Đồ án Thiết kế hệthống điều khiển và khống chế động cơ điện không đồng bộ ba pha

nh mức. Nhưng thực tế do điện lưới, mô men cản, mô men quán tính và nhiệt độ thay đổi so với tính toán, các yếu tố đó ảnh hưởng trực tiếp đến đặc tính khởi động. 1.2.2 Nguyên tắc khống chế theo tốc độ Nội dung nguyên tắc Để khống chế theo nguyên tắc này ta phải đo được tốc độ động cơ, có thể đo trực tiếp bằng rơle kiểm tra tốc độ, nhưng khi hệ thống khống chế có nhiều cấp điện trở thì việc điều khiển gặp rất nhiều khó khăn do đó thực tế ít sử dụng. Ngoài ra ta còn có thể đo tốc độ bằng máy phát tốc nhưng trong các hệ thống đơn giản thì chỉ tiêu kinh tế thấp (máy phát tốc có giá thành cao) nên ít dùng loại này. Thông thường người ta sử dụng phương pháp đo gián tiếp. + Đối với động cơ điện 1 chiều, đo tốc độ thông qua sđđ phần ứng của động cơ. EĐ= Ke.F.n (dùng rơ le điện áp mắc song song với phần ứng động cơ). + Đối với động cơ KĐB, đo tốc độ gián tiếp qua sđđ rotor, tần số dòng điện rotor và hệ số trượt. Sơ đồ đặc trưng. Hình 2.4 Theo định luật Kirchhoff 2 ta có: Vòng 1 UG1= Eư + Iư Rư = Ke.f.n2+ Iư Rư Vòng 2 UG2= + Iư( Rư+R2) =Ke.f.n1+ Iư( Rư+R2) Xét trường hợp 1: Khi tốc độ động cơ tăng đến tốc độ n1 nào đó thì UG1= Eư + Iư Rư = Ke.f.n2+ Iư Rư = UG1tđ Dẫn đến rơle điện áp G1 tác động đóng tiếp điểm G1 lại loại bỏ cấp điện trở phụ R1 ra khỏi mạch phần ứng động cơ. Xét trường hợp 2: Khi tốc độ động cơ tăng đến tốc độ n2 nào đó thì UG1= Eư + Iư( Rư+R2) = Ke.f.n2+ Iư( Rư+R2) = UG1tđ Dẫn đến rơle điện áp G2 tác động đóng tiếp điểm G2 lại loại bỏ cấp điện trở phụ R2 ra khỏi mạch phần ứng động cơ. Nhận xét: + Ưu điểm: Đơn giản, rẻ tiền + Nhược điểm: Khi mô men cản, điện áp lưới và nhiệt độ thay đổi cũng làm thay đổi thời gian mở máy của động cơ. Việc chỉnh định điện áp hút của các rơ le cũng gặp nhiều khó khăn. Ví dụ: Mạch điều khiển mở máy động cơ 1 chiều KTĐL qua 2 cấp điện trở phụ và hãm động năng. Hình 2.5 . Trị số của dòng điện mở máy của động cơ dao động giới hạn được xác định từ I2 tới I1, giá trị của dòng điện I1= 2,2¸2,5 dòng Iđm được xác định căn cứ vào điều kiện vận hành của động cơ và giá trị cho phép của dòng điện phần ứng động cơ. Giá trị dòng điện I2 = (1,8¸2)Iđm được xác định căn cứ vào việc đảm bảo gia tốc tối thiểu khi mở máy động cơ ở phụ tải đã cho đến I1, I2 luôn lớn hơn Iđm này.Muốn khống chế theo nguyên tắc dòng điện ta sử dụng một số rơ le dòng điện mắc nối tiếp với phần ứng của động cơ điện 1 chiều hoặc mắc nối tiếp với 1 pha của động cơ xoay chiều. Ví dụ minh hoạ. Hoạt động của sơ đồ: ấn nút S2 công tắc tơ K1 có điện, tiếp điểm K1 đóng duy trì, tiếp điểm K1 mạch động lực đóng cấp điện cho mạch phần ứng, động cơ hoạt động qua r1. Lúc này rơle dòng RI, rơle khoá RK cùng có điện , cùng tác động nhưng phải đảm bảo yêu cầu như sau: RI có thời gian tác động nhanh hơn RK. Lúc đó tiếp điểm thường đóng RI mở ra trước sau đó tiếp điểm thường mở RK đóng. Động cơ hoạt động, dòng điện giảm dần ( từ I1 đến I2) thì RI đạt trị số và nhả, dẫn đến công tắc tơ K2 tác động, tiếp điểm K2 đóng lại duy trì và ngắn mạch r1. Động cơ hoạt động ở đường đặc tính