Nội dung

C¸C NGUY£N T¾C §IÒU KHIÓN LOGIC TRUYÒN §éNG §IÖN vµ c¸c d¹ng b¶o vÖ vµ tÝn hiÖu hãa CH¦¥NG 6 6.1 CÁC NGUYÊN TẮC ðIỀU KHIỂN LOGIC TRUYỀN ðỘNG ðIỆN 6.1.1 Khái niệm chung Theo yêu cầu công nghệ của máy, cơ cấu sản xuất, các hệ thống truyền ñộng ñiện tự ñộng ñều ñược thiết kế tính toán ñể làm việc ở những trạng thái (hay chế ñộ) xác ñịnh. Những trạng thái sự cố hay hư hỏng khác thông thường ñã ñược dự ñoán khi thiết kế tính toán chúng ñể áp dụng những thiết bị và biện pháp bảo vệ cần thiết. Những trạng thái làm việc của hệ thống truyền ñộng ñiện tự ñộng có thể ñược ñặc trưng bằng các thông số như: tốc ñộ làm việc của các ñộng cơ truyền ñộng hay của cơ cấu chấp hành máy sản xuất, dòng ñiện phần ứng của ñộng cơ hay dòng kích thích của ñộng cơ ñiện một chiều, mômen phụ tải trên trục của ñộng cơ truyền ñộng... Tuỳ theo quá trình công nghệ yêu cầu mà các thông số trên có thể lấy các giá trị khác nhau. Việc chuyển từ giá trị này ñến giá trị khác ñược thực hiện tự ñộng nhờ hệ thống ñiều khiển. Kết quả hoạt ñộng của phần ñiều khiển sẽ ñưa hệ thống ñộng lực của truyền ñộng ñiện ñến một trạng thái làm việc mới, trong ñó có ít nhất một thông số ñặc trưng cho mạch ñộng lực lấy giá trị mới. Như vậy về thực chất ñiều khiển hệ thống là ñưa vào hoặc ñưa ra khỏi hệ thống những phần tử, thiết bị nào ñó (chẳng hạn ñiện trở, ñiện kháng, ñiện dung, khâu hiệu chỉnh...) ñể thay ñổi một hoặc nhiều thông số ñặc trưng hoặc ñể giữ một thông số nào ñó (chẳng hạn tốc ñộ quay) không thay ñổi khi có sự thay ñổi ngẫu nhiên của thông số khác. ðể tự ñộng ñiều khiển hoạt ñộng của truyền ñộng ñiện, hệ thống ñiều khiển phải có những cơ cấu, thiết bị nhận biết ñược giá trị các thông số ñặc trưng cho chế ñộ công tác của truyền ñộng ñiện (có thể là môñun, cũng có thể là cả về dấu của thông số). Trong hệ thống ñiều khiển gián ñoạn các phần tử nhận biết này phải làm việc theo các ngưỡng chỉnh ñịnh ñược. Nghĩa là khi thông số ñược nhận biết ñến trị số ngưỡng ñã ñặt, phần tử nhận biết theo thông số này sẽ bắt ñầu làm việc phát ra một tín hiệu ñưa ñến phần tử chấp hành. Kết quả là sẽ ñưa vào hoặc ñưa ra khỏi mạch ñộng lực những phần tử cần thiết. Nếu hệ thống ñiều khiển có tín hiệu phát ra từ phần tử nhận biết ñược dòng ñiện, ta nói rằng hệ ñiều khiển theo nguyên tắc dòng ñiện. Nếu phần tử nhận biết ñược tốc ñộ, ta nói rằng hệ ñiều khiển theo nguyên tắc tốc ñộ, nếu có phần tử nhận biết ñược thời gian của quá trình (từ một mốc thời gian nào ñó) ta nói rằng hệ ñiều khiển theo nguyên tắc thời gian. Tương tự có hệ ñiều khiển theo nguyên tắc nhiệt ñộ, theo mômen, theo chiều công suất... 6.1.2 ðiều khiển tự ñộng theo nguyên tắc thời gian. a) Nội dung nguyên tắc ñiều khiển theo thời gian: ðiều khiển theo nguyên tắc thời