Bài giảng Trang bị điện, điện tử

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT HƯNG YÊN KHOA ĐIỆN - ĐIỆN TỬ BÀI GIẢNG TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ TÀI LIỆU LƯU HÀNH NỘI BỘ BIÊN SOẠN: TS. ĐỖ TUẤN KHANH ThS. LÊ THỊ MINH TÂM Th.S TRẦN VĂN CHƢƠNG HƢNG YÊN - 12/2016 LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, trong các lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế quốc dân, điện khí hoá, cơ khí hoá và tự động hoá liên quan chặt chẽ với nhau. Đòi hỏi những kỹ sư điện, điện tử, kỹ sư cơ khí cần được trang bị những kiến thức rất cơ bản về các phần tử điều khiển, các phần tử bảo vệ và các khâu bảo vệ, các nguyên tắc điều khiển tự động truyền động điện và hệ thống trang bị điện điện tử các máy công nghiệp. Bài giảng Trang bị điện - điện tử được biên soạn với các nội dung cô đọng, đầy đủ theo đề cương chi tiết học phần Trang bị điện - điện tử cho sinh viên Đại học chính quy, ngành Công nghệ kỹ thuật điện, điện tử làm tài liệu học tập và nghiên cứu được dễ dàng, hiệu quả hơn. Ngoài ra có thể được dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành cơ khí hàn, cơ khí chế tạo và các bạn đọc. Tài liệu được lưu hành nội bộ tại trường Đại học SPKT Hưng Yên. Nội dung tài liệu được chia thành 6 chương: Chương 1. Nguyên tắc điều khiển tự động truyền động điện. Chương 2. Trang bị điện-điện tử nhóm máy cắt kim loại. Chương 3. Trang bị điện-điện tử các máy nâng vận chuyển. Chương 4. Trang bị điện-điện tử thiết bị gia nhiệt. Chương 5. Trang bị điện-điện tử máy hàn điện. Chương 6. Thực tập trang bị điện. Tài liệu này đã qua chỉnh sửa và tái bản nhưng vẫn không thể tránh khỏi những khiếm khuyết, nhóm biên soạn chúng tôi rất mong nhận được sự đóng góp ý kiến của bạn đọc, các em sinh viên và đồng nghiệp để tài liệu được hoàn thiện hơn. Mọi ý kiến đóng góp xin gửi về: Khoa Điện-Điện Tử, Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên, Email: ddtu@utehy.edu.vn. Hưng Yên, ngày 01 tháng 12 năm 2016 Nhóm biên soạn MỤC LỤC Chƣơng 1. Nguyên tắc điều khiển tự động truyền động điện 1 1.1. Khái niệm chung 1 1.2. Các nguyên tắc điều khiển hệ thống truyền động điện kiểu hở 2 1.3. Nguyên tắc điều khiển hệ thống truyền động điện kiểu hệ kín 7 1.4. Phương pháp thiết kế sơ đồ điều khiển 13 Câu hỏi và bài tập chương 1 26 Chƣơng 2. Trang bị điện-điện tử nhóm máy cắt kim loại 27 2.1. Yêu cầu chung về trang bị điện và phân loại máy cắt kim loại 27 2.2. Trang bị điện máy tiện 30 2.3. Trang bị điện máy doa 34 Câu hỏi và bài tập chương 2 38 Chƣơng 3. Trang bị điện-điện tử các máy nâng vận chuyển 39 3.1. Khái niệm và phân loại 39 3.2. Trang bị điện - điện tử thang máy 42 3.3. Trang bị điện - điện tử băng tải 50 Câu hỏi và bài tập chương 3. 56 Chƣơng 4. Trang bị điện-điện tử thiết bị gia nhiệt 57 4.1. Khái niệm và phân loại 57 4.2. Trang bị điện - điện tử, lò điện trở 58 4.3. Trang bị điện - điện tử lò cảm ứng 65 4.4. Trang bị điện - điên tử lò hồ quang 70 Câu hỏi và bài tập chương 4 79 Chƣơng 5. Trang bị điện-điện tử máy hàn điện 80 5.1. Yêu cầu và đặc điểm trang bị điện-điện tử máy hàn điện 80 5.2. Trang bị điện-điện tử máy hàn hồ quang 118 5.3. Trang bị điện-điện tử máy hàn tiếp xúc 126 Câu hỏi và bài tập chương 5 136 Chƣơng 6. Thực tập trang bị điện 137 Tài liệu tham khảo 158 Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 1 Chương 1: CÁC NGUYÊN TẮC ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 1.1. Khái niệm chung Khi mở máy các động cơ có công suất trung bình và lớn ngƣời ta phải dùng các biện pháp hạn chế dòng khởi động nhƣ: Mở máy qua điện trở, điện kháng, máy biến áp tự ngẫu, mở máy bằng đổi nối Sao-Tam giác..... Trong quá trình khởi động muốn tốc độ động cơ tăng dần đến giá trị định mức, thì ta phải tìm cách loại dần các phần tử mở máy đó ra. Một cách tổng quát ta có sơ đồ mạch động lực, đặc tính tĩnh, đặc tính động của quá trình mở máy của động cơ điện 1 chiều, xoay chiều nhƣ hình vẽ. K cc cc I®m n K2 R2R1 R1 R2 I2 I n®m n0 I1 K1 Ð K CKĐ Ap F § K2 r1 2 r n r2 r1 K n®m n0 I®m I2 I1 I K1 I n(v/p) I1 I2 n1 n2 t1 t1 t n=f(t) I=f(t) §Æc tÝnh ®éng Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 2 Nhìn vào đặc tính tĩnh và đặc tính động ta có nhận xét: - Quá trình khởi động đi theo chiều mũi tên, tốc độ động cơ tăng dần ứng với việc loại dần các cấp điện trở phụ. - Nếu ta sử dụng các thiết bị để đo khoảng thời gian từ 0- t1, t1-t2 bằng các rơle thời gian và tại đó ta phát các lệnh điều khiển làm thay đổi tham số của mạch điện ( RP, XP..) và điều khiển quá trình theo mong muốn gọi là tự động khống chế theo nguyên tắc thời gian. - Nếu nhƣ ta sử dụng các thiết bị đo tốc độ nhƣ rơle ly tâm, máy phát tốc để đo tốc độ n1, n2 và tƣơng tự nhƣ trên ta có tự động khống chế theo nguyên tắc tốc độ. - Nếu sử dụng rơ le dòng điện để đo dòng điện I1, I2 và tƣơng tự ta có phƣơng pháp tự động khống chế theo nguyên tắc dòng điện. - Trong thực tế có nhiều bộ phận của máy làm việc bị giới hạn bởi góc quay hay quãng đƣờng nhất định khi đó ngƣời ta sử dụng phƣơng pháp khống chế theo nguyên tắc hành trình. 1.2. Các nguyên tắc điều khiển hệ thống truyền động điện kiểu hở 1.2.1 Nguyên tắc điều khiển theo thời gian  Nội dung nguyên tắc Điều khiển theo nguyên tắc thời gian dựa trên cơ sở là thông số làm việc của mạch biến đổi theo thời gian. Những tín hiệu điều khiển phát ra theo quy luật thời gian cần thiết để làm thay đổi trạng thái của hệ thống. Những phần tử thụ cảm đƣợc thời gian để phát tín hiệu cần đƣợc chỉnh định dựa theo ngƣỡng chuyển đổi của đối tƣợng. Ví dụ nhƣ tốc độ, dòng điện, mô men của mỗi động cơ đƣợc tính toán chọn ngƣỡng cho thích hợp cho từng hệ thống truyền động điện cụ thể. Những phần tử thụ cảm đƣợc thời gian có thể gọi là rơ le thời gian. Nó tạo nên đƣợc một khoảng thời gian trễ (duy trì) kể từ lúc có tín hiệu đƣa vào (mốc không) đầu vào của nó đến khi nó phát đƣợc tín hiệu ra đƣa vào phần tử chấp hành. Các cơ cấu duy trì thời gian có thể là: cơ cấu con lắc, cơ cấu điện từ, khí nén, cơ cấu điện tử, tƣơng ứng là rơ le loại đó, Bằng giải tích hoặc bằng đồ thị mà ngƣời ta xác định số cấp điện trở phụ mở máy, giá trị điện trở của từng cấp, đặc tính động để chỉnh định thời gian tác động của rơ le, các khoảng thời gian đƣợc tính tƣơng đối nhƣ sau: t = J M M MM dg dg dgdg 2 1 21 21 ln   J là mô men quán tính Mđg1, Mđg2 là mô men động Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 3 Ví dụ minh hoạ Mạch mở máy động cơ điện một chiều qua hai cấp điện trở phụ trong mạch phần ứng: K3 K2 K1 + -+ - § CKT r1r2 K1 K1 M K1 D 1 3 5 Rt1 K2 K2 K2Rt1 K3 K3 Rt2 Rt2 K3 7 9 11 13 Hình 1.2 Mạch điều khiển theo nguyên tắc thời gian Trong sơ đồ không giới thiệu cách cấp nguồn nhƣng cần phải lƣu ý rằng ở mọi chỗ có nguồn đều phải đƣợc cấp đầy đủ trƣớc khi vận hành, nhất là cần chú ý đến nguồn kích từ.. Để điều khiển cho động cơ làm việc, trƣớc tiên ta cấp nguồn cho cuộn kích từ, đóng các thiết bị cấp nguồn cho mạch động lực và mạch điều khiển chuẩn bị làm việc. Điều khiển cho động cơ mở máy bằng cách bấm nút mở máy M -> Cuộn dây công tắc tơ K1 có điện, đóng tiếp điểm K1(3-5) để duy trì, các tiếp điểm K1 ở mạch động lực đóng lại, phần ứng của động cơ đƣợc nối vào nguồn và mở máy qua 2 cấp điện trở phụ r1 và r2. Đồng thời rơ le thời gian Rt1 ở mạch điều khiển có điện và bắt đầu đếm, sau một khoảng thời gian tiếp điểm thƣờng mở đóng chậm Rt1(5-9) đóng lại -> K2 có điện, đóng K2(5-9) để duy trì, tiếp điểm K2 ở mạch động lực đóng lại, loại cấp điện trở phụ r1 khỏi mạch phần ứng, đồng thời tiếp điểm K2(5-7) mở ra để cắt điện của Rt1, khi đó cuộn dây của rơ le thời gian Rt2 cũng có điện, sau một khoảng thời gian sẽ đóng tiếp điểm Rt2(9-13) để cấp nguồn cho K3 loại nốt điện trở phụ r2 và tiếp điểm K3(9-11) cũng mở ra đế cắt điện của Rt2; Động cơ tăng tốc và làm việc ổn định ở tốc độ định mức, quá trình mở máy kết thúc. Muốn dừng máy ta ấn nút D, các công tắc tơ K1, K2 và K3 mất điện, phần ứng của động cơ đƣợc cắt khỏi nguồn và dừng lại. Thời gian chỉnh định ở mỗi cấp điện trở đƣợc tính theo công thức: ti= Tci ln McM McM   2 1 Trong đó Tci : hằng số thời gian điên cơ của động cở đặc tính có điện trở phụ ở cấp thứ i Những yếu tố ảnh hưởng đến nguyên tắc Khi tính toán các đƣờng đặc tính mở máy động cơ thƣờng ta xét ở chế độ định mức. Nhƣng thực tế do điện lƣới, mô men cản, mô men quán tính và nhiệt độ thay đổi so với tính toán, các yếu tố đó ảnh hƣởng trực tiếp đến đặc tính khởi động. Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 4 1.2.2 Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ  Nội dung nguyên tắc Để khống chế theo nguyên tắc này ta phải đo đƣợc tốc độ động cơ, có thể đo trực tiếp bằng rơle kiểm tra tốc độ, nhƣng 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 nhƣng 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 thƣờng ngƣời ta sử dụng phƣơng pháp đo gián tiếp. + Đối với động cơ điện 1 chiều, đo tốc độ thông qua sđđ phần ứng của động cơ. EĐ= Ke..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 trƣợt.  Sơ đồ đặc trưng cc cc G2 K G2 R2 R1 G1 § CK§ G1 1 2 K Hình1.3. Điều khiển theo nguyên tắc tốc độ Theo định luật Kirchhoff 2 ta có: Vòng 1 UG1= Eƣ + Iƣ Rƣ = Ke..n1+ Iƣ Rƣ Vòng 2 UG2= + Iƣ( Rƣ+R2) =Ke..n2+ Iƣ (Rƣ+R2) Xét trƣờng hợp 1: Khi tốc độ động cơ tăng đến tốc độ n1 nào đó thì UG1= Eƣ + Iƣ Rƣ = Ke..n1+ Iƣ Rƣ = 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 trƣờng hợp 2: Khi tốc độ động cơ tăng đến tốc độ n2 nào đó thì UG2 = Eƣ + Iƣ( Rƣ+R2) = Ke..n2+ Iƣ( Rƣ+R2) = UG2tđ 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. Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 5 Nhận xét: + Ƣu điểm: Đơn giản, rẻ tiền + Nhƣợc điểm: Khi mô men cản, điện áp lƣới 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 1.5 § r1r2 k cc cc H k Rtr Rh MD k k H cccc Rtr G1 G2 G1G2 CK§ 1.2.3. Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện Khống chế theo nguyên tắc dòng điện nghĩa là khống chế quá trình theo các giá trị đo đƣợc hoặc tính toán đƣợc. Trị số của dòng điện mở máy của động cơ dao động giới hạn đƣợc xác định từ I2 tới I1, giá trị của dòng điện I1= 2,22,5 dòng Iđm đƣợc 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 đƣợc 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 nôi tiếp với 1 pha của động cơ xoay chiều. n no n®m n n1 2 r1 r 2 II1I2I®m AB H·m ®éng n¨ng I n(v/p) I1 I2 n1 n2 t1 t2 t n=f(t) I=f(t) §Æc tÝnh ®éng H·m ®éng n¨ng H·m ®éng n¨ng I Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 6 Ví dụ minh hoạ RK + - § r1CKT RIK1 K1 K2 RIK1 S1 S2 - + K1 K2 K2 RK 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 nhƣng phải đảm bảo yêu cầu nhƣ sau: RI có thời gian tác động nhanh hơn RK. Lúc đó tiếp điểm thƣờng đóng RI mở ra trƣớc sau đó tiếp điểm thƣờng 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 đƣờng đặc tính tự nhiên. Tiếp điểm thƣờng mở K2 song song với tiếp điểm RI có vai trò không cho K2 mất điện với bất cứ lý do nào sau này (nhƣ do quá tải...) nghĩa là không đƣa 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. 1.2.4. Nguyên tắc điềukhiển 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. I I2 I1 t Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 7 Ví dụ minh hoạ: Hình 1.7 1.3. Nguyên tắc điều khiển hệ thống truyền động điện kiểu hệ kín 1.3.1. Sơ đồ khối của hệ thống tự động điều chỉnh Rn KI RI Kn §K BB§ §FT CK§ BD A T + - U® Hình 1.8 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 Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 8 Các bộ điều chỉnh tốc độ, dòng điện (Rn, RI) là bộ phận quan trọng nhất của hệ thống vì nó quyết định chất lƣợng tĩnh và chất lƣợng động của hệ thống. Nó có 2 chức năng nhƣ sau: - Khuếch đại các sai lệch điều khiển nhỏ của hệ thống. - Đảm bảo chất lƣợng và độ chính xác của hệ 1.3.2. Các nguyên tắc điều chỉnh 1.3.2.1. 