Giáo trình Truyền động điện tự động - Khương Công Minh

Giáo trình Truyền động Điện Tự động
Biên tập bởi:
Khương Công Minh
Giáo trình Truyền động Điện Tự động
Biên tập bởi:
Khương Công Minh
Các tác giả:
unknown
Phiên bản trực tuyến:
MỤC LỤC
1. Chương 1:
1.1. Khái niệm chung về hệ truyền động điện tự động
2. Chương 2:
2.1. Các tính cơ của động cơ điện
2.2. Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp (đmnt) Và hỗn hợp (đmhh)
2.3. Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ (ĐK)
2.4. Các đặc tính cơ khi hãm động cơ ĐK
3. Chương 3:
3.1. Điều chỉnh các thông số đầu ra của hệ thống truyền động điện
3.2. Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng thay đổi thông
số
4. Chương 4:
4.1. Điều chỉnh tốc độ truyền động điện Các hệ thống bộ biến đổi ­ động cơ
5. Chương 5:
5.1. Quá trình quá Độ truyền động điện
6. Chương 6:
6.1. Chọn công suất động cơ điện
7. Chương 7:
7.1. Hệ thống điều khiển tự động
8. Tài liệu tham khảo
8.1. Tài liệu tham khảo
Tham gia đóng góp
1/201
Chương 1:
Khái niệm chung về hệ truyền động điện tự động
Mục đích và yêu cầu:
+ Nắm được cấu trúc chung của hệ thống truyền động điện tự động (HT­TĐĐTĐ).
+ Nắm được đặc tính của từng loại động cơ trong các hệ thống truyền động điện tự động
cụ thể.
+ Phân tích được các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ và vấn đề điều chỉnh tốc
độ trong các hệ “bộ biến đổi ­ động cơ ”.
+ Khảo sát được quá trình quá độ của HT­TĐĐTĐ với các thông số của hệ hoặc của phụ
tải.
+ Tính chọn các phương án truyền động và nắm được nguyên tắc cơ bản để chọn công
suất động cơ điện.
+ Nắm được các nguyên tắc cơ bản điều khiển tự động HT­TĐĐTĐ.
+ Phân tích và đánh giá được các mạch điều khiển tự động điển hình của các máy hoặc
hệ thống đã có sẵn.
+ Nắm được nguyên tắc làm việc của phần tử điều khiển logic.
+ Tổng hợp được một số mạch điều khiển logic.
+ Thiết kế được các mạch điều khiển tự động của các máy hoặc hệ thống theo yêu cầu
công nghệ.
Cấu trúc và phân loại hệ thống truyền động điện tự động (tđđ tđ)
Cấu trúc của hệ thống truyền động điện tự động:
* Định nghĩa hệ thống truyền động điện tự động:
+ Hệ truyền động điện tự động (TĐĐ TĐ) là một tổ hợp các thiết bị điện, điện tử, v.v.
phục vụ cho cho việc biến đổi điện năng thành cơ năng cung cấp cho các cơ cấu công
2/201
tác trên các máy sản suất, cũng như gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá
trình biến đổi năng lượng đó theo yêu cầu công nghệ.
* Cấu trúc chung:
Hình 1­1: Mô tả cấu trúc chung của hệ TĐĐ TĐ
BBĐ: Bộ biến đổi; ĐC: Động cơ điện; MSX: Máy sản xuất; R và R T : Bộ điều chỉnh
truyền động và công nghệ; K và K T : các Bộ đóng cắt phục vụ truyền động và công
nghệ; GN: Mạch ghép nối; VH: Người vận hành
Cấu trúc của hệ TĐĐ TĐ gồm 2 phần chính:
­ Phần lực (mạch lực): từ lưới điện hoặc nguồn điện cung cấp điện năng đến bộ biến đổi
(BBĐ) và động cơ điện (ĐC) truyền động cho phụ tải (MSX). Các bộ biến đổi như: bộ
biến đổi máy điện (máy phát điện một chiều, xoay chiều, máy điện khuếch đại), bộ biến
đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bảo hoà), bộ biến đổi điện tử, bán dẫn (Chỉnh
lưu tiristor, bộ điều áp một chiều, biến tần transistor, tiristor). Động cơ có các loại như:
động cơ một chiều, xoay chiều, các loại động cơ đặc biệt.
­ Phần điều khiển (mạch điều khiển) gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh tham
số và công nghệ, các khí cụ, thiết bị điều khiển đóng cắt phục vụ công nghệ và cho người
vận hành. Đồng thời một số hệ TĐĐ TĐ khác có cả mạch ghép nối với các thiết bị tự
động khác hoặc với máy tính điều khiển.
3/201
Phân loại hệ thống truyền động điện tự động:
­ Truyền động điện không điều chỉnh: thường chỉ có động cơ nối trực tiếp với lưới điện,
quay máy sản xuất với một tốc độ nhất định.
­ Truyền động có điều chỉnh: tuỳ thuộc vào yêu cầu công nghệ mà ta có hệ truyền động
điện điều chỉnh tốc độ, hệ truyền động điện tự động điều chỉnh mô men, lực kéo, và hệ
truyền động điện tự động điều chỉnh vị trí. Trong hệ này có thể là hệ truyền động điện
tự động nhiều động cơ.
­ Theo cấu trúc và tín hiệu điều khiển mà ta có hệ truyền động điện tự động điều khiển
số, hệ truyền động điện tự động điều khiển tương tự, hệ truyền động điện tự động điều
khiển theo chương trình ...
