Bài giảng Tự động hoá và điều khiển thiết bị điện - Chương 5: Các bộ điều khiển tác động liên tục (15 tiết)

. T1 dẫn có dòng điện chạy qua động cơ động cơ quay kéo con trượt chạy theo chiều làm tăng số vòng dây sơ cấp của biến áp tự ngầu, cho tới khi nào điện áp mẫu trở lại giá trị ban đầu UM1 = 30,5V, UM2 = 29,5V
Trường hợp ngược lại điện áp lưới giảm xuống sẽ làm giảm điện áp mẫu UM1, UM2 (Giả sử điện áp mẫu giảm xuống còn UM1 = 30,3V, UM2 = 29,3V, điện áp chuẩn ở cực E vẫn giữ nguyên 30V, do đó UBE1 = 0,3V và UBE2 = -0,7V) T1 khoá và T2 dẫn. Động cơ quay kéo con trượt chạy theo chiều ngược lại giảm số vòng dây cuộn sơ cấp của biến áp tự ngẫu.
Trường hợp điện áp lưới tăng hay giảm quá giới han cho phép, con trượt sẽ chạy đè lên công tắc hành trình S1, S2 mạch điện động cơ bị hở, động cơ dừng.
Hình 58.3 giới thiệu mạch điều khiển ổn áp bằng IC.
Nguồn cấp cho mạch điều khiển được nhận từ biến áp BA, qua chỉnh lưu cho ra điện áp 20V. IC công suất BA 6268 được cấp điện áp ổn định từ IC ổn áp 7812.
Mạch so sánh điện áp được thiết kế từ 4 KĐTT (loại LM 324) thông qua hai diod ổn áp Z1, Z2 và điện trở R1. Mạch ổn áp này đồng thời tạo điện áp chuẩn Uch = 6V để đưa tới cổng vào - của hai KĐTT 1, 2. Tín hiệu biến thiên điện áp UM được lấy từ bộ chia áp bằng điện trở R2, R3, R4, R7 đưa tới hai cổng vào + của hai KĐTT 1, 2 là hai mạch so sánh có trạng thái cân bằng.
Trong thực tế, rất khó có trạng thái cân bằng mà điện áp mẫu (UM) đưa vào hai cổng không đảo của KĐTT 1, 2 sẽ dao động xung quanh điện áp chuẩn 6V. Hai điện trở R5, R6 là điện trở hồi tiếp dương để tạo trạng thái dứt khoát cho mạch khuếch đại so sánh.
20V
+
-
-
+
-
+
+
-
R1
R2
7812
2
R4
R3
R5
R6
R7
R10
R8
R9
UM
Uch
A
B
C
D
12V
220V
Z1
Z2
6V
12V
3
5
8
7
1
6
IC – BA6208
Hình 58.3 Mạch điều khiển ổn áp xoay chiều dùng IC
1
2
3
S1
S2
BA
Thông số tham khảo
R1 = 1 kW - 2W, R2 = 22 kW, R3 = 10 kW, R4 = 330 W, R5 = R6 =1 MW, R7 = 8,2 kW, R8 = R9=2,2 kW, R10 = 820 W.
Z1, Z2 - 6 V, KĐTT 1, 2, 3, 4 – LM 324, C – 4,7mF.
Điện áp ra của KĐTT 1, 2 được đưa tới KĐTT 3, 4để cùng so sánh mức điện áp chuẩn 6V. KĐTT 3, 4 được mắc ngược nhau, KĐTT 3 là mạch không đảo, còn KĐTT 4 là mạch đảo.
Nếu điện áp lưới tăng lên UM > Uch hai KĐTT 1, 2 bão hoà âm điện áp ra tại các điểm A, B bằng 0V (UA = UB = 0V). Lúc đó các đầu ra của KĐTT 3, 4 có UC = 0V, UD = 12V. Hai điện áp UC, UD điều khiển IC công suất BA 6208 với chân 7 là 0V, chân 8 là 12V động cơ chạy kéo con trượt tăng số vòng dây sơ cấp biến áp tự ngẫu.
