Bài giảng Tự động hoá và điều khiển thiết bị điện - Chương 2: Một số hệ thống điều khiển có tiếp điểm

Sơ đồ hình nđ1c dùng để tự động điều khiển nhiệt độ. Khi nhiệt độ nằm ngoài vùng nhiệt độ chỉnh định, mạch điều khiển tiristor tự động điều chỉnh góc mở để điều chỉnh nguồn năng lượng cấp cho sợi đốt, viẹc giới thiệu nguyên lí tự động điều chỉnh này sẽ giới thiệu ở chương 5.
K
R1
RA
R2
RA
R2
R1
Tmin
Tmax
C
M
7
6
9
3
5
4
BVT0
2
1
K
Mạch điều khiển
R
a)
CBNĐ
Sơ đồ hình nđ1b dùng để tự động điều chỉnh nhiệt độ theo tín hiệu nhiệt độ lấy từ cảm biến nhiệt độ (CBNĐ). Qua bộ khuếch đại tín hiệu nhiệt độ làm đóng mở tiếp điểm. Tiếp điểm này sẽ được xử lí và ra lệnh đóng hay cắt nguồn điện cho sợi đốt.
2. Mạch điều khiển
Dưới đây trình bầy việc sấy (đốt) gián tiếp. Sơ đồ động lực của sấy gián tiếp là các sợi đốt R1, R2 (trên sơ đồ động lực hình 23.1) được cấp điện thông qua các côngtắctơ K2, K3. Muốn ổn định nhiệt độ (tương đối) cần có chế độ đóng cắt các côngtăctơ hợp lí. Nhiệt độ từ các điện trở được đưa vào buồng sấy bằng quạt (động cơ KĐB)
Muốn điều khiển các côngtăctơ theo nhiệt độ cần có tín hiệu nhiệt đưa tới mạch điều khiển. Cảm biến nhiệt độ có thể nhiều loại. Những loại phổ biến là: cảm biến bằng cặp nhiệt ngẫu, bằng nhiệt điện trở.... Các tín hiệu nhiệt này được khuếch đại cho tới giá trị đủ lớn, đưa tới điều khiển các tiếp điểm. Phần lớn từ các mạch khuếch đại này đưa ra cho điều khiển là hai tiếp điểm báo hai ngưỡng chỉnh định nhiệt độ Tmax và Tmin. Khi nhiệt độ dưới ngưỡng chỉnh định tiếp điểm Tmin đóng, trong vùng chỉnh định cả hai tiếp điểm Tmin và Tmax đều hở, lên trên ngưỡng chỉnh định Tmax đóng.
K3
K2
K1
Mạch khuếch đại
Tmax
Tmin
RN
R1
R2
Hình 23.1 Mạch động lực điều khiển nhiệt độ cho tủ sấy gián tiếp
Mạch điều khiển tủ sấy hình 23.1 vẽ trên hình 23.2. Hoạt động của mạch điều khiển này có thể giải thích như sau:
C1
K1
K1
K2
K3
R1
RA
R2
RA
R2
R1
K3
Tmin
Tmax
C1
CTG
D
MQ
MN
RN
1
3
5
11
7
2
4
6
9
13
15
17
8
BVT0
2.6. Bù cosj
1. Tam giác công suất
P
Q
S
j
Qbù
S'
Công suất biểu biến của tải (thường là của một xí nghiệp hay một hộ tiêu thụ có biến áp độc lập) bao gồm hai thành phần hữu công (P) và vô công (Q) do thành phần điện cảm tải gây nên. Các đại lượng này được biểu thị bởi tam giác công suất như trên hình cos. Từ tam giác công suất đã biết rằng . 
Như vậy với cùng một công suất hữu công, nếu tải tiêu thụ một công suất vô công Q lớn, công suất biểu kiến từ lưới lớn, dòng điện trên đường dây lớn gây tổn hao công suất và điện áp trên đường dây lớn, gây sụt áp của tải. Do đó cần giảm công suất vô công bằng cách bù một lượng công suất phản kháng (Qbù). Khi đó công suất nhận từ lưới giảm xuống và dòng điện trên đường dây giảm.
Hiện nay, hai cách bù công suất phản kháng được dùng phổ biến nhất là bù bằng máy phát chạy ở chế độ bù cosj và bù tĩnh bằng tụ bù. Cách thứ nhất ít dùng hơn do lắp đặt phức tạp hơn và vốn đầu tư cũng cao hơn. Cách thứ hai thường được dùng hơn do thuận tiện hơn trong lắp đặt.
2. Bù cosj bằng tụ.
Bù cosj bằng tụ có thể được đóng tụ vào phía cao thế cũng như phía hạ thế. Tuy nhiên, bù cosj thường được thực hiện bằng cách đóng tụ vào lưới hạ thế của hộ tiêu thụ. Cách bù như thế này có lợi hơn cho hộ tiêu thụ. Bởi vì, khi đóng tụ bù vào lưới hạ thế hợp lí dòng điện giảm, điện áp được tăng lên và giá thành của tụ bù hạ thế thấp hơn tụ bù cao thế. 
