Giáo trình Trang bị điện 1 (Nghề: Điện công nghiệp) cung cấp cho người học những kiến thức như: Khái quát chung về hệ thống trang bị điện; Tự động khống chế truyền động điện; Trang bị điện máy cắt gọt kim loại. Mời các bạn cùng tham khảo!
Đặc điểm của hệ thống trang bị điện (TBĐ)
Chức năng, nhiệm vụ của hệ thống TBĐ các máy sản xuất
Hệ thống TBĐ của các máy sản xuất bao gồm các thiết bị điện được lắp ráp theo sơ đồ hợp lý, giúp đảm bảo các máy thực hiện hiệu quả nhiệm vụ sản xuất.
* Hệ thống TBĐ các máy sản xuất giúp cho việc
- Nâng cao năng suất máy
- Đảm bảo độ chính xác gia công
- Rút ngắn thời gian làm việc của máy
- Thực hiện các công đoạn gia công khác nhau theo một trình tự cho trước
* Hệ thống TBĐ cần có:
- Các thiết bị động lực
- Các thiết bị điều khiển
- Các phần tử tự động
Hệ thống TBĐ được thiết kế nhằm tự động hóa một phần hoặc toàn bộ quy trình sản xuất của máy, điều khiển các bộ phận công tác thực hiện các thao tác cần thiết với các thông số phù hợp Nhiệm vụ chính của hệ thống TBĐ là tối ưu hóa quy trình sản xuất, nâng cao hiệu suất và đảm bảo chất lượng sản phẩm.
- Nhận và biến đổi năng lượng điện thành dạng năng lượng khác để thực hiện nhiệm vụ sản xuất thông qua bộ phận công tác
- Khống chế và điều khiển bộ phận công tác làm việc theo trình tự cho trước với thông số kỹ thuật phù hợp
- Góp phần nâng cao năng suất, chất lượng, hiệu quả của quá trình sản xuất, giảm nhẹ điều kiện lao động cho con người
- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị trong quá trình sản xuất.
Kết cấu của hệ thống TBĐ
a Ph ần thiết bị động lực: Là bộ phận thực hiện việc biến đổi năng lượng điện thành các dạng năng lượng cần thiết cho quá trình sản xuất
Thiết bị động lực có thể là:
- Nam châm điện, li hợp điện từ trong các truyền động từ động cơ sang các máy sản xuất hay đóng mở các van khí nén, thuỷ lực
- Các phần tử đốt nóng trong các thiết bị gia nhiệt
- Các phần tử phát quang như các hệ thống chiếu sáng
- Các phần tử R, L, C, để thay đổi thông số của mạch điện để làm thay đổi chế độ làm việc của phần tử động lực b Thi ết bị điều khiển:
Các khí cụ đóng cắt, bảo vệ và tín hiệu đóng vai trò quan trọng trong việc đảm bảo các thiết bị động lực hoạt động đúng theo yêu cầu của máy công tác Trạng thái làm việc của thiết bị động lực được xác định bởi các đặc trưng cụ thể.
- Tốc độ làm việc của các động cơ điện hay của máy công tác
- Dòng điện phần ứng hay dòng điện phần cảm của động cơ điện
- Mômen phụ tải trên trục động cơ
Tùy thuộc vào yêu cầu của quá trình công nghệ, động cơ truyền động sẽ hoạt động theo nhiều chế độ khác nhau Khi động cơ chuyển đổi chế độ làm việc, các thông số liên quan có thể thay đổi giá trị.
Việc chuyển chế độ làm việc của động cơ truyền động được thực hiện tự động nhờ hệ thống điều khiển
Hệ thống khống chế truyền động điện bao gồm các khí cụ điện và dây nối được lắp ráp theo sơ đồ cụ thể, nhằm mục đích điều khiển, khống chế và bảo vệ phần tử động lực trong quá trình hoạt động theo yêu cầu công nghệ.
Yêu cầu của hệ thống trang bị điện công nghiệp
Yêu cầu về điều chỉnh thông số
Cho hệ thống trang bị điện thể hiện bằng hàm truyền W như hình vẽ:
- x v (t): là lượng vào của hệ thống, thường ở dạng năng lượng điện, có quy luật biết trước hoặc chưa biết, liên tục hoặc rời rạc
- x r (t): là lượng ra của hệ thống Nó có thể ở các dạng:
+ Cơ năng : Tốc độ n, mô men M đối với hệ truyền động điện
+ Nhiệt năng : Đối với các thiết bị gia nhiệt
+ Quang năng : Đối với các thiế bị quang
- W: là hàm truyền thể hiện về mặt toán học cho cả hệ thống TBĐ
- Một hệ thống TBĐ luôn có các yêu cầu điều chỉnh để có lượng ra theo yêu cầu công nghệ
- Việc điều chỉnh thông số trong hệ thống nhằm đáp ứng những yêu cầu:
+ Độ ổn định a Ph ạm vi điều chỉnh D: Là tỷ số giữa lượng ra lớn nhất và nhỏ nhất: Đối với hệ TĐ điện :
- Khi D càng lớn khả năng chọn vùng làm việc tối ưu càng thuận lợi b Độ trơn điều chỉnh : Là tỷ số giữa hai lượng ra liên tiếp kề nhau:
- càng nhỏ thì càng dễ chọn được điểm làm việc tối ưu theo yêu cầu công nghệ
Trong hệ thống truyền động điện, khi đạt đến trạng thái mong muốn, hệ thống được gọi là điều chỉnh trơn hoặc điều chỉnh vô cấp Độ ổn định là một thông số quan trọng để đánh giá khả năng duy trì điểm làm việc của hệ thống khi có các tác động ngẫu nhiên Việc đánh giá độ ổn định trong hệ truyền động điện giúp đảm bảo hiệu suất và độ tin cậy của hệ thống.
n% : Độ sụt tốc độ tương đối n0 : Tốc độ không tải lý tưởng ndm : Tốc độ định mức
Độ ổn định tốc độ của hệ thống tăng lên khi giá trị n% giảm Đối với hệ truyền động điện, việc lựa chọn phương án điều chỉnh tốc độ không chỉ cần đáp ứng các yêu cầu kỹ thuật mà còn phải đảm bảo đặc tính điều chỉnh của động cơ phù hợp với đặc tính cơ của máy sản xuất.
