Bài giảng Tự động hoá và điều khiển thiết bị điện - Chương 1: Các nguyên tắc xây dựng hệ thống tự động điều khiển

oạt động lại sau khi mất điện. Hình 16.1a giới thiệu một sơ dồ mạch bảo vệ 0 điện áp khi mất điện. Nhờ tiếp điểm K mắc song song với nút nhấn M mà khi nhấn nuát M cuộn dây K có điện, Công tắc tơ K hút đóng tiếp điểm cấp điện cho mạch điện nào đó. Khi mất điện tiếp điểm K mhả ra cuộn dây K không tự hút khi có điện tảơ lại. Sơ đồ mạch bảo vệ 0 thường được dùng cho các mạch điện khác. Hình 16.1b giới thiệu một sơ đồ bảo vệ 0 bằng mạch logic. Khi chưa nhấn nút M dầu ra số 3 của cổng AND ở mức 0, nhấn nuát M đầu ra lên 1, mức 1 này hồi tiếp ngược lại chân 1, giữ đầu ra ở mức 1. Khi mất điện đầu ra trả về 0.
M
UCC
D
2
1
3
AND
D
M
Hình 16.1 Sơ đồ mạch bảo vệ 0
K
K
2. Mạch bảo vệ dòng điện cực đại bao gồm cả bảo vệ ngắn mạch trong mạch động lực, nó thường được sử dụng cầu chì tác động nhanh áptomat như trên hình 16.2, dùng rơle dòng điện cực đại (hì nh 16.2b)
Dòng điện nóng chảy của cầu chì ICC, dòng điện tác động ITĐ của rơle dòng điện cực đại, dòng điện tác động ITĐ của aptomat được tính như sau:
Bảo vệ động cơ không đồng bộ roto lồng sóc 
ITĐ = (1,2 á 1,3) IKĐ
IKĐ - dòng điện khởi động động cơ
Khi khởi động bình thường, thời gian khởi động của động cơ nhỏ hơn 5 giây
ICC > IKĐ/2,5
Khi khởi động nặng nề, thời gian khởi động của động cơ lớn hơn 5 giây
ICC = IKĐ/(1,6á2)
Bảo vệ động cơ không đồng bộ roto dây quấn và động cơ điện một chiều khi dòng điện khởi động động cơ IKĐ ằ 2Iđm 
Hình 16.2 Bảo vệ dòng điện ngắn mạch và cực đại
a)
c)
b)
3. Mạch bảo vệ dòng điện cực tiểu
Đối với động cơ điện một chiều khi giảm kích từ sẽ rất nguy hiểm do đó cần có mạch bảo vệ dòng điện cực tiểu bằng rơle dòng điện. Sơ đồ mạch bảo vệ dòng điện cực tiểu giới thiệu trên hình 16.3. Khi cuộn dây kích từ đủ dòng điện rơ le Rkt hút đòng tiếp điểm Rkt trong mạch điều khiển hình 16.3. Chỉ khi đó cuộn dây K mới có điện khi nhấn M, mạch phần ứng động cơ mới có điện.
D
M
K
K
Rkt
Rkt
K
K
Hình 16.3 Mạch bảo vệ mất kích từ động cơ điện một chiều
4. Bảo vệ quá tải
Đói với nhiều loại tải khi làm việc quá tải lâu dài sẽ phát nhiệt, có thể làm cháy thiết bị do đó cần được bảo vệ quá tải. Mạch bảo vệ quá tải có thể được thực hiện bằng cảm biến nhiệt đặt trong lòng thiết bị cần được bảo vệ. Cách người ta thường làm hơn là bảo vệ gián tiếp bằng dòng điện quá tải chạy qua thiết bị cần được bảo vệ. Thiết bị bảo vệ được dùng trong trường hợp này là rơle nhiệt. Khi có sự cố quá tải rơle nhiệt tác động làm mở tiếp điểm trong mạch điều khiển cuộn hút công tắc tơ K mất điện, cắt động cơ ra khỏi lưới.
K
K
K
D
M
RN
RN
Hình 16.4 Sơ đồ mạch bảo vệ quá nhiệt cho động cơ
5. Bảo vệ hành trình
Nhiều loại máy có giới hạn hành trình ví dụ xe con cấn cẩu, hành trình bàn máy bào giường... những hành trình này cần được bảo vệ bằng các công tắc hành trình. Ví dụ trên hình 16.5 vẽ một mạch bảo vệ hành trình thuận và ngược của mộ cơ cấu chạy thuận ngược. Khi chạy hết hành trình thuận cơ cấu cơ khí tác động vào tiếp điểm hành trình thuận (HTT), mở tiếp điểm thuận động cơ dừng. Theo chiều hành trình ngược cũng tương tự
T
T
MN
MT
RN
N
HTN
D
HTT
N
N
T
T
RN
N
Hình 16.5 Sơ đồ mạch bảo vệ hành trình cho tải
6. Bảo vệ qúa điện áp và thấp áp
Nhiều loại tải rất nhậy với điện áp cao và điện áp thấp do đó cần có các thiết bị bảo vệ quá áp và thấp áp. Những cảm biến điện áp được dùng là các rơ le điện áp điện từ hay điện tử. Tiếp điểm của các rơle điện áp được nối vào mạch bảo vệ 0 như các sơ đồ mạch trên
