Tự động hoá và điều khiển thiết bị điện EPU

ĐỀ CƯƠNG TỰ ĐỘNG HOÁ VÀ ĐIỀU KHIỂN THIẾT BỊ ĐIỆN
Chương 1: Tổng quan về hệ thống tự động điều khiển
1. Chức năng của các mạch tự động điều khiển:
- Thơng tin-giao tiếp
- Xử lý tín hiệu
- Điều khiển năng lượng ( điều khiển cơng suất): Điều khiển dịng năng
lượng từ nguồn đến tải. Thực hiện các biến đổi tĩnh bằng cách sử dụng
các bộ: CL, băm áp 1 chiều, điều áp xc, biến tần. Thực hiện biến đổi
cơ điện bằng điều khiển momen và tốc độ động cơ
- Điều khiển thông số theo yêu cầu công nghệ
- Ổn định thông số: Điều khiển để ổn định các thông số của hệ thống
như điện áp, dòng điện, tốc độ, nhiệt dộ…. trong phạm vi cho phép,
bằng cách kết hợp với tín hiệu phản hồi để điều chỉnh giá trị đặt trước
2. Sơ đồ cấu trúc tổng quát của hệ thống tự động hoá:

- Cảm biến: được đặt ở phần tác động đầu vào, có tác dụng đưa thơng
tin vào phần điều khiển
3. Cách thể hiện sơ đồ nguyên lý:
- Thể hiện bằng nét vẽ đậm (động lực), nhạt (điều khiển)
- Ký hiệu trên bản vẽ: để phân biệt các thiết bị khác nhau và gợi ý loại
thiết bị
- Bố trí linh kiện, thiết bị trên bản vẽ
Đánh số đầu dây: Tại sao phải đánh số đầu dây: Thuận lợi cho việc đọc
bản vẽ, thuận lợi khi lắp ráp, thi công, bảo dưỡng
4. Cách thể hiện sơ đồ lắp ráp:
- Dây động lực: có dịng lớn, dây điều khiển có dịng bé
- Tại sao phải tách riêng dây động lực và dây điều khiển? nhằm tránh sự
phát nhiệt từ dây động lực ảnh hưởng tới dây điều khiển và nhiễu
thông tin từ dây động lực sang dây điều khiển

- Các nguyên tắc bố trí thiết bị:
- Nguyên tắc khối lượng: những thiết bị nặng đặt dưới thấp, tb nhẹ
bố trí trên cao
- Nguyên tắc phát nhiệt: những tb ít phát nhiệt bố trí dưới thấp,
những tb phát nhiệt nhiều bố trí trên cao
- Theo họ linh kiện: những thiết bị cùng họ đặt cùng chỗ
- Nguyên tắc chức năng phục vụ của nhóm thiết bị: những tb thực
hiện 1 chức năng hoạt động nào đó được đặt gần nhau trong 1 khu vực,
để dễ tháo tác, sửa chữa, lắp đặt
5. Các mạch bảo vệ:
- Thể nào là nút âns thường đóng, thường mở?
Thường đóng: Ban đầu là đóng, khi ấn thì tiếp điểm mở ra, thả tay ra
lặp tức đóng lại. Thường mở ngược lại
- Mạch bảo vệ 0 ( Tự duy trì): Có chức năng là tự duy trì và bảo vệ tránh
tự hoạt động lại sau khi mất điện

Chương 2: Điều khiển bằng mạch có tiếp điểm và không tiếp điểm
1. Bốn nguyên tắc cơ bản
- Thời gian
- Tốc độ
- Dịng điện
- Hành trình
2. ATS:
- Thiết bị tự động chuyển nguồn ATS sử dụng để tự động chuyển tải từ
nguồn chính sang nguồn dự phịng khi có sự cố mất điện ở nguồn
chính, và tự động chuyển ngược lại khi nguồn chính phục hồi
- Cấu trúc chung:
Bộ điều khiển: nhận tín hiệu từ khối so sánh và tác động đến khối
chuyển mạch
Bộ so sánh: theo dõi, giám sát các thơng số của nguồn