­ Theo đặc điểm truyền động ta có hệ truyền động điện tự động động cơ điện một chiều,
động cơ điện xoay chiều, động cơ bước, v.v.
­ Theo mức độ tự động hóa có hệ truyền động không tự động và hệ truyền động điện tự
động.
­ Ngoài ra, còn có hệ truyền động điện không đảo chiều, có đảo chiều, hệ truyền động
đơn, truyền động nhiều động cơ, v.v.
Đặc tính cơ của máy sản xuất Và động cơ
Đặc tính cơ của máy sản xuất:
+ Đặc tính cơ của máy sản xuất là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen cản của máy sản
xuất: Mc = f(ω).
+ Đặc tính cơ của máy sản xuất rất đa dạng, tuy nhiên phần lớn chúng được biếu diễn
dưới dạng biểu thức tổng quát:
Trong đó:
Mc ­ mômen ứng với tốc độ ω.
Mco ­ mômen ứng với tốc độ ω = 0.
4/201
Mđm ­ mômen ứng với tốc độ định mức ωđm
+ Ta có các trường hợp số mũ q ứng với các tải:
Khi q = ­1, mômen tỷ lệ nghịch với tốc độ, tương ứng các cơ cấu máy tiện, doa, máy
cuốn dây, cuốn giấy, ... (đường ? hình 1­2).
Đặc điểm của loại máy này là tốc độ làm việc càng thấp thì mômen cản (lực cản) càng
lớn.
Khi q = 0, Mc = Mđm = const, tương ứng các cơ cấu máy nâng hạ, cầu trục, thang máy,
băng tải, cơ cấu ăn dao máy cắt gọt, ... (đường ? hình 1­2).
Khi q = 1, mômen tỷ lệ bậc nhất với tốc độ, tương ứng các cơ cấu ma sát, máy bào, máy
phát một chiều tải thuần trở, (đường ? hình 1­2).
Khi q = 2, mômen tỷ lệ bậc hai với tốc độ, tương ứng các cơ cấu máy bơm, quạy gió,
máy nén, (đường ? hình 1­2).
+ Trên hình 1­2a biểu diễn các đặc tính cơ của máy sản xuất:
Hình 1­2: a) Các dạng đặc tính cơ của các máy sản xuất
? : q = -1; ? : q = 0; ? : q = 1; ? : q = 2.
b) Dạng đặc tính cơ của máy sản xuất có tính thế năng.
c) Dạng đặc tính cơ của máy sản xuất có tính phản kháng.
5/201
+ Ngoài ra, một số máy sản xuất có đặc tính cơ khác, như:
­ Mômen phụ thuộc vào góc quay Mc = f(φ) hoặc mômne phụ thuộc vào đường đi Mc =
f(s), các máy công tác có pittông, các máy trục không có cáp cân bằng có đặc tính thuộc
loại này.
­ Mômen phụ thuộc vào số vòng quay và đường đi Mc = f(ω,s) như các loại xe điện.
­ Mômen phụ thuộc vào thời gian Mc = f(t) như máy nghiền đá, nghiền quặng.
Trên hình 1­2b biểu diễn đặc tính cơ của máy sản xuất có mômen cản dạng thế năng.
Trên hình 1­2c biểu diễn đặc tính cơ của máy sản xuất có mômen cản dạng phản kháng.
Đặc tính cơ của động cơ điện:
+ Đặc tính cơ của động cơ điện là quan hệ giữa tốc độ quay và mômen của động cơ: M
= f(ω).
+ Nhìn chung có 4 loại đặc tính cơ của các loại động cơ đặc trưng như: động cơ điện
một chiều kích từ song song hay độc lập (đường?), và động cơ điện một chiều kích từ
nối tiếp hay hỗn hợp (đường?), động cơ điện xoay chiều không đồng bộ (đường?), đồng
bộ (đường?), hình 1­3.
Hình 1­3: Các đặc tính cơ của bốn loại động cơ điện
* Thường người ta phân biệt hai loại đặc tính cơ:
6/201
+ Đặc tính cơ tự nhiên: là đặc tính có được khi động cơ nối theo sơ đồ bình thường,
không sử dụng thêm các thiết bị phụ trợ khác và các thông số nguồn cũng như của động
cơ là định mức. Như vậy mỗi động cơ chỉ có một đặc tính cơ tự nhiên.
+ Đặc tính cơ nhân tạo hay đặc tính cơ điều chỉnh: là đặc tính cơ nhận được sự thay đổi
một trong các thông số nào đó của nguồn, của động cơ hoặc nối thêm thiết bị phụ trợ
vào mạch, hoặc sử dụng các sơ đồ đặc biệt. Mỗi động cơ có thể có nhiều đặ tính cơ nhân
tạo.
Độ cứng đặc tính cơ:
+ Đánh giá và so sánh các đặc tính cơ, người ta đưa ra khái niệm “độ cứng đặc tính cơ
” và được định nghĩa:
Trong đó: ΔM và Δω là lượng sai phân của mômen và tốc độ tương ứng; M* = M/Mđm
; ω* = ω/ωđm ; hoặc ω* = ω/ωcb .
Hình 1­ 4: Cách tính độ cứngđặc tính cơ bằng đồ thị
Trong đó:
7/201
+ mM là tỉ lệ xích của trục mômen
+ mω là tỉ lệ xích của trục tốc độ
+ ? là góc tạo thành giữa tiếp tuyến với trục ω tại điểm xét của đặc tính cơ.