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 thƣờng 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 lƣợng khác theo yêu cầu của chất lƣợng tĩnh cũng nhƣ chất lƣợng động đặt ra.Trong trƣờng hợp nhƣ vậy ta phải dùng hệ thống điều khiển tự động kiểu hệ kín. Đối với hệ thống sử dụng động cơ điện 1 chiều làm việc trong hệ thống truyền động điên kiểu hệ kín thƣờng ngƣời 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 ngƣời ta thƣờng 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 ngƣời ta thƣờng tiến hành lấy một số phản hồi cơ bản sau: - Phản hồi âm: Tác động ngƣợc chiều điện áp đặt - Phản hồi dƣơng: Tác động cùng chiều với điện áp đặt. - Phản hồi có ngắt: Tín hiệu phản hồi đƣợc so sánh với một lƣợng bên ngoài, nếu nó vƣợt 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. 1.3.2.2. Khâu phản hồi âm điện áp  Sơ đồ nguyên lý. § BB§ U® Ufh = - a.U§ U§ CK§ + - R2 R1 n Hình 1.9 BBĐ có thể sử dụng các bộ biến đổi máy điện, bộ biến đổi van .. Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 9 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 lƣợng 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 phƣơng trình đặc tính cơ.                 DDD D eD Ddïhd RIEU RIEU nKE UKE UUUUU . . .. . .   a a= R1/R1+R2 (hệ số phản hồi) Giải hệ phƣơng trình ta đƣợc: ).1.(. )].1(.[ ).1.(. .          KK KRRI KK UK n e Đ e đ a a a Từ hệ phƣơng trình đặc tính cơ ta vẽ đƣợc đặc tính cơ nhƣ hình vẽ 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+K) lần. Độ sụt tốc độ (sai lệch tĩnh) trong hệ thống kín sẽ nhỏ hơn trong hệ thống hở là (1+K) lần. Nhƣ vậy phản hồi âm điện áp tạo nên đặc tính của hệ kín cao hơn so với hệ hở. Nhƣng 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. 1.3.2.3. Phản hồi dương dòng điện  Sơ đồ nguyên lý. U§ BB§ U® U R®o § CK§ Ufh Ufh =ß.I.R®o Hình 1.10 Từ sơ đồ nguyên lý ta viết đƣợc phƣơng trình cân bằng sau: U =Uđ +.I.R với = Rđo/R = Rđo/R + RĐ no I®m I n TN HÖ kÝn HÖ hë nk nh Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 10 E = K. U UĐ = E  I.R UĐ =EĐ + I.RĐ EĐ = Ke..n Giải hệ ta đƣợc: n =    ee d K KIR K UK )1(   Từ phƣơng trình đặc tính cơ ta có đặc tính cơ nhƣ hình vẽ. Nhận xét: - Đối với phản hồi dƣơng dòng điện thì điện áp đặt vào hệ hở và hệ kín là nhƣ nhau. Mặc dù có hể tạo nên đƣờng đặc tính cơ có độ cứng rất cao ( độ sụt tốc độ n% =0 thậm chí n%<0). - Hệ thống không có đƣờng đặc tính giới hạn do đó khi sử dụng phả hồi dƣơng 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 dƣơng dòng điện thƣờng đƣợc kết hợp với các phản hồi khác mà không sử dụng độc lập. 1.3.2.4. Phản hồi âm tốc độ  Sơ đồ nguyên lý CK§ FT U§ BB§ U® U § Ufh Ufh= - n Hình 1.11 FT là máy phát tốc BBĐ là bộ biến đổi điện hoặc điện tử. Phƣơng trình đặc tính cơ                 DDD D eD d d RIEU RIEU nKE nUKUKE nUU . . .. ).(. .     n K> 1 n0 K=1 K<1 I Iđm n n0 hở kín TN giới hạn Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 11 Kết hợp giải hệ ta đƣợc: n = )1( . 1 KK RI K KU e d     K= K.KĐ = K/ Ke ; R= RĐ + R Từ phƣơng trình đặc tính cơ ta vẽ đƣợc đƣờng đặc tính cơ nhƣ hình vẽ. Nhận xét: - Để cho tốc độ không tải lý tƣởng 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+k) lần. - Độ cứng đặc tính cơ của hệ kín cao hơn hệ hở là (1+k) lần. - Đƣờng đặc tính giới hạn const U d K In    )(lim 1.3.2.5. Phản hồi âm dòng có ngắt a, Khái niệm: Trong quá trình làm việc động cơ phải trải qua các giai đoạn nhƣ, quá trình quá độ và phải làm việc ổn điịnh nếu nhƣ dòng điện phần ứng vƣợt 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 đƣờng đặc tính có dạng điển hình gọi là đƣờng đặc tính máy xúc. H.b n0 n A B C IIdIng Idm H.a n n0 A B C D Ing Id I 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 lƣợng 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 đƣờng 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 trƣờng hợp đặc tính tĩnh có 3 đoạn nhƣ 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 Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 12 b. Hệ thống điều khiển tự động với khâu phản hồi âm áp và âm dòng có ngắt  Sơ đồ nguyên lý Hình 1.12 U§ BB§ U® U R2 R1 § -aU§ CK§ -ß IRdo Rdo Uss R n 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 .  Phƣơng trình đặc tính cơ Từ sơ đồ ta viết đƣợc hệ phƣơng trình sau: U=Uđ- aUĐ -IRđo.1[I] E = K.U UĐ =E - I.R UĐ = E + IRĐ EĐ = Kn        ng ng IKhiI IKhiI I ...........1 ..........0 Khi giải hệ ta đƣợc phƣơng trình đặc tính cơ. n =             K IKKI KK KRRI K KU D e Dd a  a a a 1 )(1..... )1( )1(. 1 Từ phƣơng trình đặc tính cơ ta vẽ đƣợc đặc tính cơ nhƣ hình vẽ. n0 n A B C IId IngIdm H.a U® US IdIng U I Ph¶n håi ©m dßng Ph¶n håi ©m ¸p 1 1 I < Ing I Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 13 c, Hệ thống điềukhiển tự động dùng phản hồi âm tốc độ + âm dòng có ngắt U§ BB§ U® US R®o § CK§ Ufh FT -ß IRdo R - n Tƣơng tự nhƣ các phần trên dể thành lập phƣơng trình đặc tính cơ, ta viết hệ phƣơng trình câ bằng điện áp của hệ, sau đó giải hệ ta đƣợc phƣơng trình đặc tính cơ. n =   K IKIRK K KU Dd         1 )(1.1. 1 1.4. Phương pháp thiết kế sơ đồ điều khiển 1.4.1. Phân tích, xác định yêu cầu điều khiển 1.4.1.1. Khái niệm chung Để thiết kế đƣợc các sơ đồ mạch điện điều khiển cho những hệ thống truyền động cụ thể cần phải thu thập đầy đủ các dữ kiện để xác định đƣợc yêu cầu điều khiển. Yêu cầu điều khiển trong từng trƣờng hợp có thể đơn giản hay phức tạp tùy theo đặc điểm công nghệ, quá trình gia công trên các máy hoặc hệ thống truyền động cần điều khiển, nhƣng về cơ bản phải xác định đƣợc đầy đủ các thông tin sau: - Số lƣợng, chủng loại các truyền động cần điều khiển; - Đặc điểm, chế độ làm việc của các truyền động; - Mối quan hệ, liên hệ giữa các truyền động trên máy trong quá trình làm việc; - Nguyên tắc điều khiển cần thực hiện và khả năng đáp ứng về thiết bị/ dụng cụ cho thiết kế và lắp ráp sơ đồ điều khiển. - Thông số nguồn cung cấp tại khu vực/ vị trí lắp đặt hệ thống điều khiển. Trên cơ sở xác định đƣợc yêu cầu điều khiển, ta tiến hành thiết kế, lựa chọn phƣơng án, lựa chọn nguyên lý điều khiển và các thiết bị, phần tử điều khiển cho hệ thống trang bị điện của máy. Việc thiết kế hệ thống trang bị điện đối với các hệ thống điều khiển cơ bản chủ yếu tập trung vào khống chế quá trình điều khiển mở máy và quá trình hãm của các động cơ truyền động I n01 n02 Ing Id n A B C Hình 1.13 Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 14 trên máy. Tùy thuộc đặc điểm công nghệ và chủng loại động cơ truyền động trên các hệ thống cần phải phân tích và lựa chọn phƣơng pháp, chế độ điều khiển mở máy và hãm cho phù hợp. 1.4.1.2. Chế độ điều khiển mở máy A. Các sơ đồ điều khiển mở máy trực tiếp Ƣu điểm của phƣơng pháp này là sơ đồ mạch điện đơn giản, không cần sử dụng các thiết bị, phần tử phụ trợ; Nhƣng nhƣợc điểm của nó là dòng điện mở máy lớn, có thể gây ảnh hƣởng đến lƣới điện và các phụ tải lân cận do hiện tƣợng sụt áp lƣới điện; Vì vậy phƣơng pháp này chỉ cho phép sử dụng đối với những động cơ có công suất nhỏ. * Mạch khởi động trực tiếp, không đảo chiều + Sơ đồ mạch điện: S 1 S2 K1 K1 F 2 H1 K1 H2 So 220 V 1 3 5 7 9 11 13 0 0 0 AP1 F2 U1 V1 W1 M F2 K1 PE L1 L2 L3 N PE 2 4 6 8 10 12 AP2 Hình 1.14. Sơ đồ mạch điện điều khiển động cơ quay một chiều + Nguyên lý: - Đóng các Aptomat cấp nguồn cho mạch động lực và mạch điều khiển. - Ấn nút mở máy S2(7,9), cuộn dây của khởi động từ K1(9,0) có điện nên các tiếp điểm K1 ở mạch động lực đóng lại, ĐKB đƣợc nối nguồn và bắt đầu hoạt động. Khi đó tiếp điểm K1(7,9) cũng đóng lại để duy trì nguồn cung cấp cho cuộn dây K1. - Dừng máy thì ấn nút S1 (5,7). + Bảo vệ: - Ngắn mạch: Các ATM. - Quá tải: Rơ-le nhiệt F2, Khi ĐKB bị quá tải, dòng điện tăng lên, phần tử đốt nóng tác động làm mở tiếp điểm F2 (3,5) nên cuộn dây K1(9,0) mất điện, các tiếp điểm K1 động lực mở ra, động cơ dừng. Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 15 - Chống tự động mở máy lại: Khi động cơ đang làm việc, nếu vì lý do nào đó bị mất nguồn cung cấp, động cơ ngƣng hoạt động. Nếu sau đó nguồn điện bình thƣờng trở lại thì động cơ cũng không tự động làm việc nếu ta chƣa thao tác nút ấn S1(7,9). Vì trƣớc đó cuộn hút K1(9,0) đã mất nguồn làm cho tiếp điểm duy trì K(7,9) đã mở ra nên mạch điều khiển vẫn còn ở trạng thái hở mạch. + Liên động: Tiếp điểm duy trì K1(7,9). Ưu điểm: An toàn, mạch hoạt động tin cậy. Có buồng dập hồ quang, cho phép thao tác có tải, thao tác với với tần số lớn. • Bảo vệ đƣợc các sự cố nhƣ ngắn mạch, quá tải và đặc biệt là chống tự động mở máy lại. * Mạch điều khiển đảo chiều quay động cơ Không đồng bộ + Mạch đảo chiều không liên động cơ khí (đảo chiều gián tiếp) - Sơ đồ mạch: Hình 1.15. Mạch điểu khiển đảo chiều gián tiếp Nguyên lý: - Đóng cầu dao CD và cấp nguồn cho mạch điều khiển: Mạch chuẩn bị làm việc. - Ấn nút MT(3,5), cuộn dây T(7,4) có điện nên các tiếp điểm T ở mạch động lực đóng lại, động cơ quay theo chiều thuận. Khi đó tiếp điểm T(3,5) cũng đóng lại để tự duy trì, đồng thời tiếp điểm T(9,11) mở ra để cắt điện cuộn dây N(11,4). - Quá trình xảy ra tƣơng tự khi ấn nút MN (3,9). Cuộn dây N(11,4) đƣợc cấp nguồn, thứ tự pha đƣa vào động cơ đƣợc hoán đổi nên động cơ sẽ quay ngƣợc chiều với ban đầu. Lúc đó tiếp điểm N(5,7) cũng mở ra và cuộn dây T (7,4) đƣợc cô lập. - Dừng máy thì ấn nút D(1,3). Chú ý là: phải dừng máy trƣớc khi đảo chiều quay. Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 16 - Bảo vệ + Ngắn mạch: Cầu chì CC. + Quá tải: Rơ-le nhiệt RN. - Liên động + Duy trì: T(3,5); N(3,9). + Khóa chéo T(9,11), N(5,7 ) có tác dụng đảm bảo an toàn cho mạch; tại một thời điểm chỉ có1 công tắc tơ làm việc mà thôi, tránh trƣờng hợp ngắn mạch động lực (nếu 2 công tắc tơ cùng hút đồng thời). * Mạch đảo chiều có liên động cơ khí (đảo chiều trực tiếp) Sơ đồ nguyên lý nhƣ hình 1.16. Học viên tự phân tích nguyên lý và các khâu bảo vệ -liên động. So 220V S1 S2 5 7 H3 3 25 F2 F2 K2 K1 H1 11 13 K1 S3 9 K2 15 17 23 H2 K1 K2 K2 19 21 K1 U1 V1 W1 M F2 K1 PE AP2 L1 L2 L3 N PE K2 2 4 6 8 10 12 AP1 1 0 0 0 0 0 Hình 1.16. Mạch điều khiển đảo chiều trực tiếp ĐC KĐB 3 pha B. Các mạch điều khiển mở máy gián tiếp * Mạch mở máy qua điện trở phụ - Sơ đồ mạch điện: Hình 1.17 Nguyên lý: - Đóng các Aptomat cấp nguồn cho mạch điện: Chuẩn bị cho mạch làm việc. - Ấn nút mở máy S2, cuộn dây CTT K1 có điện. Động cơ sẽ mở máy với các Rp mắc nối tiếp trong mạch dây quấn Stato. Sau một khoảng thời gian bấm nút S3 -> K2 Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 17 có điện, đóng các tiếp điểm K2 ở mạch động lực để loại bỏ các Rp, động cơ tăng tốc và làm việc ở tốc độ định mức, quá trình mở máy kết thúc. - Dừng máy thì ấn nút S1, cuộn dây của các CTT mất điện và mở tiếp điểm, động cơ đƣợc cắt khỏi nguồn và dừng lại. L1 L2 L3 N PE K1 K2Rp F2 M3~ 2 4 6 8 10 12 AB 1 3 5 7 9 0 L1 K1 F2 0 K2 K1 K2 0 H2 F2 H3 0 11 13 0 H1 S0 S1 S2 14 16 18 12 10 8 18 16 14 WU V AP2 S3 Hình 1.17. Sơ đồ mạch điện điều khiển mở máy qua điện trở phụ * Mạch mở máy qua biến áp tự ngẫu Sơ đồ nguyên lý nhƣ hình 1.18. Học viên tự thuyết minh nguyên lý và các khâu bảo vệ - liên động. Hình 1.18 Sơ đồ mạch điện điều khiển mở máy qua BATN Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 18 * Mạch điện điều khiển mở máy bằng đổi nối Y-Δ + Sơ đồ mạch: Cho trong hình 1.19 W1 M3~ F2 PE L1 L2 L3 N PE 6 4 2 8 10 12 20 AP2 V1U1 V2U2W2 K2K3K1 14 16 18 S0 F2 S1 S2 S3 K3 K2 K2 K1 K1 K3 K1 K3 F2 K3K2 H1 H2 H3 1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 K2 23 25 27 29 0 0 0 0 0 0 AP1 L1 Hình 1.19. Sơ đồ mạch điều khiển mở máy bằng đổi nối Sao - Tam giác + Nguyên lý: - Cấp nguồn cho mạch động lực và mạch điều khiển. - ấn nút mở máy S2, K2 rồi K1 có điện, động cơ bắt đầu mở máy ở chế độ Y. Sau một khoảng thời gian bấm nút S3 cấp nguồn cho cuộn dây K3. Các tiếp điểm K3 ở mạch động lực đóng lại động cơ chuyển sang làm việc ở chế độ Δ, kết thúc quá trình mở máy. - Dừng máy thì ấn nút S1. + Bảo vệ và liên động - Mạch đƣợc bảo vệ ngắn mạch và quá tải. - Liên động điện khóa chéo: K2 và K3. 