tự nhiên. Tiếp điểm thường mở K2 song song với tiếp điểm RI có vai trò không cho K2 mất điện với bất cứ lý do nào sau này (như do quá tải,….) nghĩa là không đưa r1 vào mạch phần ứng. Nhận xét: Có thể duy trì MĐ trong quá trình khởi động ở mức xác định. Quá trình khởi động không phụ thuộc vào nhiệt độ của dây quấn rơ le. Không đảm bảo giữ nguyên thời gian khởi động. 1.2.3Nguyên tắc điều khiển theo hành trình. Nội dung nguyên tắc. Khống chế theo nguyên tắc hành trình nghĩa là 1 khâu hay một bộ phận nào đó của máy khi chuyển động phụ thuộc vào vị trí không gian của các bộ phận khác Ví dụ: Bàn dao của máy cắt gọt, bàn máy, buồng thang của thang máy. Ví dụ minh hoạ: Hình 2.7 1.2.4 Nguyên tắc điều khiển hệ thống truyền động điện kiểu hệ kín. 1.2.5 Sơ đồ khối của hệ thống tự động điều chỉnh Hình 2.8 BD là biến dòng BBĐ là bộ biến đổi, có thể là máy phát, khuếch đại từ, bán dẫn. Đk là khối điều khiển Kn , KI là hệ số phản hồi tốc độ và dòng điện. Rn, RI bộ điều chỉnh tốc độ, dòng điện Các bộ điều chỉnh tốc độ, dòng điện (Rn, RI) là bộ phận quan trọng nhất của hệ thống vì nó quyết định chất lượng tĩnh và chất lượng động của hệ thống. Nó có 2 chức năng như sau: Khuếch đại các sai lệch điều khiển nhỏ của hệ thống. Đảm bảo chất lượng và độ chính xác của hệ 1.2.6 Các nguyên tắc điều chỉnh 1.2.6.1 Khái niệm chung. Đối với hệ thống truyền động điện làm việc ở các trạng thái hở, trong quá trình hãm, khởi động, đảo chiều, ăn tải, nhả tải thường gây ra các sai lệch lớn so với giá trị cho phép. Trong khi đó nhiều máy lại yêu cầu phải đảm bảo duy trì tốc độ không đổi hay các đại lượng khác theo yêu cầu của chất lượng tĩnh cũng như chất lượng động đặt ra.Trong trường hợp như vậy ta phải dùng hệ thống điều khiển tự động kiểu hệ kín. Đối với hệ thống sử dụng động cơ điện1 chiều làm việc trong hệ thống truyền động điên kiểu hệ kín thường người ta phải sử dụng các bộ biến đổi để cung cấp nguồn điện áp một chiều cho phần ứng động cơ hay cung cấp cho cuộn kích từ của động cơ điều khiển tự động hệ kín người ta thường sử dụng bộ biến tần, hoặc điều khiển xung trở mạch rotor... ... Trong hệ thống điều khiển tự động truyền động điện kiểu hệ kín người ta thường tiến hành lấy một số phản hồi cơ bản sau: Phản hồi âm: Tác động ngược chiều điện áp đặt Phản hồi dương: Tác động cùng chiều với điệ náp đặt. Phản hồi có ngắt: Tín hiệu phản hồi được so sánh với một lượng bên ngoài, nếu nó vượt qua giá trị đó thì khâu phản hồi mới tham gia tác động vào hệ thống. Phản hồi thẳng: Tín hiệu ra quay trở lại trực tiếp đầu vào. 1.2.6.2 Khâu phản hồi âm điện áp. Sơ đồ nguyên lý. Hình 2.9 BBĐ có thể sử dụng các bộ biến đổi máy điện, bộ biến đổi van .. BBĐ cung cấp điện áp 1 chiều cho phần ứng động cơ điện1 chều kích từ độc lập. Để ổn định và nâng cao chất lượng tĩnh của khâu đk ta dùng biến trở R1, R2 làm khâu phản hồi lấy điện áp quay trở lại khống chế điện áp cung cấp cho đông cơ. Thành lập phương trình đặc tính cơ. a= R1/R1+R2 ( hệ số phản hồi) Giải hệ phương trình ta được Từ hệ phương trình đặc tính cơ ta vẽ được đặc tính cơ như hình vẽ Dnk Dnh Để cho tốc độ không tải của hệ thống