Yêu cầu điều chỉnh chính xác hệ truyền động
Đối với các máy có yêu cầu cao về độ chính xác dừng máy như máy khoan, doa, phay chuyên dụng, việc dừng đúng vị trí của các bộ phận làm việc như bàn dao và bàn máy là rất quan trọng để đảm bảo chất lượng gia công và năng suất Tương tự, ở thang máy và máy nâng, buồng máy cần dừng đúng sàn tầng hoặc các mặt bằng lấy tải và tháo tải Độ chính xác dừng máy không chỉ ảnh hưởng đến năng suất và chất lượng công việc mà còn liên quan trực tiếp đến sự an toàn của người sử dụng và thiết bị.
Khi thiết kế các máy loại này, cần xác định sai số dừng máy Scp của bộ phận chuyển động Điều này yêu cầu phải xác định các thông số của nguồn và hệ thống nhằm đảm bảo sai số đạt yêu cầu.
Yêu cầu về tự động hạn chế phụ tải
- Trong quá trình làm việc của hệ thống luôn gặp phải tình trạng quá tải
- Đối với hệ truyền động điện nếu các thiết bị làm việc lâu dài ở tình trạng quá tải sẽ bị giảm tuổi thọ
Hệ thống thường được trang bị các cơ chế bảo vệ, nhưng nếu để cho các cơ chế này can thiệp, nó có thể làm gián đoạn quá trình làm việc Vì vậy, việc thiết kế hệ thống cần đảm bảo khả năng tự động giới hạn mức độ quá tải là rất cần thiết.
2.3.1 Các nguyên nhân sinh ra quá tải:
- Quá tải tĩnh : Xảy ra trong chế độ xác lập do các nguyên nhân:
+ Do luyện kim, vật liệu làm chi tiết không đồng nhất hoặc có độ cứng không đều
+ Do nguyên công giai đoạn trước đó không đảm bảo
+ Do thông số nguồn điện thay đổi
Quá tải động xảy ra trong quá trình quá độ, thường do mong muốn giảm thiểu thời gian của quá trình này Điều này dẫn đến việc phải cưỡng bức các quá trình khởi động, hãm và đảo chiều, gây ra hiện tượng quá tải động.
2.3.2 Các biện pháp hạn chế quá tải tĩnh:
Hạn chế phụ tải cho truyền động chính bằng cách điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động ăn dao Nguyên tắc này giúp giảm thiểu tình trạng quá tải cho truyền động chính, đảm bảo hoạt động hiệu quả và an toàn.
- Tự động hạn chế quá tải sử dụng phản hồi âm dòng có ngắt
2.3.3 Các biện pháp hạn chế phụ tải động:
- Dùng phương pháp rung điện trở mạch phần ứng: Phương pháp này thực hiện khi khởi động động cơ qua điện trở phụ
- Phương pháp rung từ thông (Rung điện trở mạch kích thích): Phương pháp này áp dụng trong trường hợp cần đưa động cơ lên làm việc ở tốc độ n > ncb
- Dùng khống chế vòng kín với phản hồi âm dòng có ngắt
TỰ ĐỘNG KHỐNG CHẾ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
Khái niệm về tự động khống chế (TĐKC)
Khống chế truyền động điện bao gồm việc mở máy, điều chỉnh tốc độ, hãm máy, đảo chiều quay và duy trì chế độ làm việc theo yêu cầu công nghệ Quá trình này sử dụng các khí cụ điện và thiết bị tự động, đồng thời nhấn mạnh tầm quan trọng của việc bố trí các dạng bảo vệ cho các mối liên động và thực hiện các tín hiệu hoá trong sơ đồ khống chế.
Khống chế tự động truyền động điện đóng vai trò quan trọng trong sản xuất, giúp tăng năng suất lao động, giảm bớt công việc nặng nhọc và nâng cao chất lượng sản phẩm trong quá trình sản xuất.
Các yêu cầu của TĐKC
- Phù hợp nhất với yêu cầu công nghệ
- Hệ thống điều khiển đơn giản, tác động tin cậy
- Thuận tiện và linh hoạt trong điều khiển
- Thuận tiện cho lắp đặt, đơn giản trong kiểm tra và tìm sự cố
- Hệ thống tác động phân minh
- Kích thước nhỏ, giá thành hạ, đảm bảo an toàn
Phương pháp thể hiện sơ đồ điện TĐKC
3.1 Phương pháp thể hiện sơ đồ điện a Sơ đồ khai triển:
Sơ đồ điện là bản vẽ thể hiện đầy đủ các phần tử trong mạch điện, bao gồm cả khâu liên động và bảo vệ Trong sơ đồ này, các thiết bị điện và khí cụ được trình bày chủ yếu dựa trên chức năng và vị trí của chúng, mà không chú trọng đến mối quan hệ thực tế giữa các phần tử Sơ đồ khai triển bao gồm hai phần cơ bản.
Mạch động lực là hệ thống cung cấp điện cho động cơ, bao gồm các thành phần như cầu dao, cầu chì, áptômat, tiếp điểm chính của công tắc tơ và dây dẫn Trong sơ đồ, mạch động lực được thể hiện bằng nét đậm.