Nếu điện áp lưới giảm xuống UM < Uch quá trình so sánh xảy ra ngược lại hai KĐTT 1, 2 bão hoà dương UA = UB = 12V, đầu ra của KĐTT 3, 4 đổi trạng thái UC = 12V, UD = 0V. Điện áp điều khiển đưa vào hai chân 7, 8 của BA 6208 đổi lại, động cơ chạy theo chiều ngược lại, kéo con trượt chạy theo chiều giảm số vòng dây sơ cấp của biến áp tự ngẫu.
3. Mạch ổn áp sắt từ
Mạch ổn áp sắt từ vẽ trên hình 58.4
Mạch động lực gồm hai biến áp BA1, BA2. Biến áp BA1 có cuộn dây W1, tác dụng như cuộn chặn có điện cảm XL được thay đổi theo dòng điện một chiều chạy trong cuộn dây W5. 
Cuộn dây W1 được chia thnhf hai cuộn đối xứng quấn trên hai trục ngoài của lõi sắt chữ E. Cuộn dây W5 được quấn trên truch giữa của lõi sắt. Hai nửa cuộn dây W1 được quấn sao cho từ trường do nó sinh ra ngược chiều nhau trên trụ giữa lõi sắt. Như vậy điện áp cảm ứng trên W5 bằng 0V. Cuộn dây W1 được mắc nối tiếp với một phần của cuộn dây sơ cấp biên áp BA2.
+
-
UV
CL1
T1
T2
R5
R4
R3
D1
Z1
C2
C1
R2
VR
R1
Z2
W4
W6
220V
110V
K
160-240V
0V
CL2
W1
W3
W5
W2
D2
IC
Hình 58.4 Mạch điều khiển ổn áp sắt từ
UM
Uch
A
B
Biến áp BA2 có cuộn dây W6 để lấy điện áp mẫu đưa vào mạch điều khiển điện tử. Cuộn dây thứ cấp W4 lấy điện áp cảm ứng đưa về nối tiếp với cuộn W# của BA1 để tạo điện áp xoay chiều cho chỉnh lưu CL1, tạo dòng điện một chiều phân cực cho lõi sắt biến áp BA1. Dòng điện một chiều này qua cuộn dây điều khiển W5 được điều khiển bởi hai tranzitor T1, T2.
Mạch điều khiển được cấp nguồn từ cuộn dây W6 cấp điện 12 V cho KĐTT. Đồng thời điện áp này qua mạch Z1-VR-R1 lấy điện áp mẫu đưa vào cổng đảo của KĐTT, đồng thời qua diod D1 để cách li lọc bằng C2 tạo điện áp chuẩn đưa vào cổng không đảo của KĐTT nhớ diod ổn áp Z2 – 5,6V. Đầu ra của KĐTT điều khiển phân cực cho T1, T2.
Biến trở VR được điều chỉnh sao cho UM < Uch đẻ đầu ra của KĐTT có điện áp dương 1,4V, đủ để phân cực cho T1, T2 dẫn, tạo dòng điện một chiều IC qua cuộn W5, làm nhiệm vụ từ hoá cho lõi sắt BA1 sao cho cuộn dây W1 giảm điện áp khoảng 60-70 V. Lúc đó, nếu điện áp lưới là 220 V thì qua cuộn W1 giảm 70 V sẽ còn lại tên khoảng AB của biến áp BA2 là 150V.
Khi điện áp lưới tăng, điện áp trên cuộn W6 cũng tăng. Lúc đó, điện áp mẫu UM tăng nên KĐTT có mức chênh lệch ở đầu vào nhỏ làm cho phân cực cho các tranzitor giảm. Dòng điện IC qua W5 giảm, giá trị điện cảm của W1 vì lí do này mà tăng lên, điện áp trên W1 tăng lên. Do đó điện áp đưa tới phần AB của cuộn dây biến áp BA 2 giữ ở mức danh định 150V.