hở và kín bằng nhau thì điện áp đặt của hệ thống kín lớn hơn hệ thống hở là (1+KP) lần. Độ sụt tốc độ (sai lệch tĩnh) trong hệ thống kín sẽ nhỏ hơn trong hệ thống hở là (1+KP) lần. Như vậy phản hồi âm điện áp tạo nên đặc tính Của hệ kín cao hơn so với hệ hở. Nhưng luôn Thấp hơn đặc tính cơ tự nhiên điều đó chứng tỏ khả năng duy trì tốc độ của khâu phản hồi âm điện áp là kém. Phản hồi dương dòng điện. Sơ đồ nguyên lý. Hình 2.10 Từ sơ đồ nguyên lý ta viết được phương trình cân bằng sau: Uå =Uđ +b.I.R với b= Rđo/R = Rđo/RP + RĐ n bKP> 1 n0 bKP=1 bKP<1 EP = KP. Uå UĐ = EP - I.RP UĐ =EĐ + I.RĐ EĐ = Ke.f.n Giải hệ ta được: n = Từ phương trình đặc tính cơ ta có đặc tính cơ như hình vẽ. Nhận xét: - Đối với phản hồi dương dòng điện thì điện áp đặt vào hệ hở và hệ kín là như nhau. Mặc dù có hể tạo nên đường đặc tính cơ có độ cứng rất cao ( độ sụt tốc độ Dn% =0 thậm chí Dn%<0). - Hệ thống không có đường đặc tính giới hạn do đó khi sử dụng phả hồi dương dòng điện trong các bộ biến đổi mang tính phi tuyến mạnh thì độ chính xác của hệ thống bị suy giảm cho nên phản hồi dương dòng điện thường được kết hợp với các phản hồi khác mà không sử dụng độc lập. 1.2.6.4 Phản hồi âm tốc độ. Sơ đồ nguyên lý Hình 2.11 Iđm n n0 hở kín TN giới hạn FT là máy phát tốc BBĐ là bộ biến đổi điện hoặc điện tử. Phương trình đặc tính cơ I Kết hợp giải hệ ta được: n = K= KP.KĐ = KP/ Kef ; R= RĐ + RP Từ phương trình đặc tính cơ ta vẽ được đường đặc tính cơ như hình vẽ. Nhận xét: Để cho tốc độ không tải lý tưởng của hệ thống hở và hệ thống kín bằng nhau, thì điện áp đặt lên hệ hở sẽ nhỏ hơn điện áp đặt lên hệ kín là (1+gk) lần. Độ cứng đặc tính cơ của hệ kín cao hơn hệ hở là (1+gk) lần. Đường đặc tính giới hạn Phản hồi âm dòng điện có ngắt a, Khái niệm: Trong quá trình làm việc động cơ phải trải qua các giai đoạn như, quá trình quá độ và phải làm việc ổn điịnh nếu như dòng điện phần ứng vượt quá giá trị cho phép thì ta phải tìm biện pháp hạn chế công suất đầu vào. Phản hồi âm dòng có ngắt sẽ hạn chế phụ tải tĩnh khi cho động cơ bị quá tải và tạo nên đường đặc tính có dạng điển hình gọi là đường đặc tính máy xúc. Ta thấy ở H.a Đặc tính gồm 2 đoạn: Đoạn 1 là đoạn N0B chỉ có cá khâu duỳ trì tốc độ tham gia nó đảm bảo độ cứng cao để máy làm việc có năng suất chất lượng sản phẩm. Đoạn 2 là đoạn BC lúc này trong hệ thống chỉ còn duy nhất 1 khâu phản hồi âm dòng điện có ngắt tham gia vào hệ thống. Nó tạo ra đường đặc tính có độ dốc lớn, nếu động cơ bị quá tải nặng nó sẽ dừng lại tại điểm C. Trong thực tế có thể chúng ta gặp trường hợp đặc tính tĩnh có 3 đoạn như hình H.b Đoạn AB là đoạn duy trì tốc độ có khâu phản hồi âm tốc độ tác động. Đoạn BC Là đọan có thêm khâu phản hồi âm dòng có ngắt tham gia vào hệ thống. Đoạn CD là đoạn chỉ có khâu phản hồi âm dòng có ngắt tham gia vào HT b. Hệ thống điều khiển tự động với khâu phản hồi âm áp và âm dòng có ngắt. Sơ đồ nguyên lý Hình 2.12 Khâu phản hồi âm dòng có ngắt không phải tham gia hoàn toàn vào hệ thống, mà chỉ tham gia vào hệ thống khi động cơ bị quá dòng. URđo > Uss . 