Các nguyên tắc điều khiển logic truyền động điện và các dạng bảo vệ và dạng tín hiệu hóa

CHƯƠNG
CHƯƠNGCHƯƠNG
CHƯƠNG 6
6 6
6

CáC
CáCCáC
CáC

NGUYÊN
NGUYÊNNGUYÊN
NGUYÊN

TắC
TắCTắC
TắC

ĐIềU
ĐIềUĐIềU
ĐIềU

KHIểN
KHIểNKHIểN
KHIểN

LOGIC
LOGICLOGIC
LOGIC

TRUYềN
TRUYềNTRUYềN
TRUYềN

ĐộNG
ĐộNGĐộNG
ĐộNG

ĐIệN
ĐIệNĐIệN
ĐIệN và các dạng bảo vệ và tín hiệu hóa
và các dạng bảo vệ và tín hiệu hóa và các dạng bảo vệ và tín hiệu hóa
và các dạng bảo vệ và tín hiệu hóa



6.1 CC NGUYấN TC IU KHIN LOGIC TRUYN NG IN
6.1.1 Khỏi nim chung
Theo yờu c
u cụng ngh ca mỏy, c cu sn xut, cỏc h thng truyn ủng ủin t
ủng ủu ủc thit k tớnh toỏn ủ lm vic nhng trng thỏi (hay ch ủ) xỏc ủnh. Nhng
trng thỏi s c hay h hng khỏc thụng thng ủó ủc d ủoỏn khi thit k tớnh toỏn chỳng
ủ ỏp dng nhng thit b v bin phỏp bo v cn thit.
Nh
ng trng thỏi lm vic ca h thng truyn ủng ủin t ủng cú th ủc ủc trng
bng cỏc thụng s nh: tc ủ lm vic ca cỏc ủng c truyn ủng hay ca c cu chp

hnh mỏy s
n xut, dũng ủin phn ng ca ủng c hay dũng kớch thớch ca ủng c ủin
mt chiu, mụmen ph ti trờn trc ca ủng c truyn ủng Tu theo quỏ trỡnh cụng ngh
yờu c
u m cỏc thụng s trờn cú th ly cỏc giỏ tr khỏc nhau. Vic chuyn t giỏ tr ny ủn
giỏ tr khỏc ủc thc hin t ủng nh h thng ủiu khin.
K
t qu hot ủng ca phn ủiu khin s ủa h thng ủng lc ca truyn ủng ủin
ủn mt trng thỏi lm vic mi, trong ủú cú ớt nht mt thụng s ủc trng cho mch ủng
l
c ly giỏ tr mi.
Nh vy v thc cht ủiu khin h thng l ủa vo hoc ủa ra khi h thng nhng
ph
n t, thit b no ủú (chng hn ủin tr, ủin khỏng, ủin dung, khõu hiu chnh ) ủ
thay ủi mt hoc nhiu thụng s ủc trng hoc ủ gi mt thụng s no ủú (chng hn tc
ủ quay) khụng thay ủi khi cú s thay ủi ngu nhiờn ca thụng s khỏc. t ủng ủiu
khin hot ủng ca truyn ủng ủin, h thng ủiu khin phi cú nhng c cu, thit b
nh
n bit ủc giỏ tr cỏc thụng s ủc trng cho ch ủ cụng tỏc ca truyn ủng ủin (cú th
l mụủun, cng cú th l c v du ca thụng s).
Trong h
thng ủiu khin giỏn ủon cỏc phn t nhn bit ny phi lm vic theo cỏc
ngng chnh ủnh ủc. Ngha l khi thụng s ủc nhn bit ủn tr s ngng ủó ủt, phn
t
nhn bit theo thụng s ny s bt ủu lm vic phỏt ra mt tớn hiu ủa ủn phn t chp
hnh. Kt qu l s ủa vo hoc ủa ra khi mch ủng lc nhng phn t cn thit.
N
u h thng ủiu khin cú tớn hiu phỏt ra t phn t nhn bit ủc dũng ủin, ta núi
rng h ủiu khin theo nguyờn tc dũng ủin. Nu phn t nhn bit ủc tc ủ, ta núi rng
h

ủiu khin theo nguyờn tc tc ủ, nu cú phn t nhn bit ủc thi gian ca quỏ trỡnh
(t mt mc thi gian no ủú) ta núi rng h ủiu khin theo nguyờn tc thi gian. Tng t
cú h
ủiu khin theo nguyờn tc nhit ủ, theo mụmen, theo chiu cụng sut
6.1.2
iu khin t ủng theo nguyờn tc thi gian.
a) N
i dung nguyờn tc ủiu khin theo thi gian:
iu khin theo nguyờn tc thi gian da trờn c s l thụng s lm vic ca mch ủng
l
c bin ủi theo thi gian. Nhng tớn hiu ủiu khin phỏt ra theo mt quy lut thi gian cn
thit ủ lm thay ủi trng thỏi ca h thng.
GV: Trng Duy Vit - Khoa in in t
100
Những phần tử nhận biết ñược thời gian ñể phát tín hiệu cần ñược chỉnh ñịnh dựa theo
ngưỡng chuyển ñổi của ñối tượng. Ví dụ như tốc ñộ, dòng ñiện, mômen của mỗi ñộng cơ
ñược tính toán chọn ngưỡng cho thích hợp với từng hệ thống truyền ñộng ñiện cụ thể.
Những phần tử nhận biết ñược thời gian có thể gọi chung là rơle thời gian. Nó tạo nên
ñược một thời gian trễ (duy trì) kể từ lúc có tín hiệu ñưa vào (mốc 0) ñầu vào của nó ñến khi
nó phát ñược tín hiệu ra ñưa vào phần tử chấp hành.
C
ơ cấu duy trì thời gian có thể là: cơ cấu con lắc, cơ cấu ñiện từ, khí nén, cơ cấu ñiện
tử, tương ứng là rơle thời gian kiểu con lắc, rơle thời gian ñiện từ, rơle thời gian khí nén và
r
ơle thời gian ñiện tử
b) Mạch ñiều khiển truyền ñộng ñiện ñiển hình theo nguyên tắc thời gian:
Xét m
ạch ñiều khiển khởi ñộng ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập có hai cấp ñiện
trở phụ trong mạch phần ứng ñể hạn chế dòng ñiện khởi ñộng ở trên theo nguyên tắc thời
gian. S

