Thiết kế, chế tạo tủ điều khiển mở máy động cơ kđb ba pha rotor lồng sóc bằng phương pháp đổi nối y∆ có hãm động năng sử dụng PLC zen

Trường ĐH SPKT Hưng Yên

Đồ án tốt nghiệp
LỜI CẢM ƠN

Qua một thời gian tìm hiểu và thực hiện đề tài “ Thiết kế, chế tạo tủ điều
khiển mở máy động cơ KĐB ba pha rotor lồng sóc bằng phương pháp đổi nối Y/∆
có hãm động năng sử dụng PLC Zen” đã hoàn thành. Trong suốt quá trình thực hiện
đề tài, em đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ nhiệt tình của thầy, cô và các bạn.
Em xin chân thành cảm ơn các thầy, các cô đã trang bị những kiến thức quý báu
cho em trong suốt quá trình học tập tại trường đại học sư phạm kĩ thuật Hưng Yên.
Đặc biệt là các thầy, cô trong khoa điện – điện tử đã tận tình giảng dạy, chỉ bảo, trang
bị cho em những kiến thức cần thiết nhất trong suốt quá trình học tập và nghiên cứu tại
khoa, thầy cô đã tạo mọi điều kiện thuận lợi giúp em thực hiện đề tài đồ án tốt nghiệp
này.
Em xin cảm ơn cô Trần Thị Thường đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ
em trong suốt thời gian qua.
Mặc dù em đã cố gắng nỗ lực hết mình để thực hiện để tài nhưng chắc hẳn đề
tài không thể tránh khỏi thiếu sót, kính mong sự đóng góp và hướng dẫn của các thầy,
cô.
Em xin chân thành cảm ơn!
Hưng Yên ,tháng năm 2015
Sinh viên thực hiện:

MỤC LỤC

GVHD: Trần Thị Thường

1

Trường ĐH SPKT Hưng Yên

GVHD: Trần Thị Thường

Đồ án tốt nghiệp

2


Trường ĐH SPKT Hưng Yên

Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC BẢNG BIỂU

GVHD: Trần Thị Thường

3


Trường ĐH SPKT Hưng Yên

Đồ án tốt nghiệp

DANH MỤC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ

GVHD: Trần Thị Thường

4

Trường ĐH SPKT Hưng Yên

Đồ án tốt nghiệp

LỜI NÓI ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Trong quá trình công nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước thì các lĩnh vực về công
nghiệp ngày càng phát triển, trong đó lĩnh vực tự động hóa ngày càng chú trọng và
quan tâm nhiều hơn. Điện công nghiệp là ngành quan trọng trong quá trình công
nghiệp hóa, hiện đại hóa đất nước. Trong lĩnh vực sản xuất của nền kinh tế quốc dân.
Điện khí hóa, cơ khí hóa và tự động hóa có liên quan mật thiết với nhau. Đòi hỏi
những kỹ sư điện công nhân nghề cần trang bị những kiến thức cơ bản về các phần tử
điều khiển, các khâu bảo vệ.
Trong công nghiệp hệ thống dẫn động chủ yếu là động cơ điện. Mỗi máy móc
hay một dây chuyền sản xuất nói chung đều được trang bị một hay nhiều động cơ điện.
Quy luật hoạt động của chúng được điều khiển hệ thống mạch điện.
Do vậy việc tìm hiểu nâng cao kiến thức về bộ môn trang bị điện là mục tiêu
nhiệm vụ quan trọng đầu tiên của sinh viên khi tham gia chuyên ngành điện
Vì yêu cầu về tự động hóa ngày càng cao, đòi hỏi kĩ thuật điều khiển phải có sự
thay đổi cả về thiết bị và phương pháp điều khiển.
Về phương pháp điều khiển: chúng ta hay sử dụng phương pháp điều khiển nối cứng.
Trong phương pháp này các linh kiện hay các khí cụ điện được nối với nhau vĩnh viễn
do đó khi muốn thay đổi lại nhiệm vụ điều khiển thì phải nối dây lại toàn mạch điện,
do đó sẽ mất nhiều thời gian và gây khó khăn trong việc điều khiển. Ngày nay với sự
phát triển của khoa học cho ra đời các thiết bị mới với công nghệ cao hơn sử dụng
phương pháp điều khiển tiên tiến hơn. Các thiết bị đó gọi là các thiết bị điều khiển lập
trình được và phương pháp điều khiển ở đây là phương pháp lập trình với ưu điểm nổi
trội như: các nối dây độc lập với chương trình, để thay đổi nhiệm vụ điều khiển chỉ
phải thay đổi nội dung của chương trình trong bộ nhớ của bộ điều khiển mà phương

pháp nối dây bên ngoài không bị ảnh hưởng.
Việc ra đời các thiết bị điều khiển lập trình được (PLC) đem lại những ứng
dụng to lớn không chỉ các ngành công nghiệp mà còn rất hữu ích trong cuộc sống như
điều khiển các hệ thống cung cấp nước, hệ thống cung cấp điện của các cơ quan, gia
đình hay công ty xí nghiệp...