+ Động cơ không đồng bộ có độ cứng đặc tính cơ thay đổi giá trị (β > 0, β < 0).
+ Động cơ đồng bộ có đặc tính cơ tuyệt đối cứng (β ≈ ∞).
+ Động cơ một chiều kích từ độc lập có độ cứng đặc tính cơ cứng (β ≥ 40).
+ Động cơ một chiều kích từ độc lập có độ cứng đặc tính cơ mềm (β ≤ 10).
Các trạng thái làm việc của hệ tđđtđ
+ Trong hệ truyền động điện tự động bao giờ cũng có quá trình biến đổi năng lượng điện
năng thành cơ năng hoặc ngược lại. Chính quá trình biến đổi này quyết định trạng thái
làm việc của hệ truyền động điện. Có thể lập Bảng 1­1:
8/201
ở trạng thái động cơ: Ta coi dòng công suất điện Pđiện có giá trị dương nếu như nó có
chiều truyền từ nguồn đến động cơ và từ động cơ biến đổi công suất điện thành công
suất cơ: Pcơ = M.ω cấp cho máy sản xuất và được tiêu thụ tại cơ cấu công tác của máy.
Công suất cơ này có giá trị dương nếu như mômen động cơ sinh ra cùng chiều với tốc
độ quay.
ở trạng thái máy phát: thì ngược lại, khi hệ truyền động làm việc, trong một điều kiện
nào đó cơ cấu công tác của máy sản xuất có thể tạo ra cơ năng do động năng hoặc thế
năng tích lũy trong hệ đủ lớn, cơ năng đó được truyền về trục động cơ, động cơ tiếp
nhận năng lượng này và làm việc như một máy phát điện. Công suất điện có giá trị âm
9/201
nếu nó có chiều từ động cơ về nguồn, công suất cơ có giá trị âm khi nó truyền từ máy
sản xuất về động cơ và mômen động cơ sinh ra ngược chiều với tốc độ quay.
Mômen của máy sản xuất được gọi là mômen phụ tải hay mômen cản. Nó cũng được
định nghĩa dấu âm và dương, ngược lại với dấu mômen của động cơ.
+ Phương trình cân bằng công suất của hệ TĐĐ TĐ là:
Pđ = Pc + ΔP (1­4)
Trong đó: Pđ là công suất điện; Pc là công suất cơ; ΔP là tổn thất công suất.
­ Trạng thái động cơ gồm: chế độ có tải và chế độ không tải. Trạng thái động cơ phân
bố ở góc phần tư I, III của mặt phẳng ω(M).
­ Trạng thái hãm có: Hãm không tải, Hãm tái sinh, Hãm ngược và Hãm động năng.
Trạng thái hãm ở góc II, IV của mặt phẳng ω(M).
­ Hãm tái sinh: Pđiện < 0, Pcơ < 0, cơ năng biến thành điện năng trả về lưới.
­ Hãm ngược: Pđiện > 0 , Pcơ < 0, điện năng và cơ năng chuyển thành tổn thất ΔP.
­ Hãm động năng: Pđiện = 0, Pcơ < 0, cơ năng biến thành công suất tổn thất ΔP.
* Các trạng thái làm việc trên mặt phẳng [M, ω]:
Trạng thái động cơ: tương ứng với các điểm nằm trong góc phần tư thứ nhất và góc
phần tư thứ ba của mặt phẳng [M, ω], hình 1 ­ 5.
Trạng thái máy phát: tương ứng với các điểm nằm trong góc phần tư thứ hai và góc phần
tư thứ tư của mặt phẳng [M, ω], hình 1 ­ 5. ở trạng thái này, mômen động cơ chống lại
chiều chuyển động, nên động cơ có tác dụng như bộ hãm, và vì vậy trạng thái máy phát
còn có tên gọi là "trạng thái hãm".
10/201
Hình 1 - 5: Biểu diễn các trạng thái làm việc
Tính đổi các đại lượng cơ học
Mômen và lực quy đổi:
+ Quan niệm về sự tính đổi như việc dời điểm đặt từ trục này về trục khác của mômen
hay lực có xét đến tổn thất ma sát ở trong bộ truyền lực. Thường quy đổi mômen cản
Mc, (hay lực cản Fc) của bộ phận làm việc về trục động cơ.
+ Điều kiện quy đổi: đảm bảo cân bằng công suất trong phần cơ của hệ TĐĐTĐ:
­ Khi năng lượng truyền từ động cơ đến máy sản xuất:
Ptr = Pc + ΔP (1­5)
Trong đó: Ptr là công suất trên trục động cơ, Ptr = Mcqđ.ω,
(Mcqđ và ω ­ mômen cản tĩnh quy đổi và tốc độ góc trên trục động cơ).
Pc là công suất của máy sản xuất, Pc = Mlv.ωlv ,
11/201
(Mlv và ωlv ­ mômen cản và tốc độ góc trên trục làm việc).
ΔP là tổn thất trong các khâu cơ khí.
* Nếu tính theo hiệu suất hộp tốc độ đối với chuyển động quay:
Trong đó: ? = ?i.?t ­ hiệu suất bộ truyền lực.
?t ­ hiệu suất của tang trống.
ρ = ω/vlv ­ gọi là tỷ số quy đổi.