K1
K2
K3
Hình cos2. Chia nhóm tụ bù cosj
C1
C2
C3
Đơn vị để lựa chọn bù cosj có thế là theo từng máy, theo phân xưởng, hay đóng tụ vào đầu ra hạ thế của biến áp động lực.
Dung lượng cần bù (Qbù) được tính từ thông số công suất phản kháng của hộ tiêu thụ. Tải của hộ tiêu thụ thường thay đổi, cosj cũng thường thay đổi. Do đó, dung lượng tụ cần đóng vào lưới cũng được thay đổi, nó được chia thành các nhóm tụ, ví dụ như trên hình cos2 bộ tụ được chia thành ba nhóm để đóng vào lưới hộ tiêu thụ. Đóng cắt bộ tụ nào là do yêu cầu cosj của tải. Chia các nhóm tụ không nên chia các nhóm tụ bằng nhau mà người ta thường chia các nhóm tụ có điện dung không bằng nhau. Trong sơ đồ hình cos2, điện dung các nhóm tụ sắp xếp C1 < C2 < C3. 
Các cảm biến được lấy để ra lệnh đóng tụ là cảm biến cosj. Khi cosj thấp ra lệnh đóng tụ, khi cosj cao ra lệnh cắt tụ. 
K1
K2
K3
R3
R2
R1
+
_
R1
R1
R2
R2
R3
R3
D2
TĐ1
TĐ2
TĐ3
D1
D3
D4
D5
D6
_
+
 cosjcao
RC
RC
RC1
RC1
RC2
_
+
 cosjthấp
RĐ
RĐ
Rth1
TĐ1
Rth1
TĐ1
TĐ1
Rth2
TĐ2
Rth2
TĐ2
TĐ2
Rth3
TĐ3
Rth3
TĐ3
+
_
RC
RC1
RC2
RĐ
RĐ
Hình cos3. Sơ đồ mạch điều khiển dóng cắt tụ bù cosj 
Lựa chọn thời điểm để đóng thêm hay cắt bớt dung lượng của tụ tùy thuộc cosj của tải. Theo kinh nghiệm chỉnh định, khi cosj 0,96 (ngưỡng cao) cắt bớt tụ.
Thứ tự đóng tụ từ bé đến lớn và cắt tụ cũng từ bé đến lớn, điều này sẽ hợp lí hơn khi tự động lựa chọn đóng và cắt tụ. Điều này được thực hiện bằng cách đóng tụ cho tới khi nào đủ cosj thì thôi. Nếu đóng đến nhóm tụ nào đó, mà hệ số cosj trở nên lớn hơn ngưỡng cao thì cắt bớt nhóm tụ nhỏ đi. Sơ đồ mạch đóng cắt tụ được vẽ trên hình cos3.
Hoạt động của sơ đồ hình cos3 được giải thích như sau: 
Đóng tụ vào lưới 
Trong mạch có các rơle thời gian Rth, các rơle này cần có để xác định cosj xác lập chứ không phải quá độ, chỉ khi nào sự biến đổi của tải đã xác lập mới tiến hành đóng hay cắt tụ.
Khi cosj dưới ngưỡng thấp, cảm biến cosjthấp trong mạch đóng làm cho rơle RĐ hút, rơle Rth1 tính thời gian rồi đóng tiếp điểm để ra lệnh đóng TĐ1, R1, K1, nhóm tụ C1 được đóng vào lưới. Nếu cosj chưa đủ, rơle Rth2 tiếp tục tính thời gian để đóng nhóm tụ thứ hai (C2). Nếu cosj chưa đủ, tiếp tục đóng như thế cho tới nhóm tụ cuối cùng. 
Trường hợp đóng tới nhóm tụ nào đó mà cosj tới trị số trên ngưỡng thấp cảm biến cosjthấp mở ra, các tiếp điểm RĐ trong các mạch tính thời gian được mở ra, dừng quá trình đóng tụ tiếp theo. Những tụ đã đóng, được tự giữ bằng tiếp điểm tự giữ của mạch cuộn hút các rơ le TĐ1, TĐ2, TĐ3.
Cắt tụ khỏi lưới
Khi cosj lớn đến trên ngưỡng cao, tiếp điểm cosjcao đóng, rơle cắt RC đóng làm cắt TĐ1 kéo theo cắt bộ tụ C1, nếu cosj tiếp tục cao sẽ tiến hành cắt các bộ tụ tiếp theo. 
Trường hợp, cắt tới một bộ tụ nào đó cosj trở nên thấp hơn ngưỡng thấp, khi đó sẽ đóng lại tụ từ nhỏ đến lớn cho đến khi nào đủ cosj thì thôi.
Ngoài việc đóng tụ theo cảm biến cosj đã nêu ở trên, người ta có thể đóng tụ theo công suất phản kháng (Q), nhưng loại cảm biến này khó chế tạo hơn nên ít được dùng trong thực tế hơn. 
Một số mạch thiết kế có thể lựa chọn cách đóng tụ theo điện áp, vì khi cosj thấp có làm giảm điện áp của hộ tiêu thụ, do tổn hao trên đường dây tăng lên. Tuy nhiên, cách bù cosj như thế này có độ chính xác không cao.