GVHD: Trần Thị Thường

5


Trường ĐH SPKT Hưng Yên

Đồ án tốt nghiệp

Dưới đây là phần nghiên cứu của tôi về động cơ không đồng bộ ba pha cùng
với ứng dụng lập trình PLC để điều khiển động cơ không đồng bộ mong là hữu ích cho
công việc học tập và nghiên cứu của sinh viên.
Tên đề tài “ Thiết kế, chế tạo tủ điều khiển mở máy động cơ KĐB ba pha rotor lồng
sóc bằng phương pháp đổi nối Y/∆ có hãm động năng sử dụng PLC Zen ”
2. Đối tượng nghiên cứu

- Tìm hiểu và nghiên cứu về PLC
- Tìm hiểu về PLC zen ômzon
- Tìm hiểu, và nghiên cứu ngôn ngữ lập trình PLC
- Tìm hiểu về các nguyên tắc điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha và các khí cụ
điện dùng trong các mạch điều khiển động cơ

- Tìm hiểu phần cứng và lập trình
3. Phạm vi nghiên cứu

Với mục tiêu nghiên cứu quá trình mở máy và hãm dừng động cơ ba pha ro to lồng
sóc cùng với thiết kế chế tạo sản phẩm modul thực hành trang bị điện nhưng do điều
kiện thời gian, chi phí cùng sự hiểu biết có hạn nên đề tài chỉ giới hạn trong các phạm
vi sau đây:

- Nghiên cứu cấu tạo, nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng
sóc cùng với một số quá trình mở máy, hãm dừng động cơ không đồng bộ ba pha roto
lồng sóc.
- Sử dụng bộ điều khiển lập trình ZEN của OMRON phần mềm lập trình ZEN
SUPPORT SOFTWARE.
- Mô hình hệ thống modul dùng cho học tập và nghiên cứu môn trang bị điện
4. Mục đích nghiên cứu

- Nâng cao khả năng nắm bắt kiến thức về động cơ và nhất là động cơ ba pha roto lồng
sóc với phương pháp mở máy đổi nối sao tam giác cụ thể cơ bản có thể ứng dụng vào
thực tế công việc.

- Nâng cao khả năng hiểu biết của mình về các thiết bị điều khiển lập trình được đặc
biệt là PLC.

- Sử dụng thành thạo bộ điều khiển lập trình ZEN của OMRON
5. Ứng dụng thực tiễn và phạm vi ứng dụng đề tài
GVHD: Trần Thị Thường

6


Trường ĐH SPKT Hưng Yên

Đồ án tốt nghiệp

- Ứng dụng vào thực tiễn để đáp ứng được lĩnh vực đòi hỏi yêu cầu tự động hóa trong
sử dụng cũng như trong cuộc sống hàng ngày

- Ứng dụng thực tiễn điều khiển các mạch mở máy động cơ KĐB 3 pha trong môn học
thực tập trang bị điện

- Phạm vi ứng dụng to lớn không chỉ các ngành công nghiệp mà còn rất hữu ích trong
cuộc sống như điều khiển các hệ thống cung cấp nước, hệ thống cung cấp điện của các
cơ quan, gia đình hay công ty xí nghiệp...

CHƯƠNG I
KHÁI QUÁT CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

2.1 Sơ lược về cấu tạo của động cơ không đồng bộ:
Tổng quan về ứng dụng của máy điện không đồng bộ:

GVHD: Trần Thị Thường

7


Trường ĐH SPKT Hưng Yên

Đồ án tốt nghiệp

Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm
ứng điện từ, có tốc độ quay của rotor n (tốc độ của máy) khác với tốc độ quay của từ
trường n1. Cũng như các máy điện quay khác, máy điện không đồng bộ có tính thuận
nghịch, nghĩa là có thể làm việc ở chế độ động cơ điện, cũng có thể làm việc ở chế độ

máy phát điện.
Máy phát điện không đồng bộ có đặc tính làm việc không được tốt so với máy phát
điện đồng bộ, nên nó ít được sử dụng.
Động cơ điện không đồng bộ có cấu tạo và vận hành không phức tạp, giá thành
rẻ, làm việc tin cậy nên được sử dụng nhiều trong sản xuất và trong sinh hoạt.
Trong công nghiệp thường dùng loại máy điện không đồng bộ làm nguồn động
lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, cho các máy công cụ cho các nhà máy công
nghiệp nhẹ...Trong hầm mỏ nó thường được dùng làm máy tời hay quạt gió. Trong
nông nghiệp thường dùng làm máy bơm nước hay các máy gia công nông sản. Trong
đời sống hàng ngày, máy điện không đồng bộ cũng chiếm một vị trí quan trọng như
làm: quạt gió, máy quay đĩa, động cơ trong tụ lạnh.
Với sự phát triển của nền sản xuất điện khí hóa, tự động hóa và các phương tiện
sinh hoạt hàng ngày phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày càng rộng
rãi.
Tuy vậy, động cơ không đồng bộ cũng có những nhược điểm như hệ số cosϕ
của máy không cao và đặc tính điều chỉnh động cơ không tốt nên ứng dụng của nó
trong các lĩnh vực đòi hỏi cần có sự điều chỉnh tốc độ tốt thì hạn chế.
Máy điện không đồng bộ cũng có thể dùng làm máy phát điện nhưng điện áp
đầu ra không tốt so với máy phát điện đồng bộ do đó người ta hầu như không sử dụng
nó làm máy phát

GVHD: Trần Thị Thường

8


Trường ĐH SPKT Hưng Yên

Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.1. Động cơ không đồng bộ
2.2. Phân loại
2.2.1 Theo kết cấu của vỏ động cơ
Máy điện không đồng bộ có thể chia thành các loại chính sau: kiểu hở, kiểu bảo
vệ, kiểu kín, kiểu phòng nổ, v.v...
a) Kiểu hở không có trang bị bảo vệ sự tiếp xúc ngẫu nhiên các bộ phận quay
và bộ phận mang điện, đồng thời nó cũng không có trang bị bảo vệ tránh các vật bên
ngoài rơi vào máy.
Theo cấp bảo vệ thì đây là loại IP00. Loại này được chế tạo theo kiểu tự làm
nguội. Loại này thường đặt trong nhà, có người trông coi và không để người khác đến
gần.
b) Kiểu bảo vệ có sự bảo vệ chống tiếp xúc ngẫu nhiên của các bộ phận quay
hay mang điện. Loại này thường là tự thông gió.
Theo cấp bảo vệ thì kiểu này thuộc các cấp bảo vệ từ IP11 đến IP33.
c) Kiểu kín là kiểu mà không gian bên trong máy và môi trường bên ngoài
được cách ly.
Tùy theo mức độ kín mà cấp bảo vệ là từ IP44 trở lên. Kiểu kín thường là tự
thông gió ở mặt ngoài vỏ hay thông gió độc lập bằng cách đưa gió vào trong máy bằng
các đường ống. Loại này thường được dùng trong môi trường ẩm ướt và có nhiều bụi...

GVHD: Trần Thị Thường

9


Trường ĐH SPKT Hưng Yên

Đồ án tốt nghiệp

2.2.2 Theo kết cấu của rotor

Theo kết cấu của rotor, máy điện không đồng bộ được chia thành hai loại: rotor
kiểu dây quấn và rotor kiểu lồng sóc.
Động cơ rotor kiểu dây quấn chỉ áp dụng cho tải có công suất lớn và cần điều
chỉnh tốc độ (điều chỉnh tốc độ và mở máy bằng điện trở phụ). Còn đối với các loại tải
trung bình và nhỏ người ta sử dụng loại động cơ rotor lồng sóc và mở máy trực tiếp.
Động cơ rotor lồng sóc:
Đây là loại động cơ phổ biến nhất do giá thành rẻ, vận hành đơn giản hoạt động
ổn định. Các động cơ này có đặc tính cơ khi tải thay đổi từ thông đến định mức thì tốc
độ quay của chúng giảm tất cả khoảng 2% - 5%. Các động cơ rotor lồng sóc có
momen mở máy khá lớn .
Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm nó cũng có các nhược điểm sau:
- Khó điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phẳng trong phạm vi rộng
- Dòng điện mở máy từ lưới lớn, bằng từ 5-7 lần Iđm
- Hệ số công suất thấp
Để bổ khuyết cho nhược điểm này, người ta chế tạo động cơ rotor lồng sóc
nhiều tốc độ và dùng rotor rãnh sâu lồng sóc kép để giảm dòng khởi động, đồng thời
momen khởi động cũng được tăng lên.
2.2.3 Theo số pha trên dây quấn stator:
Theo số pha trên dây quấn stator của máy điện không đồng bộ thì ta có thể chia
ra thành các loại: 1 pha, 2 pha và 3 pha.
2.3. Cấu tạo chung
Máy điện không đồng bộ có cấu tạo chung gồm 2 phần chính:
- Phần tĩnh (stator).
- Phần quay (rotor).
Cấu tạo của máy điện không đồng bộ 3 pha được chỉ ra trên hình H1.1,a gồm 2
bộ phận chính là rotor(a) và stato(b). Ngoài ra còn có vỏ máy(e), nắp máy(c). Hình
H1.1,b là mặt cắt ngang của máy cho thấy rõ các lá thép của stator(a) và của rotor(b).

GVHD: Trần Thị Thường

10


Trường ĐH SPKT Hưng Yên

Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.2 Cấu tạo máy điện không đồng bộ ba pha

a. Kiểu lồng sóc b. Kiểu dây quấn
Hình 1.3 Ký hiệu của động cơ không đồng bộ ba pha
2.3.1 Phần tĩnh (stator)
Trên stator có vỏ, lõi sắt và dây quấn

Hình 1.4 Cấu tạo Stato
GVHD: Trần Thị Thường

11


Trường ĐH SPKT Hưng Yên

Đồ án tốt nghiệp

a) Vỏ máy:
Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạch dẫn
từ. Vỏ máy thường được làm bằng gang. Tùy theo cách làm nguội mà vỏ máy cũng
được chế tạo ở những dạng khác nhau.
Loại gang đúc được phân làm hai loại: loại có gân trong và loại không có gân
trong.

- Loại không có gân trong thường được dùng cho máy điện cỡ nhỏ hoặc kiểu
kín, lúc đó lưng lõi sắt áp sát vào mặt trong của vỏ và truyền nhiệt trực tiếp lên vỏ
máy.
- Loại có gân trong có đặc điểm là khi gia công, tốc độ cắt gọt chậm nhưng phôi
liệu bỏ đi ít hơn loại không có gân trong
Đối với máy có công suất tương đối lớn, khoảng 1000KW, thường dùng thép
tấm hàn lại thành vỏ.
b) Lõi sắt:
Lõi sắt của máy điện không đồng bộ là phần dẫn từ. Vì từ trường đi qua lõi sắt
là từ trường quay, nên để giảm tổn hao, lõi sắt phải được làm bằng các lá thép kỹ thuật
điện dày 0,5mm ép lại. Khi đường kính ngoài lõi sắt stator nhỏ hơn 990mm thì dùng
cả tấm tròn ép lại. Khi đường kính ngoài lớn hơn 1000mm thì phải dùng những tấm
hình rẻ quạt ghép lại thành khối tròn.
Mỗi lá thép kỹ thuật điện đều được phủ một lớp sơn cách điện trên bề mặt để
làm giảm tổn hao do dòn Fuco gây nên. Nếu lõi sắt ngắn hơn 25cm đến 30cm thì có
thể ghép lại thành một khối. Nếu lõi sắt dài hơn trị số trên thì thì thường ghép thành
từng thếp ngắn, mỗi thếp dài từ 4cm đến 6cm, đặt cách nhau 1cm để thông gió cho tốt.
c) Dây quấn:
Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi
sắt. Bối dây quấn có thể chỉ là một vòng dây (được gọi là dây quấn kiểu thanh dẫn, bối
dây thường được chế tạo dạng ½ phần tử và thiết diện thường lớn), cũng có thể bối
dây quấn gồm nhiều vòng dây (tiết diện nhỏ và được gọi là day quấn kiểu vòng dây).
Số vòng dây của mỗi bối, số bối của mỗi pha và cách nối lại phụ thuộc vào công suất,
điện áp, tốc độ, điều kiện làm việc của máy và quá trình tính toán điện từ.

