Bài giảng Tự động hoá thiết bị điện - Chương 3: Hệ thống điều khiển

Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 1 Đặc điểm điều khiển có tiếp điểm Tự động điều khiển truyền động điện Một số ứng dụng của hệ thống điều khiển có tiếp điểm Ch−ơng 3: hệ thống điều khiển có tiếp điểm đặc điểm điều khiển có tiếp điểm Hệ thống điều khiển nμy sử dụng các rơle trung gian, côngtắctơ có tiếp điểm, tạo thμnh các sơ đồ mạch. Những mạch điều khiển nμy có đặc điểm đơn giản, độ tin cậy cao, hoạt động chắc chắn, tần số điều khiển thấp. Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 2 tự động điều khiển truyền động điện Tự động điều khiển truyền động điện, lμ điều khiển tự động quá trình mở máy, hãm máy, đảo chiều quay hoặc điều khiển cho động cơ hoạt động theo một ch−ơng trình nμo đó. Một số quy −ớc khi thuyết minh nguyên lí hoạt động của mạch rơle. – Cuộn hút Cuộn hút có điện: K(3-7) Cuộn hút cắt điện: K(3-7) Cuộn hút thời gian có điện: Rt (3-7): Tác động ngay Cuộn hút thời gian cắt điện: Rt (3-7): Tác động ngay Cuộn hút thời gian có điện: Rt(Δt)(3-7): Tác động có trễ Cuộn hút thời gian cắt điện: Rt(Δt)(3-7): Tác động có trễ Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 3 – Tiếp điểm: Tiếp điểm th−ờng hở tác động: R(NO)(3-7) Tiếp điểm th−ờng kín tác động: R(NC)(3-7) Tiếp điểm th−ờng hở cắt tác động: R(NO)(3-7) Tiếp điểm th−ờng kín cắt tác động: R(NC)(3-7) Tiếp điểm thời gian th−ờng hở tác động sau một khoảng thời gian: Rt(NO)(Δt-ON)(3-7) Tiếp điểm thời gian th−ờng kín tác động sau một khoảng thời gian: Rt(NC)(Δt-ON)(3-7) Tiếp điểm thời gian th−ờng hở cắt tác động sau một khoảng thời gian: Rt(NO)(Δt-OFF)(3-7) Tiếp điểm thời gian th−ờng kín cắt tác động sau một khoảng thời gian: Rt(NC)(Δt-OFF)(3-7) – nút nhấn: Nút nhấn th−ờng hở tác động: M(NO)(3-7) Nút nhấn th−ờng kín tác động: D(NC)(3-7) – Khống chế chỉ huy: Khống chế chỉ huy ở vị trí 1: KC(1) Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 4 Nguyên tắc điều khiển theo thời gian. M3 3 CC1 Ap K Rn r2 r1 K2 K1 D M K K Rn Rt1 K1 Rt2 K2 Rt1 Rt2 CC2 X1 X2 1 2 3 4 6 5 Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ. – Thông qua kiểm tra trực tiếp (rơle tốc độ) – Thông qua kiểm tra gián tiếp: Sử dụng máy phát tốc hoặc encoder nối trục với động cơ Sử dụng sức điện động phát ra trên 2 đầu động cơ Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 5 Sử dụng sức điện động phát ra trên 2 đầu động cơ 89 K K MD M CD CC1 CC2 K r3 r2 r1 K K1K2K3K3 K2 K1 KT 1 2 3 4 5 6 7 Rd Rd 10 11 Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện 6 5432 1 KT K r1 K CC2CC1 CD M D M K K 10 11 7 8 K1 K1 Rd Rd K1 K 9 Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 6 Nguyên tắc điều khiển