­ Khi năng lượng truyền từ máy sản xuất đến động cơ:
Ptr = Pc ­ ΔP (tự chứng minh).
Quy đổi mômen quán tính và khối lượng quán tính:
+ Điều kiện quy đổi: bảo toàn động năng tích luỹ trong hệ thống:
12/201
Trong đó: Jqđ ­ mômen quán tính quy đổi về trục động cơ.
ωĐ ­ tốc độ góc trên trục động cơ.
JĐ ­ mômen quán tính của động cơ.
Ji ­ mômen quán tính của bánh răng thứ i.
mj ­ khối lượng quán tính của tải trọng thứ j.
ii = ω/ωi ­ tỉ số truyền tốc độ từ trục thứ i.
ρ = ω/vj ­ tỉ số quy đổi vận tốc của tải trọng.
• Ví dụ: Sơ đồ truyền động của cơ cấu nâng, hạ :
13/201
Hình 1- 6: Sơ đồ động học của cơ cấu nâng hạ
? động cơ điện; ? hộp tốc độ;
? tang trống quay; ? tải trọng
Phương trình động học của hệ tđđ tđ
+ Là quan hệ giữa các đại lượng (ω, n, L, M, ...) với thời gian:
14/201
Từ phương trình (1­19) ta thấy rằng:
­ Khi Mđg = 0 hay M = Mc , thì dω/dt = 0 → hệ làm việc xác lập, hay hệ làm việc ổn
định: ω = const.
* Nếu chọn và lấy chiều của tốc độ ω làm chuẩn thì: M(+) khi M??ω và M(­) khi M??ω.
Còn Mc(+) khi Mc??ω; Mc(­) khi Mc??ω.
Điều kiện ổn định tĩnh của hệ tđđ tđ
Như ở trên đã nêu, khi M = Mc thì hệ TĐĐTĐ làm việc xác lập. Điểm làm việc xác lập
là giao điểm của đặc tính cơ của động cơ điện ω(M) với đặc tính cơ của máy sản suất
ω(Mc). Tuy nhiên không phải bất kỳ giao điểm nào của hai đặc tính cơ trên cũng là điểm
làm việc xác lập ổn định mà phải có điều kiện ổn định, người ta gọi là ổn định tĩnh hay
sự làm việc phù hợp giữa động cơ với tải.
15/201
Để xác định điểm làm việc, dựa vào phương trình động học:
Hay: β - βc < 0 (1­22)
* Ví dụ: Xét hai điểm giao nhau của các đặc tính cơ:
Hình 1- 7: Xét điểm làm việc ổn định
Tại các điểm khảo sát thì ta thấy ba điểm A, B, C là các điểm làm việc xác lập ổn định.
Điểm D là điểm làm việc không ổn định.
Trường hợp: A: β < βc vì β < 0 và βc = 0 → xác lập ổn định.
B: β > βc vì β > 0 và βc1 = 0 → không ổn định.
Động học của hệ tđđ tđ
Trong hệ TĐĐ TĐ có cả các thiết bị điện + cơ, trong đó các bộ phận cơ có nhiệm vụ
chuyển cơ năng từ động cơ đến bộ phận làm việc của máy sản xuất và tại đó cơ năng
được biến thành công hửu ích.
Động cơ điện có cả phần điện (stato) và phần cơ (roto và trục).
16/201
Hình 1­ 8: Sơ đồ cấu trúc hệ TĐĐ TĐ
Phần cơ phụ thuộc vào kết cấu, vật liệu và loại máy, chúng rất đa dạng và phức tạp, bởi
vậy phải đưa về dạng điển hình đặc trưng cho các loại, phần cơ có dạng tổng quát đặc
trưng đó gọi là mẫu cơ học của truyền động điện.
Mẫu cơ học (đơn khối) là một vật thể rắn quay xung quanh một trục với tốc độ động cơ,
nó có mômen quán tính J, chịu tác động của mômen động cơ (M) và mômen cản (Mc),
hình 9.
Tính đàn hồi lớn cũng có thể xuất hiện ở những hệ thống có mạch động học dài mặc dù
trong đó không chứa một phần tử đàn hồi nào. Sự biến dạng trên từng phần tử tuy nhỏ
nhưng vì số phần tử rất lớn nên đối với toàn máy nó trở nên đáng kể.
Trong những trường hợp trên phần cơ khí của hệ không thể thay thế tương đương bằng
mẫu cơ học đơn khối mà phải thay thế bằng mẫu cơ học đa khối, hình 9b.
17/201
Nếu quy đổi mômen và mômen quán tính về một trục tốc độ nào đó (động cơ hoặc máy
sản xuất) thì trong phần lớn các trường hợp hệ truyền động có khâu đàn hồi phần cơ của
nó có thể thay tương đương bởi mấu cơ học đa khối gồm 3 khâu: khâu 1 gồm rôto hoặc
phần ứng của động cơ với những phần tử nối cứng với động cơ như hộp tốc độ, trống
tời v.v...; khâu 2 là khâu đàn hồi không quán tính; kh ... điện, ĐM hãm tự do.
Sau thời gian duy trì của 1RTh thì tiếp điểm của nó đóng điện cho N, làm ĐM đảo chiều,
kéo bàn chạy ngược. Khi đó 2RTh có điện, mở tiếp điểm của nó chuẩn bị cho hành trình
thuận.
Đi hết hành trình ngược, vấu B đập vào công tắc hành trình KH làm cho các tiếp điểm
KH2 hở, KH1 kín lại, công tắc tơ N mất điện và T chưa có điện, ĐM hãm tự do.