GVHD: Trần Thị Thường

12

Trường ĐH SPKT Hưng Yên

Đồ án tốt nghiệp

Yêu cầu chính đối với dây quấn như sau:
Điện áp của ba pha bằng nhau trong dây quấn ba pha, điện áp ba pha lệch nhau một
góc 120 độ điện.
Điện trở và điện kháng của các mạch song song và của ba pha phải bằng nhau.
Có thể đấu thành các mạch song song dễ dàng khi cần thiết.
Dùng vật liệu làm dây dân điện ít nhất. Phần đầu nối càng ngắn càng tốt để thu ngắn
chiều dài của máy và đỡ tốn vật liệu.
Dễ chế tạo và sửa chữa.
Cách điện giữa các vòng dây, các pha và nối đất ít tốn kém và chắc chắn.
Kết cấu chắc chắn, có thể chịu được ứng lực cơ khi máy bị ngắn mạch hoặc khi khởi
động.
2.3.2 Phần quay (rotor)
a) Lõi sắt:
Được ép trực tiếp lên trục máy hoặc lên một giá rotor của máy. Phía ngoài của
lõi sắt có xẻ rãnh để đặt dây quấn.
b) Dây quấn rotor:

Hình 1.5 Dây quấn rotor
Có 2 loại dây quấn rotor:
+Rotor kiểu lồng sóc(H1.4a)
+ Rotor kiểu dây quấn(H1.4b)
GVHD: Trần Thị Thường

13

Trường ĐH SPKT Hưng Yên

Đồ án tốt nghiệp

Loại rotor kiểu lồng sóc:
Trong mỗi rãnh của lõi sắt rotor đặt vào thanh dẫn bằng đồng hay nhôm dài ra
khỏi lõi sắt và được nối tắt lại ở hai đầu bằng hai vòng ngắn mạch bằng đồng hoặc
nhôm làm thành một cái lồng mà người ta gọi là lồng sóc.
Để cải thiện tính năng mở máy của động cơ điện công suất lớn, rãnh rotor có thể
làm thành dạng rãnh sâu hoặc làm thành hai rãnh lồng sóc hay còn gọi là lồng sóc kép.
Đối với động cơ nhỏ rãnh rotor được làm chéo đi một góc so với tâm trục.
- Loại rotor kiểu dây quấn:
Trong động cơ cỡ trung bình trở lên thường dùng dây quấn sóng hai lớp vì bớt được
những dây đầu nối, kết cấu trên rotor chặt chẽ. Dây quấn đồng tâm một lớp thường
dùng cho máy điện cỡ nhỏ. Dây quấn ba pha của rotor thường đấu hình sao còn ba đầu
kia được đấu vào vành trượt bằng đồng được đặt cố định ở một đầu trục và thông qua
chổi than có thể đấu với mạch điện bên ngoài.
Đặc điểm của động cơ kiểu dây quấn là có thể thông qua chổi than để đưa điện
trở phụ hay sức điện động phụ vào rotor để cải thiện tính năng mở máy, điều khiển tốc
độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy
c) Khe hở:
Khe hở trong động cơ không đồng bộ rất nhỏ(từ 0,2mm đến 1mm trong động cơ vừa
và nhỏ) để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới vào và để cho hệ số công suất của máy
cao hơn.
2.4 . Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ:

Hình 1.6 Động cơ không đồng bộ ba pha
Khi nối dây quấn stato vào lưới điện xoay chiều ba pha, trong động cơ sẽ sinh ra
một từ trường quay. Từ trường này quét qua các thanh dẫn rotor làm cảm ứng trên dây

GVHD: Trần Thị Thường

14


Trường ĐH SPKT Hưng Yên

Đồ án tốt nghiệp

quấn rotor một sức điện động E2 sinh ra dòng I2 chạy trong dây quấn. Chiều của sức
điện động và chiều của dòng điện được xác định bằng quy tắc bàn tay phải.
Dòng điện I2 sinh ra một từ trường tương hỗ với stato tạo ra lực điện từ trên dây
dẫn rotor và momen quay làm cho rotor quay với tốc độ n theo chiều quay của từ
trường. Tốc độ quay của rotor n luôn nhỏ hơn tốc độ của từ trường quay stato n 1. Sự
chuyển động tương đối của rotor và từ trường quay stato duy trì được dòng điện I 2 và
momen M. Vì tốc độ quay của rotor khác với tốc độ của từ trường quay stato nên gọi
là động cơ không đồng bộ.
Để minh họa, trên hình H1.6, từ trường quay tốc độ n1, chiều sức điện động và
dòng điện cảm ứng trong thanh dẫn rotor, chiều của lực điện từ Fđt .