Mạch điều khiển, hay còn gọi là mạch khống chế, bao gồm các thành phần như nút bấm, cuộn dây công tắc, tiếp điểm phụ, nút ấn và rơle Sơ đồ mạch điều khiển thường được vẽ bằng nét mảnh, với các phần tử của cùng một thiết bị được ký hiệu giống nhau Đặc biệt, các điểm dây dẫn nối chung cũng cần được đánh số giống nhau để đảm bảo tính chính xác trong thiết kế.
Để hiểu rõ nguyên lý làm việc và nguyên tắc điều khiển của hệ thống, trong thiết kế và nghiên cứu các hệ thống phức tạp, cần loại bỏ những phần không quan trọng và không liên quan trực tiếp đến nguyên lý hoạt động Việc này bao gồm các phần tử đo lường và tín hiệu Đồng thời, trên sơ đồ, cần hạn chế tối đa sự chồng chéo của các dây dẫn để đảm bảo tính rõ ràng và dễ hiểu cho sơ đồ lắp đặt.
Bài viết giới thiệu vị trí lắp đặt thực tế của các thiết bị và khí cụ trong tủ điều khiển cũng như các bộ phận khác của máy Sơ đồ minh họa rõ ràng đường dây nối giữa các thiết bị, bao gồm tiết diện đường dây và số hiệu của dây nối Việc bố trí các thiết bị được thực hiện dựa trên cấu trúc và đặc điểm làm việc của máy, đảm bảo tính hợp lý và hiệu quả trong quá trình vận hành.
+ Máy đơn giản có thể được đặt ở 1 nơi
+ Máy phức tạp thường bố trí ở 3 vị trí sau:
- Các động cơ điện, Rơle tốc độ, công tắc hành trình được bố trí tại máy
- Các khí cụ điện tự động: Rơle điện áp, ATM, KĐT, MBA, CL đặt trong tủ điện
- Các khí cụ cần quan sát: Đồng hồ chỉ thị, đèn tín hiệu, biến trở quay bố trí trên bảng điện khống chế
Bản vẽ lắp ráp khác với các sơ đồ khác ở chỗ nó được thiết kế theo một tỷ lệ tiêu chuẩn nhất định, trong đó ghi rõ kích thước của bảng điện, tủ điện và các khí cụ điện.
Hình 2-1 : Hạn chế dây dẫn cắt nhau trong bản vẽ
RNHình 2-2:Các phần tử của cùng thiết bị phải được kí hiệu giống nhau
3.2 Các kí hiệu của các phần tử, tên gọi trên sơ đồ mạch điện
STT Ký hiệu Tên gọi
1 ĐCĐ 3pha rôto dây quấn ĐCĐ 3 pha rôto lồng sóc
2 MFĐ một chiều kích từ độc lập MFĐ một chiều kích từ song song
3 Công tắc hành trình thường đóng, thường mở Nút bấm thường đóng, thường mở
Cuộn Rơle dòng điện Cuộn Rơle thời gian
5 phần tử đốt nóng và tiếp điểm thường đóng của Rơle nhiệt
Tiếp điểm thường mở, thường đóng của côngtắctơ Đ Đ Đ Đ
7 Tiếp điểm thường đóng đóng chậm ( khi cắt điện cho cuộn dây)
Tiếp điểm thường mở mở chậm (khi cắt điện cho cuộn dây )
Tiếp điểm thường đóng mở chậm ( khi đóng điện cho cuộn dây)
Tiếp điểm thường mở mở chậm (khi cắt điện cho cuộn dây)
8 Phanh hãm điện từ 1 pha,
10 Bộ chỉnh lưu cầu 1 pha
12 Bộ khống chế chỉ huy khai triển theo mặt phẳng có 6 vị trí và 7 tiếp điểm, tay gạt điều khiển 2 chiều
3.3 Các nguyên tắc khống chế Để tự động điều khiển hoạt động của truyền động điện, hệ thống điều khiển phải có những cơ cấư, thiết bị thụ cảm được giá trị các thông số đặc trưng cho chế độ công tác của TĐĐ b e f g a c d
Trong hệ thống điều khiển gián đoạn, các phần tử thụ cảm hoạt động dựa trên các ngưỡng đã được định sẵn Khi thông số thụ cảm đạt đến ngưỡng quy định, các phần tử này sẽ phát tín hiệu cho phần tử chấp hành, từ đó quyết định đưa vào hoặc loại ra khỏi mạch những phần tử cần thiết.
Hệ thống điều khiển có thể hoạt động theo ba nguyên tắc chính: nguyên tắc dòng điện, khi tín hiệu phát ra từ phần tử thụ cảm được dòng điện; nguyên tắc tốc độ, khi phần tử thụ cảm được tốc độ; và nguyên tắc thời gian, khi phần tử thụ cảm được thời gian của quá trình làm việc.
Các nguyên tắc điều khiển
4.1 Khống chế truyền động điện theo thời gian a Nội dung nguyên tắc khống chế theo thời gian
Các thông số n, M và I đặc trưng cho chế độ hoạt động của hệ truyền động Khi động cơ chuyển đổi chế độ làm việc, các thông số này sẽ thay đổi từ giá trị này sang giá trị khác và biến đổi theo thời gian theo một quy luật nhất định.
Dựa vào các bài toán truyền động điện, có thể tính toán các giá trị tối ưu cho tốc độ (n), mô men (M) và dòng điện (I) trong quá trình chuyển đổi Mỗi giá trị này tương ứng với một khoảng thời gian chuyển đổi nhất định Thời điểm cần tác động để thay đổi các tham số mạch điện cung cấp cho động cơ được gọi là thời điểm chuyển đổi Để kiểm soát các chế độ làm việc của hệ thống truyền động điện theo nguyên tắc thời gian, hệ thống điều khiển cần có thiết bị tín hiệu để đo khoảng thời gian Tại các thời điểm đã được tính toán, thiết bị tín hiệu sẽ điều khiển các phần tử đóng cắt, đưa vào hoặc loại bỏ các thành phần cần thiết (R, L, C ) nhằm thay đổi tham số mạch điện và chế độ làm việc của động cơ.