theo hμnh trình 9 41 NT N MN N N M3 3 CC1 Ap T Rn D MT T T Rn CC2 X1 X2 2 3 7 12 HCT HCN 5 6 8 10 11 HCTHCN A B xe hàng ứng dụng điều khiển có tiếp điểm Trong mở máy Trong đảo chiều quay Trong trạng thái hãm Một số ứng dụng khác Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 7 Trong mở máy – Có thể sử dụng một trong số các ph−ơng pháp thời gian, tốc độ, dòng điện. Trong đảo chiều quay 7 532 X2 X1 CC2 RnT T MTD Rn T Ap CC1 3 M3 N MN N N 1 4 6 Trong trạng thái hãm – Hãm bằng phanh điện Khi có điện, nhả phanh Khi cắt điện, đóng phanh 9 432 X2 X1 CC2 Rn Ph Ph MPhD Rn Ph Ap CC1 3 M3 MT T Ph T 1 7 T N MN Ph NN T N 5 6 1011 8 Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 8 – Hãm động năng động cơ không đồng bộ 5 3 2 X2 X1 CC2 Rn ĐN D Rn K Ap CC1 3 M3 M BA N K 1 4 6 K K1 K K1 K1 K1 Rt Rt rh A C 7 8 9 10 B – Hãm ng−ợc đảo chiều điện áp động cơ không đồng bộ Ph−ơng án 1 Ph−ơng án 2 Ph−ơng án 3 X2 X1 CC2 Rn K Ap CC1 3 M3 HN 1 2 53 Rn D M 4 6 21 7 8 K HN Rt Rt K K HN 1 Rn K 4 M 5 HN KDH HNHN Rt Rt K 2 3 6 7 8 9 2 KnHN HN DH KHN6 M 5 K Rn 1 D 3 4 7 8 9 10 Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 9 một số ứng dụng khác Khởi động trạm bơm n−ớc. Điều khiển lò nhiệt. Hệ thống bù cosϕ. Điều khiển máy bơm n−ớc. Truyền động động cơ điện không đồng bộ. Hệ thống chuyển nguồn tự động (ATS). Khởi động trạm bơm n−ớc. – Bμi toán: Trong trạm bơm n−ớc nông nghiệp th−ờng đ−ợc bố trí nhiều máy bơm n−ớc nhằm phục vụ mục đích t−ới tiêu. Giả thiết trong bài toán này, trạm bơm có hai máy dùng chung một bộ khởi động mềm, nhằm mục đích hạn chế dòng khởi động khi máy bơm làm việc. Do chỉ có một bộ khởi động nên hai động cơ đ−ợc khởi động lần l−ợt, động cơ M1 khởi động tr−ớc, kế tiếp đến động cơ M2. Khi hết thời gian khởi động, động cơ đ−ợc tự động chuyển về làm việc trực tiếp với điện áp l−ới. Để đảm bảo an toàn cho van bán dẫn trong bộ khởi động mềm, yêu cầu giữa hai lần khởi động liên tiếp cần có khoảng thời gian nghỉ nhỏ. Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 10 – Sơ đồ mạch lực Rn1 K1 K2 Ap2Ap1 M1 3 Đến mạch điều khiển Nguồn cấp Khởi động mềm 3 M2 Ap3 Ap4 K4K3 Rn2 1 2 – Sơ đồ mạch điều khiển Rơle Rt1: Đặt thời gian khởi động cho động cơ M1. Rơle Rt2: Đặt thời gian nghỉ giữa 2 lần khởi động. Rơle Rt3: Đặt thời gian khởi động cho động cơ M2. Rt1 Rt2 Rt3 Rn1 Rn2 D K2 M1 K1 K1 R1 R1 Rt1 Rt1 K2 K2 Rt2 K3 K3 Rt3 K4 K4 K4 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 11 Điều khiển lò nhiệt. – Bμi toán: Trong hệ thống sấy các sản phẩm nh− ngũ cốc, thông th−ờng đ−ợc thiết kế d−ới dạng làm nóng gián tiếp. Sử dụng một quạt gió đ−ợc kéo bởi một động cơ không đồng bộ, thổi gió vào buồng sấy. Để gia nhiệt ta bố trí 2 sợi đốt, đ−ợc