Sau thời gian duy trì của 2RTh, tiếp điểm của nó đóng lại làm cho T có điện và ĐM kéo
bàn chạy thuận. 1RTh có điện và mở tiếp điểm của nó, chuẩn bị cho hành trình ngược.
Bàn sẽ làm việc với chu kỳ thuận/ngược như hình 7­10.
Muốn dừng máy: ấn nút D thì RTr mất điện, T, N, 1RTh, 2RTh mất điện, động cơ hãm
tự do cho đến lúc dừng máy.
Nhận xét
* Ngoài các nguyên tắc ĐKTĐ đã nêu trên, còn một số nguyên tắc ĐKTĐ khác: ĐKTĐ
theo mô mem, công suất, sức căng, nhiệt độ, ánh sáng, áp suất, ....
* Đánh giá về các sơ đồ điều khiển: với các yêu cầu kỹ thuật đối với tất cả các sơ đồ là
cao nhất thì:
188/201
Công suất càng lớn thì trọng lượng và giá thành càng cao. Dùng thiết bị, khí cụ càng bé,
càng hiện đại thì giá thành càng cao.
Cùng công suất thì trọng lượng và giá thành lớn nhất là nguyên tắc ĐKTĐ theo thời
gian, sau đó là nguyên tắc ĐKTĐ theo dòng điện và cuối cùng là nguyên tắc ĐKTĐ theo
tốc độ.
Nói chung nguyên tắc ĐKTĐ theo tốc độ thường dùng để điều khiển hãm động cơ.
Nguyên tắc ĐKTĐ theo dòng điện chủ yếu dùng để điều khiển khởi động động cơ,
Nguyên tắc ĐKTĐ theo thời gian thì ứng dụng rộng rãi vì đơn giản.
Các phần tử bảo vệ và tín hiệu hoá
ý nghĩa của bảo vệ và tín hiệu hoá
* Các phần tử bảo vệ và tín hiệu hoá có vai trò rất to lớn:
Đảm bảo quá trình làm việc an toàn cho người và máy móc, thiết bị. Quá trình làm việc
có thể xảy ra sự cố hoặc chế độ làm việc xấu cho người và máy móc, thiết bị, đồng thời
có thể báo hiệu cho người vận hành biết tình trạng làm việc của hệ thống ĐKTĐ để xử
lý.
* Chức năng của các thiết bị bảo vệ và tín hiệu hoá:
Ngừng hệ thống (máy móc) khi sự cố nguy hiểm trực tiếp đến người, thiết bị, máy móc:
U Ucp , I > Icp , ....
Khi quá tải hoặc sự cố chưa nguy hiểm đến thiết bị, máy móc thì thiết bị bảo vệ và tín
hiệu hoá phải báo cho người vận hành biết để sử lý kịp thời.
Bảo đảm khởi động, hãm, đảo chiều ..., một cách bình thường, nghĩa là phải đảm bảo
sao cho: I < Icp, to < tocp ,...
Các dạng bảo vệ:
Bảo vệ ngắn mạch:
­ Bảo vệ ngắn mạch là bảo vệ các sự cố có thể gây nên hư hỏng cách điện, hoặc hư hỏng
các cơ cấu của thiết bị, máy móc (khi ngắn mạch sẽ gây nên nhiệt độ tăng nhanh gây
cháy hoặc sức từ động tăng mạnh gây va đập, ...).
189/201
­ Các thiết bị bảo vệ thường dùng: cầu chì, aptômat, rơle dòng điện cực đại, các khâu
bảo vệ ngắn mạch bằng bán dẫn, điện tử, ...
­ Dòng tác động của cầu chì:
Idc = Ikđ / ( (7­18)
Trong đó:
Idc là dòng tác động của dây chảy được chọn.
Ikđ là dòng khởi động của động cơ, phụ tải được bảo vệ.
( là hệ số xét đến quán tính nhiệt.
( = 2,5 đối với động cơ khởi động bình thường.
( = (1,6 ( 2) đối với động cơ khởi động nặng.
+ Cấm đặt cầu chì trên dây trung tính, mạch nối đất, vì đứt dây chì thì vỏ máy sẽ có
điện áp cao nguy hiểm. Dùng cầu chì bảo vệ ngắn mạch thì đơn giản, rẻ tiền, nhưng tác
động không chính xác, dòng tác động phụ thuộc vào thời gian, thay thế lâu, không bảo
vệ được chế độ làm việc 2 pha.
­ Dòng chỉnh định của aptômat:
Icđ = (1,2 ( 1,3).Ikđ ; (7­19)
+ Aptômat tác động rồi thì có thể đóng lại nhanh, cắt được dòng lớn, bảo vệ được chế
độ làm việc dòng 2 pha (khi bị mất 1 trong 3 pha).
­ Dùng rơle dòng điện cực đại (RM) bảo vệ ngắn mạch phải chỉnh định dòng tác động
cho phù hợp với dòng ngắn mạch.
Thường đặt rơle dòng cực đại trên 3 pha của động cơ không đồng bộ 3 pha, hoặc đặt
trên 1 cực đối với động cơ một chiều. Tiếp điểm của RM là loại không tự phục hồi.