gian dựa trên cơ sở là thông số làm việc của mạch ñộng lực biến ñổi theo thời gian. Những tín hiệu ñiều khiển phát ra theo một quy luật thời gian cần thiết ñể làm thay ñổi trạng thái của hệ thống. GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn Tð-ðL _ Khoa ðiện 100 Những phần tử nhận biết ñược thời gian ñể phát tín hiệu cần ñược chỉnh ñịnh dựa theo ngưỡng chuyển ñổi của ñối tượng. Ví dụ như tốc ñộ, dòng ñiện, mômen của mỗi ñộng cơ ñược tính toán chọn ngưỡng cho thích hợp với từng hệ thống truyền ñộng ñiện cụ thể. Những phần tử nhận biết ñược thời gian có thể gọi chung là rơle thời gian. Nó tạo nên ñược một thời gian trễ (duy trì) kể từ lúc có tín hiệu ñưa vào (mốc 0) ñầu vào của nó ñến khi nó phát ñược tín hiệu ra ñưa vào phần tử chấp hành. Cơ cấu duy trì thời gian có thể là: cơ cấu con lắc, cơ cấu ñiện từ, khí nén, cơ cấu ñiện tử, tương ứng là rơle thời gian kiểu con lắc, rơle thời gian ñiện từ, rơle thời gian khí nén và rơle thời gian ñiện tử... b) Mạch ñiều khiển truyền ñộng ñiện ñiển hình theo nguyên tắc thời gian: Xét mạch ñiều khiển khởi ñộng ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập có hai cấp ñiện trở phụ trong mạch phần ứng ñể hạn chế dòng ñiện khởi ñộng ở trên theo nguyên tắc thời gian. Sơ ñồ mạch ñiều khiển như hình 6.1. + 1 D M §g 5 3 _ §g _ + 2G 1G r2 r1 1RTh 7 §g 2§g ¦ 1RTh 1G 11 9 CK + §g 2RTh _ 2RTh 13 2G Hình 6.1 - ðiều khiển khởi ñộng ñộng cơ ðMñl theo nguyên tắc thời gian. Trạng thái ban ñầu sau khi cấp nguồn ñộng lực và ñiều khiển thì rơle thời gian 1RTh ñược cấp ñiện mở ngay tiếp ñiểm thường kín ñóng chậm RTh(9-11). ðể khởi ñộng ta phải ấn nút mở máy M(3-5), côngtắctơ ðg hút sẽ ñóng các tiếp ñiểm ở mạch ñộng lực, phần ứng ñộng cơ ñiện ñược ñấu vào lưới ñiện qua các ñiện trở phụ khởi ñộng r1, r2. Dòng ñiện qua các ñiện trở có trị số lớn gây ra sụt áp trên ñiện trở r1. ðiện áp ñó vượt quá ngưỡng ñiện áp hút của rơle thời gian 2RTh làm cho nó hoạt ñộng sẽ mở ngay tiếp ñiểm thường kín ñóng chậm 2RTh(1113), trên mạch 2G cùng với sự hoạt ñộng của rơle 1RTh chúng ñảm bảo không cho các côngtắctơ 1G và 2G có ñiện trong giai ñoạn ñầu của quá trình khởi ñộng. Tiếp ñiểm phụ ðg(3-5) ñóng ñể tự duy trì dòng ñiện cho cuộn dây côngtắctơ ðg khi ta thôi không ấn nút M nữa. Tiếp ñiểm ðg(1-7) mở ra cắt ñiện rơle thời gian 1RTh ñưa rơle thời gian này vào hoạt ñộng ñể chuẩn bị phát tín hiệu chuyển trạng thái của truyền ñộng ñiện. Mốc không của thời gian t có thể ñược xem là thời ñiểm ðg(1-7) mở cắt ñiện 1RTh. GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn Tð-ðL _ Khoa ðiện 101 ω ω ω0 I1 A I2 ω2 ω2 ω1 IC ω1 M 0 MC M 2 0 M1 t t1 t2 Hình 6.2 - ðặc tính khởi ñộng ñộng cơ ðMñl theo nguyên tắc thời gian. Thời gian chỉnh ñịnh ở mỗi cấp ñiện trở ñược tính