1 1 I < Ing I Phương trình đặc tính cơ Từ sơ đồ ta viết được hệ phương trình sau: Uå=Uđ- aUĐ -bDIRđo.1[DI] EP = KP.Uå UĐ =EP - I.RP UĐ = EP + IRĐ EĐ = Kfn Khi giải hệ ta được phương trình đặc tính cơ. n = Từ phương trình đặc tính cơ ta vẽ được đặc tính cơ như hình vẽ. c, Hệ thống điềukhiển tự động dùng phản hồi âm tốc độ + âm dòng có ngắt. Hình 2.13 I n01 n02 Ing Id n A B C Tương tự như các phần trên dể thành lập phương trình đặc tính cơ, ta viết hệ phương trình câ bằng điện áp của hệ, sau đó giải hệ ta được phương trình đặc tính cơ. n = Một số sơ đồ điều khiển động cơ. Tự động khống chế động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc Hình 2.14 Khởi động trực tiếp động cơ bằng khởi động từ đơn Hình 2.15 Khởi động có đảo chiều động cơ bằng khởi động từ kép Hình 2.16 Khởi động khi có điện trở phụ trong mạch stato Hình 2.17 Điều khiển mở máy bằng đổi nối Y/D theo nguyên tắc thời gian Tự động khống chế động cơ không đồ bộ 3 pha rôto dây quấn Hình 2.18: Điều khiển mở máy theo nguyên tắc thời gian Tự động khống chế động cơ điện một chiều Hình 2.19 Khởi động theo nguyên tắc thời gian, hãm theo nguyên tắc tốc độ CHƯƠNG II:THIẾT BỊ CẦN DÙNG 1.1Áp tô mát: Áptômát là khi cụ điện đóng mạch bằng tay và cắt mạnh tự động khi có sự cố như: quá tải, ngắt mạch, sụt áp... Đôi khi trong kỹ thuật cũng sử dụng áp tô mát đóng cắt không thường xuyên các mạch điện làm việc ở chế độ bình thường. Kết cấu các áptomát rất đa dạng và được chia theo chức năng bảo vệ: áptomát dòng điện cực đại, áp tomát dòng điện cực tiểu, áptomát điện áp thấp, áptomát công suất ngược ... Hình 1.7 trình bày nguyên lý làm việc của áptomát dòng điện cực đại dùng để bảo vệ mạch điện khi quá tải và khi ngắn mạch. Hình 1.8 Ký hiệu của áptomát trên sơ đồ điện Hình 1.7 Aptomát dòng điện cực đại Sau khi đóng bằng tay, áptomát cấp điện cho mạch cần được bảo vệ. Lúc này mấu của các chốt ở đầu cần 4 và đòn 5 móc vào nhau để giữ tiếp điểm động tì vào tiếp điểm tĩnh. Khi dòng điện vượt quá trị số chỉ định của aptomat qua lực căng của lò xo 3, cuộn điện từ 1 nối tiếp với mạch lực sẽ đủ lực, thắng lực cản của lò xo 3 và hút nắm từ động 2, làm cần 4 quay nhả móc chốt. Lò xo 6 kéo rời tiếp điểm động ra khỏi tiếp điểm tĩnh để cắt mạch. Chỉnh định dòng điện cực đại có thể bằng nhiều cách chẳng hạn qua chỉnh lực căng lò xo 3 tăng theo dòng điện cực đại mà aptomat phải cắt. 1.2Nút ấn Nút ấn ( nút bấm, nút điều khiển) dùng để đóng – cắt mạch ở lưới điện hạ áp. Nút ấn thường được dùng để điều khiển các rơle, công tắc tơ, chuyển đổi mạch tín hiệu, bảo vệ ... sử dụng phổ biến nhất là nút ấn trong mạch điều khiển động cơ để mở máy, dừng và đảo chiều quay. Hình 1.10 trình bày kết cấu 1 số nút ấn và kí hiệu của chúng trên bản vẽ điện. Hình 1.10 Nguyên lý cấu tạo và ký hiệu của nút ấn (thường mở, thường đóng, nút bấm kép) Một số loại nút ấn thường đóng dùng trong mạch bảo vệ hoặc mạch dừng còn có chốt khoá, khi bị ấn nút tự giữ trạng thái bị ấn. Muốn xoá trạng thái này, phải xoay nút đi một góc nào đó. 1.3Công tắc tơ Công tắc tơ là khí cụ điện điều khiển từ xa dùng để đóng cắt các mạch điện động lực ở điện áp tới 500V và các dòng điện tới vài trăm, vài nghìn