2.7. Thiết bị bơm nước cho nhà cao tầng 
1. Mô tả hoạt động
Một nhà cao tầng có một bể nước trên trần và bể nước dưới tầng ngầm. nước cần được bơm lên trần khi:
Cạn nước bể trên trần
Máy bơm dừng chạy khi:
Đầy nước bể trên trần
Cạn nước bể dưới ngầm
Sau khi bơm không nước máy được phép chạy thêm 3 phút thì dừng 
a)
Bể nước
Phao trên
Phao dưới
Tiếp điểm
Phao trên
Phao dưới
Tiếp điểm
Bể nước
b)
quả cầu kim loại
vỏ nhựa
tiếp điểm
c)
Hình bn1. Sơ đồ bố trí cảm biến bơm nước cho nhà cao tầng
Cách bố trí cảm biến của bể trên trần có thể được thực hiện như trên hình bn1a. Bể dưới ngầm việc bố trí cảm biến như hình bn1a, b gặp khó khăn hơn. Người ta có thể sử dụng cảm biến dạng cầu như hình bn1c treo trong bể. 
Cảm biến có hình bầu dục, phía bên trong có gắn hai lá kim loại có dây dẫn nối ra làm tiếp điểm, một quả cầu kim loại bên trong cảm biến. Khi cạn nước, cảm biến treo trong không khí theo chiều thẳng đứng, quả cầu đè vào hai lá kim loại thành dẫn điện. Khi cảm biến ngập nước nó trở nên nằm ngang ra, quả cầu rời khỏi đáy, làm hở mạch tiếp điểm. 
Hình bn2 vẽ sơ đồ động lực và điều khiển mạch bơm nước nhà cao tầng. Trường hợp dùng cảm biến mức nước loại hai pao có tiếp điểm sơ đồ mắc như hình bn2b. Khi nước bể trên trần cạn, phao trên PT đóng tiếp điểm. Khi nước bể dưới cạn phao dưới PD mở tiếp điểm. 
Như vậy, nếu nước bể trên cạn dưới ngưỡng chỉnh định PT đóng, nếu nước bể dưới không cạn cuộn hút K có điện đóng động cơ bơm. Động cơ bơm còn đóng chừng nào nước bể trên chưa đầy tới ngưỡng chỉnh định hay nước bể dưới chưa can dưới ngưỡng chỉnh định.
Khi nước bế trên đầy trên ngưỡng chỉnh định, PT mở ra động cơ ngừng bơm hoặc nước bể dưới xuống dưới ngưỡng chỉnh định PD mở ra động cơ cũng ngừng bơm.
AT
K
RN
K
PDC
PT
a)
b)
Hình bn2. Sơ đồ bơm nước cho nhà cao tầng
K
PTĐ
PTC
K
Rth
K
Rth
R1
R1
PDC
Rth
R1
c)
1
3
5
6
RN
2
4
8
7
9
K
PTĐ
PTC
K
Rth
K
Rth
R1
R1
PDC
Rth
R1
d)
1
3
5
6
4
8
7
9
RN
2
CTT
e)
Hình bn2c vẽ sơ đồ bơm nước thường gặp có xét tới việc cạn nước bể dưới còn cho phép động cơ tiếp tục làm việc, bơm không nước trong một khoảng thời gian trễ
Khi cạn nước bể trên, các tiếp điểm phao PTC và PTĐ cùng đóng, nếu bể dưới đầy nước tiếp điểm PDC hở, tiếp điểm R1 (6á4) đóng, côngtắctơ K hút, đóng động cơ bơm. Khi đầy nước, mở tiếp điểm PTĐ 3á5 K mất điện, động cơ bơm dừng. 
Trường hợp đang bơm bể dưới hết nước, tiếp điểm PDC (1á9) đóng lại rơ le R1 có điện làm đóng tiếp điểm R1 (4á8), mở tiếp điểm R1 (4á6), rơle Rth có điện nó tính thời gian để hở tiếp điểm Rth (4á6), động cơ dừng bơm.
Tương tự như trường hợp này, khi cạn nước bế trên động cơ bơm được đóng một thời gian nếu vẫn không nước động cơ mới dừng.
Trường hợp khá phổ biến, máy bơm chạy nhưng không có nước trong đường ống. Khi đó người ta dùng công tắc thìa (CTT) để lấy tín hiệu có nước đang bơm. Cấu tạo của công tắc thìa như trên hình bn2e. Khi có nước từ đường ống bơm chảy ra đổ vào chiếc thìa, nó làm kéo tay đòn, đóng tiếp điểm. Sơ đồ mạch điều khiển cho trường hợp này giới thiệu trên hình bn2d. Rơle thời gian dùng chung cho việc kiểm soát nước bơm. Khi mới chạy máy bơmcong tắc thìa chưa đóng, mạch cuộn hút K được đóng qua tiếp điểm rơle thời gian Rth (4á6). Sau một thời gian bơm có nước đổ vào công tắc thìa tiếp điểm CTT (4á10) đóng lại, mạch cuộn hút K được dẫn qua R1 và CTT(4á6).