+ Ví dụ dùng cầu chì và aptômat bảo vệ ngắn mạch:
190/201
+ Ví dụ dùng rơle dòng cực đại bảo vệ ngắn mạch:
Bảo vệ nhiệt:
­ Nhằm tránh quá tải lâu dài, nếu không thì khí cụ, thiết bị, động cơ sẽ phát nóng quá
nhiệt độ cho phép.
­ Thường dùng rơle nhiệt, aptômát có bảo vệ nhiệt, phần tử bảo vệ quá tải bằng bán dẫn,
để bảo vệ quá tải cho phụ tải dài hạn.
­ Các tiếp điểm rơle nhiệt (RN) là loại không tự phục hồi, sau khi rơle nhiệt đã tác động
thì phải ấn reset bằng tay. Phải chọn rơle nhiệt có đặc tính phát nóng gần với đặc tính
phát nóng của thiết bị, động cơ cần được bảo vệ (hình 7­13).
+ Dòng chỉnh định của rơle nhiệt, aptômat:
Icđ = (1,2 ( 1,3)Iđm (7­20)
Trong đó: Iđm là dòng định mức của động cơ, phụ tải.
+ Ví dụ dùng rơle nhiệt và aptômat bảo vệ quá tải dài hạn:
191/201
­ Dùng rơle dòng cực đại (RI) để bảo vệ quá tải cho phụ tải ngắn hạn hoặc ngắn hạn lặp
lại. Khi phụ tải làm việc trong thời gian ngắn, sự phát nóng của phụ tải không phù hợp
với đặc tính của rơle nhiệt, nên rơle nhiệt không tác động kịp, bởi vậy phải dùng rơle
dòng cực đại tác động nhanh.
+ Ví dụ dùng rơle dòng cực đại bảo vệ quá tải ngắn hạn:
­ Dòng chỉnh định của rơle dòng cực đại bảo vệ quá tải:
Icđ.RI = (1,4 ( 1,5)Iđm (7­21)
­ Thường dùng 1 rơle dòng cực đại bảo vệ ngắn mạch (RM) và 2 rơle dòng cực đại bảo
vệ quá tải (RI). Tiếp điểm của rơle dòng cực đại bảo vệ quá tải là loại tự phục hồi (hình
7­14).
Bảo vệ điểm không và cực tiểu:
­ Nhằm tránh làm việc với điện áp nguồn thấp hoặc mất áp nguồn, và tránh tự khởi động
lại khi điện áp nguồn phục hồi.
­ Thường dùng các rơle điện áp (RA), công tắc tơ (CTT), khởi động từ (KĐT), để bảo
vệ đểm không và cực tiểu.
192/201
­ Chỉnh định điện áp hút, nhả của rơle điện áp, công tắc tơ:
Uh.RA > Ung.sụt.cp (7­22)
Unh.RA ( Ung.sụt.cp (7­23)
Trong đó:
Uh.RA là điện áp hút của rơle điện áp, hay của công tắc tơ, khởi động từ.
Unh.RA là điện áp nhả của RA, CTT, KĐT.
Ung.sụt.cp = 85%Ung.đm là điện áp nguồn sụt cho phép.
Nguyên lý làm việc và bảo vệ của sơ đồ hình 6 ­ 20:
Đặt công tắc xoay KC ở vị trí 0 thì tiếp đểm KC1 sẽ kín, KC2 hở; Đóng cầu dao CD,
nếuđiện áp làm việc đạt giá trị cho phép (Ung > 85%Ung.đm) thì RA tác động, nó tự
duy trì thông qua tiếp điểm RA(1­3) của nó.
Quay công tắc KC đến vị trí 1 trái (T) thì K có điện, làm cho động cơ quay. Khi điện áp
Ung ( 85%Ung.đm thì RA sẽ nhả làm K mất điện và động cơ cũng được loại khỏi lưới
điện, tránh cho động cơ khỏi bị đốt nóng quá nhiệt độ cho phép (vì điện áp thấp sẽ dẫn
đến dòng tăng quá dòng cho phép của động cơ).
Khi động cơ đang làm việc, nếu mất điện nguồn thì khi có điện lại, động cơ vẫn không
tự khởi động lại được, vì khi đó KC vẫn ở vị trí 1 trái và KC1 vẫn hở, RA đã mất điện
khi mất điện áp nguồn, do đó khi có điện lại thì K vẫn không có điện.
+ Ví dụ dùng rơle điện áp (RA) bảo vệ đểm không và cực tiểu:
193/201
Bảo vệ thiếu và mất từ trường:
­ Nhằm bảo vệ thiếu và mất kích từ động cơ. Khi điện áp hay dòng kích từ động cơ bị
giảm, gây ra tốc độ động cơ cao hơn tốc độ cho phép, hoặc dòng điện động cơ lớn hơn
dòng cho phép, dẫn đến hư hỏng các phần động học của máy, làm xấu điều kiện chuyển
mạch, ...
­ Dùng rơle dòng điện, rơle điện áp, ... để bảo vệ thiếu và mất từ trường.
+ Ví dụ dùng rơle dòng điện, rơle điện áp để bảo vệ thiếu và mất từ trường (hình 7­16)
Nguyên lý bảo vệ: khi đủ điện áp thì rơle thiếu từ trường RTT sẽ đóng kín tiếp điểm của
nó, KC đặt ở vị trí giữa nên tiếp điểm KC1 kín, RA tác động. Quay KC sang vị trí 1 (T)
thì cho động cơ làm việc bình thường.