Phần tử tín hiệu được sử dụng là rơle thời gian b Sơ đồ ứng dụng:
Sơ đồ khống chế quá trình khởi động động cơ một chiều kích từ độc lập thông qua hai cấp điện trở phụ là rất quan trọng để đảm bảo an toàn cho cuộn dây phần ứng Trong quá trình khởi động, cần hạn chế dòng điện phần ứng không vượt quá trị số lớn nhất cho phép Khi tốc độ động cơ tăng lên, dòng điện phần ứng giảm, dẫn đến giảm gia tốc khởi động Do đó, các điện trở phụ cần được loại bỏ dần cho đến khi động cơ đạt tốc độ làm việc Quá trình khởi động này được mô tả qua các đặc tính tĩnh và động, với đường đặc tính tĩnh cho thấy quá trình khởi động diễn ra theo các đoạn thẳng a-b-c-d-e-A, trong đó A là điểm làm việc của động cơ, đánh dấu kết thúc quá trình khởi động.
Hình 2-3: Các đặc tính khởi động của động cơ qua 2 cấp điện trở phụ
Trên đặc tính động, tốc độ của động cơ biến đổi theo thời gian qua các giai đoạn:
- Từ (0 - t1) - động cơ khởi động với 2 điện trở phụ Tại thời điểm t1 điện trở phụ thứ nhất bị ngắn mạch
- Từ (t1 - t2) - động cơ khởi động với điện trở phụ còn lại Tại thời điểm t2 điện trở phụ thứ 2 bị ngắn mạch
- Thời gian khống chế khởi động được tính đến khi điện trở phụ cuối cùng bị lọai bỏ
* Gi ới thiệu sơ đồ:
Hình 2.3: Sơ đồ nguyên lý mạch điện khống chế khởi động động cơ một chiều kích thích độc lập qua 2 cấp điện trở phụ lhống chế theo thời gian
Các phần tử của sơ đồ bao gồm:
- Phần ứng của động cơ Đ
- Cuộn kích từ động cơ CKĐ
- Các điện trở phụ khởi động 1R, 2R
- Rơ le dòng điện bảo vệ mất từ thông kích từ động cơ
- Các rơ le thời gian RTZ1, RTZ2 để khống chế các quá trình khởi động
- Công tăc tơ làm việc K để nối phần ứng động cơ vào nguồn điẹn
- Các công tăc tơ khởi động K1, K2 để ngắn mạch các điện trở 1R, 2R tại các thời điểm cần thiết
- Các nút ấn điều khiển khởi động và dừng máy M, D
Để khởi động động cơ, cần cấp điện vào mạch động lực và điều khiển Qua cuộn kích từ CKT và rơ le dòng điện RTT, nếu dòng điện kích từ đủ, RTT sẽ đóng tiếp điểm trong mạch cuộn dây công tắc tơ K, cho phép động cơ khởi động Rơ le thời gian RTZ1 có điện sẽ mở tiếp điểm thường kín, làm cho các công tắc tơ K1, K2 không có điện trước khi khởi động, và các tiếp điểm K1, K2 mở ra để nối điện trở 1R, 2R vào mạch phần ứng động cơ Khi ấn nút khởi động M, công tắc tơ K có điện, tiếp điểm thường kín K mở, RTZ1 mất điện và các tiếp điểm thường mở K đóng lại, giúp động cơ khởi động và duy trì dòng điện cấp cho động cơ.
Do tiếp điểm RTZ đóng chậm, các công tắc tơ K1 và K2 chưa có điện, khiến động cơ khởi động với hai điện trở phụ trong mạch phần ứng Khi dòng điện đi qua điện trở 2R, sụt áp xảy ra và RTZ2 tác động, mở tiếp điểm của nó để đảm bảo trình tự khởi động.
Sau thời gian chỉnh định của RTZ1 (đến thời điểm t1), tiếp điểm thường kín RTZ1 sẽ đóng lại, khiến công tắc tơ K1 có điện Khi K1 đóng tiếp điểm, điện trở 1R bị nối ngắn mạch, cho phép động cơ tiếp tục khởi động với điện trở phụ 2R.
Khi điện trở 1R bị ngắn mạch, rơ le RTZ2 sẽ mất điện Sau thời gian chỉnh định của RTZ2, tiếp điểm của nó sẽ đóng lại, cung cấp điện cho công tắc tơ K2 Khi đó, điện trở 2R cũng bị ngắn mạch, cho phép động cơ tăng tốc đến tốc độ làm việc và hoàn tất quá trình khởi động Nguyên tắc khống chế theo thời gian trong quá trình này rất quan trọng để đảm bảo hoạt động an toàn và hiệu quả.
* Khi dùng nguyên tắc khống chế theo thời gian thì có các yếu tố như MC,J,U,
R, L, C của mạch phải đúng với điều kiện tính toán Nếu không thì tại các thời điểm chuyển đổi giá trị của n, M, I thực tế của động cơ sẽ không đúng với giá trị tính toán dẫn đến việc động cơ chuyển chế độ làm việc không đúng với yêu cầu
Rơle điều chỉnh thời gian mang lại ưu điểm vượt trội khi cho phép người dùng tùy chỉnh thời gian độc lập với thông số của hệ thống động lực Điều này giúp tối ưu hóa thời gian chỉnh định của rơle, đảm bảo sự phù hợp với các thông số thực tế của hệ thống.
* Thiết bị của sơ đồ đơn giản, làm việc tin cậy
Rơ le thời gian là thiết bị linh hoạt, có thể áp dụng cho mọi loại động cơ với công suất khác nhau, mang lại sự tiện lợi và hiệu quả kinh tế cao Chính vì vậy, nó được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực.