5.9. Nạp Acquy tự động
5.9.1. Nguyên tắc nạp acquy
Hiện nay chúng ta có nhiều loại acquy, trong đó hai loại cơ bản là acquy kiếm và acquy axit. 
1. Nạp acquy kiềm
Acquy kiềm thường được dùng là hai loại chính acquy sắt - kền (Niken) và acquy cađimi - kền.
Cực âm của các loại acquy này là một túi lưới sắt chứa bột sắt đối với acquy sắt - kền và trong túi lưới sắt chứa bột cađimi
Cực dương là túi lưới sắt mạ kền trong chứa đầy bột hỗn hợp: 75% hyđrôxit niken, 23% bột than graphit; 2% vảy kền (bột than và vảy kền làm tăng độ dẫn điện)
Dung dich điện phân của acquy kiềm là NaOH hay KOH pha với nước cất. ở nước ta loại acquy dung dịch là NaOH đượ dùng nhiều hơn. 
Khi acquy phóng đến điện áp (1 - 1,1)V/ 1ngăn thì acquy phải được nạp lại. Khi nạp có phản ứng hóa học ở các bản cực như sau: 
ở bản cực dương, dưới tác dụng của dòng điện ion OH- về cực dương phản ứng với Ni(OH)2 theo phương trình phản ứng:
2Ni(OH)2 + 2OH đ 2Ni(OH)3 + 2e
ở bản cực âm, dưới tác dụng của dòng điện ion Na+ về cực âm phản ứng với Cd(OH)2 theo phương trình phản ứng:
Cd(OH)2 + 2Na+ đ Cd + 2NaOH - 2e
Như vậy phản ứng tổng hợp khi nạp điện sẽ là:
2Ni(OH)2 + 2NaOH + Cd(OH)2 đ 2Ni(OH)3 + 2NaOH + Cd
Từ đó thấy rằng, dưới tác dụng của dòng điện Ni(OH)3 dần dần được phục hồi ở cực dương, Cd được phục hồi ở cực âm. Do đó dung lượng và sức điện động của acquy tăng dần.
Phản ừn hóa học khi nạp và khi phong ngược nhau, nó được mô tả theo phản ứng hóa học sau:
2Ni(OH)3 + 2NaOH + Cd ô 2Ni(OH)2 + 2NaOH + Cd(OH)2
Các trường hợp sau đây cần nạp điện cho acquy kiềm:
Acquy đã phóng hết dung lượng, điện áp một ngăn chỉ còn 1V
Acquy phóng chưa hết dung lượng nhưng thời gian phóng liên tục quá một tuần.
Acquy dự trữ trong kho quá một tháng.
Cách nạp:
Khi nạp, điện áp của nguồn nạp lớn hơn điện áp của nhóm acquy khoảng (1 - 2)V
Dòng điện nạp được chọn In = [A] (Q - dung lượng danh định của acquy)
Thời gian nạp khoảng 6 - 7 giờ
Trong quá trình nạp phải thường xuyên theo dõi nhiệt độ dung dịch của acquy. Nếu nhiệt độ lớn hơn 450C (với dung dịch có pha thêm LiOH) và lớn hơn 350C (với dung dịch không pha thêm LiOH) thì phải giảm dòng điện nạp. Khi nạp, điện áp một ngăn của acquy tăng từ 1V lên (1,3 - 1,4)V và giữ trong thời gian dài. Cuối quá trình nạp, điện áp một ngăn tăng lên (1,7 - 1,8)V và giữ ở đó cho tới khi nạp xong.