Khố chuyển mạch: Thực hiện đóng cất tải từ nguồn này sang nguồn
kia ( Contactor, aptomat, máy cắt, chuyển mạch kiểu bập bênh)
- ATS lưới – máy phát: Tải sử dụng điện từ lưới. Khi lưới bị sự cố, bộ so
sánh 1 nhận các tín hiệu ( I,U,f) so sánh với các tín hiệu chuẩn. Bộ so
sánh sẽ phát tín hiệu lên bộ điều khiển, bộ đk phát tín hiệu đến bộ khởi
động động cơ diezel để khởi động động cơ, máy nổ được khởi động
làm quay máy phát điện G, và điện áp trên các cực của máy phát được
thành lập. Nếu chất lượng điện năng của máy phát đảm bảo thì bộ so
sánh 2 cấp tín hiệu đến bộ đk, bộ đk tác động đến cơ cấu chuyển mạch,
phụ tải được cấp điện từ máy phát G. Khi thời điểm lưới điện chính


được phục hồi, thì sau 1 khoảng time trễ , bộ ss 1 gửi tín hiệu lên bộ
đk, bộ đk tác động lên bộ chuyển mạch đển chuyển tải từ máy phát về
nguồn chính. Từ thời điểm chuyển tải về lưới, máy phát chạy không tải
1 khoảng time để làm mát , sau đó tự tắt động cơ diezel.

- Khoảng time trễ trên giản đồ time: T1: time phát tín hiệu lện bộ kđ khi
lưới sự cố. T2: time chuyển tải dùng máy phát. T3: time để xác định
chắc chắn lưới đã phục hồi để chuyển tải về lưới. T4: time máy phát
chạy khơng tải để làm nguội.

Giải thích chi tiết hơn:


Chương 3: Điều khiển một số thiết bị điện
1. Khởi động mềm
- Là tất cả các thiết bị và cách thức được sử dụng để giảm năng lượng cấp
cho động cơ nhằm giảm momen khởi động
- Muốn giảm Momen cần giảm điện áp đặt vào dây quấn stator

- Các dạng khởi động mềm
+ Dùng điện trở phụ mắc nối tiếp vào mạch stator (Ban đầu để điện trở
phụ lớn nhất sau đó giảm dần về 0)
Ưu điểm: Cấu trúc đơn giản, chi phí thấp, dễ vận hành – Nhược điểm:
Hiệu suất thấp, tổn hao năng lượng lớn
+ Dùng MBA tự ngẫu (Sơ cấp nối với nguồn, thứ cấp nối với tải): MBA tự
ngẫu: MBA chỉ có 1 cuộn dây
Ưu điểm: Hiệu suất cao, tiết kiệm điện năng do hiệu suất cao của MBA Nhược điểm: Kích thước cồng kềnh, Tốc độ thay đổi không mượt do
điện áp ra MBA thay đổi nhảy cấp, bộ phận chuyển mạch để thay đổi tỷ số biến
áp có cấu trúc phức tạp
+ Chia nhỏ cuộn dây: pp này đc giật cục do chuyển nấc
Ưu điểm: Chi phí thấp và hiệu suất cao, tiết kiệm điện năng; cơ cấu gọn
nhẹ, đơn giản. - Nhược điểm: Động cơ cần phải được thiết kế, chế tạo đặc biệt


+ Đổi nối Sao-tamgiac: Đcơ giật nhẹ, nên đổi nối khi gần tới tốc độ lv đm
của đc
+ Dùng bộ biến đổi ĐTCS: đc khởi động mềm mại, nhưng khó sửa chữa
phải thay ms

?KHÔNG để động cơ lv với điện trở #0 lâu dài do sinh ra hao phí trên đc, lm
nóng đc, hao phí ở điện trở phụ( sinh nhiệt)
? Tại sao trong các nhà máy xí nghiệp hiện nay thường sử dụng khởi động mềm
cho các động cơ máy móc cơng suất lớn? Để tăng tuổi thọ cho động cơ do giảm
các tác động cơ học không tốt đến động cơ, giảm sụt áp do dòng khởi động lớn
đồng thời giảm khả năng tác động của các phần tử bảo vệ.
? Để thực hiện khởi động mềm đối với động cơ 1 chiều kích từ độc lập bằng
cách sử dụng điện trở phụ mắc nối tiếp phần ứng động cơ, cần: Giữ điện áp phần
ứng, giảm dần giá trị điện trở phụ từ cực đại về 0 Ω.
? Để thực hiện khởi động mềm đối với động cơ khơng đồng bộ ro-to lồng sóc