1.4.1.3. Chế độ điều khiển khi hãm Căn cứ vào loại động cơ và đặc điểm truyền động của từng máy mà lựa chọn phƣơng pháp hãm cho phù hợp. Đặc tính và các chế độ hãm của động cơ truyền động trên máy có thể lựa chọn theo các phƣơng pháp trình bày sau đây. 1.4.1.3.1. Hãm tái sinh Hãm tái sinh xảy ra khi tốc độ quay của động cơ lớn hơn tốc độ không tải lý tƣởng. Khi hãm tái sinh Eƣ > Uƣ động cơ làm việc nhƣ một máy phát điện song song với lƣới. So với chế độ động cơ, dòng điện và mômen hãm đã đổi chiều và đƣợc xác định theo biểu thức: Ih = R EU uu  = R K R KK )( 00    < 0 , (do o<  ) Mh = K Ih < 0 Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 19 Trị số hãm lớn dần lên cho đến khi cân bằng với mômen phụ tải của cơcấu sản xuất thì hệ thống làm việc với tốc độ ωod > ω0 .Vì sơ đồ đấu dây của mạch động cơ vẫn không thay đổi nên phƣơng trình đặc tính cơ tƣơng tự nhƣ nhƣng mômen có giá trị âm. Đƣờng đặc tính cơ ở trạng thái hãm tái sinh nằm trong góc phần tƣ thứ hai và thứ tƣ của mặt phẳng tọa độ. Trong trạng thái hãm tái sinh, dòng điện hãm đổi chiều và công suất đƣợc đƣa trả về lƣới điện có giá trị P = (E - U).I . Đây là phƣơng pháp hãm kinh tế nhất vì động cơ sinh ra điện năng hữu ích. Trong thực tế, cơ cấu nâng hạ của cần trục, khi nâng tải động cơ đƣợc đấu vào nguồn theo cực tính thuận và làm việc trên đặc tính cơ nằm trong góc phần tƣ thứ I. Khi muốn hạ tải ta phải đảo chiều điện áp đặt vào phần ứng động cơ. Nếu mômen do trọng tải gây ra lớn hơn mômen ma sát trong các bộ phận chuyển động của cơ cấu, động cơ điện sẽ làm việc ở trạng thái hãm tái sinh (đoạn HK Hình 1.20). Trên hình 1.20 động cơ đang làm việc tại điểm A, ta thực hiện giảm áp đột ngột. Động cơ chuyển sang làm việc ở đƣờng đặc tính cơ mới, bắt đầu tại B, tại B mômen của động cơ nhỏ hơn mômen cản nên động cơ giảm tốc dần, tới điểm E thì tốc độ bằng tốc độ không tải lý tƣởng ωo, nhƣng động cơ tiếp tục giảm tốc tới khi mômen đƣợc cân bằng tại điểm D. Nhƣ vậy đoạn BE tốc độ ω > ω0, mômen điện từ của động cơ đổi dấu ngƣợc chiều với tốc độ và trở thành mômen hãm M ω A Mđm B D E ωbđ ωo HTS HTS ω M Mc . ω M Mc Mc ω M . . HTS khi hạ tải bằng cách đổi chiều áp phần ứng HTS khi giảm áp phần ứng đột ngột Hình 1.20: Đặc tính hãm tái sinh K H ωođ Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 20 1.4.1.3.2. Hãm ngược Trạng thái hãm ngƣợc của động cơ xảy ra khi phần ứng dƣới tác dụng của động năng tích lũy trong các bộ phận chuyển động hoặc do mômen thế năng quay ngƣợc chiều với mômen điện từ của động cơ. Mômen sinh ra bởi động cơ, khi đó chống lại sự chuyển động của cơ cấu sản xuất. Có hai trƣờng hợp hãm ngƣợc : - Đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng: Giả sử động cơ đang làm việc nâng tải với tốc độ xác lập ứng với điểm A. Ta đƣa một điện trở phụ đủ lớn vào mạch phần ứng, động cơ sẽ chuyển sang làm việc ở điểm B trên đặc tính biến trở. Tại điểm B mômen do động cơ sinh ra nhỏ hơn mômen cản nên động cơ giảm tốc độ nhƣng tải vẫn theo chiều nâng lên. Đến điểm C, tốc độ bằng 0 nhƣng vì mômen động cơ nhỏ hơn mômen tải nên dƣới tác động của tải trọng, động cơ quay theo chiều ngƣợc lại. Tải trọng đƣợc hạ xuống với tốc độ tăng dần. Đến điểm D mômen động cơ cân bằng với mômen cản nên hệ ổn định với tốc độ hạ không đổi ωođ , cd là đoạn đặc tính hãm ngƣợc. Khi hãm ngƣợc vì tốc độ đổi chiều, sức điện động đổi dấu nên: Ih = fu uu RR EU   = fu RR KU    M = K Ih Nhƣ vậy ở đặc tính hãm ngƣợc sức điện động tác dụng cùng chiều với điện áp lƣới. Động cơ làm việc nhƣ một máy phát nối tiếp với lƣới điện biến điện năng nhận từ lƣới và cơ năng trên trục thành nhiệt năng đốt nóng điện trở tổng của mạch phần ứng vì vậy tổn thất năng lƣợng lớn. Hình 1.21: Đặc tính cơ khi hãm ngƣợc khi đƣa Rf vào mạch phần ứng với tải thế năng. Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 21 - Đảo chiều điện áp phần ứng: Giả sử động cơ đang làm việc tại điểm a trên đặc tính tự nhiên với tải Mc, ta đổi chiều điện áp phần ứng và đƣa thêm vào điện trở phụ Rf trong mạch. Động cơ chuyển sang làm việc ở điểm b trên đặc tính biến trở, tại b mômen đã đổi chiều chống lại chiều quay của động cơ nên tốc độ giamt theo đoạn bc. Tại c tốc độ bằng không, nếu ta cắt phần ứng khỏi điện áp nguồn thì động cơ sẽ dừng lại, còn nếu vẫn giữ điện áp nguồn đặt vào động cơ và tại điểm c mômen động cơ lớn hơn mômen cản Mc thì động cơ sẽ quay ngƣợc lại và làm việc ổn định tại điểm d. Đoạn bc trên Hình 1.22 là đặc tính hãm ngƣợc. Dòng điện hãm ngƣợc đƣợc tính: Ih = ufu uu RR EU   = - ufu u RR KU    Mh = KФIh Biểu thức biểu thị dòng điện Ih có chiều ngƣợc với chiều làm việc ban đầu và dòng điện hãm này có thể khá lớn; do đó điện tở phụ đƣa vào có giá trị đủ lớn hạn chế dòng điện hãm ban đầu Ihđ trong phạm vi cho phép: Ihđ ≤ (2 ÷ 2,5)Iđm ; Và phƣơng trình đặc tính cơ có dạng: ω = K Uu - 2)( K RR ufu  M Hình 1.22. Hãm ngƣợc bằng phƣơng pháp đảo cực tính điện áp đặt vào phần ứng động cơ. a) Sơ đồ nối dây; b) Đặc tính cơ. 1.4.1.3.3 Hãm động năng Hãm động năng là trạng thái động cơ làm việc nhƣ một máy phát mà năng lƣợng cơ học của động cơ đã tích lũy đƣợc trong quá trình làm việc trƣớc đó biến thành điện năng tiêu tán trong mạch hãm dƣới dạng nhiệt. - Hãm động năng kích từ độc lập: Khi động cơ đang quay muốn thực hiện hãm động năng kích từ độc lập ta cắt phần ứng động cơ ra khỏi lƣới điện một chiều, và đóng vào một điện trở hãm, còn mạch kích Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 22 từ vẫn nối với nguồn nhƣ cũ. Mạch điện động cơ khi hãm động năng đƣợc trình bày trên Hình 1.23a. Tại thời điểm ban đầu, tốc độ động cơ vẫn có giá trị ωhđ nên: Ehđ = KФωhđ ; Và dòng điện hãm ban đầu: hRuR hđK hRuR hđE hđI       . Tƣơng ứng có mômen hãm ban đầu:Mhd = KФIhd < 0 Hình 1.23. Sơ đồ hãm động năng kích từ độc lập của động cơ điện một chiều kích từ độc lập. a) Sơ đồ điện khi hãm; b) Đặc tính cơ hãm Biểu thức chứng tỏ dòng hãm Ihđ và Mhđ ngƣợc chiều với tốc độ ban đầu của động cơ khi hãm động năng Uƣ = 0 nên ta có các phƣơng trình đặc tính sau: ω = K U - K RR uf I ω = K U - 2)( K RR uf M Đây là các phƣơng trình đặc tính cơ điện và đặc tính cơ khi hãm động năng kích từ độc lập đƣợc biễu diễn trên Hình 2.10b, ta cũng nhận thấy rằng: Khi Ф = const thì độ cứng của đặc tính cơ hãm phụ thuộc Rh. Khi Rh càng nhỏ, đặc tính cơ càng cứng, mômen hãm càng lớn, hãm càng nhanh. Tuy nhiên cần chọn Rh sao cho dòng hãm ban đầu nằm trong giới hạn cho phép: Ihđ ≤ (2 ÷ 2,5)Iđm . Trên đồ thị đặc tính cơ hãm động năng ta thấy rằng với mômen cản MC là phản kháng thì động cơ sẽ dừng hẳn, đặc tính hãm động năng là đoạn B10 hoặc B20. Với mômen cản MC là thế năng thì dƣới tác động của tải sẽ kéo động cơ quay theo chiều ngƣợc lại đến làm việc ổn định tại điểm M = MC. Đoạn B1C1 hoặc B2C2 cũng là đặc tính hãm động năng. Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 23 Khi hãm động năng kích từ độc lập, năng lƣợng chủ yếu đƣợc tạo ra do động năng của động cơ tích lũy đƣợc nên công suất tiêu tốn chỉ nằm trong mạch kích từ. Pktđm = (1÷ 1,5)% Pđm. Phƣơng trình cân bằng công suất khi hãm động năng: EƣIh = (Rƣ + Rh)Ih 2 . - Hãm động năng tự kích: Nhƣợc điểm của hãm động năng kích từ độc lập là nếu mất điện lƣới thì không thực hiện hãm đƣợc do cuộn dây kích từ vẫn phải nối với nguồn. Muốn khắc phục nhƣợc điểm này ngƣời ta thƣờng sử dụng phƣơng pháp hãm động năng tự kích từ. Hãm động năng tự kích xảy ra khi động cơ đang quay ta cắt cả phần ứng lẫn cuộn kích từ khỏi lƣới điện để đóng vào một điện trở hãm. Sơ đồ nguyên lý thể hiện trên Hình 1.24a. Chú ý chiều dòng điện kích từ vẫn phải giữ không đổi. Hình 1.24. Sơ đồ hãm động năng tự kích của động cơ điện kích từ độc lập. a) Sơ đồ nguyên lý; b) Đặc tính cơ hãm. Từ sơ đồ nguyên lý ta có: Iƣ = Ih + Ikt hRktR hRktR uR K hRktR hRktR uR E u I         ..  Và các phƣơng trình đặc tính là: ω = 2)( . K RR RR R kth kth u   M uIK hRktR hRktR uR     .  Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 24 Trong quá trình hãm tốc độ giảm dần, dòng kích từ giảm dần và do đó từ thông Ф giảm dần và là hàm số của tốc độ. Vì vậy các đặc tính cơ khi hãm có dạng nhƣ đƣờng đặc tính không tải của máy phát điện tự kích và phi tuyến, nhƣ trên Hình 2.11b. So với phƣơng pháp hãm ngƣợc, hãm động năng có hiệu quả kém hơn so khi chúng có cùng tốc độ ban đầu và cùng mômen cản MC. Tuy nhiên hãm động năng ƣu việt hơn về mặt năng lƣợng đặc biệt là hãm động năng tự kích vì không tiêu thụ năng lƣợng từ lƣới nên phƣơng pháp này có khả năng hãm khi có sự cố mất điện lƣới. 1.4.2. Thiết kế các sơ đồ điều khiển 1.4.2.1. Các sơ đồ điều khiển động cơ điện xoay chiều 1.4.2.1.1. Các bƣớc tiến hành thiết kế sơ đồ điều khiển Để thiết kế các sơ đồ điều khiển bất kì, cần tiến hành theo các bước cơ bản như sau: - Phân tích, xác định yêu cầu điều khiển: Đối tƣợng điều khiển (loại động cơ); Chế độ điều khiển (mở máy, điều chỉnh tốc độ, hãm); Nguyên tắc điều khiển cần thực hiện (bằng tay, tự động ). Nếu là các sơ đồ điều khiển có sử dụng điện trở phụ thì cần xác định chính xác số cấp Rp cần sử dụng theo yêu cầu đặt ra ở từng giai đoạn điều khiển. - Mô tả trình tự điều khiển: Cần xác định xem số lƣợng/ chủng loại các phần tử điều khiển cần tác động trong từng giai đoạn điều khiển (mở máy, làm việc, dừng/hãm..., sử dụng nút bấm, công tắc hoặc tay gạt điều khiển) và căn cứ vào nguyên tắc điều khiển cần thực hiện xác định thời điểm thực hiện các thao tác điều khiển kế tiếp (chuyển đổi bằng tay: Bấm nút, bật công tắc, gạt tay gạt) hoặc thời điểm tác động của các phần tử tự động (chuyển đổi tự động: RI, RU, Rt, RKT) và trạng thái làm việc qua từng giai đoạn của đối tƣợng điều khiển (mở máy trực tiếp, qua phần tử mở máy, qua chế độ trung gian). - Phác họa sơ đồ mạch động lực: Sơ đồ mạch động lực bao gồm đối tƣợng điều khiển (động cơ, phụ tải điện), phần tử bảo vệ (Aptomat, Rơ le nhiệt ), tiếp điểm chính của các công tắc tơ điều khiển Từ đó kiểm chứng lại những yêu cầu từ phần mô tả trình tự điều khiển để xác định những yêu cầu cần thực hiện bổ sung ở mạch điều khiển (chế độ điều khiển, những liên động cần thực hiện). Có một nguyên tắc cần lưu ý khi thiết kế sơ đồ điều khiển là phải sử dụng những phần tử điều khiển cơ bản, thông dụng, sẵn có trên thực tế để đảm bảo tính khả thi khi triển khai lắp ráp mạch điện sau khi thiết kế. - Phác họa sơ đồ mạch điều khiển: Căn cứ vào sơ đồ mạch động lực đã vẽ, xác định những yêu cầu cần thực hiện bổ sung ở mạch điều khiển (chế độ điều khiển, những liên động cần thực hiện) và tiến hành phác thảo sơ đồ mạch điều khiển. Trên cơ sở sơ đồ phác thảo, kiểm chứng lại những nội dung đã xác định từ quá trình phân tích yêu cầu điều khiển và trình tự điều khiển để điều chỉnh nếu cần thiết. - Thuyết minh nguyên lý làm việc của sơ đồ mạch điện: Đây là nội dung quan trọng để khẳng định tính đúng đắn của sơ đồ mạch điện vừa vẽ đƣợc. Mục này cần xác định đầy đủ, chi tiết các truyền động, chế độ điều khiển cần thực hiện trong sơ đồ mạch điện và chỉ rõ chế độ, trạng thái làm việc của các phần tử điều khiển trong từng giai đoạn làm việc của sơ đồ mạch điện. Trong Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 25 trƣờng hợp xuất hiện mâu thuẫn về nguyên lý làm việc của sơ đồ mạch điện vừa vẽ với yêu cầu điều khiển đã xác định thì cần điều chỉnh lại sơ đồ cho phù hợp (cần hiệu chỉnh lại các sơ đồ đã vẽ ở bƣớc  và ). - Hiệu chỉnh về cấu trúc của sơ đồ để thuận tiện cho việc theo dõi, phân tích và tối ưu hóa sơ đồ điều khiển (nếu có thể). 