A. Tuỳ theo dòng điện sử dụng, công tác tơ chia ra loại 1 chiều và loại xoay chiều. Phần tử chính của một công tác tơ là cuộn hút điện từ K và hệ thốgn các tiếp điểm. Khi cuộn K có điện, lò xo kéo cần C mở các tiếp điểm động lực (tiếp điểm chính)a,b,c và tiếp điểm phụ 1, đóng tiếp điểm phụ 2. Các tiếp điẻm 1, a,b,c, gọi là tiếp điểm thường mở. Tiếp điểm 2 gọi là tiếp điểm thường đóng. Khi cấp điện cho cuộn K, miếng sắt Fe bị hút, kéo căn lò xo LX và cần C sẽ đóng các tiếp điểm a,b, 1 và mở tiếp điểm 2. Tuỳ theo mục đích sử dụng mà các tiếp điểm được nối vào mạch lực hay mạch điều khiển một cách thích hợp. Hình 1.16 Nguyên lý cấu tạo của một công tắc tơ 1.4.Rơ le: Rơ le là loại khí cụ điện dùng để đóng – cắt mạch điều khiển, hoặc mạch bảo vệ, để liên kết giữa các khối điều khiển khác nhau, thực hiện các thao tác lôgic theo một quá trình công nghệ. Rơ le có rất nhiều loại với các nguyên lý làm việc và chức năng khác nhau. Các rơ le được phân loại theo một số cách như sau: Theo nguyên lý làm việc có: Rơ le điện từ, rơ le từ điện, rơ le điện động, rơ le cảm ứng, rơ le nhiệt, rơle quang, rơ le điện tử... Theo đại lượng điện đầu vào có: Rơle dòng điện, rơ le điện áp, rơ le công suất, rơ le tổng trở, rơ le tần số, rơle lệch pha... Theo đòn điện có rơle một chiều, rơle xoay chiều Theo nguyên lý tác động của cơ cấu chấp hành có: rơle tiếp điểm và rơle không tiếp điểm Theo trị số và chiều đại lượng đầu vào có: rơle cực đại, rơle cực tiểu, rơle sai lệch, rơle hướng... Theo cách mắc có cầu thu(một cuộn hút trong rơle điện từ) vào mạch, rơ le được chia ra: rơle sơ cấp (cơ cấu thu nối thẳng vào mạch)và rơle thứ cấp (cơ cấu thu nối vào mạch qua biến áp,biến dòng hay điện trở). 1.4.1Rơle điện từ Rơle điện tử là loại rơle đơn giản nhất và dùng rộng rãi nhất. Rơle làm việc dựa trên nguyên lý điện từ và kết cấu, nó tương tự như công tắc tơ nhưng chỉ đóng, cắt mạch điện điều khiển, không trực tiếp dùng trong mạch lực. Hình 1.17a trình bày nguyên lý kết cấu một rơle điện từ một chiều kiểu bản lề. Cuộn nam châm điện 1 quấn quanh lõi sắt 2. Hai đầu dây cuộn 1 nối ra hai chấu cắm 8. Nắp từ động 3 được lò xo 4 kéo bật lên để tiếp điểm động 5 (tiếp điểm chung COM) tỳ vào tiếp điểm tĩnh 6 thành tiếp điểm thường kín NC, còn tiếp điểm tĩnh 7 bị hở mạch (tiếp điểm thường mở NO). Khi cuộn điện từ được cấp điện, nó sẽ hút nắp từ động và tiếp điểm NO được nối với tiếp điểm COM, tiếp điểm NC bị ngắt khỏi tiếp điểm COM. Hình 1.17 Nguyên lý kết cấu của rơle điện từ Hình 1.17b là nguyên lý làm việc của một rơle điện từ dạng piston với tiếp điểm động dạng bán cầu 2. Cuộn hút rơle 1 là xoay chiều. Qua cách làm việc của rơle điện từ, ta có thể thấy một rơle có 3 phần chính: cơ cấu thu, cơ cấu trung gian và cơ cấu chấp hành. Cuộn hút điện từ là cơ cấu thu vì nó tiếp nhận tín hiệu đầu vào (dòng điện, điện áp) và khi đạt một giá trị xá định nào đó thì rơle tác động. Mạch từ là cơ cấu trung gian vì nó giúp tạo lực hút của cuộn nam châm (cuộn điện từ). Khi cuộn dây này có điện và so sánh với lực đặt trước bở lò xo phản hồi để hút và truyền kết quả tác động tới cơ cấu chấp hành. Hệ thống tiếp điểm là cơ cấu chấp hành vì nó truyền tín hiệu cho mạch điều khiển. Y Y2 Y1 X1=Xnh X2=Xtđ X 0 Quan hệ giữa đầu vào và đầu ra: khi tín hiệu đầu vào là X (dòng điện, điện áp) đạt tới một giá trị tác động X = X2 = Xtđ(tác động = hút) thì rơle hút vì lực điện từ thắng lực lò xo và đại lượng đầu ra Y ( điện áp, dòng điện tăng đột biến từ Y1 lên Y2 do tiếp điểm cơ cấu chấp hành đóng). Sau đó , có tăng lượng nào X>X2 thì Y2 vẫn giữ nguyên. Khi giảm tín hiệu vào dến X = Xtđ thì rơle vẫn hút do lực từ vẫn lớn hơn lực lò xo. Tới một giá trị X1 = Xnhả < Xtđ thì lực lò xo phản hồi thắng lực hút điện từ, cuộn hút rơle nhả, mở tiếp điểm để cắt mạch. Tín hiệu ra giảm từ Y2 về Y1 sau đó X tiếp tục giảm X < X1 thì Y vẫn giữ giá trị không đổi là Y1. Hình 1.18 Đặc tính quan hệ vào ra của rơle Hệ số nhả của rơle là tỷ số Đối với rơle cực đại: Knh < 1 Đối với rơle cực tiểu: Knh > 1 Rơle làm việc càng chính xác khi: Knh ® 1 Tỷ số giữa công suất điều khiển Pdk của rơle (công suất của mạnh và tiếp điểm rơle đóng cắt) và công suất tác động Ptđ (công suất cần cấp cho cuộn điện từ để nó hút) gọi là hệ số điều khiển (hay hệ số khuếch đại). Hệ số Kđk càng lớn thì rơle càng nhạy. Các loại rơle khác nhau thì có các hệ số Knh, Kđk khác nhau. Thời gian kể từ lúc đầu vào của rơle được cấp tín hiệu cho đến lúc cơ cấu chấp hành tác động gọi là thời gian tác động ttđ. Với rơle điện từ, đó là thời gian tính từ lúc cuộn hút được cấp điện cho đến khi tiếp điểm thường mở đóng lại hoàn toàn hoặc tiếp điểm thường đóng mở ra hoàn toàn. Tuỳ theo thời gian tác động ttđ (còn gọi là thời gian trễ) mà rơle được chia ra: Rơle không quán tính ttđ<1ms Rơle tác động nhanh: ttđ = (1- 100)ms Rơle thời gian: ttđ>100ms Hình 1.19 Dạng chung của rơle trung gian 1.4.2. Rơle dòng điện và rơle điện áp. a) Rơle dòng điện dùng bảo vệ hoặc khống chế mạch điện khi dòng điện trong mạch vượt quá hay giảm dưới một trị số nào đó đã được chỉnh định trong rơle (dòng điện đặt). Cấu tạo của một rơle dòng điện được trình bày trên hình 1.20. Mạch từ 1 được quấn cuộn dây dòng điện 2 có nhiều đầu ra. Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây 2, từ trường sẽ tác dụng một từ lực lên nắp từ động làm bằng miếng sắt hình chữ Z. Nếu dòng điện vượt quá giá trị chỉnh định thì từ lực đủ lớn thắng lực cản lò xo 4, hút nắp từ động chữ Z quay và đóng (hoặc mở) hệ tiếp điểm. Rơle dòng điện loại này thường dùng để bảo vệ dòng điện cực đại. Cuộn dây rơle dòng điện mắc nối tiếp với mạch cần bảo vệ. b) Rơle điện áp dùng để bảo vệ hoặc khống chế các thiết bị điện khi điện áp đặt vào cuộn hút của Rơle tăng quá hoặc giảm quá mức quy định. Nguyên lý cấu tạo của rơle điện áp tương tự như rơle dòng điện. Chỉ khác nhau là cuộn dây dòng điện ít vòng, tiết diện to trong rơle dòng điện được thay bằng cuộn dây điện áp nhiều vòng, tiết diện dây nhỏ. Hình 1.20 Nguyên lý cấu tạo của rơle dòng cực đại Cuộn điện áp được mắc song song với mạch cần bảo vệ. Rơle điện áp được chia ra 2 loại theo nhiệm vụ bảo vệ: Rơle điện áp cực đại: Nắp từ động không quay ở điện áp bình thường, khi điện áp tăng quá mức, lực từ thắng lực