ơ ñồ mạch ñiều khiển như hình 6.1.
+
_
2§g
2G 1G
+
_
¦
CK
r
2
r
1
2RTh

1
3
5
7
9
11
13
D
M
§g
§g
§g
1RTh
1G
2G

1RTh
2RTh
§g
+
_




Tr
ạng thái ban ñầu sau khi cấp nguồn ñộng lực và ñiều khiển thì rơle thời gian 1RTh
ñược cấp ñiện mở ngay tiếp ñiểm thường kín ñóng chậm RTh(9-11). ðể khởi ñộng ta phải ấn
nút mở máy M(3-5), côngtắctơ ðg hút sẽ ñóng các tiếp ñiểm ở mạch ñộng lực, phần ứng ñộng
c
ơ ñiện ñược ñấu vào lưới ñiện qua các ñiện trở phụ khởi ñộng r
1
, r
2
. Dòng ñiện qua các ñiện
trở có trị số lớn gây ra sụt áp trên ñiện trở r
1
. ðiện áp ñó vượt quá ngưỡng ñiện áp hút của rơle
th
ời gian 2RTh làm cho nó hoạt ñộng sẽ mở ngay tiếp ñiểm thường kín ñóng chậm 2RTh(11-
13), trên mạch 2G cùng với sự hoạt ñộng của rơle 1RTh chúng ñảm bảo không cho các
côngt
ắctơ 1G và 2G có ñiện trong giai ñoạn ñầu của quá trình khởi ñộng.
Tiếp ñiểm phụ ðg(3-5) ñóng ñể tự duy trì dòng ñiện cho cuộn dây côngtắctơ ðg khi ta
thôi không
ấn nút M nữa. Tiếp ñiểm ðg(1-7) mở ra cắt ñiện rơle thời gian 1RTh ñưa rơle thời

gian này vào hoạt ñộng ñể chuẩn bị phát tín hiệu chuyển trạng thái của truyền ñộng ñiện. Mốc
không c
ủa thời gian t có thể ñược xem là thời ñiểm ðg(1-7) mở cắt ñiện 1RTh.
Hình 6.1 - ðiều khiển khởi ñộng ñộng cơ ðM
ñl
theo nguyên tắc thời gian.
GV: Trương Duy Việt - Khoa điện – điện tử
101
M
ω
ω
0
ω
1
ω
2
MMM
C 2
1
A
0

ω
I
1
I
2
2
1
ω

ω
t
t
1
t
2
I
C
0



Thời gian chỉnh ñịnh ở mỗi cấp ñiện trở ñược tính theo công thức:
t
i
= T
ci
.ln
C
C
MM
MM
−
−
2
1

trong
ñó T
ci

- hằng số thời gian ñiện cơ của ñộng cơ ở ñặc tính có ñiện trở phụ ở cấp thứ i.
T
ci
=
21
MM
J
i
−
∆
ω

V
ới ∆ω
i
là khoảng biến thiên tốc ñộ trên ñường ñặc tính cơ có cấp ñiện trở thứ i ở
nh
ững mômen chuyển ñổi M
1
, M
2
tương ứng.
J là mômen quán tính c
ơ của hệ thống truyền ñộng và ñộng cơ, tính quy ñổi về trục
ñộng cơ.
Sau khi r
ơle thời gian 1RTh nhả, cơ cấu duy trì thời gian sẽ tính thời gian từ gốc không
cho ñến ñạt trị số chỉnh ñịnh thì ñóng tiếp ñiểm thường kín ñóng chậm RTh(9-11). Lúc này
cu
ộn dây côngtắctơ gia tốc 1G ñược cấp ñiện và hoạt ñộng ñóng tiếp ñiểm chính của nó ở

mạch ñộng lực và cấp ñiện trở phụ thứ nhất r
1
bị nối ngắn mạch. ðộng cơ sẽ chuyển sang
kh
ởi ñộng trên ñường ñặc tính cơ thứ 2. Việc ngắn mạch ñiện trở r
1
làm cho rơle thời gian
2RTh mất ñiện và cơ cấu duy trì thời gian của nó cũng sẽ tính thời gian tương tự như ñối với
r
ơle 1RTh, khi ñạt ñến trị số chỉnh ñịnh nó sẽ ñóng tiếp ñiểm thường ñóng ñóng chậm
2RTh(11-13). Côngtắctơ gia tốc 2G có ñiện hút tiếp ñiểm chính 2G, ngắn mạch cấp ñiện trở
th
ứ hai r
2
, ñộng cơ sẽ chuyển sang tiếp tục khởi ñộng trên ñường ñặc tính cơ tự nhiên cho ñến
ñiểm làm việc ổn ñịnh A.
c) Nh
ận xét về ñiều khiển truyền ñộng ñiện theo nguyên tắc thời gian:
Ưu ñiểm của nguyên tắc ñiều khiển theo thời gian là có thể chỉnh ñược thời gian theo
tính toán và
ñộc lập với thông số của hệ thống ñộng lực. Trong thực tế ảnh hưởng của mômen
cản M
C
của ñiện áp lưới và của ñiện trở cuộn dây hầu như không ñáng kể ñến sưk làm việc
c
ủa hệ thống và ñến quá trình gia tốc của truyền ñộng ñiện, vì các trị số thực tế sai khác với trị
s
ố thiết kế không nhiều.
Thi
ết bị của sơ ñồ ñơn giản, làm việc tin cậy cao ngay cả khi phụ tải thay ñổi, rơle thời