bằng cách sử dụng máy biến áp (MBA), cần: Giảm dần số vòng dây cuộn sơ
cấp, giữ nguyên số vòng dây mạch thứ cấp của MBA.
 Khởi động trực tiếp:
Làm biến dạng cách điện của động cơ, biến dạng các dây dẫn do lực điện
động quá lớn
Gây sụt áp do dòng khởi động lớn dẫn đến ảnh hưởng tiêu cực tới các thiết
bị điện khác
 Đổi nối sao-tamgiacs:
Cần bn contactor: 3
Rơle time để làm gì: Cài đặt thờigian để đổi nối ( có thể thay thế bằng role
tốc độ)
Sau đổi nối: Tốc độ tăng lên
Nhược điểm: tốc độ thay đổi nhảy cấp không mượt
2. Động cơ bước:
- KN: là động cơ 1 chiều di chuyển trong các bước riêng biệt. Chúng có
nhiều cuộn dây đc tổ chức theo nhóm gọi là pha. Bằng cách cung cấp năng
lượng cho từng pha theo trình tự, động cơ sẽ quay từng bước một.
- Cần phải có bộ điều khiển cấp nguồn cho động cơ bước điều khiển cấp
nguồn 1 chiều cho các cuộn dây stator theo trình tự đặt trc.


- Cấu tạo:
+ Stator(phần cảm): hệ thống các cực từ mang các cuộn dây pha, sinh ra từ
trường tĩnh
+ Rotor(phần ứng): Sẽ ở trung tâm và sẽ quay khi có lực tác dụng lên nó.
Tốc độ quay của đcb tỷ lệ vs tốc độ chuyển mạch cấp nguồn cho các cuộn
dây pha. Có 3 loại đcb có các đặc điểm rotor khác nhau:

- Các phương pháp điều khiển động cơ bước:
+ Điều khiển dạng sóng: mỗi lần chỉ bật 1 pha

+ Điều khiển bước đủ ( Điều khiển 2 pha đồng thời): Cấp nguồn 1 chiều
cho 2 cuộn dây pha liên tiếp
+ Điều khiển nửa bước: Kết hợp của 2 pp trên, cuộn dây của các pha liên
tiếp nhau lần lượt được cấp nguồn 1 chiều, nhưng có khoảng time mà tại
đó 2 pha đc cấp điện đồng thời. Góc quay 45 độ
+ Điều khiển vi bước
3. Điều khiển máy hàn: cần có dịng điện lớn
- Máy biến áp hạ áp được sử dụng trong hệ thống hàn có tác dụng gì? Là
thiết bị biến đổi điện năng từ lưới thành nguồn điện có điện áp thấp và
dịng lớn, sinh ra nhiệt lượng lớn làm nóng chảy các phần tử dẫn điện tại
điểm hàn và đảm bảo an toàn cho người vận hành.

Chương 4: Ổn định nguồn cấp
1. Cấu trúc của máy phát điện đồng bộ:
Stator(phần ứng): Các cuộn dây pha nằm trong các rãnh của lõi thép
từ
Rotor(phần cảm): Cực từ và dây kích từ
Đưa dịng 1 chiều vào dây quấn kích từ, quay rotor bằng động cơ sơ cấp, khi đó
rotor trở thành nam châm điện quét qua dây stator từ đó sinh ra từ trường quay ở
stator ( dây stator đc nối với tải) do hiện tượng cảm ứng điện từ. Tốc độ quay
của rotor bằng tốc độ từ trường quay nên được gọi là đồng bộ
- Lõi thép có tác dụng dẫn từ trường do dịng trong dây quấn phần ứng
sinh ra
- Tác dụng của cuộn kích từ: Cung cấp dịng kích từ cho máy phát
- Tại sao khơng dùng Nam Châm VC? Vì NCVC tạo ra từ trường không
đổi không tạo ra sự biến đổi từ thông.