đóng cắt do 2 công tắc tơ. Trong buồng sấy bố trí một cảm biến nhiệt, cảm biến này đ−ợc nối tới một bộ xử lý, sao cho khi nhiệt độ buồng d−ới tmin thì tiếp điểm tmin đóng, trong khoảng từ tmin – tmax thì tiếp điểm tmin và tmax mở, trên nhiệt độ tmax thì tiếp điểm tmax đóng. – Tr−ớc tiên khởi động quạt gió, sau đó gia nhiệt cho buồng sấy bằng cả r1 và r2, khi t > tmax cắt điện cả r1 và r2. Khi nhiệt độ giảm t < tmax đóng điện trở lại cho r2, khi nhiệt độ giảm d−ới tmin đóng tiếp r1. – Khi xảy ra quá nhiệt do cảm biến nhiệt CB1 bị hỏng, nhiệt độ tăng đến mức nguy hiểm, cần cắt điện toàn bộ hệ thống. – Sơ đồ mạch lực. Mạch xử lí M1 3 Ap1 K1 K2 K3 Rnr1 r2 tmin maxt CB1CB2 Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 12 – Sơ đồ mạch điều khiển. D MQ K3 K3 MN R1 Rn K3 R3 R1 R2 K2 K1 R3 R2 t K1 min maxttBV 1 2 3 4 5 6 9 7810 11 12 Điều khiển hệ thống bù cosϕ. – Bμi toán: Trong hệ thống cung cấp điện cho các xí nghiệp sản xuất th−ờng dùng rất nhiều động cơ, điều này làm xấu đi hệ số công suất cosϕ. Để nâng cao hệ số này, cần tiến hành bù cosϕ bằng cách mắc thêm các bộ tụ bù. – Ta tiến hành bù bằng 3 nhóm tụ C1, C2 và C3 có dung l−ợng C1 < C2 < C3, dùng cảm biến cosϕ để đo hệ số công suất. Khi nào cosϕthấp 0.96 thì ngắt tụ khỏi l−ới. D−ới ng−ỡng thấp tiếp điểm cosϕthấp đóng lại, trên ng−ỡng cao tiếp điểm cosϕcao đóng lại. – Do cosϕ của tải luôn biến động, nên trình tự đóng, cắt tụ nh− sau: đóng tụ có dung l−ợng từ bé đến lớn, cắt tụ cũng từ bé đến lớn. Nhằm mục đích tránh hiện t−ợng đóng lặp lại (do đóng tụ có dung l−ợng lớn tr−ớc) Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 13 – Sơ đồ mạch lực. C1 C2 C3 Phụ tải ba pha K2K1 Ap1 K3 – Sơ đồ mạch điều khiển. Khi cosϕ thấp cosϕ thấp Rđ1 Rđ1 Rt1 Rt1 Đ1 Đ1 Rt4 Rđ1 Đ1 Rt2 Rt2 Đ2 Đ2 Rt5 Rđ1 Đ2 Rt3 Rt3 Rt6 Đ3 Đ3 + - 1 3 2 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 14 – Sơ đồ mạch điều khiển. Khi cosϕ cao Chế độ bằng tay tự động cosϕcao Rt4 Rt4 Rt5 Rt6Rt5 + - R1 K1 K2R2 R3 K3 1 15 3 16 17 18 19 20 R1 M1D1 D2 M2 R3 M3D3 R1 Đ1 Đ2 R2 R2 R3 Đ3 + - CT1 1 3 X1 X2 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 D1 D2 D3 D4 D5 D6 Điều khiển máy bơm n−ớc. – Bố trí thiết bị: Tủ điều khiển P1 P2 Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 15 Công tắc phao: Phần công tắc: Có một tiếp điểm th−ờng đóng và một tiếp điểm th−ờng mở. Đối với những động cơ bơm công suất không lớn lắm chừng 1 mã lực trở xuống, có thể dùng trực tiếp tiếp điểm này để đóng cắt. Tuỳ theo chức năng của công tắc trong mạch điều khiển mà ta sử dụng một trong hai công tắc cho phù hợp. Đế của các tiếp điểm và công tắc đ−ợc làm bằng nhựa cách điện và có nắp nhựa đậy kín tránh bụi bẩn và n−ớc rơi vào trong