1.6.2. Mạch liên động.
1. Tiếp điểm liên động của công tắc khi hở nút nhấn
Loại mạch liên động này thường được dùng để tự giữ cuộn hút ở trạng thái hút khi nhả nút nhấn. những mạch như thế đã được giới thiệu ở các hình vẽ mạch điều khiển của hính 16.1, 16.2...Mạch liên đông kiểu này còn có thể được dùng bằng các điốt hồi tiếp trong các mạch một chiều như trên hình 16.1b
2. Liên động các công tắc tơ đảo chiều
Khi cần đóng điện cho loại tải có đảo chiều người ta thường dùng hai côngtăctơ, hai côngtăctơ này không được cùng đòng điện đồng thời, việc đóng điện này sẽ gây sự cố ngắn mạch. Để bảo vệ việc đóng điện không đồng thời người ta sử dụng nhiều loại liên động, điển hình là hai loại liên động cơ và điện như trên hình 16.6. 
MT
MN
T
N
T
T
MN
MT
N
D
N
N
T
Hình 16.6 Mạch liên động của các côngtăctơ đảo chiều
Liên động điện là các tiếp điểm thường kín của T, N mắc vào mạch cuộn hút của N, T để đảm bảo cuộn hút T mà hút làm mở tiếp điểm T trong mạch cuộn hút N, khi đó cuộn hút N không có điện được, hay nói cách khác trong hai cuộn hút T, N chỉ được phép có điện một cuộn. Liên động cơ có hai cách cách 1 các nút nhấn thường mở của mạch T liên động với thường kín của mạch N (và ngược lại), khi đó nhần MT cuộn T có điện N bị hở mạch không thể có điện được. Ngoài ra người ta còn chế tạo cơ cầu cơ khí để khi hút côngtắctơ T thanh chèn làm cản trở mạch từ của N làm cho N không hút được kể cả khi có điện áp đưa nhầm vào cuộn hút. 
3. Liên động theo hành trình
Nhiều loại tải khi hoạt động cần được giới hạn hành trình. Việc giới hạn hành trình được sử dụng các công tắc hành trình bằng cơ khí, hoặc các công tắc hành trình bằng điện tác động dưới dạng cảm ứng tiệm cận điện trường hay từ trường, hoặc tác động bằng ánh sáng... Những liên động hành trình này được dùng nhiều trong các loại cơ cầu như thang máy, cần cẩu, máy gia công kim loại. Ví dụ về liên động hành trình đã giới thiệu trên hình 16.5
T
T
MN
MT
N
HTN
HTT
N
N
T
Hình 16.7 Công tắc hành trình thực hiện chức năng liên động
4. Liên động đảm bảo một trình tự công nghệ đặt trước.
Nhiều loại thiết bị có những tác động theo một trình tự nhất định, ví dụ khi khởi động động cơ điện một chiều bằng điện trở, các điện trở được ngắn mạch theo một thứ tự nhất định. Những liên động hành trình theo một trình tự công nghệ đặt trước đảm bảo tránh những tác động ngoài ý muốn. Ví dụ ở hình 16.8 là mạch liên động chế độ đóng đảo chiều cho động cơ chỉ thực hiện được khi quá trình hãm đã kết thúc, ở hình 16.9 là mạch liên động T2 chỉ tác động khi T1 đã tác động. 
T
T
MN
MT
N
N
N
T
H
H
MT
T
MN
N
T
a)
b)
Hình 16.8 Liên động chế độ hãm với các chế độ đảo chiều a) bằng mạch tiếp điểm, b) bằng mạch logic
MN
T2
T1
b)
T1
T2
a)
T1
Hình 16.9 Liên động thứ tự tác động các côngtăctơ a) bằng mạch tiếp điểm, b) bằng mạch logic
5. Liên động bảo vệ
Có nhều cơ cấu, mạch điện cần được bảo vệ khi có những tác động nào đó ví dụ bảo vệ động cơ không tự khởi động, mở cánh tủ điện cắt điều khiển.
1.6.3 Tín hiệu
Tín hiệu được sử dụng trong mạch điện nhằm kiểm soát tình trạng hoạt động của thiết bị, máy móc. ví dụ điện áp, dòng điện, trạng thái công nghệ đóng, cắt, thứ tự hoạt động của dây chuyền công nghệ...