4.2 Khống chế truyền động điện theo tốc độ a Nội dung nguyên tắc:
Tốc độ động cơ truyền động là một thông số quan trọng xác định trạng thái của hệ truyền động điện, từ đó giúp kiểm soát hiệu quả hệ thống truyền động.
- Trong mạch điều khiển phải có phần tử thụ cảm được tốc độ làm việc của động cơ gọi là rơle tốc độ
Khi tốc độ đạt giá trị đã được tính toán trước, rơle tốc độ sẽ phát tín hiệu đến phần tử chấp hành, từ đó chuyển trạng thái làm việc của hệ thống truyền động điện sang trạng thái mới theo yêu cầu.
Đối với động cơ điện một chiều, khi từ thông được giữ cố định, tốc độ có thể được kiểm tra gián tiếp thông qua sức điện động của động cơ.
Động cơ xoay chiều rotor dây quấn cho phép điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi suất điện động hoặc tần số dòng điện trong rotor Các phương pháp kiểm soát tốc độ dựa trên nguyên tắc này rất quan trọng để tối ưu hóa hiệu suất hoạt động của động cơ.
* Khởi động động cơ một chiều qua 2 cấp điện trở phụ:
Hình 2.4: Sơ đồ nguyên lý khâu khởi động động cơ một chiều kích từ độc lập qua 2 cấp điện trở phụ, khống chế theo nguyên tắc tốc độ
Các phần tử của sơ đồ:
Rơ le gia tốc 1G và 2G đóng vai trò vừa là phần tử tín hiệu, vừa là phần tử chấp hành Điện áp cung cấp cho các rơ le này phụ thuộc vào tốc độ của phần ứng động cơ.
Tại thời điểm ban đầu của quá trình khởi động, điện áp đặt lên các rơ le 1G, 2G:
Các sơ đồ điều khiển điển hình
5.1 Sơ đồ điều khiển động cơ KĐB 3 pha rô to lồng sóc
5.1.1 Mạch điều khiển động cơ quay một chiều ở 1 vị trí a Sơ đồ nguy ên lý b Trang b ị trong mạch điện
- Cầu dao nguồn, đóng cắt không tải toàn bộ mạch
- Cầu chì, bảo vệ ngắn mạch ở mạch động lực
- Rơ le nhiệt, bảo vệ quá tải cho động cơ (ĐKB)
- Công tắc tơ, điều khiển động cơ làm việc
- Cầu chì, bảo vệ ngắn mạch ở mạch điều khiển
- Nút bấm thường mở; thường đóng điều khiển mở máy và dừng động cơ
- Đèn tín hiệu trạng thái làm việc và quá tải của động cơ c Nguyên lý làm vi ệc
Sau khi đóng cầu dao CD và ấn nút M, công tắc tơ K sẽ có điện Tiếp điểm thường mở K trong mạch điều khiển sẽ đóng lại, duy trì dòng điện cấp cho cuộn dây K.
Hình 1.1 : Sơ đồ nguyên lý mạch khởi động trực tiếp ĐKB 3 pha quay 1 chiều
8 bên mạch động lực tiếp điểm K sẽ đóng lại cấp điện cho động cơ để mở máy trực tiếp với toàn bộ điện áp lưới
Muốn dừng, ấn nút D để cắt điện cuộn K Động cơ dừng tự do d Mô ph ỏng m ột số hư hỏng thường gặp
* Sự cố 1: Mạch đang vận hành tác động vào nút test ở RN Quan sát động cơ, ghi nhận hiện tượng, giải thích
* Sự cố 2: Cắt nguồn, hở mạch tiếp điểm K tại điểm số 3 Sau đó cấp lại nguồn, vận hành và quan sát hiện tượng, giải thích
* Sự cố 3: Phục hồi lại sự cố trên, hở 1 pha mạch động lực Cho mạch vận hành quan sát hiện tượng, giải thích
5.1.2 Mạch điều khiển động cơ quay một chiều ở nhiều vị trí a Sơ đồ nguy ên lý b Trang b ị trong mạch điện
- Cầu dao nguồn, đóng cắt không tải toàn bộ mạch
- Cầu chì, bảo vệ ngắn mạch ở mạch động lực
- Rơ le nhiệt, bảo vệ quá tải cho động cơ (ĐKB)
- Công tắc tơ, điều khiển động cơ làm việc
- Cầu chì, bảo vệ ngắn mạch ở mạch điều khiển
- Nút bấm thường mở; thường đóng điều khiển mở máy và dừng động cơ
- Đèn tín hiệu trạng thái làm việc và quá tải của động cơ c Nguyên lý làm vi ệc
Sau khi đóng cầu dao CD, ấn nút M1 hoặc M2 tại vị trí 1 hoặc 2, công tắc tơ K sẽ có điện Tiếp điểm thường mở K trong mạch điều khiển sẽ đóng lại, duy trì dòng điện cho cuộn dây K Trong mạch động lực, tiếp điểm K sẽ đóng, cung cấp điện cho động cơ, cho phép mở máy trực tiếp với toàn bộ điện áp lưới.