công tắc điện. Phần phao dây: Mỗi một công tắc có một cặp phao dây làm bằng nhựa dẻo, phao dài cỡ 10 cm và đ−ờng kính 4,5 cm; trong phao đổ n−ớc chiếm từ 1/2 đến 2/3 thể tích của phao. Hai phao này đ−ợc buộc treo vào sợi dây nilon nối với cần truyền động của phần công tắc. Khoảng cách dây nối giữa 2 phao ΔH, là khoảng cách chênh mức n−ớc trong bể. ΔH = Hmax - Hmin Công tắc phao: Hmin Hmax đóng mở Mức nuớc Tiếp điểm A-A Chiều nuớc dâng Chiều nuớc hạ A2 P1 B1 B2 A1 Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 16 – Sơ đồ mạch điều khiển. AP N L P1 P2 K CT1 Bơm K K Truyền động động cơ điện không đồng bộ HN rhn r2 r1 K2 K1 Rn T Ap 3 M3 N rh ĐN BA NA B C 1 CC1 CC2 X1 2 X2 Rd1 Rd2 Rd3 Ph Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 17 – Đảo chiều quay – Khởi động bằng điện trở. – Có ba chế độ hãm điện: Hãm cơ khí Hãm ng−ợc Hãm động năng – Một chế độ hãm cơ khí Rt1 Rt2 PhPh Rd3 Rd1 Rd2 R1R1 T T T N N N KC KC KC HCT HCN ĐN HN HN Rt1 K1 K1 Rt2 K2 Rt3 Rt3 nT R2 R2 T N nN Rt4 Rt5 Rt4 Rt5 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 123 3'2'1' 1'2'3'321 123 3'2'1' 12 13 14 15 1617 18 19 20 21 22 23 24 26 25 MphDph R3 R3 R3 27 28 29 HN 17 25 2 Tự động chuyển nguồn ATS. t1 2t t3 4t t5 t6 7t UL FU UL t U Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 18 t1-t2: Thời gian trễ 5s (thời gian đảm bảo mất điện l−ới) t3-t4: Thời gian trễ 20s sau khi đã hình thành 80%Uđm. t5-t6: Thời gian trễ 5s (thời gian đảm bảo có điện l−ới) t6-t7: Thời gian trễ 300s (thời gian máy phát chạy không tải) – Máy phát cho phép khởi động 3 lần, thời gian giữa mỗi lần nghỉ khoảng 15s. – Cần có các tín hiệu điều khiển: Mất điện áp l−ới, đủ điện áp máy phát. – Cần có các tín hiệu bảo vệ: đủ áp lực dầu bôi trơn, nhiệt độ n−ớc làm mát d−ới giới hạn cho phép, đủ điện áp máy phát. Mạch động lực KFKL RA RB RC RFA RFB RFC Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 19 Mạch điều khiển RA RB RC RL RL Rt1 Rt3 Rt2 Rt4 RL R200 KL RFA RFB RFC RF U RL Rt1 RtĐR200 RtT R3 RtĐ RtT Rt4 DF SCF R3 R4 + _ 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 1615 17 2018 19 21 D R4 R5 RL R200 MF KF KL Rt3 KFRF Rt2 RL ML Rt3 KL KLKF RL 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 Nhiệt độ áp lực dầu SCF + _ 37 +E + _ +E R200 r1 r2 r3 r4 vr1 A N Tự động hoỏ thiết bị điện GV: Nguyễn Vũ Thanh 20 – Rơle R5 mở đ−ờng nhiên liệu cho động cơ điêzen, tr−ớc khi khởi động động cơ, R5 = 1 có nhiên liệu. R5 = 0 cắt nhiên liệu. – Rơle R3 dùng cho động cơ đề (khởi động điêzen) R3 = 1 đề máy. R3 = 0 cắt đề máy. – Rơle RtĐ dùng cho đề lần 2 và lần 3. Δtđề = 2 s; Δtnghỉ = 15 s – Rơle RtT dùng để đặt tổng thời gian đề máy. ΔtTổng = Δtđề1 + Δtnghỉ1 + Δtđề2 + Δtnghỉ2 + Δtđề3