phát nóng của rơ-le khi xảy ra quá tải là rất quan trọng.
Ngoài ra, khi nhiệt độ môi trường xung quanh thay đổi, dòng điện tác động role cũng thay đổi theo, làm cho bảo vệ kém chính xác
Trên thực tế, role nhiệt bảo vệ động cơ thường được chọn đi cùng công tắc tơ Chọn Role nhiệt cho động cơ KĐB roto lồng sóc
-Dòng điện định mức của role nhiệt:
𝐼 𝑡đ ≥ (1,2 ÷ 1,3)𝐼 đ𝑚 = 1,3.2,1 = 3,731(𝐴) -Vậy ta chọn role nhiệt có các thông số như sau:
Phạm vi tác động (A) Tiếp điểm
Nút nhấn là thiết bị điện được sử dụng để đóng cắt mạch điện một cách thủ công, cho phép khởi động, dừng hoặc thay đổi chiều quay của động cơ thông qua dòng ngắn mạch từ cuộn dây của công tắc tơ hoặc khởi động từ.
- Trong mạch này ta dùng nút nhấn có điện áp 230-400V, dòng định mức 5A.Trong mạch này ta dùng nút cắt khẩn có điện áp 230-400V, dòng định mức 5A
3.3.7 Chọn dây dẫn trong mạch
Công thức : Idaydan = K1*K2* Icp > Iđm
Icp = 16 (A) : dòng điện lâu dài cho phép trên dây dẫn
Iđm = 2,1 (A) : dòng điện định mức
K1 = 0,85 : hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ ứng với môi trường đặt dây
K2 = 0,8 : hệ số hiệu chỉnh nhiệt độ ứng với số lượng dây dẫn trong 1 rãnh
- Ta chọn dây dẫn của hãng Trần Phú được tra trong bảng:
Dòng điện định mức của dây chảy cầu chì ( A )
Tiết diện ruột dây dẫn ( mm 2 )
Dòng điện liên tục lớn nhất cho phép (A)
Dây chiếu sáng,dây chính , dây nhánh trong nhà ở
Bảng 3.6 Bảng chọn dây dẫn
- Vậy ta chọn loại dây đơn cỡ 1,5 mm 2 cho mạch động lực và dây cỡ 1mm 2 cho mạch điều khiển
3.3.8.1 Hình ảnh và thông số PLC ZEN-10C3AR-A-V2
Số đầu vào 6 AC, số đầu ra 4 rơ le 8A
Có 16 bit lưu (holding bit) trạng thái kể cả khi mất điện
16 timer với nhiều loại: ON-delay/OFF-delay timer, One-shot timer, Flashing-pulse timer
8 Holding timer với trạng thái được lưu kể cả khi mất điện
16 counter có thể đếm lên hoặc xuống thay đổi bằng chương trình
16 display bit dùng để hiển thị các message lên màn hiển thị của ZEN tuỳ theo trạng thái chương trình
4 bộ so sánh analog/ 16 bộ so sánh counter/timer
8 bit báo trạng thái các nút bấm
Lưu chương trình bằng EEPROM hoặc bằng card nhớ
Lập trình từ trái sang phải dễ dàng trực tiếp trên ZEN (với loại có màn hình) hay bằng phần mềm ZEN Support Software
The program features a capacity of 96 lines, consisting of three inputs and one output per line The new model -V2 introduces several enhanced functionalities, including a twin timer, weekly timer, multiple-day operation, pulse output operation, an 8-digit counter with a frequency of 150 Hz, and 8-digit comparators.
3.3.8.2 Thao tác lập trình bằng tay cho PLC ZEN-10C3AR-A-V2
TT Hình ảnh Thao tác
1 Cần phải chuyển ZEN về chế độ STOP mới viết hay thay đổi được chương trình
- Bấm OK để chuyển về màn hình Menu và chọn PROGRAM
2 Hiển thị số của dòng trong chương trình tại vị trí con trỏ
Con trỏ nhấp nháy ở trạng thái đảo Bấm OK để bắt đầu viết chương trình bậc thang
3 Sau đó màn hình hiện ra như sau Viết đầu vào cho I0 Bấm OK để hiển thị vị trí viếtban đầu (đầu vào
NO địa chỉ I0) và chuyển con trỏ nhấp nháy về vịtrí Bit type
Dùng các phím mũi tên
↑/↓ để lựa chọn loại bit Dùng phím mũi tên → để chuyểnsang vị trí địa chỉ bit và bấm các phím mũi tên
↑/↓ để thay đổi Địa chỉ bít Bấm nút OK 2 lần để hoàn tất việc nhập địa chỉ I0 Con trỏ giờ đây chuyển sang vị trí nhập tiếp theo
4 b)Viết tiếp đầu vào I1 nối tiếp với I0
Bấm OK để hiển thị lại tiếp điểm đầu vào NO và địa chỉ I0
Để chuyển sang loại tiếp điểm NC, hãy nhấn ALT; để quay lại loại tiếp điểm NO, nhấn ALT một lần nữa Để vẽ một đường nối với đầu ra, hãy nhấn phím mũi tên phải (→) và di chuyển con trỏ về vị trí mong muốn.