Hình 1.7. Chiều sức điện động, dòng điện cảm ứng, lực điện từ trong rotor

s=

n1 − n
n1

Đặc trưng cho động cơ không đồng bộ ba pha là hệ số trượt:
Trong đó:
n

: tốc độ quay của rotor
60. f1
p

n1

: tốc độ quay của từ trường, n1=

f1 =50Hz

: tần số dòng điện

p

: số đôi cực

Khi mở máy n=0, s=1: độ trượt mở máy
Dòng điện trong dây quấn và từ trường quay tác dụng tương hỗ lẫn nhau lên khi rotor
chịu tác dụng của momen M thì từ trường quay cũng chịu tác dụng của momen theo
GVHD: Trần Thị Thường

15


Trường ĐH SPKT Hưng Yên

Đồ án tốt nghiệp

chiều ngược lại. Muốn cho từ trường quay với tốc độ n 1 thì nó phải nhận một công suất

đưa vào là công suất điện từ:
2.5. Các lượng định mức
Máy điện đồng bộ có các trị số định mức đặc trưng cho điều kiện kỹ thuật của
máy. Các chỉ số này do các nhà thiết kế, chế tạo quy định và được ghi trên nhãn máy.
Vì máy điện không đồng bộ chủ yếu làm việc ở chế độ động cơ điện nên trên nhãn
máy ghi các trị số định mức của động cơ điện khi tải định mức. Các trị số đó thường
bao gồm: công suất định mức ở đầu trục P đm (KW hoặc W), dòng điện dây định mức
Iđm (A), điện áp dây định mức U đm (V), cách đấu dây (Y hay ∆), tốc độ quay định mức
nđm (vg/phút), hiệu suất định mức ηđm và hệ số công suất định mức cosϕđm...
Các động cơ không đồng bộ do các nhà máy sản xuất phải làm việc trong những
điều kiện nhất định với những số liệu xác định gọi là số liệu định mức (Sổ tay kỹ thuật
điện). Những số liệu định mức của động cơ không đồng bộ được ghi trên nhãn của nhà
máy chế tạo và được gắn trên thân máy, đó là:
Công suất do động cơ sinh ra: Pđm =P2đm
Tần số lưới điện: f1
Điện áp dây quấn stato: U1đm
Dòng điện dây quấn stato: I1đm
Tốc độ quay rotor: n đm
Hệ số công suất: cosϕđm
Hiệu suất: ηđm

2.6. Các phương pháp mở máy động cơ không đồng bộ ba pha
Do yêu cầu của sản xuất, động cơ điện KĐB khi làm việc thường phải mở máy
và ngừng máy nhiều lần.Tùy theo tính chất tải và tình hình của lưới điện mà yêu cầu
về mở máy đối với động cơ điện cũng khác nhau. Có khi yêu cầu momen mở máy lớn
có khi lại cần hạn chế dòng điện mở máy và có khi cần cả hai yếu tố đó. Những yêu
cầu trên đòi hỏi động cơ điên KĐB phải có tính năng mở máy thích ứng.
Nếu việc áp dụng phương pháp mở máy không thích hợp sẽ dẫn đến hỏng động
cơ và máy móc sản xuất.

GVHD: Trần Thị Thường

16


Trường ĐH SPKT Hưng Yên

Đồ án tốt nghiệp

Vậy những yếu tố cơ bản nào cần phải có để mở máy động cơ.Đó là:

+ Phải có momen mở máy đủ lớn để thích ứng với đặc tính cơ của tải.
+ Dòng điện mở máy càng nhỏ càng tốt.
+ Phương pháp mở máy và thiết bị cần dùng đơn giản, rẻ tiền, chắc chắn.
+ Tổn hao công suất trong quá trình mở máy càng thấp càng tốt.
Để đạt được những yêu cầu trên không dễ dàng chút nào.Vì chúng thường mâu
thuẫn với nhau.Ví như khi đòi hỏi dòng điện mở máy nhỏ thì thường làm cho momen
mở máy bị giảm theo hoặc cần thiết bị đắt tiền chẳng hạn.
Đo đó chúng ta phải căn cứ vào điều kiện làm việc cụ thể để chọn phương pháp
mở máy thích hợp.
Trong giới hạn này chúng em giới thiệu những phương pháp mở máy thông
dụng sau đây:

+ Mở máy trực tiếp động cơ điện roto lồng sóc.
+ Mở máy bằng phương pháp hạ điện áp.
+ Mở máy bằng phương pháp Y/ ∆ .
+ Mở máy bằng phương pháp thêm điện trở phụ vào roto.
2.6.1. Mở máy trực tiếp động cơ không đồng bộ
Khi đóng điện trực tiếp vào động cơ KĐB để mở máy thì do lúc đầu rotor chưa
quay, độ trượt lớn (s=1) nên s.đ.đ cảm ứng và dòng điện cảm ứng lớn.

Dòng điện này có trị số đặc biệt lớn ở các động cơ công suất trung bình và lớn, tạo
ra nhiệt đốt nóng động cơ và gây xung lực có hại cho động cơ.