Tín hiệu có thể được dùng là đèn hiệu, âm thanh (chuông, còi), cờ của các rơ le, hiển thị bằng chữ, hình ảnh của các thiết bị số....
1.6.4. Một số mạch lỗi
Thiết kế mạch điều khiển tự động đôi khi có những lỗi chỉ được phát hiện trong quá trình lắp đặt và vận hành. Dưới đây giới thiệu một số mạch lỗi ví dụ.
R
Hình 2.51 Mạch lỗi khi hai cuộn hút khác điện cảm mắc song song
LĐ
K
Hình 2.51 vẽ một sơ đồ mắc hai cuộn dây cuộn hút mắc song song. Hai cuộn hút mắc song song như thế này sẽ gặp lỗi khi một cuộn hút là cuụon hút côngtăctơ (K) có điện cảm bé, một cuộn là của rơle (R) có điện cảm lớn. Khi hở tiếp điểm LĐ cuộn dây K xả năng lượng làm cho bão hòa mạch từ rơle và phần ứng rơle có thể bị hút lặp lại đồng thời khi đó côngtăctơ K sẽ tăng thời gian nhả.
Trong thời gian hãm động năng (hình 2.52) tiếp điểm thường kín H hở ra) khi xoay khóa chuyển mạch KC ví dụ về phía T tạo nên một mạch giả như đường mũi tên nét liền trên hình 2.52, theo mạch này có thể làm cho rơle RN bị hút. Nếu như tiếp điểm KC chuyển từ vị trí thuận về 0 có dòng điện xả năng lượng cuộn dây K, T (mũi tên nét đứt trên hình vẽ) hiện tượng tương tự như hình 2.51.
Hình 2.52 Mạch giả phóng điện cuôn dây công tắc tơ qua cuôn dây rơle
T
KC
N
N
K
+
H
RT
RN
N
-
Khi đảo chiều động cơ điện một chiều (hình 2.53) có thể xảy ra hiện tượng ngắn mạch qua ngọn lửa hồ quang của các tiếp điểm thường hở và thường kín T, N. Nếu dùng một điện trở mắc tại vị trí số 1 cho cả khởi động và hãm động năng là sai, vì lúc đó dòng điện ngắn mạch chạy qua hồ quang gây ngắn mạch nguồn. Để sửa lỗi
T
T
N
N
1
2
3
Hình 2.53 Mạch lỗi khi đảo chiều động cơ điện một chiều
Muốn sửa lỗi này có thể thay điện trở ở vị trí 1 bằng điện trở ở vị trí số 2 cho chế độ hãm, và ở vị trí số 3 cho chế độ khởi động hay đảo chiều động cơ.
Khi đóng tiếp điểm R để cấp điện cho đèn ĐX qua điện trở R1 (hình 2.54) tạo thành một mạch giả (như mạch theo chiều mũi tên), nếu cuộn dây nhỏ mà đèn lại có công suất lớn, điện áp trên cuộn dây rơle R đủ lớn nó có thể bị hút, nếu cuộn dây lớn có thể làm cháy ĐĐ khi cắt điện cuộn dây R.
R
D
M
RN1
RN2
ĐĐ
ĐX
ĐV
R1
R2
R
R
R
Hình 2.54 Mạch giả khi ĐX1 mắc nối tiếp với R1
1.7. Các nguyên tắc cơ bản khi thiết kế mạch tự động điều khiển thiết bị điện.
Tự động điều khiển máy điện trong các hệ thống đơn giản là khởi động hãm và đảo chiều động cơ được thực hiện bằng bốn nguyên tắc cơ bản: thời gian, tốc độ, dòng điện và quãng đường.
Các nguyên tắc thời gian, tốc độ và dòng điện được dùng để điều khiển quá trình khởi động hãm, đảo chiều động cơ điện một chiều và động cơ không đồng bộ roto dây quấn, và quá treình khởiđộng, hãm động cơ đồng bộ. Nguyên tắc điều khiển theo quãng đường được sử dụng khi điều khiển động cơ cho các cơ cấu dịch chuyển tịnh tiến đã định trước. Trong trường hợp này động cơ khởi động, hãm có mang sẵn tải là các cơ cấu chuyển động tịnh tiến.
Ngoài ra còn có thể có một số nguyên tắc điều khiển khác như các nguyên tắc: momen, công suất, sức căng, áp suất, nhiệt độ... 
1.7.1. Nguyên tắc thời gian.
Điều khiển theo nguyên tắc thời gian là các thiết bị điện nhận lệnh hoạt động theo sự duy trì thời gian.
45.1
45.2
45.3
1.7.2. Nguyên tắc tốc độ
45.6
45.5
45.7
1.7.3. Nguyên tắc dòng điện.
Các nguyên tắc khác.
1.7.5. Một số mạch ví dụ.
1.8. Bài tập.