- Đặc tính ngồi: Thể hiện mối quan hệ giữa điện áp đầu cực của mp với
dòng điện phần ứng

+ Tải thuần dung: Khi tăng tải, điện áp tăng nhẹ
+ Tải thuẩn trở: Khi tăng tải, điện áp giảm nhẹ
+ Tải thuần cảm: Khi tải tăng, điện áp giảm mạnh
 Khi MF làm việc có tải, để giữ điện áp đầu cực của MF ổn định khi tải
thay đổi thì cần thay đổi sdđ Ef để bù lại phản ứng phần ứng và sụt áp
trong dây quấn phần ứng, tức là cần thay đổi dịng điện kích từ.
- Đặc tính điều chỉnh: cho biết chiều hướng điều chỉnh dịng kích từ để
giữ điện áp đầu cực MF không đổi khi tải thay đổi
2. Ổn định tần số: để ổn định tần số cần điều chỉnh tốc độ động cơ
Nguyên tắc điều chỉnh tần số: thay đổi lượng hơi, nước vào tuabin
3. Ổn định điện áp: cần điều chỉnh dịng kích từ.
Các hệ thống kích từ
Hệ thống động: Dùng máy phát 1 chiều (kích từ tự kích)
Hệ thống tĩnh: Dùng bộ biến đổi ĐTCS
Hệ thống không chổi than: dùng máy phát xoay chiều ngược, Không phát sinh
tia lửa điện khi làm việc ; bộ chỉnh lưu diode là chỉnh lưu không điều khiển. Hệ
thống không chổi than được sử dụng để kích từ các máy phát lớn hơn (cơng suất
trên 600 MVA) và trong mơi trường dễ cháy nổ.
Kích từ độc lập: sử dụng nguồn riêng
Kích từ tự kích: Lấy nguồn từ máy phát
4. UPS:
- Thiết bị cấp nguồn liên tục
- CN: Cung cấp điện khẩn cấp cho tải khi nguồn điện chính bị sự cố.

- Cấu tạo: Bộ chỉnh lưu, bộ nghịch lưu, acquy, bộ lọc, bộ công tắc tĩnh.
- UPS online: có sử dụng 2 diode, nhờ có 2 diode ở đầu vào của bộ nghịch lưu
mà chỉ có 1 đường cấp cho tải
+ Nguyên lý: Khi hoạt động bình thường: Nguồn từ lưới qua bộ chỉnh lưu,
qua bộ nghịch lưu -> Cung cấp cho tải, 1 phần qua bộ chỉnh lưu sạc cho acquy.
Khi nguồn lưới bị sự cố, điện 1 chiều từ acquy qua bộ nghịch lưu biến đổi thành

điện xc cung cấp cho tải. Trong trường hợp cần sửa chữa các bộ CL, NL thì
nguồn lưới đc dẫn qua bộ công tắc tĩnh đến tải
Acquy đc nạp và xả liên tục. Công suất của bộ CL,NL phải lớn hơn CS
tải

- UPS offline:
+ Nguyên lý: Khi làm vc bthg, nguồn lưới qua bộ ctac tĩnh đến tải, 1 phần
qua CL đến nạp cho acquy . Khi nguồn lưới bị sc, lấy nguồn từ acquy qua
bộ NL đến tải.
Thời gian chuyển mạch lâu hơn 1 chút so với trực tuyến. CS của bộ CL
không nhất thiết phải > CS tải còn bộ NL phải >CS tải

Khi chọn acquy cần chọn có CS lớn hơn CS tải và có dung lượng lớn giúp cho
tải dùng đc lâu.

Chương 5: Giao diện người và máy
- HMI Là thiết bị giao tiếp giữa người điều hành với máy móc thiết bị.
- Cấu trúc:


- Chức năng:

- Phân biệt SCADA và HMI:
+ HMI tập trung vào vc truyền tải thông tin trực quan để giúp người dùng
giám sát quy trình cơng nghiệp. HMI khơng thu thập và ghi lại thông tin
hoặc kết nối với cơ sở dữ liệu
+ SCADA đc sử dụng để theo dõi và kiếm soát các khu vực rộng lớn, thu
thập dữ liệu rộng hơn HMI