Bấm OK để hiển thị giá trị ban đầu cho đầu ra (đầu ra bình thương/Q0) và chuyển con trỏ nháy về vị trí loại bit Q
Dùng các phím mũi tên
→/← để di chuyển vị trí con trỏ và dùng ↑/↓ để chọn các chức năng khác hay để chọn địa chỉ bit
Bấm OK 2 lần để hoàn tất việc nhập địa chỉ Q
Con trỏ giờ đây chuyển sang vị trí nhập input ở đầu dòng
5 c)Viết đầu ra cho bit Q0 tiếp theo
Bấm phím mũi tên → để chuyển con trỏ nháy về vị trí địa chỉ bit Dùng phím mũi tên ↑ để chuyển thành
Bấm OK để chuyển con trỏ sang vị trí nhập tiếp theo Đường nối
(conection line) sẽ tự động được nối giữa tiếp điểm I0 và tiếp điểm I1
Viết một tiếp điểm Q0 song song với tiếp điểm I0 để hiển thị trạng thái của I0 Sau đó, di chuyển con trỏ về vị trí lựa chọn loại bit, và chuyển con trỏ sang vị trí nhập tiếp theo.
7 e)Vẽ các đường nối cho mạch song song Đường nối ngang Đường nối dọc
Bấm ALT khi con trỏ đang ở điểm giữa 2 vị trí cần nối con trỏ sẽ chuyển sang hình “ ←” và cho phép vẽ các đường nối
Sử dụng các phím mũi tên ←/↑, →/↓ để tạo ra các đường nối ngang và thẳng đứng Chế độ vẽ đường nối sẽ tự động kết thúc khi bạn đến đầu hoặc cuối mỗi dòng, hoặc khi nhấn phím.
OK hay ESC được ấn
Bấm ALT để chuyển sang chế độ vẽ các đường nối Bấm ↑ để đồng thời vẽ cả đường nối thẳng đứng và ngang Kí hiệu ‘+’ biểu thị giao điểm
Bấm OK để hoàn tất việc vẽ đường nối và chuyển con trỏ sang nhấp nháy
Bấm ESC để kết thúc hoạt động vẽ
Bấm tiếp ESC để trở ra tiếp màn hình Menu
Bảng 3.7 Phương pháp lập trình
- Không viết chương trình với các đường nối tạo thành vòng kín Chương trình có thể hoạt động không đúng nếu vẽ như vậy
Để tránh mất các thiết lập và chương trình, hãy luôn nhấn ESC để trở về màn hình Menu trước khi tắt điện.
Kiểm tra hoạt động của chương trình bậc thang
Hãy luôn kiểm tra hoạt động của chương trình bậc thang trước khi đưa
ZEN vào hoạt động thật
- Trước khi bật điện hãy kiểm tra dây nguồn, dây đầu vào và mạch đầu ra đều đã được nối đúng và tốt
- Nên tháo bỏ dây nối với tải của đầu ra trước khi hoạt động thử để tránh các sự cố có thể xảy ra
- Luôn luôn đảm bảo ở vùng xung quanh trước khi bật điện nguồn
Các thủ tục kiểm tra hoạt động
Kiểm tra trước khi bật nguồn
1 Kiểm tra rằng Zen đã được lắp và đầu dây đúng
2 Kiểm tra nếu có sự cố gì có thể xảy ra khi Zen hoạt động
3 Bật nguồn cho Zen chuyển Zen sang chế độ RUN Kiểm tra hoạt động
4 Bật mỗi đầu vào lên ON hoặc về OFF và xem chương trình có hoạt động đúng không
5 Điều chỉnh lại khi có vấn đề
Bấm OK để hiển thị màn hình Menu và bấm
↓ để chuyển con trỏ đến RUN
Bấm OK để chuyển từ STOP sang RUN
2 Sửa chương trình bậc thang
Di chuyển con trỏ về vị trí cần thay đổi đầu vào
Bấm OK để chuyển con trỏ sang dạng nhấp nháy và chuyển con trỏ sang vị trí nhập loại bit
Bấm phím ↑/↓ để lựa chọn M Bấm → để chuyển sang vị trí nhập địa chỉ bit Dùng phím mũi tên ↑/↓ để thay đổi địa chỉ bit từ 0 sang 1
Bấm OK để hoàn tất
Sửa đổi các chức năng phụ khác cho đầu ra bit
Bây giờ ta sẽ thay đổi chức năng đầu ra bit sang S ( tức Set )
