Xem mẫu
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
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.
n
n0
n®m
CKĐ
cc
cc
K1 K2
K
R1
K
R2
R1 R2
Ð
I®m
I2
I1
I
Ap
n
n0
K
n®m
F
§
r1
r2
K2
I®m
r1
K1
I2
I1
I
r2
I n(v/p)
n=f(t)
I1
n1
I2
I=f(t)
n2
t1
t1
t
§Æc tÝnh ®éng
ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử
1
Bài giảng Trang bị điện - điện tử
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 ( R P,
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
1
M
dg1
2
M dg 2
ln
M
M
dg1
dg 2
J là mô men quán tính
Mđg1, Mđg2 là mô men động
ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử
2
nguon tai.lieu . vn
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
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.
n
n0
n®m
CKĐ
cc
cc
K1 K2
K
R1
K
R2
R1 R2
Ð
I®m
I2
I1
I
Ap
n
n0
K
n®m
F
§
r1
r2
K2
I®m
r1
K1
I2
I1
I
r2
I n(v/p)
n=f(t)
I1
n1
I2
I=f(t)
n2
t1
t1
t
§Æc tÝnh ®éng
ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử
1
Bài giảng Trang bị điện - điện tử
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 ( R P,
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
1
M
dg1
2
M dg 2
ln
M
M
dg1
dg 2
J là mô men quán tính
Mđg1, Mđg2 là mô men động
ĐHSPKT Hưng Yên _ Khoa Điện – Điện Tử
2