1.4.2.1.2. Ví dụ thiết kế các sơ đồ điều khiển động cơ điện xoay chiều Thiết kế, phân tích nguyên lý làm việc của các sơ đồ điều khiển quá trình mở máy và hãm động cơ điện xoay chiều theo các nguyên tắc điều khiển và khống chế cơ bản. 1.4.2.2. Các sơ đồ điều khiển động cơ điện một chiều Các bƣớc tiến hành thiết kế đƣợc thực hiện tƣơng tự nhƣ đã thực hiện với động cơ xoay chiều, cần lƣu ý về loại động cơ điện một chiều cần điều khiển để lựa chọn cấu trúc và nguyên tắc điều khiển cho phù hợp. Các loại động cơ điện một chiều trong thực tế bao gồm: Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp, kích từ song song (độc lập) và kích từ hỗn hợp. Các nguyên tắc điều khiển cơ bản đƣợc sử dụng để khống chế quá trình mở máy và hãm của động cơ điện một chiều thƣờng sử dụng là nguyên tắc thời gian, tốc độ, dòng điện. Đối với những sơ đồ điều khiển có yêu cầu đảo chiều quay đối với động cơ điện một chiều thƣờng sử dụng phƣơng án điều khiển đảo chiều bằng cách đổi chiều dòng điện phần ứng (sử dụng sơ đồ có dạng cấu trúc hình cầu). Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 26 BÀI TẬP CHƢƠNG 1 1. Trình bày nội dung của nguyên tắc điều khiển theo thời gian, cho ví dụ minh họa và phân tích. 2. Trình bày nội dung của nguyên tắc điều khiển theo tốc độ, cho ví dụ minh họa và phân tích. 3. Trình bày nội dung của nguyên tắc điều khiển theo dòng điện, cho ví dụ minh họa và phân tích. 4. Trình bày nội dung của nguyên tắc điều khiển theo hành trình, cho ví dụ minh họa và phân tích. 5. Vẽ và phân tích các sơ đồ điều khiển đảo chiều quay động cơ KĐB ở một và hai vị trí, có bảo vệ quá tải và ngắn mạch. 6. Vẽ và phân tích sơ đồ điều khiển tuần tự hai động cơ KĐB chuyển đổi bằng tay hoặc tự động dùng Rơle thời gian. 7. Vẽ và phân tích mạch điện điều khiển mở máy động cơ KĐB qua điện trở phụ (Rp) chuyển đổi bằng tay hoặc tự động dùng Rơle thời gian. 8. Vẽ và phân tích mạch điện điều khiển mở máy động cơ KĐB qua điện trở phụ (Rp) chuyển đổi bằng tay hoặc tự động dùng Rơle thời gian, có đảo chiều. 9. Vẽ và phân tích mạch điện mở máy động cơ điện một chiều kích từ độc lập qua 2 cấp Rp theo nguyên tắc thời gian. 10. Vẽ và phân tích các mạch điện điều khiển mở máy và hãm động cơ điện KĐB rôto lồng sóc bằng đổi nối Y/∆ theo các nguyên tắc điều khiển, khống chế cơ bản. 11. Vẽ và phân tích mạch điện điều khiển mở máy động cơ điện một chiều kích từ độc lập qua Rp theo nguyên tắc dòng điện. 12. Vẽ và phân tích mạch điện mở máy động cơ điện một chiều kích từ độc lập qua 3 cấp Rp theo nguyên tắc tốc độ 13. Vẽ và phân tích các mạch điện điều khiển mở máy và hãm động cơ một chiều kích từ độc lập theo nguyên tắc tốc độ. 14. Vẽ và phân tích mạch điện điều khiển ĐCMC kích từ độc lập mở máy qua 2 cấp Rp mạch phần ứng theo nguyên tắc thời gian, hãm động năng theo nguyên tắc tốc độ. 15. Vẽ và phân tích mạch điện mở máy động cơ KĐB rôto lồng sóc bằng đổi nối Y/∆ theo nguyên tắc thời gian, có đảo chiều, có bảo vệ quá tải và ngắn mạch. 16. Các sơ đồ điều khiển có thử nhắp. Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 27 CHƢƠNG 2. TRANG BỊ ĐIỆN- ĐIỆNTỬ NHÓM MÁY CẮT KIM LOẠI 2.1. Yêu cầu chung về trang bị điện và phân loại máy cắt kim loại 2.1.1. Phân loại máy cắt kim loại Máy cắt kim loại dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách hớt đi lớp kim loại thừa, sau khi gia công chi tiết có hình dáng và kích thƣớc theo yêu cầu. * Phân loại Trong thực tế MCKL có thể đƣợc phân loại theo các cách sau: Hình 2.1. Phân loại máy cắt kim loại - Tùy thuộc vào quá trình công nghệ đặc trƣng bởi phƣơng pháp gia công, dạng dao, đặc tính chuyển động v.v các máy cắt đƣợc chia thành các máy cơ bản: tiện, phay; bào, khoan - doa, mài và các nhóm máy khác nhƣ gia công răng, ren vít v.v - Theo đặc điểm của quá trình sản xuất, có thể chia thành các máy vạn năng, chuyên dùng và đặc biệt. Máy vạn năng là các máy có thể thực hiện đƣợc các phƣơng pháp gia công khác nhau nhƣ tiện, khoan, gia công răng v.v để gia công các chi tiết khác nhau về hình dạng và kích thƣớc. Các máy chuyên dùng là các máy để gia công các chi tiết có cùng hình dáng nhƣng có kích thƣớc khác nhau. Máy đặc biệt là các máy chỉ thực hiện gia công các chi tiết có cùng hình dáng và kích thƣớc. - Theo kích thƣớc và trọng lƣợng chi tiết gia công trên máy, có thể chia máy cắt kim loại thành các máy bình thƣờng (<10.000kG), các máy cỡ lớn (<30.000kG), các máy cỡ nặng (100.000kG) - Theo độ chính xác gia công, có thể chia thành máy có độ chính xác bình thƣờng, cao và rất cao. Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 28 2.1.2. Các chuyển động chủ yếu trên máy cắt kim loại Có hai chuyển động chủ yếu trên máy cắt kim loại là: Chuyển động cơ bản (chuyển động chính) và chuyển động phụ. 2.1.2.1. Chuyển động cơ bản Là sự di chuyển tƣơng đối của dao cắt với phôi, để đảm bảo quá trình cắt gọt ngƣời ta chia chuyển động cơ bản ra thành 2 loại chuyển động: - Chuyển động chính: Là chuyển động đƣa dao cắt ăn vào chi tiết (có thể là chuyển động quay hoặc chuyển động tịnh tiến). - Chuyển động ăn dao: Là chuyển động xê dịch lƣỡi dao hoặc phôi để tạo ra 1 lớp phôi mới. Có thể là chuyển động quay hoặc chuyển động tịnh tiến. VD: Với máy tiện là chuyển động tịnh tiến liên tục của dao. Hình 2.2. Các dạng gia công kim loại trên các máy cắt kim loại a) Tiện b) Khoan c) Phay d) Mài e) Bào 2.1.2.2. Chuyển động phụ Là chuyển động không liên quan trực tiếp đến quá trình cắt gọt. Chúng cần thiết khi chuẩn bị gia công, hiệu chỉnh máy, đo đạc.... VD di chuyển nhanh các đầu dao hoặc phôi, nâng hạ xà của máy bào giƣờng, kẹp đầu trục ở máy khoan... Tốc độ của chuyển động cơ bản quyết định thời gian gia công hữu ích, thời gian máy, tốc độ của chuyển động phụ quyết định thời gian gia công vô ích. Chính vì vậy chuyển động cơ bản và chuyển động phụ quyết định năng suất của máy. 2.1.3. Phƣơng pháp chung chọn công suất cho máy cắt kim loại Việc chọn đúng công suất động cơ truyền động cho máy là hết sức quan trọng. Nếu chọn công suất động cơ lớn hơn cần thiết thì vốn đầu tƣ sẽ cao, động cơ thƣờng xuyên chạy non tải. Làm cho hiệu suất và hệ số cos giảm. Nếu chọ công suất động cơ Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 29 nhỏ hơn trị số yêu cầu thì máy sẽ không đảm bảo đƣợc năng suất cần thiết, động cơ thƣờng xuyên chạy quá tải làm giảm tuổi thọ của động cơ. Tăng tổn phí khi vận hành do phải sửa chữa nhiều. Do đó việc chọn đúng công suất động cơ trong hệ thông truyền động điện là vô cùng quan trọng. 2.1.4. Vấn đề điều chỉnh tốc độ máy cắt kim loại Để nhận đƣợc các chế độ cắt khác nhau đảm bảo các quá trình công nghệ tối ƣu, cần phải điều chỉnh tốc độ truyền động chính và truyền động ăn dao. Điều chỉnh tốc độ các máy thực hiện bằng 3 phƣơng pháp. - Cơ: Thay đổi tỷ số truyền trong hộp tốc độ (bằng tay, khớp li hợp điện từ, thuỷ lực......) - Điện cơ: Thay đổi tốc độ động cơ và thay đổi tỷ số truyền trong hộp tốc độ. - Điện: Thay đổi tốc độ của máy chỉ bằng thay đổi tốc độ động cơ truyền động. Khi giải quyết vấn đề điều chỉnh tốc độ truyền động chính và truyền động ăn dao phải quan tâm đến các chỉ tiêu sau: - Phạm vi điều chỉnh tốc độ - Độ trơn điều chỉnh. a, Phạm vi điềuchỉnh tốc độ - Đối với chuyển động quay: D = min max   - Đối với chuyển động tịnh tiến: Dv = min max V V - Đối với chuyển động ăn dao: là tỉ số giữa lƣợng ăn dao lớn nhất Smax với lƣợng ăn dao nhỏ nhất Smin: Ds = min max S S b, Độ trơn điều chỉnh Là tỉ số giữa hai giá trị liền nhau của tốc độ: = i i   1 i, i+1 Là cấp tốc độ thứ i và cấp tốc độ thứ i+1 c, Sự phù hợp giữa đặc tính của hệ thống và đặc tính của phụ tải. max min Mccp( ) Mc( ) max min Mc( ) Mccp( ) MccpMccp McMc Hình 2.3 Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 30 Mc() đặc tính cơ của máy sản xuất. Mccp() đặc tính phụ tải cho phép của máy sản xuất. Mccp() là mô men sinh ra của động cơ làm việc với tốc độ khi tải luôn là định mức, đặc tính này phụ thuộc hoàn toàn vào phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ mà đặc tính sẽ có dạng này hay dạng khác. Nếu Mccp() và Mc() có đặc tính giống nhau, trùng nhau là tốt nhất thì trong toàn dải điều chỉnh hệ thống luôn làm việc hết khả năng. d, Độ ổn định tốc độ Là khả năng giữ tốc độ khi tải thay đổi. Đƣờng đặc tính cơ càng cứng độ ổn định tốc độ càng cao. Truyền động ăn dao: %  (5 – 10)% Truyền động chính: %  (5 – 15)% e, Tính kinh tế Xét đến giá thành chi phí vân hành, tổn hao năng lƣợng trong quá trình làm việc ổn định và quá trình quá độ, mức độ tin cậy, thuận tiện trong vận hành thay thế dễ dàng.... 2.2. Trang bị điện cho nhóm máy tiện 2.2.1. Đặc điểm trang bị điện đối với nhóm máy tiện 2.2.1.1. Giới thiệu chung và phân loại Máy tiện là 1 trong nhóm máy cắt gọt kim loại để thực hiện gia công tiện: tiện côn, tiện mặt ngoài, tiện định hình... Ngoài ra có thể sử dụng các dụng cụ cắt khác nhƣ: mũi khoan, doa, tiện ren. Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 31  Máy tiện có nhiều loại khác nhau: - Máy tiện đơn giản - Máy tiện vạn năng - Máy tiện rơvônve - Máy tiện vít  Các chuyển động trên máy gồm: - Chuyển động cơ bản: + Chuyển động chính (chuyển động quay tròn trục chính). + Chuyển động ăn dao (chuyển động tịnh tiến bàn dao) - Chuyển động phụ: chuyển động bơm dầu, bơm nƣớc, gạt phoi, chuyển động nhanh bàn dao, nâng hạ xà, kẹp xà. 2.2.1.2. Các yêu cầu và đặc điểm trang bị điện cho máy tiện  Truyền động chính - Phải đảo chiều quay, đảm bảo quay chi tiết theo cả hai chiều. - Quá trình khởi động, hãm phải trơn tránh va đập trong bộ truyền. Ở các máy có công suất nhỏ thƣờng hệ thống truyền động chính không yêu cầu điều chỉnh tốc độ bằng phƣơng pháp điện, hoặc nếu có yêu cầu thì thƣờng là điều chỉnh có cấp, phạm vi hẹp, thì ngƣời ta thƣờng sử dụng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc, 1 hay nhiều cấp tốc độ thƣờng điều chỉnh bằng cách thay đổi số đôi cực từ P. Trong trƣờng hợp này công suất của truyền động chính thƣờng yêu cầu không đổi. Với các động cơ có công suất lớn và máy tiện đứng thì thƣờng đặc tính cơ có dạng: Vùng 1: n = n1  n2 , Mc = const ( Pc tỉ lệ thuận với tốc độ) Vùng 2: n = n2  n3 , PC = const ( Mc tỉ lệ nghịch với tốc độ) Với các máy tiện có công suất lớn và máy tiện đứng, truyền động chính yêu cầu phải điều chỉnh tốc độ bằng phƣơng pháp điện, với phạm vi tƣơng đối rộng và điều chỉnh trơn. So với các hệ thống truyền động chính thƣờng đƣợc sử dụng là hệ thống truyền động động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập điều chỉnh tốc độ theo hai vùng với các phƣơng pháp điều chỉnh. Vùng 1 Tốc độ thấp (n = n1  n2) điều chỉnh bằng cách thay đổi điện áp. Vùng 2 Tốc độ cao (n = n2  n3) điều chỉnh bằng cách thay đổi từ thông. Mc Pc nn1 n2 n3 Mc Pc Hình 2.4 Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 32 Chú ý Trong 1 số trƣờng hợp để đơn giản cho hệ thống TĐĐ và giảm giá thành ngƣời ta chỉ áp dụng phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi từ thông.  