gian dùng
ñồng loạt cho bất kỳ công suất và ñộng cơ nào, có tính kinh tế cao.
Hình 6.2 - ðặc tính khởi ñộng ñộng cơ ðM
ñl
theo nguyên tắc thời gian.
GV: Trương Duy Việt - Khoa điện – điện tử
102
Nguyên tắc thời gian ñược dùng rất rộng rãi trong truyền ñộng ñiện một chiều cũng như
xoay chiều.
6.1.3 ðiều khiển tự ñộng theo nguyên tắc tốc ñộ.
a) N
ội dung nguyên tắc:
T
ốc ñộ quay trên trục ñộng cơ hay của cơ cấu chấp hành là một thông số ñặc trưng quan
trọng xác ñịnh trạng thái của hệ thống truyền ñộng ñiện. Do vậy, người ta dựa vào thông số
này
ñể ñiều khiển sự làm việc của hệ thống. Lúc này mạch ñiều khiển phải có phần tử nhận
biết ñược chính xác tốc ñộ làm việc của ñộng cơ - gọi là rơle tốc ñộ. Khi tốc ñộ ñạt ñược ñến
nh
ững trị số ngưỡng ñã ñặt thì rơle tốc ñộ sẽ phát tín hiệu ñến phần tử chấp hành ñể chuyển
trạng thái làm việc của hệ thống truyền ñộng ñiện ñến trạng thái mới yêu cầu.
R
ơle tốc ñộ có thể cấu tạo theo nguyên tắc ly tâm, nguyên tắc cảm ứng, cũng có thể
dùng máy phát tốc ñộ. ðối với ñộng cơ ñiện một chiều có thể gián tiếp kiểm tra tốc ñộ thông
qua s
ức ñiện ñộng của ñộng cơ. ðối với ñộng cơ ñiện xoay chiều có thể thông qua sức ñiện
ñộng và tần số của mạch rôto ñể xác ñịnh tốc ñộ.
Hình 6.3 trình bày s
ơ lược cấu tạo của rơle tốc ñộ kiểu cảm ứng. Rôto (1) của nó là một
nam châm vĩnh cửu ñược nối trục với ñộng cơ hay cơ cấu chấp hành. Còn stato (2) cấu tạo

nh
ư một lồng sóc và có thể quay ñược trên bộ ñỡ của nó. Trên cần (3) gắn vào stato bố trí má
ñộng (11) của 2 tiếp ñiểm có các má tĩnh là (7) và (15).

ω
1
2
3
4
15
11
7
5


Khi rôto không quay các tiếp ñiểm (7),(11) và (15),(11) mở, vì các lò xo giữ cần (3) ở
chính gi
ữa. Khi rôto quay tạo nên từ trường quay quét stato, trong lồng sóc có dòng cảm ứng
chạy qua. Tác dụng tương hỗ giữa dòng này và từ trường quay tạo nên mômen quay làm cho
stato quay
ñi một góc nào ñó. Lúc ñó các lò xo cân bằng (4) bị nén hay kéo tạo ra một mômen
chống lại, cân bằng với mômen quay ñiện từ.
Tu
ỳ theo chiều quay của rôto mà má ñộng (11) có thể ñến tiếp xúc với má tĩnh (7) hay
(15).
Tr
ị số ngưỡng của tốc ñộ ñược ñiều chỉnh bởi bộ phận (5) thay ñổi trị số kéo nén của lò
xo cân b
ằng.
Hình 6.3 - Cấu tạo rơle

t
ốc ñộ kiểu cảm ứng.
GV: Trương Duy Việt - Khoa điện – điện tử
103
Khi tốc ñộ quay của rôto bé hơn trị số ngưỡng ñã ñặt, mômen ñiện từ còn bé không
thắng ñược mômen cản của các lò xo cân bằng nên tiếp ñiểm không ñóng ñược. Từ lúc tốc ñộ
quay c
ủa rôto ñạt giá trị lớn hơn hoặc bằng ngưỡng ñã ñặt thì mômen ñiện từ mới thắng ñược
mômen cản của các lò xo làm cho phần tĩnh quay, ñóng tiếp ñiểm tương ứng theo chiều quay
c
ủa rôto.
b) Mạch ñiều khiển truyền ñộng ñiện ñiển hình theo nguyên tắc tốc ñộ :
Ta c
ũng lấy trường hợp ñiều khiển mở máy ñộng cơ ñể xét những ví dụ cụ thể.
Như ñã thấy ở ví dụ trước, việc ngắn mạch các ñiện trở khởi ñộng trong mạch phần ứng
ñộng cơ có thể thực hiện ñược ở tốc ñộ ω
1
, ω
2
và ω
3
. ðể làm các phần tử kiểm tra tốc ñộ, ở
ñây ta dùng các côngtăctơ gia tốc 1G, 2G và 3G có cuộn dây mắc trực tiếp vào 2 ñầu phần
ứng ñộng cơ, nó tiếp thụ ñược ñiện áp tỷ lệ với tốc ñộ ñộng cơ với sai lệch nhỏ.
+
+
CK
_
¦
_