theo công thức: ti = Tci.ln M1 − M C M2 − MC trong ñó Tci - hằng số thời gian ñiện cơ của ñộng cơ ở ñặc tính có ñiện trở phụ ở cấp thứ i. J∆ω i M1 − M 2 Với ∆ωi là khoảng biến thiên tốc ñộ trên ñường ñặc tính cơ có cấp ñiện trở thứ i ở Tci = những mômen chuyển ñổi M1, M2 tương ứng. J là mômen quán tính cơ của hệ thống truyền ñộng và ñộng cơ, tính quy ñổi về trục ñộng cơ. Sau khi rơle thời gian 1RTh nhả, cơ cấu duy trì thời gian sẽ tính thời gian từ gốc không cho ñến ñạt trị số chỉnh ñịnh thì ñóng tiếp ñiểm thường kín ñóng chậm RTh(9-11). Lúc này cuộn dây côngtắctơ gia tốc 1G ñược cấp ñiện và hoạt ñộng ñóng tiếp ñiểm chính của nó ở mạch ñộng lực và cấp ñiện trở phụ thứ nhất r1 bị nối ngắn mạch. ðộng cơ sẽ chuyển sang khởi ñộng trên ñường ñặc tính cơ thứ 2. Việc ngắn mạch ñiện trở r1 làm cho rơle thời gian 2RTh mất ñiện và cơ cấu duy trì thời gian của nó cũng sẽ tính thời gian tương tự như ñối với rơle 1RTh, khi ñạt ñến trị số chỉnh ñịnh nó sẽ ñóng tiếp ñiểm thường ñóng ñóng chậm 2RTh(11-13). Côngtắctơ gia tốc 2G có ñiện hút tiếp ñiểm chính 2G, ngắn mạch cấp ñiện trở thứ hai r2, ñộng cơ sẽ chuyển sang tiếp tục khởi ñộng trên ñường ñặc tính cơ tự nhiên cho ñến ñiểm làm việc ổn ñịnh A. c) Nhận xét về ñiều khiển truyền ñộng ñiện theo nguyên tắc thời gian: Ưu ñiểm của nguyên tắc ñiều khiển theo thời gian là có thể chỉnh ñược thời gian theo tính toán và ñộc lập với thông số của hệ thống ñộng lực. Trong thực tế ảnh hưởng của mômen cản MC của ñiện áp lưới và của ñiện trở cuộn dây hầu như không ñáng kể ñến sưk làm việc của hệ thống và ñến quá trình gia tốc của truyền ñộng ñiện, vì các trị số thực tế sai khác với trị số thiết kế không nhiều. Thiết bị của sơ ñồ ñơn giản, làm việc tin cậy cao ngay cả khi phụ tải thay ñổi, rơle thời gian dùng ñồng loạt cho bất kỳ công suất và ñộng cơ nào, có tính kinh tế cao. GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn Tð-ðL _ Khoa ðiện 102 Nguyên tắc thời gian ñược dùng rất rộng rãi trong truyền ñộng ñiện một chiều cũng như xoay chiều. 6.1.3 ðiều khiển tự ñộng theo nguyên tắc tốc ñộ. a) Nội dung nguyên tắc: Tốc ñộ quay trên trục ñộng cơ hay của cơ cấu chấp hành là một thông số ñặc trưng quan trọng xác ñịnh trạng thái của hệ thống truyền ñộng ñiện. Do vậy, người ta dựa vào thông số này ñể ñiều khiển sự làm việc của hệ thống. Lúc này mạch ñiều khiển phải có phần tử nhận biết ñược chính xác tốc ñộ làm việc của ñộng cơ - gọi là rơle tốc ñộ. Khi tốc ñộ ñạt ñược ñến những trị số ngưỡng ñã ñặt thì rơle tốc ñộ sẽ phát tín hiệu ñến phần tử chấp hành ñể chuyển trạng thái làm việc của hệ thống truyền ñộng ñiện ñến trạng thái mới yêu cầu. Rơle tốc ñộ có thể cấu tạo theo nguyên tắc ly tâm, nguyên tắc cảm ứng, cũng có thể dùng máy phát tốc ñộ. ðối với ñộng cơ ñiện một chiều có thể gián tiếp kiểm tra tốc ñộ thông qua sức ñiện ñộng của ñộng cơ. ðối với ñộng cơ ñiện xoay chiều có thể thông qua sức ñiện ñộng và tần số của mạch rôto ñể xác ñịnh tốc ñộ. Hình 6.3 trình bày sơ lược cấu tạo của rơle tốc ñộ kiểu cảm ứng. Rôto (1) của nó là một nam châm vĩnh cửu ñược nối trục với ñộng cơ hay cơ cấu chấp hành. Còn stato (2) cấu tạo như một lồng sóc và có thể quay ñược trên bộ ñỡ của nó. Trên cần (3) gắn vào stato bố trí má ñộng (11) của 2 tiếp ñiểm có các má tĩnh là (7) và (15). 7 11 15 5 4 Hình 6.3 - Cấu tạo rơle tốc ñộ kiểu cảm ứng. 3 1 2 ω Khi rôto không quay các tiếp ñiểm (7),(11) và (15),(11) mở, vì các lò xo giữ cần (3) ở chính giữa. Khi rôto quay tạo nên từ trường quay quét stato, trong lồng sóc có dòng cảm ứng chạy qua. Tác dụng tương hỗ giữa dòng này và từ trường quay tạo nên mômen quay làm cho stato quay ñi một góc nào ñó. Lúc ñó các lò xo cân bằng (4) bị nén hay kéo tạo ra một mômen chống lại, cân bằng với mômen quay ñiện từ. Tuỳ theo chiều quay của rôto mà má ñộng (11) có thể ñến tiếp xúc với má tĩnh (7) hay (15). Trị số ngưỡng của tốc ñộ ñược ñiều chỉnh bởi bộ phận (5) thay ñổi trị số kéo nén của lò xo cân bằng. GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn Tð-ðL _ Khoa ðiện 103 Khi tốc ñộ quay của rôto bé hơn trị số ngưỡng ñã ñặt, mômen ñiện từ còn bé không thắng ñược mômen cản của các lò xo cân bằng nên tiếp ñiểm không ñóng ñược. Từ lúc tốc ñộ quay của rôto ñạt giá trị lớn hơn hoặc bằng ngưỡng ñã ñặt thì mômen ñiện từ mới thắng ñược mômen cản của các lò xo làm cho phần tĩnh quay, ñóng tiếp ñiểm tương ứng theo chiều quay của rôto. b) Mạch ñiều khiển truyền ñộng ñiện ñiển hình theo nguyên tắc tốc ñộ : Ta cũng lấy trường hợp ñiều khiển mở máy ñộng cơ ñể xét những ví dụ cụ thể. Như ñã thấy ở ví dụ trước, việc ngắn mạch các ñiện trở khởi ñộng trong mạch phần ứng ñộng cơ có thể thực hiện ñược ở tốc ñộ ω1, ω2 và ω3. ðể làm các phần tử kiểm tra tốc ñộ, ở ñây ta dùng các côngtăctơ gia tốc 1G, 2G và 3G có cuộn dây mắc trực tiếp vào 2 ñầu phần ứng ñộng cơ, nó tiếp thụ ñược ñiện áp tỷ lệ với tốc ñộ ñộng cơ với sai lệch nhỏ. CK + _ + _ 3G 2G 1G §g ¦ 3G + 2G §g M D _ 5 3 §g 1G ω U U3G ω0 U2G 4 ω3 ω2 3 U1G 2 Uu ω1 e 1 0 M M2 (I2 ) 0 M 1 (I1) t t1 t2 t3 Hình 6.4 - ðiều khiển khởi ñộng ñộng cơ ðMñl theo nguyên tắc tốc ñộ. Trên hình 6.4 các tiếp ñiểm chuyển ñổi trạng thái cần xảy ra ở tốc ñộ (ω1,I2), (ω2,I2) và (ω3,I2). Ở các ñiểm này, ñiện áp trên 2 ñầu phần ứng sẽ là: U1 = Kφω1 + I2.r− U2 = Kφω2 + I2.r− U3 = Kφω3 + I2.r− Giả sử ta cắt ñiện trở theo thứ tự r1, r2, r3 thì phải chọn côngtăctơ có ñiện áp hút lần lượt là: Uhút1G = U1 Uhút2G = U2 Uhút3G = U3 GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn Tð-ðL _ Khoa ðiện 104 Hoạt