GVHD: Trần Thị Thường

17


Trường ĐH SPKT Hưng Yên

Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.8 Sơ đồ và đặc tính động cơ KĐB ba pha khi mở máy trực tiếp.
Tuy dòng điện lớn nhưng mômen mở máy lại nhỏ: Mmm = (0,5÷1,5)Mđm.
Do vậy cần phải có biện pháp mở máy. Trường hợp động cơ có công suất nhỏ thì
có thể mở máy trực tiếp. Động cơ mở máy theo đặc tính tự nhiên với mômen mở máy
nhỏ. Những động cơ không mở máy trực tiếp thì có thể thực hiện một trong các
phương pháp mở máy gián tiếp sau.
Phương pháp này được áp dụng đối với động cơ có công suất nhỏ và trung bình
Ưu điểm : Phương pháp này rất đơn giản. Thiết bị đóng cắt, bảo vệ đơn giản, thao
tác nhanh gọn. Hơn nữa phương pháp này có mômen mở máy lớn cho nên thời gian
khởi động nhanh.
Nhược điểm : Phương pháp này có dòng điện mở máy lớn nên công suất nguồn
cung cấp cho động cơ là lớn. Nếu công suất nguồn cấp là nhỏ dẫn đến sụt áp lớn có thể
không khởi động được động cơ.
2.6.2. Phương pháp mở máy bằng cách nối tiếp cuộn kháng hoặc điện trở phụ vào
cuộn dây stato
Phương pháp này dùng điện trở hoặc điện kháng mắc nối tiếp với mạch stato lúc
mở máy và có thể áp dụng cho cả động cơ roto lồng sóc lẫn roto dây quấn. Do có điện
trở hoặc điện kháng nối tiếp nên dòng mở máy của động cơ giảm đi, nằm trong giá trị

cho phép. Mômen mở máy của động cơ cũng giảm.
Thời điểm ban đầu của quá trình mở máy, các tiếp điểm K2 đóng lại (các tiếp điểm
K1 mở) để điện trở (hình a) hoặc điện kháng (hình b) tham gia vào mạch stato nhằm
hạn chế dòng điện mở máy. Khi tốc độ động cơ đã tăng đến một mức nào đó (tuỳ hệ
truyền động) thì các tiếp điểm K1 đóng lại, K2 mở ra để loại điện trở hoặc điện kháng
ra khỏi mạch stator. Động cơ tăng tốc đến tốc độ làm việc. Quá trình mở máy kết thúc.

GVHD: Trần Thị Thường

18


Trường ĐH SPKT Hưng Yên

Đồ án tốt nghiệp

Hình 1.9 Sơ đồ mở máy động cơ KĐB ba pha qua điện trở phụ(a) và cuộn
kháng(b)ở mạch stato và dạng đặc tính cơ khi mở máy.
Sơ đồ trên giới thiệu mở máy qua 1 cấp điện trở phụ hoặc điện kháng ở mạch stato.
Trên thực tế có thể mở máy qua hai hoặc ba cấp tuỳ theo yêu cầu công nghệ.
Khi mở máy mạch điện stato đặt nối tiếp một điện kháng. Sau khi mở máy song thì
điện kháng này bị nối ngắn mạch. Điều chỉnh trị số của điện kháng thì có thể có được
dòng điện mở máy cần thiết. Do đó điện áp giáng trên điện kháng nên điện áp mở
máy trên đầu cực động cơ điện U’k sẽ nhỏ hơn điện áp nguồn U1.
Nếu : dòng điện mở máy khi mở máy trực tiếp là I k , mômen mở máy khi mở máy
trực tiếp Mk . Sau khi thêm điện kháng vào, dòng điện mở máy còn lại I ’k = k.Ik ,trong
đó k < 1.
Nếu cho rằng khi hạ điện áp mở máy, tham số của máy điện vẫn giữ không đổi thì
khi dòng điện mở máy nhỏ đi, điện áp đầu cực động cơ sẽ bằng :
U’k = k.U1

Vì mômen mở máy tỷ lệ với bình phương của điện áp nên lúc đó mômen mở máy
bằng :
M’k = k.Mk’
Ưu điểm : phương pháp này là thiết bị đơn giản.
Nhược điểm : là giảm dòng điện mở máy thì mômen giảm xuống bình phương lần .
Phương pháp này dùng cho các động cơ công suất trung bình và nhỏ.

GVHD: Trần Thị Thường

19


Trường ĐH SPKT Hưng Yên

Đồ án tốt nghiệp

2.6.3. Phương pháp mở máy qua biến áp tự ngẫu
Phương pháp này được sử dụng để đặt một điện áp thấp cho động cơ khi mở máy.
Do vậy, dòng điện của động cơ khi mở máy giảm đi.

Hình 1.10 Sơ đồ mở máy động cơ KĐB ba pha qua biến áp tự ngẫu.
Sơ đồ sử dụng một máy biến áp tự ngẫu có bên cao được nối vào nguồn,
bên hạ áp nối với động cơ.
Gọi là tỷ số biến đổi điện áp của biến áp tự ngẫu ()

Gọi dòng điện lấy từ lưới vào là thì :
là dòng điện thứ cấp của biến áp tự ngẫu
So với phương pháp mở máy bằng cuộn kháng chọn thì :
Mở máy bằng cuộn kháng :
và

Mở máy bằng biến áp tự ngẫu :
Cùng mômen mở máy như nhau dòng điện mở máy khi dung biến áp tự ngẫu nhỏ
hơn nhiều.Ngược lại nếu cùng dòng điện mở máy thì mômen mở máy dung máy biến
áp tự ngẫu lớn hơn khi mở máy qua cuộn kháng.