3G
2G
1G
3G 2G 1G
§g
§g
+
D
3
M
5
§g
_

0
M
ω
ω
1
2
ω
ω
0
M
2
M
1
ω
3
(I )

2
(I )
1
1
2
3
4

0
t
1
t
2
u
U
t
t
3
U
U
1G
U
2G
U
3G
e

Trên hình 6.4 các ti
ếp ñiểm chuyển ñổi trạng thái cần xảy ra ở tốc ñộ (ω
1
,I
2
), (ω
2
,I
2
) và
(ω
3
,I
2
). Ở các ñiểm này, ñiện áp trên 2 ñầu phần ứng sẽ là:
U
1
= Kφω
1
+ I
2
.r
−

U
2
= Kφω
2
+ I
2

.r
−

U
3
= Kφω
3
+ I
2
.r
−

Giả sử ta cắt ñiện trở theo thứ tự r
1
, r
2
, r
3
thì phải chọn côngtăctơ có ñiện áp hút lần lượt
là:
U
hút1G
= U
1

U
hút2G
= U
2

U
hút3G
= U
3

Hình 6.4 - ðiều khiển khởi ñộng ñộng cơ ðM
ñl
theo nguyên
t
ắc tốc ñộ.
GV: Trương Duy Việt - Khoa điện – điện tử
104
Hoạt ñộng của sơ ñồ: Sau khi ấn nút mở máy M, côngtăctơ ðg có ñiện ñóng mạch phần
ứng ñộng cơ vào nguồn qua 3 ñiện trở phụ r
1
, r
2
và r
3
. ðộng cơ gia tốc trên ñường ñặc tính cơ
(1). Khi t
ốc ñộ ñộng cơ ñạt ñến trị số ω
1
ñiện áp trên 2 ñầu côngtăctơ 1G ñạt trị số hút U
1
, do
ñó 1G hút, loại trừ ñiện trở r
1
, ñộng cơ sẽ chuyển sang gia tốc trên ñường ñặc tính cơ (2). Khi
t

ốc ñộ ñộng cơ ñạt ñến trị số ω
2
(ω
2
> ω
1
) ñiện áp trên 2 ñầu côngtăctơ 2G ñạt trị số hút U
2
, do
ñó 2G hút, loại trừ tiếp ñiện trở r
2
, ñộng cơ sẽ chuyển sang gia tốc trên ñường ñặc tính cơ (3).
Khi t
ốc ñộ ñộng cơ ñạt ñến trị số ω
3
(ω
3
> ω
2
) ñiện áp trên 2 ñầu côngtăctơ 3G ñạt trị số hút
U
3
, do ñó 3G hút, ñiện trở r
3
bị ngắn mạch, ñộng cơ sẽ chuyển sang gia tốc trên ñường ñặc
tính cơ tự nhiên, cho ñến ñiểm làm việc ổn ñịnh.
c) Nh
ận xét về ñiều khiển truyền ñộng ñiện theo nguyên tắc tốc ñộ:
Ưu ñiểm là ñơn giản và rẻ tiền, thiết bị có thể là côngtăctơ mắc trực tiếp vào phần ứng
ñộng cơ không cần thông qua rơle. Nhược ñiểm là thời gian mở máy và hãm máy phụ thuộc

nhiều vào mômen cản M
C
, quán tính J, ñiện áp lưới U và ñiện trở cuộn dây côngtăctơ. Các
côngt
ăctơ gia tốc có thể không làm việc vì ñiện áp lưới giảm thấp, vì quá tải hoặc vì cuộn dây
quá phát nóng, sẽ dẫn ñến quá phát nóng ñiện trở khởi ñộng, có thể làm cháy các ñiện trở ñó.
Khi
ñiện áp lưới tăng cao có khả năng tác ñộng ñồng thời các côngtăctơ gia tốc làm tăng dòng
ñiện quá trị số cho phép.
Trong th
ực tế ít dùng nguyên tắc này ñể khởi ñộng các ñộng cơ, thường chỉ dùng
nguyên tắc này ñể ñiều khiển quá trình hãm ñộng cơ.
6.1.4 ðiều khiển tự ñộng theo nguyên tắc dòng ñiện.
a) N
ội dung nguyên tắc:
Dòng
ñiện trong mạch phần ứng ñộng cơ cũng là một thông số làm việc rất quan trọng
xác ñịnh trạng thái của hệ truyền ñộng ñiện. Nó phản ánh trạng thái mang tải bình thường của
h
ệ thống, trạng thái mang tải, trạng thái quá tải cũng như phản ánh trạng thái ñang khởi ñộng
hay ñang hãm của ñộng cơ truyền ñộng. Trong quá trình khởi ñộng, hãm, dòng ñiện cần phải
ñảm bảo nhỏ hơn một trị số giới hạn cho phép. Trong quá trình làm việc cũng vậy, dòng ñiện
có thể phải giữ không ñổi ở một trị số nào ñó theo yêu cầu của quá trình công nghệ.
Ta có th
ể dùng các côngtăctơ có cuộn dây dòng ñiện hoặc rơle dòng ñiện kiểu ñiện từ
ho
ặc các khóa ñiện tử hoạt ñộng theo tín hiệu vào là trị số dòng ñiện ñể ñiều khiển hệ thống
theo các yêu cầu trên.
Dòng
ñiện mạch phần ứng ñộng cơ dùng làm tín hiệu vào trực tiếp hoặc gián tiếp cho