ñộng của sơ ñồ: Sau khi ấn nút mở máy M, côngtăctơ ðg có ñiện ñóng mạch phần ứng ñộng cơ vào nguồn qua 3 ñiện trở phụ r1, r2 và r3. ðộng cơ gia tốc trên ñường ñặc tính cơ (1). Khi tốc ñộ ñộng cơ ñạt ñến trị số ω1 ñiện áp trên 2 ñầu côngtăctơ 1G ñạt trị số hút U1, do ñó 1G hút, loại trừ ñiện trở r1, ñộng cơ sẽ chuyển sang gia tốc trên ñường ñặc tính cơ (2). Khi tốc ñộ ñộng cơ ñạt ñến trị số ω2(ω2 > ω1) ñiện áp trên 2 ñầu côngtăctơ 2G ñạt trị số hút U2, do ñó 2G hút, loại trừ tiếp ñiện trở r2, ñộng cơ sẽ chuyển sang gia tốc trên ñường ñặc tính cơ (3). Khi tốc ñộ ñộng cơ ñạt ñến trị số ω3(ω3 > ω2) ñiện áp trên 2 ñầu côngtăctơ 3G ñạt trị số hút U3, do ñó 3G hút, ñiện trở r3 bị ngắn mạch, ñộng cơ sẽ chuyển sang gia tốc trên ñường ñặc tính cơ tự nhiên, cho ñến ñiểm làm việc ổn ñịnh. c) Nhận xét về ñiều khiển truyền ñộng ñiện theo nguyên tắc tốc ñộ: Ưu ñiểm là ñơn giản và rẻ tiền, thiết bị có thể là côngtăctơ mắc trực tiếp vào phần ứng ñộng cơ không cần thông qua rơle. Nhược ñiểm là thời gian mở máy và hãm máy phụ thuộc nhiều vào mômen cản MC, quán tính J, ñiện áp lưới U và ñiện trở cuộn dây côngtăctơ. Các côngtăctơ gia tốc có thể không làm việc vì ñiện áp lưới giảm thấp, vì quá tải hoặc vì cuộn dây quá phát nóng, sẽ dẫn ñến quá phát nóng ñiện trở khởi ñộng, có thể làm cháy các ñiện trở ñó. Khi ñiện áp lưới tăng cao có khả năng tác ñộng ñồng thời các côngtăctơ gia tốc làm tăng dòng ñiện quá trị số cho phép. Trong thực tế ít dùng nguyên tắc này ñể khởi ñộng các ñộng cơ, thường chỉ dùng nguyên tắc này ñể ñiều khiển quá trình hãm ñộng cơ. 6.1.4 ðiều khiển tự ñộng theo nguyên tắc dòng ñiện. a) Nội dung nguyên tắc: Dòng ñiện trong mạch phần ứng ñộng cơ cũng là một thông số làm việc rất quan trọng xác ñịnh trạng thái của hệ truyền ñộng ñiện. Nó phản ánh trạng thái mang tải bình thường của hệ thống, trạng thái mang tải, trạng thái quá tải cũng như phản ánh trạng thái ñang khởi ñộng hay ñang hãm của ñộng cơ truyền ñộng. Trong quá trình khởi ñộng, hãm, dòng ñiện cần phải ñảm bảo nhỏ hơn một trị số giới hạn cho phép. Trong quá trình làm việc cũng vậy, dòng ñiện có thể phải giữ không ñổi ở một trị số nào ñó theo yêu cầu của quá trình công nghệ. Ta có thể dùng các côngtăctơ có cuộn dây dòng ñiện hoặc rơle dòng ñiện kiểu ñiện từ hoặc các khóa ñiện tử hoạt ñộng theo tín hiệu vào là trị số dòng ñiện ñể ñiều khiển hệ thống theo các yêu cầu trên. Dòng ñiện mạch phần ứng ñộng cơ dùng làm tín hiệu vào trực tiếp hoặc gián tiếp cho các phần tử nhận biết dòng ñiện nói trên. Khi trị số tín hiệu vào ñạt ñến giá trị ngưỡng xác ñịnh có thể ñiều chỉnh ñược của nó thì nó sẽ phát tín hiệu ñiều khiển hệ thống chuyển ñến những trạng thái làm việc yêu cầu. b) Mạch ñiều khiển truyền ñộng ñiện ñiển hình theo nguyên tắc