Truyền động ăn dao Yêu cầu: Đảo chiều quay để đảm bảo ăn dao theo hai chiều, khởi động và hãm phải êm. Ở các máy tiện có công suất nhỏ và trung bình thƣờng truyền động ăn dao thực hiện từ truyền động chính. Các máy có công suất lớn (chiều dài chi tiết  8m hoặc máy tiện đứng) thì thông thƣờng truyền động ăn dao đƣợc truyền động từ một động cơ riêng là động cơ điện một chiều cấp điện từ MĐKĐ hoặc từ 1 bộ chỉnh lƣu có điều khiển.  Chuyển động phụ Không yêu cầu đảo chiều và điều chỉnh tốc độ, thƣờng dùng động cơ KĐB rotor lồng sóc. 2.2.2. Mạch điện máy tiện 1A660 Máy tiện nặng 1A660 dùng để gia công các chi tiết bằng gang hoặc bằng thép có trọng lƣợng dƣới 250N. Truyền động chính và truyền động ăn dao đƣợc thực hiên từ 1 động cơ 1 chiều có công suất 55 KW, phạm vi điều chỉnh tốc độ trục chính bằng 125/1 trong đó phạm vi điều chỉnh tốc độ của động cơ điện là 5/1. Tốc độ trục chính ứng với 3 cấp tốc độ của hộp tốc độ có giá trị nhƣ sau: Cấp 1: ntc = 1,6  8 vg/p / Cấp 2: ntc = 8  40 vg/p / Cấp 3: ntc = 40  200 vg/p / Truyền động chính đƣợc truyền động bằng hệ FĐ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay dòng điệnkích từ của động cơ, còn sức điện động của máy phát giữ nguyên. Nguyên lý làm việc Máy chỉ làm việc đƣợc khi tất cả các điều kiện liên động sau đƣợc đảm bảo: - Đủ dầu bôi trơn  tiếp điểm DBT kín  K4 có điện - Chiều quay trục chính đã đƣợc chọn  tiếp điểm CTC1 hoặc CTC2 kín  Rơle 1RLD hoặc 2RLD có điện. - Đã đặt ở một cấp tốc độ nào đó  tiếp điểm TĐ kín - Các bánh răng trong hộp tốc độ đã ăn khớp hoàn toàn  các tiếp điểm 1KBR, 2KBR, 3KBR, 4KBR kín. - Động cơ đã có từ thông  tiếp điểm RNT kín do rơ le RNT tác động. Ở chế độ làm việc, muốn khởi động động cơ, ta ấn nút M1 để quay (chiều thuận) và ấn M2 để (quay ngƣợc). Giả thiết ta khởi động theo chiều quay thuận. Khi ấn M1 dẫn đến LĐT có điện, đóng các tiếp điểm thƣờng mở LĐT  nhánh 3 có điện K1 có điện Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 33 T có điện, đóng các tiếp điểm thƣờng mở T -> Đg và K2 có điện. Cuộn kích từ của máy phát CKF của máy phát đƣợc nối vào toàn bộ điện áp 1 chiều, điện trở rđ trong mạch kích từ của động cơ bị loại bỏ bởi K2, điện trở điều chỉnh dòng kích ĐKT bị ngắn mạch, do đó dòng điện kích từ của máy phát và độg cơ có giá trị định mức. Khi điện áp máy phát tăng dần đên giá trị định mức thì rơ le RCB tác động đóng tiếp điểm RCB bên mạch điều khiển  K3 có điện, điện trở ĐKT đƣợc đƣa vào mạch kích từ động cơ, dòng điện kích từ giảm xuống tƣơng ứng với từ thông lúc đó (đã đặt trƣớc). Động cơ đƣợc khởi động sang giai đoạn 2 lúc này từ thông đông cơ đã giảm. Để hạn chế dòng điện mạch phần ứng trong thời gian khởi động ta dùng rơle RG có 2 cuộn dây tạo ra sức từ động ngƣợc chiều nhau. Bình thƣờng cuọn điên áp luôn tác động  rf luôn bị nối tắt dẫn đến quá trình khởi động đủ nhanh. Nếu dòng điện phần ứng vƣợt quá giá trị cho phép thì sức điện động của cuộn dòng đủ lớn làm cho rơ le RG nhả ra tiếp điểm RG mở và điện trở rf đƣợc nối tiếp với mạch kích từ máy phát. Kết quả dòng phần ứng giảm. Để điều chỉnh tốc độ từ xa ngƣời ta dùng động cơ Đ1 và các nút ấn M1, M2, M3. Giả thiết động cơ đang làm việc ta muốn cho tốc độ lớn hơn ta ấn M1, đối với chiều quay thuận, M2 đối với chiều quay ngƣợc  RĐT hoặc RDN tác động  KT có điện Đ1 quay kéo con trƣợt của ĐKT theo chiều tăng của điện trở  giảm kích từ động cơ  tốc độ động cơ tăng. Muốn giảm tốc độ động cơ ta ấn M3  KN có điện động cơ Đ1 quay ngƣợc  tăng kích từ động cơ  tốc độ động cơ giảm. Muốn dừng máy ta ấn nút dừng D, quá trình hãm bắt đầu. Đầu tiên là giai đoạn hãm tái sinh do tăng dòng kích từ đến giá trị định mức, trong giai đoạn này K1 mất điện, biến trở ĐKT bị ngắn mạch. Sức điện động của máy phát đƣợc giữ định mức.Khi dòng kích từ của động cơ đạt tới định mức  rơle RT tác động cắt điện K3  T mất điện, cắt điệnvào cuộn kích thích máy phát CKF  động cơ chuyển sang hãm tai sin lần thứ 2 do sđđ máy phát giảm dần, còn từ thông động cơ định mức.Giai đoạn cuối là giai đoạn hãm động năng khi sđđ của máy phát giảm đến trị số nhả của rơle RH  Đg và K2 mất điện cắt phần ứng máy phát và đóng điện trở hãm rh vào. Ở chế độ thử máy thì ta dùng nút ấn TT hoặc TN lúc này công tăc tơ LĐT hoặc LĐN không có điện nên chỉ có điện khi ấn nút TT hoặc TN. Trong sơ đô đèn ĐH1 dùng để báo hiệu trạng thái làm việc bình thƣờng của máy. ĐH2 và còi báo hiệu trạng thái không bình thƣờng của hệ thống dầu bôi trơn. Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 34 Hình 2.5. Sơ đồ mạch điện máy tiện 1A660 2.3. Trang bị điện - điện tử máy doa 2.3.1. Đặc điểm trang bị điện máy doa 2.3.1.1. Đặc điểm công nghệ Máy doa dùng để gia công chi tiết với các nguyên công: khoét lỗ trụ, khoan lỗ, có thể dùng để phay. Thực hiện các nguyên công gia công trên máy doa sẽ đạt đƣợc độ chính xác và độ bóng cao. Máy doa đƣợc chia thành hai loại chính: máy doa đứng và máy doa ngang. Máy doa ngang dùng để gia công các chi tiết cỡ trung bình và nặng. Hình dạng bên ngoài của máy doa đƣợc giới thiệu trên hình 2.6. Trên bệ máy 1 đặt trụ trƣớc 6, trên đó có ụ trục chính 5. Trụ sau 2 có đặt giá đỡ 3 để giữ trục dao trong quá trình gia công. Bàn quay 4 gá chi tiết có thể dịch chuyển ngang hoặc dọc bệ máy. Ụ trục chính có thể dịch chuyển theo chiều thẳng đứng cùng trục chính. Bản thân trục chính có thể dịch chuyển theo phƣơng nằm ngang. Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 35 Hình 2.6. Hình dạng bên ngoài máy doa ngang 1. Bệ máy; 2. Trụ sau; 3. Giá đỡ; 4. Bàn gá chi tiết gia công; 5. Trụ chính; 6. Trụ trƣớc Chuyển động chính là chuyển động quay của dao doa (trục chính). Chuyển động ăn dao có thể là chuyển động ngang, dọc của bàn máy ngang chi tiết hay di chuyển dọc của trục chính mang đầu dao. Chuyển động phụ là chuyển động thẳng đứng của ụ dao v..v 2.3.1.2. Yêu cầu đối với truyền động điện và trang bị điện máy doa a, Truyền động chính: Yêu cầu cần phải đảo chiều quay, phạm vi điều chỉnh tốc độ D = 130/1 với công suất không đổi, độ trơn điều chỉnh  = 1,26. Hệ thống truyền động chính cần phải hãm dừng nhanh. Hiện nay, hệ thống truyền động chính máy doa thƣờng sử dụng động cơ không đồng bộ rô to lồng sóc và hộp tốc độ (động cơ có một hay nhiều cấp tốc độ). Ở những máy doa cỡ nặng có thể sử dụng động cơ điện một chiều, điều chỉnh tốc độ trơn trong phạm vi rộng. Nhờ vậy, có thể đơn giản kết cấu cơ khí, mặt khác có thể hạn chế mômen ở vùng tốc độ thấp bằng phƣơng pháp điều chỉnh tốc độ hai vùng. b, Truyền động ăn dao: Phạm vi điều chỉnh của truyền động ăn dao là D = 1500/1. Lƣợng ăn dao đƣợc điều chỉnh trong phạm vi 2mm/ph  600mm/ph; khi di chuyển nhanh, có thể đạt tới 2,5 m/ph  3m/ph. Lƣợng ăn dao (mm/ph) ở những máy cỡ nặng yêu cầu đƣợc giữ không đổi khi tốc độ trục chính thay đổi. Đặc tính cơ bản cần có độ cứng cao, với độ ổn định tốc độ < 10%. Hệ thống truyền động ăn dao phải đảm bảo độ tác động nhanh cao, dừng máy chính xác, đảm bảo sự liên động với truyền động chính khi làm việc tự động. Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 36 Ở những máy doa cỡ trung bình và nặng, hệ thống truyền động ăn dao sử dụng hệ thống khuếch đại máy điện - động cơ điện một chiều hoặc hệ thống T – D. 2.3.2. Sơ đồ điều khiển máy doa ngang 2620 2.3.2.1. Thông số kĩ thuật Hình 2.7. Sơ đồ điều khiển truyền động chính máy doa 2620 Máy doa 2620 là máy có kích thƣớc cỡ trung bình. - Đƣờng kính trục chính: 90mm. - Công suất động cơ truyền động chính: 10kW. - Tốc độ quay trục chính điều chỉnh trong phạm vi: (12,5  1600) vg/ph. - Công suất động cơ ăn dao: 2,1kW. - Tốc độ động cơ ăn dao có thể điều chỉnh trong phạm vi (2,1  1500) vg/ph; tốc độ lớn nhất: 3000 vg/ph. Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 37 Hình 2.7 là sơ đồ nguyên lý hệ thống truyền động chính (đơn giản hoá). Động cơ truyền động chính là động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc hai cấp tốc độ bằng đổi nối  /YY-1460/2890Vg/ph. Việc chuyển đổi tốc độ từ thấp đến cao tƣơng ứng với chuyển đổi từ đấu  thành đấu YY và ngƣợc lại đƣợc thực hiện bởi tay gạt cơ khí 2KH liên quan đến thiết bị chuyển đổi tốc độ. Nếu tiếp điểm 2KH hở, dây quấn động cơ đƣợc đấu  tƣơng ứng với tốc độ thấp; Khi tiếp điểm 2KH kín, dây quấn động cơ đƣợc đấu YY tƣơng ứng tốc độ cao. Tiếp điểm 1KH liên quan đến thiết bị chuyển đổi tốc độ trục chính. Nó ở trạng thái hở trong thời gian chuyển đổi tốc độ và chỉ kín khi đã chuyển đổi xong. Động cơ đƣợc đảo chiều nhờ các công tơ 1T, 1N, 2T, 2N. Giả thiết 1KH, 2KH kín. Sau khi ấn nút khởi động MT (hoặc MN) động cơ đƣợc khởi động qua 2 cấp: Lúc đầu động cơ đƣợc đấu  (tốc độ thấp) do công tắc tơ Ch có điện. Sau thời gian duy trì của Rơle thời gian RTh, công tắc tơ Ch mất điện, công tắc tơ 1NH, 2NH có điện, động cơ đƣợc đấu YY (tốc độ cao). Sau khi ấn nút dừng D, động cơ đƣợc đƣợc hãm ngƣợc đến dừng máy, Quá trình hãm đƣợc giải thích nhƣ sau: Để chuẩn bị mạch hãm và kiểm tra tốc độ động cơ, sơ đồ dùng rơle để kiểm tra tốc độ RKT. Khi máy đang làm việc theo chiều thuận, tiếp điểm RKT-1 kín sẵn, rơle 1RH có điện. Do đó trong quá trình hãm, công tắc tơ 2N có điện, đổi nối hai trong ba pha điện áp stato để thực hiện hãm ngƣợc động cơ. Khi tốc độ động cơ giảm nhỏ, tiếp điểm RKT-1 mở ra, công tắc tơ 2N mất điện, quá trình hãm kết thúc. Để hạn chế dòng điện hãm, đƣa điện trở phụ vào mạch stato. Quá trình hãm động cơ ở chiều ngƣợc xảy ra tƣơng tự, chỉ khác là tiếp điểm RKT-2 sẽ điều khiển sự tác động của công tắc tơ 2T. Muốn điều chỉnh (thử) máy, ấn nút TT hoặc TN. Ở chế độ này, dây quấn động cơ luôn đƣợc đấu  và có điện trở phụ trong mạch stato (2T hoặc 2N có điện) nên tốc độ động cơ thấp. Trong sơ đồ còn có động cơ bơm dầu bôi trơn ĐB. Nó đƣợc đóng cắt điện đồng thời với động cơ chính nhờ công tắc tơ KB và các tiếp điểm liên động. Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 38 BÀI TẬP CHƢƠNG 2 1. Trình bày đặc điểm và yêu cầu trang bị điện cho máy cắt kim loại. 2. Giới thiệu trang bị điện và các truyền động của mạch điện máy tiến 1A660. 3. Thuyết minh quá trình điều khiển mở máy và điều chỉnh tốc độ động cơ truyền động chính của máy tiện 1A660. 4. Thuyết minh quá trình hãm dừng và bảo vệ sự cố trong sơ đồ mạch điện máy tiện 1A660 5. Giới thiệu trang bị điện và các truyền động của mạch điện máy doa 2620 6. Thuyết minh quá trình mở máy và đảo chiều động cơ truyền động chính trong sơ đồ mạch điện máy doa 2620. 7. Thuyết minh quá trình hãm và bảo vệ sự cố trong sơ đồ mạch điện máy doa 2620. Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 39 Chương 3. TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ CÁC MÁY NÂNG VẬN CHUYỂN 3.1. Khái niệm và phân loại 3.1.1. Khái niệm chung Sự phát triển kinh tế của mỗi nước phụ thuộc rất nhiều vào mức độ cơ giới hoá và tự động hoá các quá trình sản xuất. Trong quá trình sản xuất, các máy nâng - vận chuyển đóng một vai trò quan trọng, đảm nhiệm vận chuyển một khối lượng lớn hàng hoá, vật liệu, nguyên liệu, thành phẩm và bán thành phẩm trong các lĩnh vực khác nhau của nền kinh tế quốc dân. Các máy nâng - vận chuyển là cầu nối giữa các hạng mục công trình sản xuất riêng biệt, giữa các máy công tác trong một dây chuyền sản xuất v.v Tính chất và số lượng hàng hoá cần vận chuyển tuỳ thuộc vào đặc thù của quá trình sản xuất. Ví dụ trong một xí nghiệp luyện kim có lò cao năng suất 1000 tấn gang/ngày đêm, cần phải vận chuyển lên lò cao với độ cao tới 36m khoảng 2000 tấn quặng, 700 tấn phụ gia và 1200 tấn than cốc bằng các loại xe kíp di chuyển theo mặt phẳng nghiêng. Việc sử dụng các máy nâng - vận chuyển trong các hạng mục công trình lớn đã làm giảm đáng kể thời gian thi công, giảm bớt đáng kể số lượng công nhân khoảng 10 lần. Ví dụ nếu dùng một cần cẩu tháp trên các công trường xây dựng công nghiệp hoặc xây dựng dân dụng có thể thay thế cho 500 công nhân, còn nếu dùng một máy xúc cỡ lớn để đào hào hoặc kênh mương khi xây dựng các công trình thuỷ lợi hoặc trong công việc cải tạo điền địa có thể thay thế cho 10.000 công nhân. Trong các nhà máy chế tạo cơ khí, máy nâng - vận chuyển chủ yếu dùng để vận chuyển phôi, thành phẩm và bán thành phẩm từ máy này đến máy khác, từ phân xưởng này đến phân xưởng khác hoặc vận chuyển vào kho lưu giữ. Hiện nay, máy nâng, các loại thang máy được lắp đặt trong các xí nghiệp công nghiệp, trong các nhà ở cao tầng, trong các toà thị chính, siêu thị, trong các nhà ga của tàu điện ngầm để vận chuyển hàng hoá và hành khách. Trong nông nghiệp, các máy nâng - vận chuyển trong công nghiệp cũng như trong nông nghiệp như một phương tiện để cơ giới hóa và tự động hoá các quá trình sản xuất là một yếu tố quan trọng nhằm làm tăng năng suất và chất lượng sản phẩm cũng như giảm nhẹ sức lao động của con người. 