các phần tử nhận biết dòng ñiện nói trên. Khi trị số tín hiệu vào ñạt ñến giá trị ngưỡng xác
ñịnh có thể ñiều chỉnh ñược của nó thì nó sẽ phát tín hiệu ñiều khiển hệ thống chuyển ñến
những trạng thái làm việc yêu cầu.
b) M
ạch ñiều khiển truyền ñộng ñiện ñiển hình theo nguyên tắc dòng ñiện:
Xét mạch ñiều khiển hãm ngược ñộng cơ xoay chiều 3 pha rôto dây quấn khi ñảo chiều.
Vì nh
ững lí do tương tự như ñã phân tích trong chương 2, khi ñảo chiều quay ñộng cơ
xoay chi
ều 3 pha rôto dây quấn cần phải ñưa thêm vào mạch rôto một ñiện trở phụ lớn hơn trị
s
ố ñiện trở phụ cần thiết ñưa vào khi khởi ñộng.
GV: Trương Duy Việt - Khoa điện – điện tử
105
Ta có thể dùng mạch ñiều khiển theo nguyên tắc dòng ñiện sau ñây ñể ñiều khiển việc
ñưa vào và loại ra phần ñiện trở phụ ñó mỗi lần ñảo chiều quay ñộng cơ.
N
T
2G
1G
H
RH
r
p2
r
p1
r
h
~
AT

RH
~
H
1G
2G
H
1G
21
~
N
T
T
N
KC1
KC2
KC3
KC4
KC5
0
1'2' 1 2
(N) (T)
3 5
9
7
11
13
15 17
2119

ω
Ι
Ι
2
0
Α
Ι
h®
3
1
2
ΤΝ
ΤΝ'

Yêu c
ầu ñối với rơle hãm RH thụ cảm dòng ñiện rôto: khi dòng ñiện rôto lớn hơn trị số
khởi ñộng thì nó phải tác ñộng, khi dòng ñiện rôto ñã giảm nhỏ về gần trị số khởi ñộng (I
1
) thì
nó ph
ải nhả ñể chuẩn bị cho quá trình khởi ñộng tiếp theo.
Vậy phải chỉnh ñịnh trị số I
nhả
của RH lớn hơn I
1
một ít, tất nhiên trị số I
hút

của nó sẽ lớn
h
ơn I
1
và xác ñịnh theo hệ số trở về của nó.
Giả sử ñộng cơ ñang làm việc theo chiều quay thuận, nghĩa là bộ khống chế chỉ huy
ñang ở vị trí 2 phía phải. Muốn ñảo chiều quay ñộng cơ, ta quay bộ khống chế KC về phía
ngược. Khi bộ khống chế lướt qua vị trí 0, các côngtăctơ H, 1G, 2G mất ñiện nên các tiếp
ñiểm của chúng nhả ra ñưa cả 3 ñiện trở vào mạch rôto. Khi ñến vị trí 2 phía trái, dòng ñiện
rôto xuất hiện lúc này lớn hơn trị số chỉnh ñịnh hút của rơle RH, nên RH tác ñộng mở tiếp
ñiểm RH(1-3), bảo ñảm cho cả 3 ñiện trở tham gia vào việc hạn chế dòng ñiện, quá trình hãm
ng
ược ñộng cơ ñược tiến hành.
Hình 6.5 - ðiều khiển hãm ngược ñộng cơ xoay chiều 3 pha rôto dây
qu
ấn khi ñảo chiều theo nguyên tắc dòng ñiện.
GV: Trương Duy Việt - Khoa điện – điện tử
106
Khi tốc ñộ ñộng cơ giảm gần ñến 0 thì dòng ñiện rôto cũng giảm ñến trị số nhả của rơle
RH, rơle RH nhả ñóng tiếp ñiểm RH(1-3), công tăctơ H có ñiện, ñiện trở hãm ngược r
h
ñược
lo
ại ra ngoài, ñộng cơ bắt ñầu quá trình khởi ñộng theo chiều ngược với hai cấp ñiện trở hạn
chế r
p1
và r
p2
.
c) Nh

ận xét về ñiều khiển truyền ñộng ñiện theo nguyên tắc dòng ñiện:
- Ưu ñiểm: Thiết bị ñơn giản, sự làm việc của sơ ñồ không chịu ảnh hưởng của nhiệt ñộ
cu
ộn dây côngtăctơ, rơle.
- Nhược ñiểm: ðộ tin cậy thấp, có khả năng ñình chỉ gia tốc ở cấp trung gian nếu ñộng
c
ơ khởi ñộng bị quá tải, dòng ñiện không giảm xuống ñến trị số nhả của rơle dòng ñiện.
Nguyên tắc dòng ñiện ñược ứng dụng chủ yếu ñể tự ñộng ñiều khiển quá trình khởi
ñộng ñộng cơ một chiều kích thích nối tiếp và ñộng cơ xoay chiều rôto dây quấn.
6.1.5 Các nguyên t
ắc ñiều khiển khác
Ngoài 3 nguyên t
ắc ñiều khiển ñược áp dụng rộng rãi nhất mà ta ñã xét ở trên, cũng có
th
ể tiến hành ñiều khiển các quá trình hay máy móc sản xuất theo những thông số ño lường
khác như: ðiều khiển theo công suất và chiều công suất mômen, sức căng, nhiệt ñộ, ánh
sáng
M
ột trong những nguyên tắc rất hay dùng là nguyên tắc ñiều khiển theo ñường ñi (hay
nguyên t
ắc hành trình).
Khi quá trình thay ñổi trạng thái làm việc của hệ có quan hệ chặt chẽ với vị trí của các
b
ộ phận ñộng của máy (ñầu máy, bàn máy, mâm cặp ) thì ta có thể dùng các thiết bị ñặc biệt
- gọi là công tắc hành trình, ñặt tại những vị trí thích hợp trên ñường ñi của các bộ phận ñó.
Khi b
ộ phận ñộng di chuyển ñến những vị trí này sẽ tác ñộng lên các công tắc hành trình,
công tắc hành trình sẽ phát những tín hiệu ñiều khiển hệ thống ñến các trạng thái làm việc
m
ới. Ví dụ như ñặt các công tắc cuối cùng ñể hạn chế hành trình bàn máy bào, máy doa, cầu

trục hoặc là ñặt các công tắc hành trình ñể ñảo chiều, giảm tốc ñộ cho máy bào giường.


KH
A
B
N
T


6.2 CÁC D
ẠNG BẢO VỆ VÀ TÍN HIỆU HÓA
6.2.1 Ý ngh
ĩa của bảo vệ và tín hiệu hóa
Trong quá trình v
ận hành, hệ thống ðKTð Tðð có thể có những tác ñộng ngẫu nhiên
hoặc chủ quan của nhân viên vận hành dẫn ñến những sự cố hoặc chế ñộ làm việc xấu cho hệ
th
ống. Nếu các chế ñộ xấu hoặc sự cố không ñược loại trừ kịp thời thì sẽ dẫn ñến hư hỏng
máy móc, thi
ết bị, rối loạn quá trình sản xuất hoặc thậm chí có thể gây những tai nạn nguy
hiểm cho người.
Hình 6.6 - ðiều khiển theo
nguyên t
ắc hành trình.
GV: Trương Duy Việt - Khoa điện – điện tử
107
Vì vậy bảo vệ và tín hiệu hóa trong hệ thống là không thể thiếu ñược. Nó có nhiệm vụ
loại trừ và ñề phòng các sự cố và chế ñộ làm việc xấu, ñảm bảo vận hành an toàn cho máy
móc và thi

ết bị cũng như con người.
Tác ñộng của bảo vệ và tín hiệu hóa:
- Ng
ắt ñiện ñộng cơ và hệ thống khi có sự cố nguy hiểm trực tiếp ñến ñộng cơ và thiết
bị. Ví dụ khi ngắn mạch, khi ñiện áp giảm thấp quá mức hoặc khi mất bôi trơn, làm mát.
- Khi quá t
ải hoặc khi xảy ra chế ñộ làm việc xấu chưa có nguy hiểm trực tiếp ñến máy
móc thiết bị thì tín hiệu hóa cho nhân viên vận hành biết ñể xử lý.
- B
ảo ñảm khởi ñộng, hãm, ñảo chiều … một cách bình thường, nghĩa là ñảm bảo sao
cho I < I
cp
, t
o
< t
o
cp
, …
- Ngoài ra có nhi
ều trường hợp ñể bảo ñảm cho các thiết bị quan trọng hoạt ñộng bình
thường trong mọi trường hợp, bảo vệ sẽ tác ñộng cắt một số thiết bị ñiện không quan trọng
l
ắm khi có sự cố mất ñiện hay ñiện áp giảm thấp tạm thời.
Các thiết bị bảo vệ phổ biến:
- C
ầu chì: cắt mạch ñiện khi dây chì nóng chảy.
- Rơle dòng ñiện: Tác ñộng ở dòng ñiện ñã ñặt.
- R
ơle ñiện áp: Tác ñộng ở ñiện áp ñã ñặt.
- Rơle công suất: Phản ứng với sự thay ñổi trị số và chiều công suất.

- R
ơle nhiệt: Tác ñộng ở nhiệt ñộ phát nóng nhất ñịnh.
- Áptômat các loại
6.2.2 Các dạng bảo vệ cơ bản
1. Bảo vệ ngắn mạch
Tác h
ại của ngắn mạch: Có thể gây nên hỏng cách ñiện của ñộng cơ và hỏng cách ñiện
các thiết bị khác của truyền ñộng ñiện. Khi ngắn mạch sẽ gây nên nhiệt ñộ tăng nhanh gây
cháy ho
ặc sức từ ñộng tăng mạnh gây tác ñộng không tốt về mặt cơ học.
Trong hệ thống TððK-Tðð bất kỳ, ngắn mạch một pha hoặc 3 pha ñều nguy hiểm và
b
ảo vệ phải tác ñộng cắt nhanh hệ thống ra khỏi nguồn ñiện.
Bảo vệ ngắn mạch có thể thực hiện bằng: Cầu chì, áptômat hoặc rơle dòng ñiện cực ñại,
các khâu b
ảo vệ ngắn mạch bằng bán dẫn ñiện tử.
* Ví dụ dùng cầu chì và áptômát bảo vệ ngắn mạch:
K
~
1CC
AT

