chương 1, các tác giả đã giới thiệu các chỉ tiêu chất lượng cơ bản của hệ điều khiển truyền động điện nói chung và hệ điều khiển kín nói riêng. CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1. Trình bày khái niệm về mạch động lực và mạch điều khiển trong hệ truyền động điện. Khác và giống nhau giữa mạch động lực và mạch điều khiển Câu 2.
Người ta có những cách phân loại nào về hệ truyền động điện Câu 3. Phân biệt hệ truyền động điện hệ hở và hệ truyền động điện kín. Ưu nhược điểm của mỗi hệ Câu 4. Các chỉ tiêu chất lượng của hệ truyền động điện được đánh giá trên các cơ sở kỹ thuật nào, trình bày và phân tích từng chỉ tiêu cụ thể Câu 5.
Anh (chị) đã biết được hệ điều khiển truyền động điện nào trong thực tế? 14 Chương 2 TỰ ĐỘNG ĐIỀU KHIỂN QUÁ TRÌNH KHỞI ĐỘNG, HÃM, ĐẢO CHIỀU CÁC ĐỘNG CƠ ĐIỆN 2.1 CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN Trong quá trình khởi động (KĐ), hãm điện (H), đảo chiều (ĐC) các động cơ điện, các thông số và đại lượng của các động cơ này như tốc độ góc ω, dòng điện i, thời gian t.sẽ thay đổi theo những quy luật nhất định. Khi xây dựng một hệ thống tự động phải dựa vào những quy luật này để thiết kế kĩ thuật, tính toán và lựa chọn thiết bị. Quy luật biến thiên của tốc độ góc, dòng điện động cơ theo thời gian trong quá trình khởi động Để nhận ra quy luật thay đổi của các đại lượng và thông số khi thực hiện khởi động ta xét một động cơ một chiều kích từ độc lập được khởi động bằng phương pháp đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng (hình 2. Động cơ được khởi động theo 3 nấc điện trở phụ với việc tham gia điều khiển bằng các rơ le thời gian T1, T2 và T3 Hình 2.1 Sơ đồ khởi động động cơ một chiều kích từ độc lập bằng điện trở phụ 15 a.
Cấu tạo của sơ đồ Đối tượng điều khiển là động cơ một chiều kích từ độc lập. Trong sơ đồ, người ta không vẽ cuộn kích từ và coi như phần kích từ đã luôn được cấp điện với từ thông kích từ Φ = const. R1, R2, R3: Các điện trở khởi động được mắc nối tiếp với mạch phần ứng động cơ. MC: Công tắc tơ (CTT) chính (CTT một chiều) MC1, MC2, MC3: Các CTT tốc độ loại một chiều T1, T2, T3: Các rơ le thời gian một chiều START, STOP: Các nút khởi động, dừng (loại hoàn nguyên) WL, GL: Các đèn báo hiệu nguồn và running b.
Hoạt động của sơ đồ Cấp nguồn cho động cơ, đèn WL sáng, báo hiệu cho người vận hành biết hệ đã sẵn sàng hoạt động. Rơ le thời gian T1 có điện ngay lập tức (T1 = 1) và mở nhanh tiếp điểm T1(4-5) ra Khi nhấn nút khởi động START, cuộn hút công tắc tơ (CTT) MC có điện, hoạt động (MC = 1), đóng tiếp điểm MC trong mạch chính cấp điện vào phần ứng động cơ (như đã nói ở trên, trong sơ đồ không vẽ cuộn kích từ, ở đây coi như việc cấp kích từ đã thực hiện từ trước Φ = 1). Khi MC = 1, động cơ được khởi động lên theo đường 1 của đặc tính cơ (hình 2.2) với toàn bộ điện trở phụ R1, R2, R3 trong mạch. Các rơ le thời gian T2 và T3 có điện mở nhanh tiếp điểm T2(5-6) và T3(6-8) ra.