3.1.2 Phân loại các máy nâng - vận chuyển Các máy nâng vận chuyển có kết cấu hình dáng, kích thước rất đa dạng tuỳ thuộc vào tính chất đặc điểm của hàng hoá cần vận chuyển, kích thước, số lượng và phương vận chuyển của hàng hoá. Vì vậy việc phân loại các máy nâng - vận chuyển có thể dựa trên các đặc điểm chính để phân thành các nhóm máy sau: (hình 3.1) a) Theo phương vận chuyển hàng hoá - Theo phương thẳng đứng (thang máy, máy nâng). - Theo phương nằm ngang (băng tải, băng chuyền). Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 40 - Theo mặt phẳng nghiêng (xe kíp, thang chuyền, băng tải). - Theo các phương kết hợp (cầu trục, cầu trục cảng, cầu trục chân dê) b) Theo phương pháp di chuyển của các cơ cấu - Lắp đặt cố định (thang máy, thang chuyền, băng tải). - Di chuyển theo đường thẳng (cầu trục cảng, cầu trục chân dê, cổng trục, cần cẩu tháp v.v..) - Quay tròn với một góc giới hạn (cần cẩu tháp, máy xúc v.v) c) Theo cơ cấu bốc hàng hoá - Cơ cấu bốc hàng là thùng, cabin, gầu treo - Dùng móc, xích treo, băng. - Cơ cấu bốc hàng bằng nam châm điện (cần cẩu từ). d) Theo chế độ làm việc - Chế độ làm việc dài hạn (băng tải, băng chuyền, thang chuyền). - Chế đô ngắn hạn lặp lại (máy xúc, thang máy, cầu trục, cần trục). e) Theo phương pháp điều khiển - Điều khiển bằng tay. - Điều khiển tự động. - Hệ thống điều khiển hở. - Hệ thống điều khiển kín. - Điều khiển tại chổ. - Điều khiển có khoảng cách. - Điều khiển từ xa. Trong các máy nâng - vận chuyển, đơn giản nhất là những máy vận chuyển hàng theo một phương (thang máy – máy nâng theo phương thẳng đứng, băng truyền và băng tải – theo phương nằm ngang, thang chuyền và đường goòng treo theo mặt phẳng nghiêng) chỉ có một cơ cấu truyền động di chuyển là cơ cấu nâng hoặc cơ cấu di chuyển. Còn những máy nâng vận chuyển phức tạp hơn đó là máy xúc, cần cẩu, cầu trục, máy xúc có hai hoặc ba cơ cấu di chuyển, di chuyển theo từng phương riêng biệt hoặc cùng một lúc thực hiện các phương kết hợp. Chế độ làm việc của các máy nâng - vận chuyển ảnh hưởng rất lớn trong việc tính chọn công suất động cơ truyền động, thiết kế, tính chọn hệ truyền động cũng như sơ đồ điều khiển toàn máy. Điều khiển bằng tay chỉ dùng đối với những máy nâng - vận chuyển đơn giản, không yêu cầu điều chỉnh trơn tốc độ động cơ truyền động, tần số đóng - cắt điện không lớn và thường sử dụng đối với những máy có công suất truyền động bé. Điều khiển tự động được sử dụng rộng rãi trong các máy nâng - vận chuyển dùng hệ truyền động phức tạp ( hệ MĐKĐ-Đ, hệ KĐT-Đ, hệ T-Đ v.v) Việc phân loại các máy nâng - vận chuyển như trình bày trên đây không phản ánh toàn bộ chức năng liên quan đến quá trình sản xuất mà các máy thực hiện, nhưng Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 41 cũng giúp chúng ta có một khái niệm tổng quan về các phương pháp và dạng vận chuyển hàng hoá thông dụng nhất. Hình 3-1. Một số máy nâng vận chuyển điển hình a) Cầu trục; b) Cổng trục chuyển tải; c) Cầu trục chân dê; d) Cần cẩu cảng; e) Cần cẩu tháp f) Thang máy; g) Máy xúc gầu thuận; h) Cầu trục luyện thép; i) máy xúc gầu treo; k) Băng tải Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 42 3.2. Trang bị điện - điện tử thang máy 3.2.1. Phân loại và tính chọn công suất động cơ truyền động thang máy 3.2.1.1. Phân loại Tuỳ thuộc vào tính chất, chức năng của thang máy có thể chia thành các nhóm chính sau: 1.Thang máy chở khách kèm theo hành lý hoặc chuyên chở các vật gia dụng trong các nhà cao tầng, công sở, siêu thị và trong các trường học. 2. Thang máy dùng trong bệnh viện, dùng chuyên chở bệnh nhân trên băng ca có nhân viên y tế đi kèm. 3. Thang máy trọng tải nhỏ (dưới 160Kg) dùng trong thư viện, trong các nhà hàng ăn uống để vận chuyển sách, hoặc thực phẩm. 4. Thang máy trọng tải lớn dùng trong công nghiệp để chuyên chở thiết bị, máy móc, vật liệu, quặng Trọng tải của thang máy thường được thiết kế theo các trị số định mức sau: - Thang máy trọng tải nhỏ: 100 và 160kg. - Thang máy trọng tải lớn: 500, 750, 1000, 2000, 3000 và 5000 kg. - Thang máy chở khách: 350; 500 và 1000kg. - Thang máy dùng trong các bệnh viện: 500kg Tốc độ của thang máy tuỳ thuộc vào vị trí và mục đích sử dụng và thường được thiết kế trong khoảng v = (0,1 ÷ 5) m/s. Trị số tốc độ di chuyển buồng thang (của thang máy) phụ thuộc vào từng nhóm, được thiết kế theo các trị số định mức sau: - Thang máy trọng tải bé: 0,25 và 0,5m/s. - Thang máy trọng tải lớn: 0,1; 0,25; 0,5; 1,0 và 1,5m/s - Thang máy chở khách: 0,5; 0,75; 1,0; 1 m/s - Thang máy dùng trong các bệnh viện: 0,5m/s. Thang máy tuỳ thuộc vào tốc độ di chuyển của buồng thang được phân ra các loại sau: - Thang máy tốc độ thấp: v ≤ 0,5m/s. - Thang máy tốc độ trung bình: 0,75 m/s< v < 1,5 m/s thường dùng trong các nhà có số tầng từ (6 ÷ 12) tầng. - Thang máy tốc độ cao: 2,5 m/s 16. Hình 3.2. Bố trí các thiết bị của thang máy Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 43 - Thang máy có tốc độ rất cao (siêu cao) v = 5m/s thường dùng cho các toà tháp cao tầng 3.2.1.2. Tính chọn công suất động cơ truyền động thang máy và máy nâng Để xác định được công suất động cơ truyền động di chuyển buồng thang cần phải có các điều kiện và thông số sau: - Sơ đồ động học của cơ cấu nâng của thang máy. - Trị số tốc độ và gia tốc giới hạn cho phép. - Trọng tải của thang máy. - Khối lượng của buổng thang và đối trọng (nếu có) - Chế độ làm việc của thang máy. Tính chọn công suất động cơ thực hiện theo các bước sau: - Chọn sơ bộ công suất động cơ dựa trên công suất cản tĩnh. - Xây dựng biểu đồ phụ tải toàn phần có tính đến phụ tải trong chế độ quá độ. - Kiểm tra công suất động cơ đã chọn theo điều kiện phát nhiệt (theo phương pháp dòng điện đẳng trị hoặc mô men đẳng trị). Công suất cản tĩnh của động cơ khi nâng tải không dùng đối trọng được tính theo biểu thức: 310. .).(   gvGG P btC [kW] Trong đó: G là khối lượng của hàng hóa, kg; Gbt là khối lượng của buồng thang, kg; v - tốc độ nâng hàng, m/s; η - hiệu suất của cơ cấu nâng, thường g - gia tốc trọng trường, m/s2 Khi có đối trọng, công suất cản tĩnh khi nâng tải của động cơ được tính theo biểu thức: 310..... 1 ).(        gkvGGGP dtbtcn   [kW] Và khi hạ tải 310.... 1 .).(        gkvGGGP dtbtch   Trong đó: Pcn: công suất cản tĩnh của động cơ khi nâng có dùng đối trọng, kW; Pch: công suất cản tĩnh của động cơ khi hạ có dùng đối trọng, kW; k : hệ số có tính đến ma sát trong các thanh dẫn hướng của buồng thang và đối trọng; thường chọn 1,15 ÷ 1,3. Gđt: khối lượng của đối trọng, kg. Khi tính chọn khối lượng đối trọng G, làm sao cho khối lượng của nó cân bằng được với khối lượng của buồng thang Gbt và một phần khối lượng của hàng hoá G. Khối lượng của đối trọng được tính theo biểu thức sau: Gđt = Gbt + αG [kg] Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 44 Trong đó α là hệ số cân bằng, trị số của nó thường lấy là α = 0,3 ÷ 0,6. Phần lớn các thang máy chở khách chỉ vận hành đầy tải trong những giờ cao điểm, còn lại luôn làm việc non tải nên α thường lấy từ 0,35 ÷ 0,4. Đối với thang máy chở hàng, khi nâng thường làm việc đầy đủ, còn khi hạ thường không tải (G = 0) nên chọn α = 0,5. Dựa vào các biểu thức của PC và Pcn có thể xây dựng biểu đồ phụ tải (đơn giản hoá) của động cơ truyền động và chọn sơ bộ công suất động cơ trong các sổ tay tra cứu. Để xây dựng biểu đồ phụ tải toàn phần (biểu đồ phụ tải chính xác) cần phải tính đến thời gian tăng tốc, thời gian hãm của hệ truyền động, thời gian đóng, mở cửa buồng thang và cửa tầng, số lần dừng của buồng thang, thời gian ra, vào buồng thang của hành khách trong thời gian cao điểm. Thời gian ra vào của hành khách thường lấy bằng 1s cho một hành khách. Số lần dừng của buồng thang (tính theo xác suất) md được tính chọn dựa trên các đường cong trên hình 3.3. Mặc khác, khi tiến hành xây dựng biểu đồ phụ tải toàn phần cũng cần phải tính đến một số yếu tố khác phụ thuộc vào chế độ vận hành và điều kiện khai thác thang máy: thời gian chờ khách, thời gian thang máy làm việc với tốc độ thấp khi đến gần tầng cần dừng v.v Khi tính chọn chính xác công suất động cơ truyền động thang máy cần phải phân biệt hai chế độ của tải trọng: tải trọng đồng đều (hầu như không đổi) và tải trọng biến đổi. Phương pháp tính chọn công suất động cơ với chế độ tải trọng đồng đều thực hiện theo các bước sau: 1) Tính lực kéo của cáp đặt lên vành bánh ngoài của puli kéo cáp trong cơ cấu nâng, khi buồng thang chất đầy tải đứng ở tầng 1và các lần dừng theo dự kiến. F = (G + Gbt - Gđt – k1∆G1)g [N] Trong đó: k1 - số lần dừng theodự kiến của buồng thang; ∆G1 - độ thay đổi của tải trọng trong mỗi lần dừng, Kg; Thường lấy dk G G  1 ; trong đó k d là số lần dừng buồng thang theo dự kiến được xác định trên các đường cong trên hình 4.6.2. Hình 3.3. Đồ thị xác định số lần dừng Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 45 2) Tính momen lực kéo . . i RF M  [N.m] với F > 0 . . i RF M  [N.m] với F< 0 Trong đó: R - bán kính puli kéo cáp, m; i - tỷ số truyền của cơ cấu nâng; η - hiệu suất của cơ cấu nâng. 3) Tính tổng thời gian hành trình nâng và hạ của buồng thang bao gồm thời gian buồng thang di chuyển với tốc độ ổn định, thời gian tăng tốc, thời gian hãm và thời gian phụ khác (thời gian đóng, mở cửa, thời gian ra, vào buồng thang của hành khách) 4) Dựa trên kết quả của các bước tính toán trên, tính momen đẳng trị và tính chọn công suất của động cơ đảm bảo thỏa mãn điều kiện M  Mđt. 5) Xây dựng biểu đồ phụ tải toàn phần của hệ truyền động có tính đến quá trình quá độ, tiến hành kiểm nghiệm động cơ theo dòng điện đẳng trị. Đối với chế độ phụ tải không đồng đều, các bước tính chọn công suất động cơ truyền động tiến hành theo các bước nêu trên. Nhưng để tính lực kéo đặt lên puli kéo cáp phải có biểu đồ thay đổi của tải trọng theo từng tầng một khi buồng thang di chuyển lên và xuống. 