Khi điện áp sụt quá giá trị cho phép, hoặc dòng kích từ giảm thấp đến giá trị: Ikt.Đ =
Inh.RTT , Inh.RTT ( Ikt.min.cp , nên RTT nhả làm K mất điện, loại động cơ ra khỏi lưới
điện để bảo vệ động cơ.
194/201
Bảo vệ liên động:
­ Nhằm bảo đảm sự làm việc an toàn cho mạch (bảo đảm nghiêm ngặt một trình tự làm
việc hợp lý giữa các thiết bị, tránh thao tác nhầm).
­ Các thiết bị bảo vệ liên động bằng cơ khí như: các nút ấn kép, các công tắc hành trình
kép, ... Và các phần tử bảo vệ liên động điện như:
Các tiếp điểm khoá chéo của các công tắc tơ, rơle, làm việc ở các chế độ khác nhau. Ví
dụ:
Khi khởi động thuận, ấn nút MT thì T có điện, đóng điện cho động cơ quay, còn tiếp
điểm thường kín của MT mở ra không cho N có điện, đảm bảo không bị ngắn mạch
195/201
ở mạch stato. Khi T đã có điện thì tiếp điểm thường kín của T mở ra, đảm bảo cho N
không thể có điện nếu như không may có người tác động vào nút MN.
Khi Đ đang quay thuận, muốn đảo chiều, ấn nút MN thì T sẽ mất điện và N sẽ có điện,
quá trình đảo chiều diễn ra bình thường. Nếu không may trong quá trình quay thuận, tiếp
điểm của T ở mạch stato bị dính thì tiếp điểm của T ở mạch của cuộn dây N sẽ không
kín lại được, nên mặc dù ấn MN nhưng N vẫn không thể có điện được, tránh được sự
ngắn mạch bên phía stato nếu như cả T và N đều tác động.
Như vậy các liên động cơ và điện trong sơ đồ đã bảo đảm cho sơ đồ hoạt động bình
thường, đúng trình tự làm việc đặt ra, tránh thao tác nhầm.
Tín hiệu hoá
­ Khi xuất hiện chế độ làm việc xấu nhưng chưa cần phải dừng máy thì thiết bị bảo vệ
sẽ hoạt động làm cho các thiết bị tín hiệu báo cho người vận hành biết để xử lý kịp thời.
­ Khi tín hiệu đã báo mà không được xử lý kịp thời thì thiết bị bảo vệ sẽ tác động đình
chỉ sự làm việc của hệ thống truyền động điện.
­ Thiết bị tín hiệu hoá: Âm thanh: chuông, còi, ...; ánh sáng: đèn, mầu, ...; Cờ báo: rơle
tín hiệu, ...
Ví dụ:
196/201
Sơ đồ hình 6­23 đang hoạt động bình thường. Nếu như quá tải thì rơle nhiệt sẽ tác động,
làm RA rồi đến K mất điện, loại động cơ ra khỏi tình trạng nguy hiểm, đồng thời đóng
tiếp điểm của nó làm đèn đỏ ĐĐ sáng lên, báo cho người vận hành biết để xử lý, sau khi
xử lý xong, người vận hành ấn reset của RN thì mới có thể vận hành lại được.
Còn nếu bị ngắn mạch trong động cơ thì rơle bảo vệ dòng cực đại RM tác động, loại
ngay động cơ khỏi tình trạng nguy hiểm, đồng thời đóng tiếp điểm của nó làm cho
chuông Chg kêu lên, báo cho người vận hành biết để xử lý kịp thời, sau khi xử lý xong,
người vận hành ấn reset của RM thì mới có thể vận hành lại được.
Câu hỏi ôn tập
1. Dựa vào những cơ sở nào để người ta đưa ra các nguyên tắc điều khiển tự động theo
các thông số thời gian, tốc độ, dòng điện, và hành trình, v.v ?
2. Phân tích nội dung của nguyên tắc điều khiển tự động theo thời gian, tốc độ, dòng
điện, hành trình ? Giải thích nguyên lý làm việc của sơ đồ minh họa cho mỗi nguyên tắc
trên?
3. Tại sao có thể xảy ra các sự cố trong hệ thống truyền động điện tự động ? cách khắc
phục sự cố đó như thế nào ?
4. Phân tích bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ quá tải, bảo bệ điểm không và cực tiểu, bảo vệ
thiếu hoặc mất từ trường, bảo vệ liên động ? Giải thích nguyên lý bảo vệ của các mạch
điển hình tương ứng với mỗi bảo vệ trên ?
5. Tín hiệu hóa là gì ? Các mạch tính hiệu hóa có tác dụng gì trong hệ thống truyền động
điện tự động ?
197/201
Tài liệu tham khảo
Tài liệu tham khảo
Tài liệu tham khảo
1. Cơ sở Truyền động điện tự động, tập 1 & 2, Bùi Đình Tiếu ­ Phạm Duy Nhi, NXB
Đại học và trung học chuyên nghiệp, 1982.
2. Cơ sở Truyền động điện tự động, M.G. TSILIKIN ­ M.M.XOCOLOV ­
V.M.TEREKHOV ­ A.V.SINIANXKI, người dịch Bùi Đình Tiếu ­ Lê Tòng ­ Nguyễn
Bính, NXB Khoa học & Kỹ thuật, 1977.
3. Truyền động điện, Bùi Quốc Khánh ­ Nguyễn Văn Liễn ­ Nguyễn Thị Hiền, NXB
Khoa học & Kỹ thuật, 1998.