Muốn dừng, ấn nút D1 hặc D2 để cắt điện cuộn K Động cơ dừng tự do d Mô ph ỏng một số hư hỏng thường gặp
Hình 1.3: Sơ đồ nguyên lý mạch khởi động trực tiếp ĐKB 3 pha quay 1 chiều
* Sự cố 1: Mạch đang vận hành tác động vào nút test ở RN Quan sát động cơ, ghi nhận hiện tượng, giải thích
* Sự cố 2: Cắt nguồn, hở mạch tiếp điểm K tại điểm số 3 Sau đó cấp lại nguồn, vận hành và quan sát hiện tượng, giải thích
* Sự cố 3: Phục hồi lại sự cố trên, hở 1 pha mạch động lực Cho mạch vận hành quan sát hiện tượng, giải thích
* Sự cố 4: Cắt nguồn, hở mạch tiếp điểm nút dừng 2 Sau đó cấp lại nguồn, vận hành và quan sát hiện tượng, giải thích
5.1.3 Mạch điện đảo chiều quay gián tiếp động cơ a Sơ đồ nguy ên lý b Trang b ị điện trong mạch
- CD : Cầu dao nguồn, đóng cắt không tải toàn bộ mạch
- 1CC: Cầu chì, bảo vệ ngắn mạch ở mạch động lực
- 2CC: Cầu chì, bảo vệ ngắn mạch ở mạch điều khiển
- RN: Rơ le nhiệt, bảo vệ quá tải cho động cơ (ĐKB)
- T, N: Công tắc tơ, điều khiển động cơ quay thuận, nghịch
Hình 1.7: Sơ đồ nguyên lý mạch đảo chiều quay gián tiếp KĐB 3 pha
- MT; MN: Nút bấm thường mở, điều khiển động cơ quay thuận, quay nghịch
- D: Nút bấm thường đóng, điều khiển dừng động cơ
- 1Đ; 2Đ; 3Đ: Đèn tín hiệu trạng thái quay thuận, quay nghịch và quá tải của động cơ c Nguyên lý ho ạt động
Để điều khiển động cơ quay theo chiều thuận, ta cần ấn nút mở MT của công tắc tơ T, khi đó điện sẽ được cấp cho động cơ Đ Tiếp điểm T trong mạch động lực sẽ đóng lại, cung cấp điện cho động cơ, đồng thời tiếp điểm T (3-5) cũng sẽ đóng lại để duy trì hoạt động của động cơ.
- Muốn dừng ấn nút D động cơ dừng tự do
Để điều khiển động cơ quay ngược, cần ấn nút mở MN của công tắc tơ N khi có điện Khi đó, tiếp điểm N trong mạch động lực sẽ đóng lại, làm thay đổi thứ tự hai trong ba pha cung cấp điện cho động cơ Đ quay ngược Đồng thời, tiếp điểm N (3-11) cũng sẽ đóng lại để duy trì hoạt động.
Để ngăn chặn hiện tượng ngắn mạch hai pha khi cả hai công tơ T và N hoạt động đồng thời, chúng ta cần sử dụng các tiếp điểm liên động điện Tiếp điểm thường đóng của công tơ T được kết nối vào mạch cuộn dây của công tơ N và ngược lại.
- Sự cố 1: Mạch đang vận hành tác động vào nút test ở RN Quan sát động cơ, ghi nhận hiện tượng, giải thích
Sự cố 2 liên quan đến việc cắt nguồn và cô lập mạch động lực do hở dây nối phía sau rơ le nhiệt Để khắc phục, cần nối tắt tiếp điểm N(5,7) và T(9,11) Sau khi thực hiện xong, cấp lại nguồn điện, tiến hành vận hành và quan sát hiện tượng để đưa ra giải thích.
Chú ý: sự cố này chỉ được mô phỏng khi đã cô lập mạch động lực
5.1.4 Mạch đảo chiều trực tiếp động cơ a Sơ đồ nguy ên lý b Trang b ị điện trong mạch :
- CD : Cầu dao nguồn, đóng cắt không tải toàn bộ mạch
- 1CC: Cầu chì, bảo vệ ngắn mạch ở mạch động lực
- 2CC: Cầu chì, bảo vệ ngắn mạch ở mạch điều khiển
- RN: Rơ le nhiệt, bảo vệ quá tải cho động cơ (ĐKB)
- T, N: Công tắc tơ, điều khiển động cơ quay thuận, nghịch
- MT; MN: Nút bấm thường mở, điều khiển động cơ quay thuận, quay nghịch
- D: Nút bấm thường đóng, điều khiển dừng động cơ
- 1Đ; 2Đ; 3Đ: Đèn tín hiệu trạng thái quay thuận, quay nghịch và quá tải của động cơ c Nguyên lý ho ạt động:
Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý mạch đảo chiều trực tiếp KĐB 3 pha
Để điều khiển động cơ quay thuận, người dùng cần ấn nút mở MT trên công tắc tơ T, khi đó điện sẽ được cấp cho động cơ Tiếp điểm thường mở T trong mạch động lực sẽ đóng lại, cung cấp nguồn cho động cơ Đ quay thuận Đồng thời, tiếp điểm thường mở T (3-5) trong mạch điều khiển cũng sẽ đóng lại để duy trì dòng điện cho cuộn hút T.
Để điều khiển động cơ quay ngược, cần ấn nút mở MN của công tắc tơ N có điện Khi tiếp điểm thường mở N trong mạch động lực đóng lại, nó sẽ cung cấp nguồn cho động cơ Đ quay ngược Đồng thời, tiếp điểm thường mở N (3-11) cũng sẽ đóng lại để duy trì dòng điện cho cuộn hút T.
- Để tránh ngắn mạch hai pha khi cả hai công tơ T và N cùng làm việc ta dùng các tiếp điểm liên động:
+ Liên động về điện dùng tiếp điểm thường đóng T đấu gửi ở mạch cuộn dây N và ngược lại
Liên động về cơ nhờ nút ấn liên động giúp kiểm soát hoạt động của cuộn dây N Khi ấn nút MT, tiếp điểm thường đóng liên động sẽ mở ra, ngăn không cho cuộn N nhận điện Tương tự, khi ấn nút mở MN, tiếp điểm liên động trong mạch cuộn dây cũng sẽ tác động theo cách tương tự.
T mở ra không cho T có điện d Mô ph ỏng các hư hỏng thường gặp
- Sự cố 1: Cuối các tiếp điểm duy trì tại điểm số 5 và số 11; nối vào điểm số 7 và số 13 Quan sát hiện tượng và giải thích?