GVHD: Trần Thị Thường

20


Trường ĐH SPKT Hưng Yên

Đồ án tốt nghiệp

Ưu điểm : khi dùng biến áp tự ngẫu đảm bảo mômen mở máy lớn nhất ở một
dòngđiện đã cho do đó quy trình mở máy diễn ra nhanh hơn. Phương pháp này rất ít
hao phí điện năng và có hiệu suất đạt cao hơn.
Nhược điểm : dùng biến áp thì chi phí sẽ cao, không kinh tế.
2.6.4. Mở máy động cơ KĐB ba pha bằng phương pháp đổi nối sao – tam giác.
Động cơ KĐB làm việc bình thường ở sơ đồ mắc ∆ các cuộn stato thì khi mở máy
có thể mắc theo sơ đồ Y. Thực chất của phương pháp này là giảm điện áp đặt vào cuộn
dây stato khi đổi nối vì khi mắc ∆, còn khi mắc Y thì điện áp giảm 3 lần:
Phương pháp mở máychỉ thích hợp với những động cơ bình thường nối
Khi đấu hình điện áp pha trên mỗi dây quấn:
là điện áp lưới và ta có:

Khi mở máy trực tiếp đấu thì:

Như vậy dòng mở máy khi đấu :
Ưu điểm : phương pháp này khởi động đơn giản, dùng với thiết bị đóng cắt thông

thường .
Nhược điểm : mômen khởi động giảm đi 3 lần không thích hợp cho máy yêu cầu
mmen khởi động lớn. Sự thay đổi dòng điện đột ngột khi chuyển từ mạch Ysang Có
thể làm cho bộ bảo vệ tác động. Khi đổi nối sẽ xảy ra khoảng dòng điện bị gián đoạn.

2.7 Các phương pháp hãm dừng.
2.7.1 Hãm ngược bằng cách đảo chiều quay
Động cơ điện KĐB roto dây quấn đang làm việc với tải có mômen cản phản kháng
tại điểm A trên đường đặc tính cơ 1, sơ đồ nối dây như hình vẽ. Để hãm máy, ta đổi
thứ tự hai pha bất kỳ trong 3 pha cấp cho stato để đảo chiều quay động cơ. Động cơ
GVHD: Trần Thị Thường

21


Trường ĐH SPKT Hưng Yên

Đồ án tốt nghiệp

chuyển điểm làm việc từ A trên đặc tính 1 sang điểm B' trên đặc tính 2. Do quán tính
của hệ cơ, động cơ coi như giữ nguyên tốc độ khi chuyển đặc tính. Quá trình hãm
ngược bắt đầu. Khi tốc độ động cơ giảm theo đặc tính hãm 2 tới điểm D' thì . Lúc này,
nếu cắt điện thì động cơ sẽ dừng. Đoạn hãm ngược là B'D'. Nếu không cắt điện thì như
trường hợp ở hình 2.7, động cơ có nên động cơ bắt đầu tăng tốc, mở máy chạy ngược
theo đặc tính cơ 2 và làm việc ổn định tại điểm E' với tốc độ theo chiều ngược.
Khi động cơ hãm ngược theo đặc tính 2, điểm B' có mômen nhỏ nên tác dụng hãm
không hiệu quả. Thực tế phải tăng cường mômen hãm ban đầu () nhờ vừa đảo chiều từ
trường quay của stato, vừa đưa thêm điện trở phụ đủ lớn vào mạch roto. Động cơ sẽ
hãm ngược theo đặc tính 3 (đoạn BD). Tới D mà cắt điện thì động cơ sẽ dừng. Nếu
không cắt điện, động cơ sẽ tăng tốc theo chiều ngược lại và làm việc tại điểm E với tốc

độ . Nếu lúc này lại cắt điện trở phụ R P thì động cơ sẽ chuyển sang làm việc trên đặc
tính 2 tại điểm F và tăng tốc tới điểm E'.

Hình 1.11 Hãm ngược bằng cách đảo chiều quay
-

Ưu điểm : Hãm chính xác

- Nhược điểm : đòi hỏi phải kết hợp với một role tốc độ để khi tốc độ động cơ
bằng 0 thì ngắt nguồn hãm ra.
2.7.2. Hãm động năng
Để hãm động năng một động cơ điện KĐB đang làm việc ở chế độ động cơ, ta phải
cắt stato ra khỏi lưới điện xoay chiều (mở các tiếp điểm K ở mạch lực) rồi cấp vào
stato dòng điện một chiều để kích từ (đóng các tiếp điểm H). Thay đổi dòng điện kích
từ nhờ biến trở .
Do động năng tích lũy, roto tiếp tục quay theo chiều cũ trong từ trường một chiều
vừa được tạo ra. Trong cuộn dây phần ứng xuất hiện một dòng điện cảm ứng. Lực từ
GVHD: Trần Thị Thường

22


Trường ĐH SPKT Hưng Yên

Đồ án tốt nghiệp

trường tác dụng vào dòng cảm ứng trong cuộn dây phần ứng sẽ tạo ra mômen hãm và
rôto quay chậm dần. Động cơ điện xoay chiều khi hãm động năng sẽ làm việc như một
máy phát điện có tốc độ (do đó tần số) giảm dần.
Động năng qua động cơ sẽ biến đổi thành điện năng tiêu thụ trên điện trở ở mạch

roto.
Nếu trước khi hãm, động cơ làm việc tại điểm A trên đặc tính cơ 1 thì khi hãm
động năng, động cơ chuyển sang làm việc tại điểm B trên đặc tính hãm động năng 2 ở
góc phần tư thứ II.
Đặc tính hãm động năng của động cơ xoay chiều 3 pha KĐB có dạng như hình vẽ.
Tốc độ động cơ giảm dần theo đặc tính về O trên đoạn đặc tính hãm động năng BO.
Tại điểm O, động cơ sẽ dừng nếu tải là phản kháng. Nếu tải có tính chất thế năng thì
tải sẽ kéo động cơ quay ngược cho đến khi ổn định tại điểm D (góc phần tư thứ
IV).Điện trở mạch roto và dòng kích từ cấp cho stato lúc hãm động năng có ảnh hưởng
tới dạng đặc tính cơ khi hãm

Hình 1.12 Đặc tính hãm động năng kích từ độc lập
Ưu điểm : Hãm dừng nhanh,chính xác
Nhược điểm : Phải sử dụng nguồn một chiều DC qua máy biến áp và khi động cơ chưa
hoạt động ấn nút dừng thì vẫn cấp nguồn 1 chiều DC vào động cơ.