4. Điều chỉnh từ động truyền động điện, Bùi Quốc Khánh ­ Phạm Quốc Hải ­ Nguyễn
Văn Liễn ­ Dương Văn Nghi, NXB Khoa học & Kỹ thuật, 1998.
5. Trang bị điện ­ điển tử máy gia công kim loại, Nguyễn Mạnh Tiến ­ Vũ Quang Hồi,
NXB Giáo dục, 1994.
6. Trang bị điện ­ điện tử máy công nghiệp dùng chung, Vũ Quang Hồi ­ Nguyễn Văn
Chất ­ Nguyễn Thị Liên Anh, NXB Giáo dục, 1994.
7. Phân tích và tổng hợp hệ thống điều khiển tự động truyền động điện, Trịnh Đình Đề,
NXB Khoa học & Kỹ thuật, 1993.
8. Điện tử công suất, Nguyễn Bính, NXB Khoa học & Kỹ thuật, 1995.
9. Mạch số, Nguyễn Hữu Phương, NXB Thống kê, 2001.
10. Giáo trình Truyền động điện, PGS. TS. Bùi Đình Tiếu, NXB Giáo dục, 2004.
198/201
Tham gia đóng góp
Tài liệu: Giáo trình Truyền động Điện Tự động
Biên tập bởi: Khương Công Minh
URL: 
Giấy phép: 
Module: Khái niệm chung về hệ truyền động điện tự động
Các tác giả: unknown
URL: 
Giấy phép: 
Module: Các tính cơ của động cơ điện
Các tác giả: unknown
URL: 
Giấy phép: 
Module: Đặc tính cơ của động cơ một chiều kích từ nối tiếp (đmnt) Và hỗn hợp (đmhh)
Các tác giả: unknown
URL: 
Giấy phép: 
Module: Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ (ĐK)
Các tác giả: unknown
URL: 
Giấy phép: 
Module: Các đặc tính cơ khi hãm động cơ ĐK
Các tác giả: unknown
URL: 
Giấy phép: 
Module: Điều chỉnh các thông số đầu ra của hệ thống truyền động điện
Các tác giả: unknown
URL: 
199/201
Giấy phép: 
Module: Các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ không đồng bộ bằng thay đổi
thông số
Các tác giả: unknown
URL: 
Giấy phép: 
Module: Điều chỉnh tốc độ truyền động điện Các hệ thống bộ biến đổi ­ động cơ
Các tác giả: unknown
URL: 
Giấy phép: 
Module: Quá trình quá Độ truyền động điện
Các tác giả: unknown
URL: 
Giấy phép: 
Module: Chọn công suất động cơ điện
Các tác giả: unknown
URL: 
Giấy phép: 
Module: Hệ thống điều khiển tự động
Các tác giả: unknown
URL: 
Giấy phép: 
Module: Tài liệu tham khảo
Các tác giả: unknown
URL: 
Giấy phép: 
200/201
Chương trình Thư viện Học liệu Mở Việt Nam
Chương trình Thư viện Học liệu Mở Việt Nam (Vietnam Open Educational Resources
– VOER) được hỗ trợ bởi Quỹ Việt Nam. Mục tiêu của chương trình là xây dựng kho
Tài nguyên giáo dục Mở miễn phí của người Việt và cho người Việt, có nội dung phong
phú. Các nội dung đểu tuân thủ Giấy phép Creative Commons Attribution (CC­by) 4.0
do đó các nội dung đều có thể được sử dụng, tái sử dụng và truy nhập miễn phí trước
hết trong trong môi trường giảng dạy, học tập và nghiên cứu sau đó cho toàn xã hội.
Với sự hỗ trợ của Quỹ Việt Nam, Thư viện Học liệu Mở Việt Nam (VOER) đã trở thành
một cổng thông tin chính cho các sinh viên và giảng viên trong và ngoài Việt Nam. Mỗi
ngày có hàng chục nghìn lượt truy cập VOER (www.voer.edu.vn) để nghiên cứu, học
tập và tải tài liệu giảng dạy về. Với hàng chục nghìn module kiến thức từ hàng nghìn
tác giả khác nhau đóng góp, Thư Viện Học liệu Mở Việt Nam là một kho tàng tài liệu
khổng lồ, nội dung phong phú phục vụ cho tất cả các nhu cầu học tập, nghiên cứu của
độc giả.
Nguồn tài liệu mở phong phú có trên VOER có được là do sự chia sẻ tự nguyện của các
tác giả trong và ngoài nước. Quá trình chia sẻ tài liệu trên VOER trở lên dễ dàng như
đếm 1, 2, 3 nhờ vào sức mạnh của nền tảng Hanoi Spring.
Hanoi Spring là một nền tảng công nghệ tiên tiến được thiết kế cho phép công chúng dễ
dàng chia sẻ tài liệu giảng dạy, học tập cũng như chủ động phát triển chương trình giảng
dạy dựa trên khái niệm về học liệu mở (OCW) và tài nguyên giáo dục mở (OER) . Khái
niệm chia sẻ tri thức có tính cách mạng đã được khởi xướng và phát triển tiên phong
bởi Đại học MIT và Đại học Rice Hoa Kỳ trong vòng một thập kỷ qua. Kể từ đó, phong
trào Tài nguyên Giáo dục Mở đã phát triển nhanh chóng, được UNESCO hỗ trợ và được
chấp nhận như một chương trình chính thức ở nhiều nước trên thế giới.
201/201