Khi động cơ bắt đầu quay cũng là lúc dòng điện phần ứng giảm dần từ I1 xuống I2. Khi MC = 1 thì các tiếp điểm phụ MC(3-4) = 1 làm nhiệm vụ tự giữ cho cuộn hút MC (tiếp điểm nhớ), MC(3-7) = 1 đèn GL sáng báo hiệu động cơ bắt đầu quay. Cũng khi tiếp điểm chính MC đóng lại, rơ le thời gian T1 mất điện và sau một khoảng thời gian trễ thì tiếp điểm T1(4-5) đóng chậm lại, T1(4-5) = 1 làm cho CTT MC1 = 1, hoạt động lật trạng thái đóng tiếp điểm chính MC1 trên mạch động lực coi như cắt điện trở R1 ra khỏi mạch phần ứng, lúc này động cơ chuyển từ đặc tính cơ số 1 sang đặc tính 2 và tiếp tục gia tốc (tăng tốc) lên (đặc tính cơ hình 2. Tại thời điểm đó động cơ đã gia tốc lên tốc độ ω1, dòng điện lại tăng vọt từ I2 lên I1 (hình 2.2 Đặc tính cơ của động cơ khi khởi động Khi MC1 = 1 cũng là lúc rơ le thời gian T2 mất điện, điều này cũng sảy ra tương tự như T1, phải sau thời gian trễ tiếp điểm T2(5-6) mới đóng lại, cấp điện cho cuộn hút CTT MC2, CTT này hoạt động lật trạng thái đóng tiếp điểm chính MC2 trên mạch động lực, cắt điện trở khởi động R2 ra khỏi mạch phần ứng, động cơ chuyển từ đặc tính cơ số 2 sang số 3 (hình 2.2); lúc ấy tốc độ động cơ đã đạt đến ω2, dòng điện phần ứng do tốc độ tăng nên giảm dần về I2, thời điểm cắt điện trở R2 cũng là lúc dòng phần ứng tăng vọt lên I1 (hình 2.3 Đặc tính quá độ của động cơ khi khởi động Khi MC2 = 1 cũng là lúc rơ le thời gian T3 mất điện, chờ sau khoảng thời gian trễ, tiếp điểm T3(6-8) sẽ đóng lại.
Khi T3(6-8) = 1 thì CTT MC3 = 1 và đóng tiếp điểm MC3 cắt nốt điện trở R3 ra khỏi mạch phần ứng, động cơ chuyển từ đặc tính số 3 sang đặc tính tự nhiên, dòng điện lại tăng vọt từ I2 lên I1 rồi giảm dần về dòng điện xác lập, tốc độ tăng dần lên tốc độ xác lập =. Điểm xác lập sẽ là điểm có moment quay bằng moment cản. Quá XL trình khởi động kết thúc.2 Nhận xét và kết luận Từ việc phân tích hoạt động của sơ đồ thấy rằng các biến đổi dòng điện, tốc độ… xảy ra trên động cơ đều theo một quy luật nhất định diễn ra trong suốt thời gian khởi động. Vì vậy, nếu có một bộ đếm thời gian, cứ sau một khoảng thời gian nhất định, thiết bị này phát lệnh để cắt điện trở đi một nấc 18 thì sau 3 lần cắt điện trở, động cơ sẽ hoàn thành được quá trình khởi động (KĐ) một cách tự động.
Kết luận này cũng đúng khi ta nghiên cứu các quá trình hãm động năng, đảo chiều… động cơ điện một chiều cũng như các động cơ xoay chiều khác. Như vậy, điều khiển quá trình khởi động, hãm, đảo chiều động có có thể được thực hiện theo các nguyên tắc thời gian như đã đề xuất. Cũng từ kết luận đó, người ta hoàn toàn có thể thực hiện việc khởi động, hãm, đảo chiều theo các nguyên tắc tốc độ (lúc đó phải có các bộ đếm tốc độ làm thiết bị điều khiển) hoặc là thực hiện theo nguyên tắc dòng điện (với các bộ đo dòng điện) làm thiết bị điều khiển. Nói rộng ra, việc điều khiển khởi động, hãm, đảo chiều các động cơ điện có thể thực hiện điều khiển bằng các nguyên tắc khác nữa như nhiệt độ, áp suất, mức, hành trình….2 ĐIỀU KHIỂN THEO NGUYÊN TẮC THỜI GIAN 2.1 Thiết bị đếm thời gian a.