K
D
M
K
2CC
~

GV: Trương Duy Việt - Khoa điện – điện tử

108

- Dòng tác
ñộng của cầu chì: I
dc
= I
kñ
.α
Trong
ñó: I
dc
là dòng tác ñộng của dây chảy ñược chọn.
I
kñ
là dòng ñiện khởi ñộng của ñộng cơ, phụ tải ñược bảo vệ.
α là h
ệ số xét ñến quán tính nhiệt.
α = 2,5
ñối với ñộng cơ khởi ñộng bình thường.
α = (1,6 ÷ 2) ñối với ñộng cơ khởi ñộng nặng.
C
ấm ñặt cầu chì trên dây trung tính, mạch nối ñất, vì nếu ñứt dây cầu chì thì vỏ máy sẽ
có ñiện áp cao nguy hiểm. Dùng cầu chì bảo vệ ngắn mạch thì ñơn giản, rẻ tiền nhưng tác
ñộng không chính xác, dòng tác ñộng phụ thuộc vào thời gian, thay thế lâu, không bảo vệ
ñược chế ñộ làm việc 2 pha.
- Dòng chỉnh ñịnh của Áptômat: I
cñ
= (1,2 ÷ 1,3).I
kñ

Áptômat tác
ñộng rồi thì có thể ñóng lại nhanh, cắt ñược dòng lớn, bảo vệ ñược chế ñộ
làm việc dòng 2 pha (khi bị mất 1 trong 3 pha).
* Dùng r
ơle dòng ñiện cực ñại (RM) bảo vệ ngắn mạch phải chỉnh ñịnh dòng tác ñộng
cho phù hợp với dòng ngắn mạch. Thường ñặt rơle dòng ñiện cực ñại trên 3 pha của ñộng cơ
không
ñồng bộ 3 pha, hoặc ñặt trên một cực ñối với ñộng cơ một chiều. Tiếp ñiểm của RM là
loại không tự phục hồi.
K
~
AT
RM

2CC
D
M
K
K
RM
~


2. B
ảo vệ quá tải dài hạn (bảo vệ nhiệt)
Quá t
ải lâu dài vượt trị số cho phép sẽ gây nên phát nóng làm nhiệt ñộ dây quấn máy
ñiện vượt quá trị số cho phép ñối với cách ñiện của nó, sẽ dẫn ñến cháy máy ñiện. ðể bảo vệ
máy
ñiện có thể dùng loại áptômat chỉnh ñịnh có cơ cấu nhả hỗn hợp hoặc dùng rơle nhiệt.

Phần tử ñốt nóng của Rơle nhiệt thường mắc trên hai pha của hệ thống ba pha và trên
m
ột hoặc hai cực của ñộng cơ ñiện một chiều, ở phía sau tiếp ñiểm của côngtăctơ ñường dây
K. Tiếp ñiểm của nó sẽ cắt mạch cuộn dây côngtăctơ ñường dây khi nó tác ñộng.
Các ti
ếp ñiểm của rơle nhiệt (RN) là loại không tự phục hồi, sau khi rơle nhiệt ñã tác
ñộng thì phải ấn reset bằng tay. Phải chọn rơle nhiệt có ñặc tính phát nóng gần với ñặc tính
phát nóng c
ủa thiết bị, ñộng cơ cần ñược bảo vệ.
- Dòng ñiện chỉnh ñịnh của rơle nhiệt, áptômat:
GV: Trương Duy Việt - Khoa điện – điện tử
109
I
cñ
= (1,2 ÷ 1,3).I
ñm

Trong ñó I
ñm
là dòng ñiện ñịnh mức của ñộng cơ, phụ tải.
~
K
RN
AT
RN

~
2CC
D
K

M
K
RN

3. B
ảo vệ quá tải ngắn hạn xung kích (bảo vệ dòng ñiện cực ñại)
Nh
ững quá tải tạm thời, nhưng dòng ñiện xung kích lớn có thể gây nên lực ñiện ñộng
lớn làm hư hỏng các bộ phận của máy ñiện như cháy cổ góp hoặc bối dây, làm hỏng các cơ
c
ấu cơ khí có liên quan khác. Vì vậy cần phải cắt ñộng cơ ra khỏi lưới.
Khi phụ tải làm việc trong thời gian ngắn, sự phát nóng của phụ tải không phù hợp với
ñặc tính của rơle nhiệt, nên rơle nhiệt không tác ñộng kịp. Do vậy, ñể bảo vệ cắt trong trường
hợp này người ta dùng rơle dòng ñiện cực ñại hay áptômát có cơ cấu cắt nhanh.
Dòng ch
ỉnh ñịnh của rơle dòng ñiện cực ñại bảo vệ quá tải:
I
cñ.RI
= (1,4 ÷ 1,5).I
ñm

Th
ường dùng một rơle dòng cực ñại bảo vệ ngắn mạch (RM) và 2 rơle dòng cực ñại bảo
vệ quá tải (RI). Tiếp ñiểm của rơle dòng cực ñại bảo vệ quá tải là loại tự phục hồi.
K
~
AT
RI
RM
RI

RM
K
M
2CC
D
K
~
RI
RTh
K
RTh

Ngay khi c
ấp nguồn, RTh có ñiện ñóng tiếp ñiểm của nó lại. Ấn nút khởi ñộng M, cuộn
dây côngt
ăctơ K có ñiện, ñóng nguồn cho ñộng cơ và cắt ñiện cuộn dây RTh, tính thời gian
mở chậm cho tiếp ñiểm RTh. Ban ñầu dòng ñiện trong ñộng cơ lớn nên RI tác ñộng mở tiếp
ñiểm, tiếp ñiểm của RI ñược duy trì trong thời gian khởi ñộng ñể ñảm bảo cho ñộng cơ khởi
ñộng ñược.