3.2.2. Hệ thống tự động khống chế thang máy tốc độ trung bình Sơ đồ khống chế thang máy tốc độ trung bình dùng hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc hai cấp tốc độ. Hệ truyền động điện dùng cho thang máy tốc độ trung bình thường là hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ hai cấp tốc độ. Hệ này đảm bảo dừng chính xác cao, thực hiện bằng cách chuyển tốc độ của động cơ xuống tốc độ thấp (vo = 0,25m/s) trước khi buồng thang sắp đến sàn tầng. Hệ này thường dùng cho các thang máy chở khách trong các nhà cao tầng (7 ÷ 10 tầng) với tốc độ di chuyển của buồng thang dưới 1m/s. Sơ đồ nguyên lý trên hình 3.4. Cấp nguồn cung cấp cho hệ thống bằng cầu dao CD1. Cuộn dây stato cuả động cơ được nối vào nguồn cấp qua các tiếp điểm của công tắc tơ nâng N hoặc công tăc tơ hạ H và các công tắc tơ chuyển đổi tốc độ cao C và thấp T. Nguồn cấp cho mạch điều khiển lấy từ hai pha. Các cửa tầng được trang bị các khoá liên động với các hãm cuối 1CT ÷ 5CT. Then cài ngang cửa liên động với các hãm cuối 1PK ÷ 5PK. Việc đóng mở cửa tầng sẽ tác động lên khoá và then cài cửa tầng làm cho nam châm 1NC tác động. Khi cắt nguồn nam châm 1NC lúc buồng thang đến sàn tầng làm quay then cài, then cài tác động lên một trong các hãm cuối PK và mở khoá Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 46 cửa tầng. Hãm cuối HC(22) đặt trong buồng thang, tác động lên tiếp điểm HC hoặc bằng nam châm dừng theo tầng 2NC hoặc bằng cần đóng – mở cửa tầng. Công tắc chuyển đổi tầng 1CĐT ÷ 5CĐT có ba vị trí là cảm biến dừng buồng thang và xác định vị trí thực của buồng thang so với các tầng. Điều khiển hoạt động của thang máy được thực hiện từ hai vị trí: tại cửa tầng bằng bấm nút gọi tầng 1GT ÷ GT và trong buồng thang bằng các nút bấm đến tầng 1ĐT ÷ 5ĐT. Khởi động cho thang máy làm việc chỉ khi: 1D kín, 1CĐT ÷ 5CĐT kín (các cửa tầng đã đóng), 2D, CT kín, FBH ( liên động với phanh bảo hiểm) kín, cửa buồng thang đóng, CBT kín và 3D kín. Hãm cuối 1HC và 2HC liên động với sàn buồng thang. Nếu trong buồng thang có người, tiếp điểm của chúng mở ra. 1HC đấu song song với CBT cho nên dù 1HC hở nhưng mạch vẫn nối liền qua CBT, còn 2HC mở ra loại trừ khả năng điều khiển thang máy bằng nút ấn gọi tầng GT. Trong sơ đồ có 5 đèn báo ĐH1 ÷ ĐH5 lắp ở trên mỗi cửa tầng và 1 đèn chiếu sáng buồng thang ĐH6. Khi có người trong buồng thang, tiếp điểm 2HC mở ra, cuộn dây rơle trung gian mất điện, tiếp điểm thường kín RTr(3) đóng làm cho đèn ĐH1 ÷ ĐH6 sáng lên báo cho biết thang đang bận và chiếu sáng cho buồng thang. Sơ đồ nguyên lý trên hình 4.7 của toà nhà 5 tầng và cho trường hợp buồng thang đang ở tầng 1. Giả sử lúc này có một khách cũng ở tầng 1 (cùng với buồng thang) muốn đến tầng 5. Khách đi vào buồng thang, đóng cửa tầng và cửa buồng thang (không mô tả việc đóng mở cửa). Do trọng lượng của hành khách, hai tiếp điểm thường kín 1HC và 2HC(9) mở ra → RTr(9) mất điện → RTr(3) đóng, các đèn ĐH1 ÷ ĐH6 sáng lên báo hiệu buồng thang đang có người, buồng thang được soi sáng bởi ĐH6; các nút gọi tầng 1GT ÷ 5GT mất tác dụng (do 2HC(9) mở). Muốn lên tầng 5 khách ấn vào 5ĐT đặt trong buồng thang → 5ĐT (10) kín → RT5(10) có điện → RT5(4) và RT5(11) đóng → C(20) có điện → C(26) mở và C(23) đóng → 2NC(25) có điện kéo HC(22) tránh không cho gạt vào các vấu đặt ở các sàn tầng; 1NC(24) có điện → đóng 1PK(20) → N(21) có điện → N(25) và N(21) đóng tạo mạch duy trì cho cuộn dây N(21), C(20) nhờ các tiếp điểm T(21) nối song song với HC(22) nối tiếp với N(21); N(2) mở làm mất tác dụng toàn bộ các nút gọi. Động cơ được đóng điện nhờ các công tắc tơ N và C làm cho buồng thang được nâng lên với tốc độ cao; cuộn dây nam châm NCH có điện giải phóng trục động cơ làm cho buồng thang di chuyển. Buồng thang di chuyển nhanh qua các tầng 1 đến tầng 4 gạt các công tắc chuyển đổi tầng 1CĐT ÷ 4CĐT về phía trên và khi buồng thang đến gần sàn tầng 5 về phía dưới, 5CĐT bị gạt vào giữa làm cho RT5(10), C(20) mất điện → C(26) đóng → T(26) có điện → T(21) mở, mạch duy trì lúc này là HC(22) nối tiếp với N(21); chỉnh lưu CL Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 47 mất điện → 2NC(25) mất điện, giải phóng HC(22) về vị trí chuẩn bị ấn vào vấu ở sàn tầng 5. Mạch động lực lúc này được đóng bởi N và T nên buồng thang được nâng với tốc độ thấp. Khi buồng thang đến ngang sàn tầng 5, HC(22) bị ấn bởi vấu đặt ở sàn tầng 5 mở ra làm N(21) mất điện → T(26) mất điện → động cơ mất điện, nam châm hãm kẹp chặt trục động cơ để buồng thang dừng ở tầng 5. Hình 3.4. Sơ đồ nguyên lý mạch điện điều khiển thang máy nhà 5 tầng Khách bước ra khỏi buồng thang. Lúc này giả sử có một khách khác ở tầng 3, khách phải ấn vào 3GT đặt ở bên cạnh cửa tầng 3. Quá trình làm việc tương tự như đã Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 48 mô tả, chỉ khác lúc này động cơ có điện do H đóng nên buồng thang hạ nhanh sau đó hạ chậm để buồng thang dừng ở tầng 3. Hiện nay, các công tắc chuyển đổi tầng kiểu cơ khí được thay bằng cảm biến không tiếp điểm, cho phép nâng cao độ tin cậy làm việc của thang máy. Ngoài ra, việc đóng mở cửa tầng và cửa buồng thang được thực hiện hoàn toàn tự động bằng hệ truyền động riêng biệt. 3.2.3. Tự động khống chế thang máy dùng các phần tử Logic Hình 3.5. Sơ đồ nguyên lý khống chế thang máy dùng các phần tử Logic Để nâng cao độ tin cậy trong quá trình hoạt động của thang máy, hệ thống tự động khống chế truyền động điện thang máy đã dùng các phần tử phi tiếp điểm (phần tử Logic). Ứng dụng các phần tử Logic trong mạch điều khiển cho phép xây dựng một hệ thống điều khiển với số lượng phần tử điều khiển là ít nhất. Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 49 Sơ đồ tự động khống chế thang máy dùng các phần tử logic giới thiệu trên hình 3.5. Đây là sơ đồ khống chế đơn giản nhất: Buồng thang nâng lên đến tầng 5, nhưng khi hạ chỉ hạ xuống tầng 1. Công tắc chuyển đổi tầng dùng bộ cảm biến vị trí bằng tế bào quang điện 1F5F đặt trên các tầng tương ứng. Hạn chế hành trình lên và xuống bằng các công tắc hành trình phi tiếp điểm HCN và HCH (hai công tắc hành trình này cũng giống như các công tắc chuyển đổi tầng). Trên sơ đồ không biểu diễn mạch lực của các động co truyền động thang máy, nhưng cần hiểu công tắc tơ N sẽ đóng mạch cho động cơ nâng buồng thang đi lên, công tắc tơ H đóng mạch cho động cơ hạ buồng thang. Điều khiển thang máy bằng các nút bấm phi tiếp điểm 2ĐT  5ĐT lắp trong buồng thang và một nút bấm gọi tầng lắp ở cửa tầng một 1GT. Trên sơ đồ, cảm biến 1F5F, HCN và HCH có mực logic “1” và khi có tác động từ bên ngoài là mức logic “0”, cảm biến 2ĐT  5ĐT và 1GT có mức logic “1” khi tác động lên nó. Nguyên lý làm việc của hệ thống: Nếu muốn lên tầng 5, ấn nút 5ĐT, đầu ra của phần tử logic 5H có mức logic “1” và mức đó đưa vào một đầu vào của phần tử 5V. Từ bộ cảm biến 5F đưa vào đầu vào thứ hai của phần tử 5V mức logic “1” (khi 5F chưa bị tác động). Tín hiệu đầu vào của phần tử 5V có mức “1”. Tín hiệu đầu ra vẫn ở mức “1” kể cả khi ta không tác động lên nút bấm 5ĐT vì có mạch tự duy trì lấy từ đầu ra của 5V đưa vào đầu vào 5h, không cho phép 5H chuyển trạng thái. Tín hiệu ra có mức logic “1” đưa vào một trong bốn đầu vào của phần tử 6H. Tín hiệu ra cử 6H có mức “1” đưa vào một trong ba đầu vào của 6V. Tín hiệu thứ hai của phần tử “Và - Đảo” 1Đ có mức logic “1” (do đầu ra của 1V có mức “0”). Tín hiệu từ đầu ra của ccoong tắc hành trình HCN có mức “1” đưa vào đầu vào thứ ba của 6V. Tín hiệu ra của 6V có mức “1” qua khâu khuyếch đại 1KĐ sẽ làm cho công tắc tơ N tác động, động cơ được đóng vào nguồn để nâng buồng thang đi lên. Khi buồng thang đi đến tầng 5, sẽ tác động lên cảm biến 5F làm tín hiệu đầu ra của 5F có mức “0”. Tín hiệu đầu ra của 5V có mức logic “1” chuyển sang mức “0”. Tín hiệu đầu ra của 6H có mức logic “0”, đầu ra của 6V có mức “0”, công tắc tơ N mất điện, động cơ ngừng quay, buồng thang dừng ở tầng 5. Muốn hạ buồng thang xuống tầng một, ấn nút 1GT, tín hiệu của 1H có mức “1” đưa vào đầu vào của 1V, ba đầu còn lại của 1V đều có mức logic “1” nên đầu ra có mức “1”, cuộn dây công tắc tơ H có điện, đóng điện cho động cơ theo chiều quy hạ buồng thang đi xuống. Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 50 3.3. Trang bị điện - điện tử băng tải Băng tải thường dùng để vận chuyển vật liệu thể bột mịn, thể hạt hoặc kích thước nhỏ theo phương nằm ngang hoặc theo phương mặt phẳng nghiêng với góc nghiêng nhỏ hơn 300, với các cơ cấu kéo (băng chở vật liệu) đa dạng như băng vải, băng cao su, băng bằng thép tấm v.v 3.3.1. Đặc điểm trang bị điện băng tải Kết cấu của băng tải lắp cố định được biểu diễn trên hình 4.8, bao gồm có giá đỡ 10 với các con lăn đỡ trên 12 và hệ thống con lăn đỡ phía dưới 11, băng tải chở vật liệu 7 di chuyển trên các hệ thống con lăn đó bằng hai tang truyền động: tang chủ động 8 và tang thụ động 5. Tang chủ động 8 được lắp trên một giá đỡ cố định và kết nối cơ khí với động cơ truyền động qua một cơ cấu truyền lực dùng dây curoa hoặc một hộp tốc độ (hình 3.6c). Cơ cấu tạo sức căng ban đầu cho băng tải gồm đối trọng 1, hệ thống định vị và dẫn hướng 2, 3 và 4. Vật liệu cần vận chuyển từ phễu 6 đổ xuống băng tải và đổ vào phễu nhận hàng 9. Băng tải được chế tạo từ bố vải có độ bền cao, ngoài bọc cao su với khổ rộng (900 ÷ 1200)mm. Khi vận chuyển vật liệu có nhiệt độ cao (tới 3000C) thường dùng băng tải bằng thép có độ dày (0,8 ÷ 1,2)mm với khổ rộng (350 ÷ 800)mm. Cơ cấu truyền lực trong hệ truyền động băng tải thường dùng ba loại: Hình 3.6. Băng tải cố định a, b. Kết cấu của băng tải; c, d, e. các dạng của cơ cấu truyền lực Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 51 - Đối với băng tải cố định thường dùng hộp tốc độ và hộp tốc độ kết hợp với xích tải (hình 3.6-c,d). - Đối với băng tải lắp không cố định (có thể di dời) dùng tang quay lắp trực tiếp với trục động cơ (hình 4.8-e) với kết cấu của hệ truyền động gọn hơn. - Đối với một số băng tải di động cũng có thể dùng cơ cấu truyền lực dùng puli – đai truyền nối động cơ truyền động với tang chủ động. Năng suất của băng tải được tính theo biểu thức: Q = δ.v [kg/s] v v Q ..6,3 1000 .3600    [tấn/h] Trong đó: δ - khối lượng tải trên một đơn vị chiều dài của băng tải, kg/m; v - tốc độ di chuyển của băng tải , m/s. Khối lượng tải trên một đơn vị chiều dài: δ = S.γ.103 [kg/m] Trong đó: γ - khối lượng riêng của vật liệu, tấn/m3; S - tiết diện cắt ngang của vật liệu trên băng, m2. Chế độ làm việc của băng tải là chế độ dài hạn với phụ tải hầu như không đổi. Theo yêu cầu công nghệ của hầu hết các loại băng tải không yêu cầu điều chỉnh tốc đô. Trong một số trường hợp, cần tăng nhịp độ làm việc trong các phân xưởng sản xuất theo dây chuyền, các băng chuyền phục vụ trong dây chuyền sản xuất yêu cầu phạm vi điều chỉnh tốc độ là D = 2:1. Động cơ truyền động và các thiết bị điều khiển hệ truyền động phải chọn làm việc ở chế độ dài hạn. Hệ truyền động của băng tải là hệ truyền động xoay chiều với động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc và rôto dây quấn. Phần lớn các loại băng tải được lắp đặt ngoài trời, nơi có môi trường làm việc khắc nghiệt, nên để đảm bảo khởi động được đầy tải, các động cơ truyền động phải có mômen mở máy lớn. Mômen khởi động của băng tải yêu cầu tới trị số Mkđ = (1,6 ÷ 1,8)Mđm. Bởi vậy thường chọn loại động cơ có hệ số trượt lớn, rãnh stato sâu để có mômen mở máy lớn. Nguồn cấp cho động cơ truyền động phải có dung lượng đủ lớn, đặc biệt là đối với những động cơ truyền động có công suất lớn hơn 30kW. Đối với băng tải, khi cấp điện từ nguồn đến động cơ, cần kiểm tra tổn thất điện áp trên đường cáp cấp điện, để điện áp ở cuối đường dây không được thấp hơn 0,85Uđm. Khi tính chọn động cơ cần phải tiến hành kiểm tra trị số gia tốc của hệ truyền động khi tăng tốc và khi hãm dừng. * Tính chọn công suất động cơ truyền động băng tải Khi tính chọn công suất động cơ truyền động băng tải cần tính đến các thành phần công suất sau: Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 52 a) Công suất để dịch chuyển vật liệu P1. b) Công suất để khắc phục tổn hao do ma sát trong các ổ đỡ của các con lăn, ma sát khi băng di chuyển P2. c) Công suất cần để nâng vật liệu P3 (nếu băng tải di chuyển theo mặt phẳng nghiêng). Gọi: δb - khối lượng mét băng tải, kg/m; δ - khối lượng vật liệu trên 1m băng tải, kg/m. Lực cần thiết để dịch chuyển vật liệu bằng: F1 = Lδcosβk1.