Rơ le thời gian Hiện nay, rơ le thời gian vô cùng đa dạng, nếu sử dụng trong mạch một chiều người ta có thể dung rơ le thời gian điện từ một chiều. Với loại rơ le này, nguyên lý cấu tạo hoàn toàn giống rơ le điện từ một chiều thường nhưng có thêm một ống đồng ngắn mạch nằm trong lòng cuộn dây, đây chính là thiết bị tạo trễ. Nguyên lý hoạt động tạo trễ dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Chính vì lý do này mà thời gian trễ do rơ le tạo ra nhỏ, ngắn (tuy nhiên đủ đáp ứng cho việc khởi động, đảo chiều.) Người ta cũng có thể dùng loại rơ le thời gian bán dẫn, loại rơ le này nhỏ gọn và giá thành rẻ hơn, có thể tạo được thời gian trễ đến 60 giây bằng việc thay đổi hằng số thời gian RC trong mạch điện tử.
Với các mạch khởi động các động cơ xoay chiều, người ta có thể sử dụng các rơ le thời gian điện từ dòng xoay chiều. Với loại rơ le này thường được kết hợp các rơ le điện từ xoay chiều với các bộ phận tạo trễ bằng piston thủy lực, piston khí hoặc cơ cấu đồng hồ sử dụng các bánh xe trung gian. Rơ le tạo trễ bằng cơ cấu đồng hồ có thể tạo ra thời gian trễ lên đến 36 giờ. Tuy nhiên với các mạch điều khiển khởi động khoảng thời gian dùng chỉ trong khoảng một vài giây.
Các bộ thời gian trong thiết bị điều khiển logic khả trình Hiện nay, việc tạo trễ còn được sử dụng trong các bộ điều khiển logic khả trình như PLC (Programmable Logic Controller) và lo go PLC. Trong các bộ PLC thường sử dụng cách tạo trễ của các rơ le điện tử như các bộ time TON và TONR của hãng Siemens hoặc các bộ tương tự của các hãng khác.2 Sơ đồ khởi động động cơ không đồng bộ ba pha rotor dây quấn bằng nguyên tắc thời gian a. Cấu tạo của sơ đồ Đối tượng điều khiển là động cơ không đồng bộ ba pha rotor dây quấn M CB – Circuit Breaker - Cầu dao tự động R1, R2 – Điện trở khởi động ba pha trong mạch rotor F1, F2 – Cầu chì MC – Magnet Contactor - Công tắc tơ (CTT) chính MC1, MC2 – Các công tắc tơ tốc độ Hình 2.4 Khởi động động cơ không đồng bộ rotor dây quấn 20 T1, T2 – Các rơ le thời gian xoay chiều OC1, OC2 – Over Current Relay - Các rơ le nhiệt WL(White Lamp), GL(Green Lamp) – Các đèn hiệu báo nguồn và báo động cơ đang quay (running) START, STOP – Các nút ấn khởi động và dừng b. Hoạt động của sơ đồ Cấp nguồn cho động cơ bằng việc đóng cầu dao tự động CB, đèn WL sáng, báo hiệu cho người vận hành biết hệ thống đã sẵn sàng hoạt động.
Khởi động động cơ bằng việc ấn nút START, lúc đó cuộn hút CTT MC có điện, hoạt động đóng tiếp điểm chính MC ở mạch động lực, cấp điện 3 pha vào cuộn dây stator động cơ, động cơ được khởi động với toàn bộ điện trở phụ R 1, R2 trong mạch rotor, điểm khởi động từ M1 trên đặc tính cơ hình 2.5, động cơ bắt đầu tăng tốc lên. Khi MC = 1 thì MC(3-4) = 1 để tự giữ, MC(3-7) = 1 đèn GL sáng báo hiệu động cơ bắt đầu quay. MC(1-8, 1-9) = 1 cấp điện cho hai rơ le thời gian T1 & T2 hoạt động. MC(1-10) = 1 sắn sàng cho các mạch phía sau.