Những dấu hiệu khi đã nạp đầy:
Điện áp trong ba giờ liền không thay đổi Dung dịch sủi tăm đều như sôi
Dung lượng đạt mức quy định, điện áp một ngăn đay tới (1,7 - 1,8)V
Đối với những acquy mới, sau khi đổ dung dịch điện phân vào phải chờ sau 2 giờ cho dung dịch thấm vào các bản cực rồi đo điện áp. Nếu mỗi ngăn có điện áp (1 - 1,1) V là àcquy bình thường coa thể tiến hành nạp điện. Nếu điện áp quá thấp so với ngưỡng trên thì phải chờ cho tới khi đủ ngưỡng đó mơi nạp.
Quy trình nạp lần đầu cho acquy kiềm:
Nạp liên tục trong 6 giờ với dòng điện nạp In = , sau đó nạp tiếp 6 giờ với dòng nạp In = ;
Cho phóng điện trong 4 giờ với dòng điện phóng: If = 
Quá trình nạp phóng như trên lặp lại 2 - 3 lần là được.
Sau lần nạp cuối phải đạt điện áp mỗi ngăn là (1,7 - 1,8)V 
2. Nạp acquy axit
Bản cực của acquy axit là những lưới bằng chì trên có chất tác dụng, lưới bản cực được đúc bằng hợp kim chì (92 - 94 % chì nguyên chất, 6 - 8% Angtimoan để tăng độ cứng của lưới cực.
Chất tác dụng của bản cực: 
ở bản cực dương dược trát một lớp điôxit chì PbO2 mầu nâu sẫm
ở bản cực âm được trát chì nguyên chất Pb mầu xám.
Diện tích bản cực quyết định dung lượng của acquy.
Dung dịch điện phân là axit sunfuarich H2SO4. 
Quá trình phóng, nạp của acquy được thực hiện:
Điện áp trung bình mỗi ngăn của acquy axit là (2,1 - 2,2)V. Khi acquy phóng điện đến mức mỗi ngăn còn (1,7 - 1,8)V thì phải ngừng phóng điện. Lúc này ở hai bản cực của acquy đều bị phủ kín sunfat chì.
Mạch điện điều khiển nạp Acquy
Mạch dùng tiristor
Mạch đơn giản nạp acquy vẽ trên hình aq3. Tiristor T1 là loại tiristor công suất để đi9ều chỉnh dòng nạp cho acquy. T2 cùng với diod ổn áp D0 để điều khiển khóa T1 khi acquy nạp đầy.
Khi acquy nạp chưa đầy, điện áp còn thấp hơn điện áp danh định của acquy, biến trở VR được điều chỉnh sao cho diod ổn áp chưa dẫn, tiristor T2 chưa dẫn. Tiristor T1 được điều khiển từ điện trở R1 và diod D3. Khi điện áp chỉnh lưu lớn hơn điện áp acquy (trong khoảng t1 á t2) có dòng điện điều khiển chạy qua D3.
Khi acquy nạp đầy tới 1,1 điện áp danh định acquy, biến trở VR được điều chỉnh sao cho diod ổn áp dẫn, việc dẫn này của diod ổn áp tạo dòng điện điều khiển cho T2 . T2 dẫn làm cho điện áp điểm A giảm xuống còn một nửa điện áp chỉnh lưu (do chọn R1 =R2). Điện áp này giảm làm cho diod D3 phân cực ngược (UA < UAQ ), ngưng dòng điều khiển cho T1, T1 khóa không còn dòng nạp đưa vào acquy.
t1
t2
t3
t4
U
t
UCL
UAQ
U1
D1
D2
R1
D3
T1
D0
T1
R2
R3
R4
UAQ
R5
A
K
Hình aq4 Mạch nạp acquy bằng tiristor
Khi làm việc, điện áp acquy giảm làm cho điện áp trên diod ổn áp giảm, tới ngưỡng khóa của D0 đ T2 khóa. Việc khóa T2 làm cho điện áp điểm A bằng điện áp chỉnh lưu đ T1 dẫn lại.