- Sự cố 2: Mạch đang vận hành tác động vào nút test ở RN Quan sát động cơ, ghi nhận hiện tượng, giải thích
Sự cố 3 liên quan đến việc cắt nguồn và cô lập mạch động lực do hở dây nối phía sau rơ le nhiệt Để khắc phục, cần nối tắt các tiếp điểm N(5,7) và T(9,11) Sau khi thực hiện các bước này, hãy cấp lại nguồn, tiến hành vận hành và quan sát hiện tượng xảy ra để có thể giải thích nguyên nhân.
5.1.5 Mạch mở máy qua cuộn kháng (hoặc điện trở phụ)
Phương pháp khởi động qua cuộn kháng là kỹ thuật sử dụng cuộn kháng 3 pha trong mạch stato để giảm điện áp và dòng khởi động của động cơ Sau khi quá trình khởi động hoàn tất, cuộn kháng sẽ được loại bỏ khỏi mạch điện, giúp động cơ hoạt động hiệu quả hơn.
Phương pháp này đơn giản và dễ dàng điều chỉnh điện kháng stato, phù hợp cho cả động cơ rô to lồng sóc và động cơ rô to dây quấn.
Phương pháp này có nhược điểm là khi giảm dòng mở máy, mô men mở máy sẽ giảm theo bình phương, dẫn đến thời gian mở máy bị kéo dài a Sơ đồ nguyên lý b Trang bị điện trong mạch.
- CD: Cầu dao nguồn, đóng cắt không tải toàn bộ mạch
- 1CC: Cầu chì bảo vệ ngắn mạch ở mạch động lực
- 2CC: Cầu chì bảo vệ ngắn mạch ở mạch điều khiển
- M; D: Nút bấm thường mở, thường đóng điều khiển mở máy và dừng động cơ
- RN: Rơ le nhiệt, bảo vệ quá tải cho động cơ (ĐKB)
- Đg: Công tắc tơ đóng cắt nguồn chính, bảo vệ điện áp thấp cho động cơ
- K: Công tắc tơ loại cuộn kháng sau khi khởi động xong
- CK: Cuộn kháng để hạn chế dòng điện khi mở máy
- RTh: Rơ le thời gian; đặt thời gian để loại cuộn kháng
- 1Đ; 2Đ; 3Đ: Đèn tín hiệu trạng thái làm việc, khởi động và quá tải của động cơ
Hình 1.11: Sơ đồ nguyên lý mạch mở máy qua cuộn kháng ĐKB rô to lồng sóc
Nguyên lý hoạt động của hệ thống bắt đầu bằng việc đóng cầu dao CD và ấn nút mở M, làm cho công tắc tơ Đg và rơ le thời gian Rth có điện Khi tiếp điểm Đg trong mạch động lực đóng lại, nguồn điện được cấp cho động cơ khởi động qua cuộn kháng với điện áp thấp hơn Đồng thời, tiếp điểm Đg (3-5) trong mạch điều khiển cũng đóng lại, duy trì nguồn điện cho mạch điều khiển Khi rơ le thời gian Rth có điện, sau khoảng thời gian đã định, tiếp điểm Rth (5-7) sẽ đóng lại, cung cấp điện cho công tắc tơ K, loại bỏ cuộn kháng khỏi mạch stato động cơ và đưa động cơ vào hoạt động với điện áp lưới.
Muốn dừng ấn nút D động cơ dừng tự do d Mô ph ỏng một số hư hỏng thường gặp
Sự cố 1 liên quan đến việc dời điểm nối dây trên đế RTh từ cực số 6 sang điểm số 5 Sau khi thực hiện thay đổi này, mạch được cho vận hành và động cơ được quan sát Kết quả ghi nhận hiện tượng và các yếu tố cần thiết đã được giải thích rõ ràng.
- Sự cố 2: Hở mạch cấp nguồn cho cuộn K; nối tắt tiếp điểm K(7,9), sau đó cấp lại nguồn, vận hành và quan sát hiện tượng, giải thích
Các khâu bảo vệ và liên động trong TĐKC – TĐĐ
6.1 Bảo vệ quá dòng Động cơ điện thường bị quá dòng trong trường hợp bị ngắn mạch hoặc quá tải
Bảo vệ ngắn mạch là biện pháp quan trọng nhằm ngăn chặn hiện tượng các pha chạm chập nhau, bao gồm pha chạm trung tính hoặc hai cực của thiết bị điện một chiều Để thực hiện bảo vệ, thường sử dụng cầu chì nối tiếp trong các dây pha hoặc tại một cực của thiết bị điện một chiều Đối với các thiết bị điện công suất lớn, có thể áp dụng rơle dòng để bảo vệ, với dòng chỉnh định từ (8-10)Iđm, khi đó cuộn dây của rơle dòng được mắc nối tiếp trong mạch động lực.
* Bảo vệ quá tải: là hiện tượng dòng qua ĐC hoặc qua thiết bị KCĐ tăng cao hơn định mức
Quá tải đối xứng xảy ra khi phụ tải trên trục ĐC vượt quá giới hạn cho phép, dẫn đến tình trạng kẹt trục hoặc tải tăng đột ngột Trong tình huống này, dòng điện ở cả ba pha đều tăng lên một cách đồng đều.
Quá tải không đối xứng xảy ra khi nguồn điện bị mất 1 pha hoặc không cân bằng trong quá trình hoạt động của thiết bị điện Để bảo vệ thiết bị trong trường hợp này, thường sử dụng rơle nhiệt, với phần tử đốt nóng được đặt ở 2 pha của thiết bị điện 3 pha hoặc một cực của thiết bị điện một chiều Đối với các động cơ có công suất lớn, khoảng hàng trăm KW, cần sử dụng rơle dòng RI với dòng chỉnh định từ 1,3 đến 1,5 lần dòng định mức (Iđm) Vì dòng khởi động có thể cao gấp đôi Iđm, nên cần sử dụng rơle thời gian để kiểm soát trạng thái tác động ban đầu của RI, chỉ sau khi sự cố ngắn mạch được khắc phục, RI mới được đưa vào bảo vệ.