γ = L’δk1g [N] Trong đó: L - chiều dài của băng tải, m; k1- hệ số có tính đến lực cản khi dịch chuyển vật liệu, thường lấy k1 = 0,05 β - góc nghiêng của băng tải; g – gia tốc trọng trường, m/s2. Công suất cần thiết để dịch chuyển vật liệu: P1 = F1.v = L’δk1v.g Trong đó v là tốc độ di chuyển của băng tải, m/s. Khối lượng của vật liệu trên một mét dài của băng tải có thể tính theo năng suất của băng tải: v Q . 6,3  Khi đó công suất cần để dịch chuyển vật liệu bằng: gQL v gvQL P '1 0139,0 .6,3 ..05,0.  Lực cản trong các ổ đỡ các con lăn và lực cản do ma sát khi băng chuyển động trên các con lăn được tính theo biểu thức: F2 = L.2.δ.b.cosβ.k2.g = 2L’.δb.k2.g Trong đó: k2 - hệ số có tính đến lực cản khi không tải. Công suất cần thiết để khắc phục tổn hao công suất do lực cản ma sát bằng: P2 = F2.v = 2L’δb.k2.g Lực cần thiết để nâng vật liệu được tính bằng: F3 = ± Lδsinβg = ± δ.H.g Trong đó: H - là chiều cao nâng của băng tải, m. Dấu (+) trong biểu thức tương ứng khi băng tải vận chuyển vật liệu đi lên; dấu (-) khi vận chuyển vật liệu đi xuống. Công suất cần để nâng vật liệu bằng: QHg v gQHv gHvFP 278,0 .6,3 . ...33   Công suất cản tĩnh của băng tải bằng: Pc = k(P1 + P2 + P3) = k.g.(0,0139QL’ + 2L’bk20,278QH) Trong đó: k - hệ số có tính đến tổn thất phụ do lực ma sát trong các con lăn dẫn hướng Hình 3.7. Sơ đồ tính toán để xác định công suất truyền động băng tải Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 53 k= (1 ÷ 1,25). Công suất của động cơ truyền động băng tải được tính theo biểu thức:  c dc P kP  Trong đó: k – hệ số dự trữ (k = 1,2 1,25);  - hiệu suất của hệ truyền động. 3.3.2. Sơ đồ khống chế hệ thống băng tải Khi một băng tải làm việc độc lập, không liên quan với các thiết bị khác thì việc điều khiển hệ truyền động bằng hệ thống nút bấm và công tắc tơ lắp trong tủ điện của băng tải. Khi có nhiều tuyến vận tải vật liệu, trong đó có nhiều máy công tác, sự liên hệ giữa các máy công tác đó là hệ thống băng tải. Khi thiết kế hệ thống điều khiển hệ thống băng tải trên phải tuân thủ các nguyên tắc sau: - Thứ tự khởi động các động cơ truyền động băng tải ngược chiều với dòng vận chuyển vật liệu. - Dừng băng tải bất kỳ nào đó chỉ được phép khi băng tải trước nó đã dừng. Ví dụ sơ đồ điều khiển hệ thống băng tải được trình bày trên hình 4.10. Hệ thống băng tải có ba tuyến vận chuyển vật liệu: + Tuyến 1: Băng tải BT1 → thùng phân phối TP1 → băng tải BT2 → băng tải BT3 và đổ vào thùng chứa T1. + Tuyến 2: Băng tải BT1 → thùng phân phối TP1 → băng tải BT4 → thùng phân phối TP2 → băng tải BT6 và đổ vào thùng chứa T2. + Tuyến 3: Băng tải BT1 → thùng phân phối TP1 → băng tải BT4 → thùng phân phối TP2 → băng tải BT5 và đổ vào thùng chứa T3. Chọn tuyến vận chuyển vật liệu bằng ba bộ chuyển mạch CM1, CM2, CM3. Hệ thống đèn báo bao gồm: + ĐB1  ĐB6 hiển thị trạng thái làm việc của 6 băng tải tương ứng. + Đèn báo ĐV1 ÷ ĐV4 hiển thị trạng thái làm việc của các van, của hai thùng phân phối TP1 và TP2. Khi vận chuyển vật liệu theo tuyến 1, đèn báo ĐV1 sáng; Khi vận chuyển vật liệu theo tuyến 2, đèn báo ĐV2, ĐV4 sáng; Còn khi vận chuyển theo tuyến 3 thì đèn báo ĐV2 và ĐV3 sáng. Hệ thống đèn báo có hai chế độ hiển thị: Để kiểm tra tuyến vận chuyển đã chọn, các đèn báo được đấu vào nguồn Ng2 (hình 3.8 c) - Đèn báo sáng nhấp nháy, còn khi các băng tải đã khởi động xong, các đèn báo được đấu vào nguồn Ng1 (hình 3.8 c) - các đèn báo sáng ổn định. Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 54 + Xét nguyên lý làm việc của hệ thống băng tải khi cần vận chuyển vật liệu theo tuyến 3. - Đóng công tắc chuyển mạch 1CTO (hình 4.10 b), rơle trung gian RĐB(2) có điện, cấp nguồn cho hệ thống đèn chiếu sáng (hình 4.10 c). Quay chuyển mạch CM3 sang bên phải, rơle hướng vận chuyển RHV3(8) có điện. Tiếp điểm của nó sẽ đóng để chuẩn bị cấp nguồn cho các rơle trung gian và các Hình 3.8. Sơ đồ điều khiển hệ thống băng tải a)Sơ đồ công nghệ b) sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển c) Hệ thống đèn báo RHV2 Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 55 cuộn nam châm sau: (62)3VHR ٭đóng, chuẩn bị cấp nguồn cho rơle RTr1. (63)3VHR ٭đóng, chuẩn bị cấp nguồn cho rơle RTr4. (83)3VHR ٭đóng, chuẩn bị cấp nguồn cho rơle RTr5. (26)3VHR ٭đóng, chuẩn bị cấp nguồn cho cuộn dây nam châm NCV2. (46)3VHR ٭đóng, chuẩn bị cấp nguồn cho cuộn dây nam châm NCV3. oàv (52)5BĐ ,(12)4BĐ ,(34)3VĐ ,(93)2VĐ ,(7)1BĐ oáb nèđ các ohc pấc 3VHR ٭ nguồn Ng2. Các đèn báo sẽ sáng nhấp nháy cho phép chúng ta kiểm tra tính đúng đắn của tuyến đường vận chuyển vật liệu đã chọn. Để khởi động các động cơ truyền băng tải, ấn nút mở máy M → RK1(10) có điện → RK1(16) đóng để duy trì, RK1(20) đóng → RK4(20) có điện → RK4(22) đóng → chuông điện C(22) kêu báo hiệu hệ thống băng tải chuẩn bị làm việc. Đồng thời Rơ le thời gian Rth(12) có điện, sau thời gian chỉnh định (5 ÷ 10)s, tiếp điểm thường mở đóng chậm RTh(14) đóng → RK2(14) có điện → RK2(16) đóng, RK2(12) mở → cắt nguồn cấp cho RTh(12), khi đó RK2(20) mở → RK4(20) mất điện → cắt nguồn chuông C(22); RK2(18) đóng → RK3(18) có điện → RK3(1-3) đóng nguồn cho mạch từ 26 ÷ 70. Khi RK3(1-3) đóng → K5(54) có điện → BT5 khởi động. Khi tốc độ đạt được tốc độ định mức, RKT5(50) đóng → K4(52) có điện → BT4 khởi động. Khi tốc độ băng tải 4 đạt tốc độ định mức, RKT4(42) đóng→ K1(42) có điện → BT1 khởi động, quá trình khởi động các động cơ truyền động băng tải kết thúc. Khi muốn dừng hệ thống băng tải, ấn nút dừng máy “D”. Khi các băng tải khởi động xong, các tiếp điểm của các công tắc tơ K1 ÷ K6 (hình 11-8c) đóng lần lượt các đèn báo ĐB1 ÷ ĐB6 vào nguồn cấp Ng1, đèn báo sáng ổn định báo hiệu quá trình khởi động các băng tải kết thúc. Công tắc CT1 ÷ CT6 dùng để cắt điện từng băng tải trong trường hợp cần sửa chữa. Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 56 BÀI TẬP CHƯƠNG 3 1. Giới thiệu trang bị điện của sơ đồ điều khiển thang máy tốc độ trung bình. 2. Thuyết minh nguyên lý hoạt động của thang máy trong trường hợp buồng thang ở tầng 3, người ở tầng 1 muốn lên tầng 5. 3. Thuyết minh nguyên lý hoạt động của thang máy trong trường hợp buồng thang ở tầng 1, người ở tầng 3 muốn lên tầng 5. 4. Giới thiệu các thiết bị và chức năng của chúng trong sơ đồ mạch điện khống chế hệ thống băng tải. 5. Phân tích sơ đồ mạch điện khống chế hệ thống băng tải khi điều khiển vận chuyển nguyên liệu theo tuyến số 1. 6. Phân tích sơ đồ mạch điện khống chế hệ thống băng tải khi điều khiển vận chuyển nguyên liệu theo tuyến số 2. 7. Phân tích sơ đồ mạch điện khống chế hệ thống băng tải khi điều khiển vận chuyển nguyên liệu theo tuyến số 3. Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 57 Chƣơng 4. TRANG BỊ ĐIỆN-ĐIỆN TỬ THIẾT BỊ GIA NHIỆT 4.1. Khái niệm và phân loại Lò điện là thiết bị biến đổi điện năng thành nhiệt năng, dùng trong công nghệ nấu chảy vật liệu, công nghệ nung nóng và trong công nghệ nhiệt luyện. Lò điện được sử dụng phổ biến trong nhiều ngành công nghiệp, ngành y tế .v.v.. 4.1.1. Đặc điểm của lò điện - Có khả năng tạo ra nhiệt độ cao do nhiệt năng được tập trung trong một thể tích nhỏ. - Do nhiệt năng tập trung nên lò có tốc độ nung nhanh và năng suất cao. - Đảm bảo nung đều, dễ điều chỉnh, khống chế nhiệt và nhiệt độ. - Lò đảm bảo được độ kín, có khả năng nung trong chân không hoặc ngoài môi trường có khí bảo vệ vì vậy độ cháy tiêu hao kim loại không đáng kể. - Có khả năng cơ khí hóa và tự động hóa ở mức độ cao. - Đảm bảo điều kiện vệ sinh: Không có bụi, không có khói. 4.1.2. Các phương pháp biến đổi điện năng + Phương pháp điện trở: Dựa trên định luật Joule-Lence, khi cho dòng điện chạy qua dây dẫn, thì trên dây dẫn tỏa ra một nhiệt lượng, nhiệt lượng này được tính theo biểu thức: Q = I2Rt [J] Trong đó: I- Cường độ dòng điện chạy trong dây dẫn, A; R- Điện trở dây dẫn, ; t- Thời gian dòng điện chạy qua dây dẫn, s. Hình 4.1. Nguyên lý làm việc của lò a, Đốt nóng trực tiếp b, Đót nóng gián tiếp 1. Vật liệu được nung nóng trực tiếp 2. Cầu dao; 3. Biến áp; 4. Đầu cấp điện 5. Dây đốt (dây điện trở) 6. Vật liệu được nung nóng gián tiếp + Phương pháp cảm ứng: Dựa trên định luật cảm ứng điện từ của Faraday: Khi cho dòng điện đi qua cuộn cảm thì điện năng được biến thành năng lượng của từ trường biến thiên. Khi đặt khối kim loại vào trong từ trường biến thiên đó, trong khối kim loại sẽ xuất hiện dòng điện cảm ứng - dòng điện xoáy (Foucault). Nhiệt năng của dòng điện xoáy sẽ nung nóng khối kim loại. Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 58 Hình 4.2. Nguyên lý làm việc của lò cảm ứng a, Lò cảm ứng có mạch từ; b, Lò cảm ứng không có mạch từ 1. Vòng cảm ứng; 2. Mạch từ; 3. Nồi lò; 4. Tường lò bằng vách chịu nhiệt + Phương pháp hồ quang điện: Dựa vào ngọn lửa hồ quang điện. Hồ quang điện là một trong những hiện tượng phóng điện qua chât khí. Trong điều kiện bình thường thì chât khí không dẫn điện, nhưng nếu ion hóa chất khí và dưới tác dụng ca điện trường thì chât khí sẽ dẫn điện. Khi hai điện cực tiếp cận nhau thì giữa chúng xuất hiện ngọn lửa hồ quang. Người ta lợi dụng nhiệt năng của ngọn lửa hồ quang để gia nhiệt cho vật nung hoặc nấu chảy kim loại. Nguyên lý làm việc của lò hồ quang biểu diễn trên hình vẽ 5.3. Hình 4.3. Nguyên lý làm việc của lò hồ quang a. Lò hồ quang trực tiếp; b. Lò hồ quang gián tiếp 1. Điện cực; 2. Ngọn lửa hồ quang; 3. Vật liệu gia nhiệt (kim loại); 4. Tường lò 4.2. Trang bị điện – điện tử lò điện trở 4.2.1. Khái niệm chung và phân loại lò điện trở a) Phân loại theo phương pháp tỏa nhiệt: Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 59 + Lò điện trở tác dụng trực tiếp: Là lò điện trở mà vật nung được nung nóng trực tiếp bằng dòng điện chạy qua nó. Đặc điểm của lò này là tốc độ nung nhanh, cấu trúc của lò đơn giản. Để đảm bảo nung đều thì vật nung phải có tiết diện như nhau theo suốt chiều dài của nó. + Lò điện trở tác dụng gián tiếp: Là lò điện trở mà nhiệt năng tỏa ra ở dây điện trở (dây đốt), rồi dây đốt sẽ truyền nhiệt cho vật nung bằng bức xạ, đối lưu hoặc dẫn nhiệt. b) Phân loại theo nhiệt độ làm việc: + Lò nhiệt độ thấp: Nhiệt độ làm việc của lò dưới 6500C. + Lò nhiệt độ trung bình: Nhiệt độ làm việc của lò từ 6500C đến 12000C. + Lò nhiệt độ cao: Nhiệt độ làm việc của lò lớn hơn 12000C. c) Phân loại theo chế độ làm việc: Theo chế độ nung, lò điện trở được chia thành hai nhóm chính: Hình 4.4. Lò nung nóng theo chu kỳ a. Lò buồng; b. Lò giếng; c. Lò đẩy. + Lò nung nóng theo chu kỳ, bao gồm: - Lò buồng (hình 4.4.a) thường dùng để nhiệt luyện kim loại (thường hóa, ủ, thấm than ). Lò buồng được chế tạo với công suất từ 15kW đến 75kW, nhiệt độ làm Bài giảng Trang bị điện - điện tử ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử 60 việc tới 9500C. Lò buồng dùng để tôi dao cụ có nhiệt độ làm việc tới 13500C, dùng dây điện trở bằng các thanh nung Cacbuarun (SiC). - Lò giếng thường dùng để tôi và nhiệt luyện kim loại (hình 4.4.b). Buồng lò có dạng hình trụ tròn được chôn sâu trong lòng đất có nắp đậy. Lò giếng được chế tạo với công suât từ 30 đến 75kW. - Lò đẩy (hình 4.4.c) có buồng kích thước chữ nhật dài. Các chi tiết cần nung được đặt lên giá và tôi theo từng mẻ. Giá đỡ chi tiết được đưa vào buồng lò theo đường ray bằng một bộ đẩy dùng kích thủy lực hoặc kích khí nén. + Lò nung nóng liên tục, bao gồm: - Lò băng: Buồng lò có tiết diện chữ nhật dài, có băng tải chuyển động liên tục trong buồng lò. Chi tiết cần gia nhiệt được sắp xếp trên băng tải. Lò băng