dòng ñiện: Xét mạch ñiều khiển hãm ngược ñộng cơ xoay chiều 3 pha rôto dây quấn khi ñảo chiều. Vì những lí do tương tự như ñã phân tích trong chương 2, khi ñảo chiều quay ñộng cơ xoay chiều 3 pha rôto dây quấn cần phải ñưa thêm vào mạch rôto một ñiện trở phụ lớn hơn trị số ñiện trở phụ cần thiết ñưa vào khi khởi ñộng. GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn Tð-ðL _ Khoa ðiện 105 Ta có thể dùng mạch ñiều khiển theo nguyên tắc dòng ñiện sau ñây ñể ñiều khiển việc ñưa vào và loại ra phần ñiện trở phụ ñó mỗi lần ñảo chiều quay ñộng cơ. ~ ~ AT (N) 2' 1' 0 1 N KC1 (T) 1 2 3 N 5 7 T 9 T KC2 RH N H 13 2G 15 KC4 1G H rh 2 KC3 11 rp2 r p1 ~ T KC5 RH 19 H 17 1G 21 1G 2G Hình 6.5 - ðiều khiển hãm ngược ñộng cơ xoay chiều 3 pha rôto dây quấn khi ñảo chiều theo nguyên tắc dòng ñiện. ω 1 Α Ι h® ΤΝ 2 Ι Ι2 0 3 ΤΝ' Yêu cầu ñối với rơle hãm RH thụ cảm dòng ñiện rôto: khi dòng ñiện rôto lớn hơn trị số khởi ñộng thì nó phải tác ñộng, khi dòng ñiện rôto ñã giảm nhỏ về gần trị số khởi ñộng (I1) thì nó phải nhả ñể chuẩn bị cho quá trình khởi ñộng tiếp theo. Vậy phải chỉnh ñịnh trị số Inhả của RH lớn hơn I1 một ít, tất nhiên trị số Ihút của nó sẽ lớn hơn I1 và xác ñịnh theo hệ số trở về của nó. Giả sử ñộng cơ ñang làm việc theo chiều quay thuận, nghĩa là bộ khống chế chỉ huy ñang ở vị trí 2 phía phải. Muốn ñảo chiều quay ñộng cơ, ta quay bộ khống chế KC về phía ngược. Khi bộ khống chế lướt qua vị trí 0, các côngtăctơ H, 1G, 2G mất ñiện nên các tiếp ñiểm của chúng nhả ra ñưa cả 3 ñiện trở vào mạch rôto. Khi ñến vị trí 2 phía trái, dòng ñiện rôto xuất hiện lúc này lớn hơn trị số chỉnh ñịnh hút của rơle RH, nên RH tác ñộng mở tiếp ñiểm RH(1-3), bảo ñảm cho cả 3 ñiện trở tham gia vào việc hạn chế dòng ñiện, quá trình hãm ngược ñộng cơ ñược tiến hành. GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn Tð-ðL _ Khoa ðiện 106 Khi tốc ñộ ñộng cơ giảm gần ñến 0 thì dòng ñiện rôto cũng giảm ñến trị số nhả của rơle RH, rơle RH nhả ñóng tiếp ñiểm RH(1-3), công tăctơ H có ñiện, ñiện trở hãm ngược rh ñược loại ra ngoài, ñộng cơ bắt ñầu quá trình khởi ñộng theo chiều ngược với hai cấp ñiện trở hạn chế rp1 và rp2. c) Nhận xét về ñiều khiển truyền ñộng ñiện theo nguyên tắc dòng ñiện: - Ưu ñiểm: Thiết bị ñơn giản, sự làm việc của sơ ñồ không chịu ảnh hưởng của nhiệt ñộ cuộn dây côngtăctơ, rơle. - Nhược ñiểm: ðộ tin cậy thấp, có khả năng ñình chỉ gia tốc ở cấp trung gian nếu ñộng cơ khởi ñộng bị quá tải, dòng ñiện không giảm xuống ñến trị số nhả của rơle dòng ñiện. Nguyên tắc dòng ñiện ñược ứng dụng chủ yếu ñể tự ñộng ñiều khiển quá trình khởi ñộng ñộng cơ một chiều kích thích nối tiếp và ñộng cơ xoay chiều rôto dây quấn. 6.1.5 Các nguyên tắc ñiều khiển khác Ngoài 3 nguyên tắc ñiều khiển ñược áp dụng