Hình 2-48: Bảo vệ quá dòng
Để bảo vệ động cơ khỏi lưới điện khi điện áp nguồn giảm thấp, người ta sử dụng rơle điện áp thấp RU Rơle này cùng với tiếp điểm của nó được kết nối trong mạch khống chế Khi điện áp giảm xuống dưới giá trị cho phép, rơle điện áp sẽ cắt mạch khống chế và dừng động cơ.
Có thể sử dụng công tắc tơ để điều khiển động cơ Khi điện áp đủ, nhấn nút khởi động sẽ làm các tiếp điểm chính trong mạch động lực và tiếp điểm phụ trong mạch khống chế đóng lại, cho phép động cơ hoạt động Nếu điện áp lưới giảm xuống mức thấp, các tiếp điểm sẽ mở ra, cắt đứt mạch điện và ngừng hoạt động của động cơ.
6.3 Bảo vệ thiếu và mất từ trường ĐC-DC nếu vận hành với tải định mức mà IKT suy giảm nhiều thì tốc độ ĐC tăng quá lớn dẫn đến hỏng động cơ, nếu mất hẳn kích thích có thể làm cháy động cơ Để bảo vệ dùng RI, cuộn dây mắc trong mạch kích từ, tiếp điểm của nó mắc trong mạch điều khiển ( rơle thiếu từ trường), khi thiếu hay mất từ trường thì động cơ được cắt khỏi lưới điện
Hình 2-50: Bảo vệ thiếu và mất từ trường Đ
Liên động duy trì là thiết bị quan trọng giúp đảm bảo nguồn cung cấp cho các công tắc làm việc và cắt mạch khi xảy ra sự cố sụt áp Để duy trì hoạt động cho cuộn hút, cần sử dụng tiếp điểm thường mở của nó nối tiếp với cuộn hút và song song với nút mở máy.
Liên động khoá chéo là một biện pháp quan trọng để đảm bảo tính tin cậy trong các mạch điện có nhiều trạng thái hoạt động khác nhau Nó giúp duy trì chỉ một trạng thái hoạt động tại mỗi thời điểm, từ đó ngăn ngừa sự cố và đảm bảo hiệu suất làm việc ổn định.
Liên động trình tự là phương pháp đảm bảo mạch làm việc rõ ràng, được ứng dụng trong các mạch điện hoạt động theo quy trình có tính thứ tự Trong đó, tiếp điểm thường mở của phần tử cho phép làm việc trước sẽ được nối tiếp với cuộn hút của phần tử làm việc sau.
* Hạn chế hành trình máy:
Cơ cấu bàn dao và bàn máy của máy cắt kim loại thường chỉ di chuyển trong một phạm vi nhất định Để kiểm soát hành trình của các bộ phận này, người ta sử dụng các công tắc hành trình được lắp đặt trong mạch động lực hoặc mạch điều khiển.
* Vấn đề tín hiệu hoá:
Giúp người vận hành biết được trạng thái làm việc của hệ thống, thường dùng đèn báo, chuông hoặc còi
1 Nêu các yêu cầu chung của việc TĐKC - TĐĐ?
2 Nêu nguyên ly, cách thực hiện khi thực hiện TĐKC – TĐĐ theo nguyên tắc thời gian, nguyên tắc dòng điện và nguyên tắc tốc độ?
3 Nêu và phân tích các loại sự cố thường xảy ra trong TĐKC? Cho biết phương pháp bảo vệ cho từng loại sự cố?
1 Vẽ mạch mở máy ĐKB 3 pha roto lồng sóc đảo chiều quay trực tiếp điều khiển ở 2 nơi khác nhau?
2 Vẽ mạch khống chế ĐKB roto lồng sóc với các yêu cầu sau:
- Động cơ mở máy qua cuộn kháng
- Mạch được bảo vệ quá tải, ngắn mạch, kém áp và quá áp
3 Vẽ mạch đảo chiều trực tiếp ĐKIB 3 pha roto lồng sóc; dừng máy bằng phương pháp hãm động năng?
4 Vẽ mạch mở máy trực tiếp ĐKIB 3 pha roto lồng sóc, dừng máy bằng phương pháp hãm ngược dùng Rth?
5 Vẽ mạch khống chế ĐKB roto lồng sóc với các yêu cầu sau:
- Động cơ mở máy bằng phương pháp đổi nối Y -
- Dừng máy bằng phương pháp hãm động năng
- Có đầy đủ khâu bảo vệ và tín hiệu
6 Vẽ mạch khống chế ĐC - DC với các yêu cầu sau:
- Động cơ mở máy qua 2 cấp điện trở phụ theo nguyên tắc dòng điện
- Dừng máy bằng phương pháp hãm động năng
- Có đầy đủ khâu bảo vệ và tín hiệu
7 Vẽ mạch khống chế ĐKB 3 pha roto dây quấn với các yêu cầu sau:
- Mạch mở máy qua 2 cấp điện trở phụ theo nguyên tắc điện áp
- Dừng máy bằng phương pháp hãm ngược
- Có đầy đủ khâu bảo vệ và tín hiệu
8 Vẽ mạch khống chế 2 ĐKB roto lồng sóc DD1 và Đ2 với các yêu cầu sau:
- Đ1 mở máy trực tiếp, dừng máy bằng phương pháp hãm động năng
- Đ2 mở máy Y - , đảo chiều quay
- Đ1chỉ làm việc khi Đ2 đã làm việc trước đó
- Đ2 ngừng hoạt động sau khi Đ1 đã dừng
- Các động cơ đều được bảo vệ ngắn mạch và quá tải