GV: Trương Duy Việt - Khoa điện – điện tử
110
4. Bảo vệ cực tiểu, bảo vệ ñiểm không
Khi
ñiện áp lưới bị mất hoặc giảm thấp dưới trị số cho phép thì phải cắt mối liên hệ giữa
ngu
ồn ñiện và ñộng cơ.
ðể tránh ñộng cơ tự khởi ñộng khi ñiện áp lưới phục hồi người ta dùng bảo vệ cực tiểu

và b
ảo vệ ñiểm không. Bảo vệ này ñược thực hiện bằng rơle ñiện áp thấp kiểu ñiện từ. Cuộn
dây của rơle ñược mắc vào ñiện áp lưới, còn tiếp ñiểm của nó ñóng nguồn cung cấp cho mạch
ñiều khiển ñộng cơ.
5. B
ảo vệ mất từ trường
Khi
ñộng cơ ñiện một chiều kích từ ñộc lập ñang làm việc, nếu dòng kích từ giảm nhỏ
quá trị số cho phép thì tốc ñộ ñộng cơ có thể tăng lên quá mức, dẫn ñến làm hư hỏng ñộng cơ
và thi
ết bị cơ ñiện khác.
ðể tránh các sự cố khi giảm hoặc mất từ trường cần phải có bảo vệ cắt mạch phần ứng
kh
ỏi nguồn cung cấp. Thường sử dụng rơle dòng ñiện, rơle ñiện áp ñể bảo vệ thiếu và mất từ
trường.
M
ạch ví dụ dùng rơle dòng ñiện, rơle ñiện áp ñể bảo vệ thiếu và mất từ trường:
®
1CC
K
RN
K
RTT
CK®
RN
RTT
RA
2CC
KC1
KC2

K
+
-
RA
1
(T)
2
(P)

Nguyên lý bảo vệ: Khi ñủ ñiện áp thì rơle bảo vệ thiếu từ trường RTT sẽ ñóng kín tiếp
ñiểm của nó, bộ khống chế KC ở vị trí giữa nên tiếp ñiểm KC1 kín, rơle RA tác ñộng.
Khi quay b
ộ khống chế KC sang vị trí 1(T) bên trái thì cho phép ñộng cơ làm việc. Khi
ñiện áp sụt xuống quá giá trị cho phép, hoặc dòng kích từ giảm thấp ñến giá trị: I
kt.ð
= I
nh.RTT
,
v
ới I
nh.RTT
≤ I
kt.min.cp
, nên RTT nhả làm K mất ñiện, loại ñộng cơ ra khỏi lưới ñể bảo vệ ñộng
c
ơ.
6. Các khâu liên
ñộng làm chức năng bảo vệ
Trong các h
ệ thống ðKTð-Tðð sử dụng các khâu liên ñộng về cơ khí, về ñiện ñể:

- ðảm bảo sự làm việc an toàn cho các thiết bị.
- B
ảo ñảm một trình tự tác ñộng nghiêm ngặt giữa các thiết bị trong hệ thống tránh thao
tác nhầm.
Các thi
ết bị bảo vệ liên ñộng bằng cơ khí như: Các nút ấn kép, các công tắc hành trình
kép, … Và các ph
ần tử bảo vệ liên ñộng ñiện như: Các tiếp ñiểm khóa chéo của các
côngtăctơ, rơle, làm việc ở các chế ñộ khác nhau.
GV: Trương Duy Việt - Khoa điện – điện tử
111
T
~
AT
N
®

2CC
~
T
MT
D
MN
N
N
T
T
N
MN
MT

6.2.3 Tín hi
ệu hóa trong hệ thống ðKTð - Tðð
ðể ñảm bảo an toàn cho sự làm việc của hệ thống, thuận tiện kiểm tra xem xét cho nhân
viên v
ận hành và xử lý kịp thời những chế ñộ làm việc xấu hoặc những sự cố xảy ra trong hệ
thống , vấn ñề tín hiệu hóa rất cần thiết, có thể coi như những biện pháp bảo vệ hỗ trợ với hệ
th
ống bảo vệ ñã nêu trên.
Trong hệ thống ðKTð - Tðð có thể bố trí những dạng tín hiệu:
1. Tín hi
ệu chỉ thị có ñiện hay không có ñiện các nguồn cung cấp ñộng lực, ñiều khiển.
2. Tín hiệu về trạng thái làm việc hay nghỉ (ñóng hay mở) của các thiết bị ñiện quan
tr
ọng trong hệ thống.
3. Tín hiệu dự báo chuẩn bị làm việc của những thiết bị nào ñó.
4. Tín hi
ệu dự báo và cấp báo tình trạng làm việc xấu hoặc sự cố. Hình thức báo tín hiệu
có thể là ánh sáng ñèn các màu, hoặc chuông, còi.
Khi các thi
ết bị chấp hành của hệ thống ñể rải rác và ñược ñiều khiển tập trung từ xa thì
ph
ải ñặc biệt chú ý ñến sự ñầy ñủ của các tín hiệu về:
- Báo chuẩn bị làm việc.
- Tín hi
ệu về trạng thái làm việc hay nghỉ, các tín hiệu kiểm tra ño lường ñể ñánh giá
chất lượng hoạt ñộng của máy móc, thiết bị.
- Tín hi
ệu về sự cố, sửa chữa nhằm mục ñích ñảm bảo an toàn thiết bị và người, ñề
phòng những sơ suất không ăn khớp giữa người ñiều khiển trung tâm và những nhân viên vận

hành, s
ửa chữa, bảo dưỡng khác.
Cần phải phân biệt giữa tín hiệu báo chuẩn bị làm việc với tín hiệu sự cố. Thông thường
tín hi
ệu chuông ñiện reo hồi dài là ñể dành riêng cho cấp báo sự cố xảy ra.

GV: Trương Duy Việt - Khoa điện – điện tử
112