cản lò xo và nắp từ động sẽ quay, rơle tác động. Rơle điện áp cực tiểu: Nắp từ động không quay ở điện áp bình thường. Khi điện áp giảm quá mức, lực lò xo thắng lực từ, nắp từ động sẽ quay ngược và rơle tác động. 1.4.3. Rơle thời gian. Rơle thời gian là rơle tạo trễ đầu ra nghĩa là khi đầu vào có tín hiệu điều khiển thì sau một thời gian nào đó đầu ra mới tác động (tiếp điểm rơle mới đóng hoặc mở). Thời gian trễ có thể từ vài phần giây đến hàng giờ hoặc hơn nữa. Rơle thời gian có nhiều loại, nhiều kiểu khác nhau dùng cả ở mạch một chiều lẫn xoay chiều. Rơle thời gian kiểu điện từ: Dùng ở mạch một chiều và thường để duy trì thời gian nhả chậm nắp từ động tới 3s. Rơle thời gian kiểu thủy lực: Dùng cho cả cuộn hút một chiều và xoay chiều. Hình 1.21 Rơle thời gian kiểu điện từ Hình 1.22 Rơle thời gian kiểu thuỷ lực 1.4.4. Rơle tốc độ. a, Rơ le tốc độ kiểu li tâm 1. Trục quay; 2. Quả văng 3. Lò xo; 4. Giá tiếp điểm 5, 6. Tiếp điểm NO, NC b, Rơle tốc độ kiểu cảm ứng 1. Trục quay; 2. Nam châm vĩnh cửu 3. Lồng sóc; 4. Lõi thép Stato 5. Cần tác động; 6. Các tiếp điểm Hình 1.23. Rơ le tốc độ 2.1. Các khâu bảo vệ điển hình 2.1.1Ý nghĩa cuả việc bảo vệ. Trong quá trình vận hành hệ thống điện có thể có tác động ngẫu nhiên hay do chủ quan của nhân viên vận hành dẫn đến những sự cố hoặc chế độ làm việc xấu, nếu không được loại bỏ kịp thời thì dẫn đến hư hỏng máy móc, thiết bị gây rối loạn quá trình sản xuất, hoặc thậm chí có thể gây nguy hiểm cho tính mạng con người. Vì vậy bảo vệ trong hệ thống điện là không thể thiếu và nó có nhiệm vụ đề phòng, loại trừ sự cố và chế độ làm việc xấu, đảm bảo vận hành an toàn cho người và thiết bị. 2.1.2. Khâu bảo vệ ngắn mạch Trong hệ thống điều khiển tự động – truyền động điện bất kỳ là ngắn mạch 1 pha hay 3 pha đều rất nguy hiểm và bảo vệ cần cắt nhanh hệ thống ra khỏi lưới điện. Bảo vệ ngắn mạch có thể thực hiện bằng cầu chì, rơle dòng điện cực đại, tác động nhanh và áptomát. 2.1.3 Bảo vệ ngắn mạch bằng Aptomat: Thay cho cầu chì ta có Aptomat bảo vệ hoàn thiện hơn, đóng cắt tin cậy hơn, việc đóng lại Aptomat đã đóng cắt cũng rất dễ dàng. Aptomat chia làm 3 loại: - Aptomat vạn năng dùng để bảo vệ khi quá tải, ngắn mạch (bảo vệ cực đại) khi quá tải ngắn mạch và mất điện áp. Loại Aptomat này bảo vệ chắc chắn nhưng giá thành cao và kích thước lớn nên ít sử dụng. - Aptomat chuyên dùng: Đó là những Aptomat có công dụng đặc biệt: dùng để đóng cắt từ xa không thường xuyên và tự động cắt khi quá tải, dùng cho lưới điện 1 chiều điện áp đến 750V và dòng 6000A (kiểu AB – 45 – 1/6000). - Aptomat diệt từ trường dùng để bảo vệ khi ngắn mạch, các Aptomat tác động nhanh có thời gian cắt 0,015, dùng để bảo vệ quá tải, nm và dòng điện ngược, đặc biệt nó có khả năng ngắt dòng ngắn mạch trước khi nó đạt được trị số cực đại. - Aptomat chỉnh định: Loại này được dùng bảo vệ các mạch điện tránh quá tải và ngắn mạch, nó tương đối rẻ và kích thước bé so với vạn năng. Việc dùng Aptomat này thay cho cầu dao để đóng cắt, chỉ được phép khi số lần đóng cắt ít vì hệ thống cơ khí phức tạp và tuổi thọ của nó được tính bằng số lần đóng cắt. Tuổi