rộng rãi nhất mà ta ñã xét ở trên, cũng có thể tiến hành ñiều khiển các quá trình hay máy móc sản xuất theo những thông số ño lường khác như: ðiều khiển theo công suất và chiều công suất mômen, sức căng, nhiệt ñộ, ánh sáng... Một trong những nguyên tắc rất hay dùng là nguyên tắc ñiều khiển theo ñường ñi (hay nguyên tắc hành trình). Khi quá trình thay ñổi trạng thái làm việc của hệ có quan hệ chặt chẽ với vị trí của các bộ phận ñộng của máy (ñầu máy, bàn máy, mâm cặp...) thì ta có thể dùng các thiết bị ñặc biệt - gọi là công tắc hành trình, ñặt tại những vị trí thích hợp trên ñường ñi của các bộ phận ñó. Khi bộ phận ñộng di chuyển ñến những vị trí này sẽ tác ñộng lên các công tắc hành trình, công tắc hành trình sẽ phát những tín hiệu ñiều khiển hệ thống ñến các trạng thái làm việc mới. Ví dụ như ñặt các công tắc cuối cùng ñể hạn chế hành trình bàn máy bào, máy doa, cầu trục hoặc là ñặt các công tắc hành trình ñể ñảo chiều, giảm tốc ñộ cho máy bào giường. N T Hình 6.6 - ðiều khiển theo nguyên tắc hành trình. B A KH 6.2 CÁC DẠNG BẢO VỆ VÀ TÍN HIỆU HÓA 6.2.1 Ý nghĩa của bảo vệ và tín hiệu hóa Trong quá trình vận hành, hệ thống ðKTð Tðð có thể có những tác ñộng ngẫu nhiên hoặc chủ quan của nhân viên vận hành dẫn ñến những sự cố hoặc chế ñộ làm việc xấu cho hệ thống. Nếu các chế ñộ xấu hoặc sự cố không ñược loại trừ kịp thời thì sẽ dẫn ñến hư hỏng máy móc, thiết bị, rối loạn quá trình sản xuất hoặc thậm chí có thể gây những tai nạn nguy hiểm cho người. GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn Tð-ðL _ Khoa ðiện 107 Vì vậy bảo vệ và tín hiệu hóa trong hệ thống là không thể thiếu ñược. Nó có nhiệm vụ loại trừ và ñề phòng các sự cố và chế ñộ làm việc xấu, ñảm bảo vận hành an toàn cho máy móc và thiết bị cũng như con người. Tác ñộng của bảo vệ và tín hiệu hóa: - Ngắt ñiện ñộng cơ và hệ thống khi có sự cố nguy hiểm trực tiếp ñến ñộng cơ và thiết bị. Ví dụ khi ngắn mạch, khi ñiện áp giảm thấp quá mức hoặc khi mất bôi trơn, làm mát. - Khi quá tải hoặc khi xảy ra chế ñộ làm việc xấu chưa có nguy hiểm trực tiếp ñến máy móc thiết bị thì tín hiệu hóa cho nhân viên vận hành biết ñể xử lý. - Bảo ñảm khởi ñộng, hãm, ñảo chiều … một cách bình thường, nghĩa là ñảm bảo sao cho I < Icp, to < tocp, … - Ngoài ra có nhiều trường hợp ñể bảo ñảm cho các thiết bị quan trọng hoạt ñộng bình thường trong mọi trường hợp, bảo vệ sẽ tác ñộng cắt một số thiết bị ñiện không quan trọng lắm khi có sự cố mất ñiện hay ñiện áp giảm thấp tạm thời. Các thiết bị bảo vệ phổ biến: - Cầu chì: cắt mạch ñiện khi dây chì nóng chảy. - Rơle dòng ñiện: Tác ñộng ở dòng ñiện ñã ñặt. - Rơle ñiện áp: Tác ñộng ở ñiện áp ñã ñặt. - Rơle công suất: Phản ứng với sự thay ñổi trị số và chiều công suất. - Rơle nhiệt: Tác ñộng ở