thọ Aptomat cao: VD loại A3160 có khoảng 5000 ¸ 20.000 lần đóng cắt ở dòng điện xoay chiều, 5000 ¸ 10.000 lần ở dòng điện một chiều. Icđ = 1,2Ikđ; Ikđ - dòng khởi động động cơ. Động cơ Rôto lồng sóc Icđ = 1,3Ikđ 2.1.4. Bảo vệ ngắn mạch = rơle dòng cực đại tác động nhanh, cắt tức thời khi có dòng nm 2.1.4.1. Bảo vệ quá tải lâu dài (hay bảo vệ nhiệt) Quá tải lâu dài vượt trị số cho phép sẽ gây nên phát nóng làm nhiệt độ của dây quấn máy điện vượt quá trị số cho phép đối với cách điện của nó sẽ dân đến cháy máy điện . Để bảo vệ máy điện có thể dùng loại Aptomat chỉnh định có cơ cấu nhả hỗn hợp hoặc dùng Rơle nhiệt. Rơle nhiệt không nhạy đối với các quá tải ngắn hạn và khởi động vì phần tử thu cảm của Rơle có quán tính nhiệt , thời gian châm của nó tỷ lệ nghịch với dòng điện quá tải. Cũng do có quán tính nhiệt nên nó không bảo vệ quá tải được. Phần tử đốt nóng của Rơle nhiệt thường được mắc vào 2 pha của hệ thống 3 pha và trên 1 hoặc 2 cực của động cơ điện một chiểu. Tiếp điểm của Rơle nhiệt là loại tiếp điểm không tự phục hồi nên sau khi nó tác động thì phải ấn nút phục hồi. Khi dùng Rơle nhiệt cần phải chú ý sao bảo đảm đặc tính nhiệt của Rơle trùng với đặc tính nhiệt động cơ được bảo vệ. Chương III: Một số phương pháp hãm động cơ 3.1 Hãm ngược a) Hãm ngược nhờ đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng Động cơ KĐB rôto dây quấn truyền động cho cơ cấu nâng-hạ của một của một cầu trục, đang làm việc nâng tải tại điểm A trên đặc tính cơ 1 ở góc phần tư thứ I với mômen cản MC và tốc độ quay nâng ựA (các tiếp điểm K đóng). Để dừng và hạ vật xuống, ta đưa điện trở RP đủ lớn vào mạch phần ứng (các tiếp điểm K mở ra), động cơ chuyển sang làm việc tại điểm B trên đặc tính có điện trở 2 cùng với tốc độ ựA. Mômen của động cơ giảm xuống (MB < MC) nên tốc độ động cơ giảm. Lúc này vật P vẫn được nâng lên nhưng với tốc độ nâng nhỏ dần. Tới điểm D thì ự = 0 và vật dừng lại nhưng vì mômen động cơ nhỏ hơn mômen cản (MD < MC) nên vật bắt đầu tụt xuống. Động cơ đảo chiều quay (ự < 0). Động cơ bắt đầu làm việc ở trạng thái hãm ngược (tốc độ âm đi xuống, mômen dương có xu hướng kéo vật P đi lên). b)Hãm ngược bằng cách đảo chiều từ trường stato: Động cơ đang làm việc ở điểm A, ta đổi chiều từ trường stato (đảo 2 trong 3 pha stato động cơ, hay đảo thứ tạ pha điện áp stato), hình 2-38. Đặc tính hãm ng−ợc nằm ở góc phần t− thứ IV. Điểm làm việc hãm của động cơ chuyển theo đặc tính hãm từ D đến E. Tại đây MĐ = ME = MC, động cơ quay đều, hãm ghìm vật để hạ vật xuống đều với tốc độ ωE. Hãm ngược nhờ đảo chiều quay Động cơ điện KĐB rôto dây quấn đang làm việc với tải có mômen cản phản kháng tại điểm A trên đường đặc tính cơ 1, sơ đồ nối dây như hình vẽ. Để hãm máy, ta đổi thứ tự hai pha bất kỳ trong 3 pha cấp cho stato để đảo chiều quay động cơ. Động cơ chuyển điểm làm việc từ A trên đặc tính 1 sang điểm B' trên đặc tính 2. Do quán tính của hệ cơ, động cơ coi như giữ nguyên tốc độ ựA khi chuyển đặc tính. Quá trình hãm ngược bắt đầu. Khi tốc độ động cơ giảm theo đặc tính hãm 2 tới điểm D' thì ự = 0. Lúc này, nếu cắt điện thì động cơ sẽ dừng. Đoạn hãm ng