nhiệt ñộ phát nóng nhất ñịnh. - Áptômat các loại..... 6.2.2 Các dạng bảo vệ cơ bản 1. Bảo vệ ngắn mạch Tác hại của ngắn mạch: Có thể gây nên hỏng cách ñiện của ñộng cơ và hỏng cách ñiện các thiết bị khác của truyền ñộng ñiện. Khi ngắn mạch sẽ gây nên nhiệt ñộ tăng nhanh gây cháy hoặc sức từ ñộng tăng mạnh gây tác ñộng không tốt về mặt cơ học. Trong hệ thống TððK-Tðð bất kỳ, ngắn mạch một pha hoặc 3 pha ñều nguy hiểm và bảo vệ phải tác ñộng cắt nhanh hệ thống ra khỏi nguồn ñiện. Bảo vệ ngắn mạch có thể thực hiện bằng: Cầu chì, áptômat hoặc rơle dòng ñiện cực ñại, các khâu bảo vệ ngắn mạch bằng bán dẫn ñiện tử. * Ví dụ dùng cầu chì và áptômát bảo vệ ngắn mạch: ~ AT 1CC K ~ 2CC D M K K GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn Tð-ðL _ Khoa ðiện 108 - Dòng tác ñộng của cầu chì: Idc = Ikñ.α Trong ñó: Idc là dòng tác ñộng của dây chảy ñược chọn. Ikñ là dòng ñiện khởi ñộng của ñộng cơ, phụ tải ñược bảo vệ. α là hệ số xét ñến quán tính nhiệt. α = 2,5 ñối với ñộng cơ khởi ñộng bình thường. α = (1,6 ÷ 2) ñối với ñộng cơ khởi ñộng nặng. Cấm ñặt cầu chì trên dây trung tính, mạch nối ñất, vì nếu ñứt dây cầu chì thì vỏ máy sẽ có ñiện áp cao nguy hiểm. Dùng cầu chì bảo vệ ngắn mạch thì ñơn giản, rẻ tiền nhưng tác ñộng không chính xác, dòng tác ñộng phụ thuộc vào thời gian, thay thế lâu, không bảo vệ ñược chế ñộ làm việc 2 pha. - Dòng chỉnh ñịnh của Áptômat: Icñ = (1,2 ÷ 1,3).Ikñ Áptômat tác ñộng rồi thì có thể ñóng lại nhanh, cắt ñược dòng lớn, bảo vệ ñược chế ñộ làm việc dòng 2 pha (khi bị mất 1 trong 3 pha). * Dùng rơle dòng ñiện cực ñại (RM) bảo vệ ngắn mạch phải chỉnh ñịnh dòng tác ñộng cho phù hợp với dòng ngắn mạch. Thường ñặt rơle dòng ñiện cực ñại trên 3 pha của ñộng cơ không ñồng bộ 3 pha, hoặc ñặt trên một cực ñối với ñộng cơ một chiều. Tiếp ñiểm của RM là loại không tự phục hồi. ~ AT RM K ~ 2CC D M K RM K 2. Bảo vệ quá tải dài hạn (bảo vệ nhiệt) Quá tải lâu dài vượt trị số cho phép sẽ gây nên phát nóng làm nhiệt ñộ dây quấn máy ñiện vượt quá trị số cho phép ñối với cách ñiện của nó, sẽ dẫn ñến cháy máy ñiện. ðể bảo vệ máy ñiện có thể dùng loại áptômat chỉnh ñịnh có cơ cấu nhả hỗn hợp hoặc dùng rơle nhiệt. Phần tử ñốt nóng của Rơle nhiệt thường mắc trên hai pha của hệ thống ba pha và trên một hoặc hai cực của ñộng cơ ñiện một chiều, ở phía sau tiếp ñiểm của côngtăctơ ñường dây K. Tiếp ñiểm của nó sẽ cắt mạch cuộn dây côngtăctơ ñường dây khi nó tác ñộng. Các tiếp ñiểm của rơle nhiệt (RN) là loại không tự phục hồi, sau khi rơle nhiệt ñã tác ñộng thì phải ấn reset bằng tay. Phải chọn rơle nhiệt có ñặc tính phát nóng gần với ñặc tính phát nóng của thiết bị, ñộng cơ cần ñược bảo vệ. - Dòng ñiện chỉnh ñịnh của rơle nhiệt, áptômat: GV: Lê Tiến Dũng _ Bộ môn Tð-ðL _ Khoa ðiện 109