GVHD: Trần Thị Thường

23


Trường ĐH SPKT Hưng Yên

Đồ án tốt nghiệp
CHƯƠNG II

TỔNG QUAN VỀ BỘ ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH PLC ZEN

1.1. Giới thiệu chung về PLC ( Programmable logic controller )
1.1.1. Khái niệm về PLC

PLC hay thiết bị điều khiển logic lập trình được là dạng thiết bị điều khiển đặc
biệt sử dụng bộ nhớ lập trình được để lưu trữ các lệnh và thực hiện các chức năng như:
thực hiện các phép toán logic, lập chuỗi, định giờ, đếm và các thuật toán để điều khiển
máy và các quá trình. PLC được thiết kế có sẵn giao diện cho các thiết bị vào/ra và có
thể lập trình với ngôn ngữ lập trình đơn giản và dễ hiểu, chủ yếu giải quyết các phép
toán logic và chuyển mạch, cho phép các kĩ sư không yêu cầu cao về máy tính và ngôn
ngữ máy tính cũng có thể sử dụng được.
1.1.2. Lịch sử phát triển của PLC
Vào khoảng năm 1968, các nhà sản xuất ô tô đã đưa ra các yêu cầu kỹ thuật đầu
tiên cho thiết bị điều khiển logic khả lập trình. Mục đích đầu tiên là thay thế cho các tủ
điều khiển cồng kềnh, tiêu thụ nhiều điện năng và thường xuyên phải thay thế các rơ le
do hỏng cuộn hút hay gãy các thanh lò xo tiếp điểm. Mục đích thứ hai là tạo ra một
thiết bị điều khiển có tính linh hoại trong việc thay đổi chương trình điều khiển. Các
yêu cầu kỹ thuật này chính là cơ sở của các máy tính công nghiệp, mà ưu điểm chính
của nó là sự lập trình dễ dàng bởi các kỹ thuật viên và các kỹ sư sản xuất. Với thiết bị
điều khiển khả lập trình, người ta có thể giảm thời gian dừng trong sản xuất, mở rộng
khả năng hoàn thiện hệ thống sản xuất và thích ứng với sự thay đổi trong sản xuất.
Một số nhà sản xuất thiết bị điều khiển trên cơ sở máy tính đã xuất ra các thiết bị điều
khiển khả lập trình còn gọi là PLC.
Những PLC đầu tiên được ứng dụng trong công nghiệp ô tô vào năm 1969 đã
đem lại sự ưu việt hơn hẳn các hệ thống điều khiển trên cơ sở rơ le. Các thiết bị này
được lập trình dễ dàng, không chiếm nhiều không gian trong các xưởng sản xuất và có
độ tin cậy cao hơn các hệ thống rơ le. Các ứng dụng của PLC đã nhanh chóng rộng mở
ra tất cả các ngành công nghiệp sản xuất khác.
Hai đặc điểm chính dẫn đến sự thành công của PLC đó chính là độ tin cậy cao
và khả năng lập trình dễ dàng. Độ tin cậy của PLC được đảm bảo bởi các mạch bán
GVHD: Trần Thị Thường

24

Trường ĐH SPKT Hưng Yên

Đồ án tốt nghiệp

dẫn được thiết kế thích ứng với môi trường công nghiệp. Các mạch vào ra được thiết
kế đảm bảo khả năng chống nhiễu, chịu được ẩm, chịu được dầu, bụi và nhiệt độ cao.
Các ngôn ngữ lập trình đầu tiên của PLC tương tự như sơ đồ thang trong các hệ thống
điều khiển lô gíc, nên các kỹ sư đã làm quen với sơ đồ thang dễ dàng thích nghi với
việc lập trình mà không cần phải qua một quá trình đào tạo nào. Một số các ứng dụng
của máy tính trong sản xuất trong thời gian đầu bị thất bại, cũng chính vì việc học sử
dụng các phần mềm máy tính không dễ dàng ngay cả với các kỹ sư.
Khi các vi xử lý được đưa vào sử dụng trong những năm 1974 – 1975, các khả
năng cơ bản của PLC được mở rộng và hoàn thiện hơn. Các PLC có trang bị vi xử lý
có khả năng thực hiện các tính toán và xử lý số liệu phức tạp, điều này làm tăng khả
năng ứng dụng của PLC cho các hệ thống điều khiển phức tạp. Các PLC không chỉ
dừng lại ở chỗ là các thiết bị điều khiển logic, mà nó còn có khả năng thay thế cả các
thiết bị điều khiển tương tự. Vào cuối những năm bảy mươi việc truyền dữ liệu đã trở
nên dễ dàng nhờ sự phát triển nhảy vọt của công nghiệp điện tử. Các PLC có thể điều
khiển các thiết bị cách xa hàng vài trăm mét. Các PLC có thể trao đổi dữ liệu cho nhau
và việc điều khiển quá trình sản xuất trở nên dễ dàng hơn.
Thiết bị điều khiển khả lập trình PLC chính là các máy tính công nghiệp dùng
cho mục đích điều khiển máy, điều khiển các ứng dụng công nghiệp thay thế cho các
thiết bị “cứng” như các rơ le cuộn hút và các tiếp điểm.
Ngày nay chúng ta có thể thấy PLC trong hàng nghìn ứng dụng công nghiệp.
Chúng được sử dụng trong công nghiệp hoá chất ,công nghiệp chế biến dầu, công
nghiệp thực phẩm, công nghiệp cơ khí, công nghiệp xử lý nước thải, công nghiệp dược
phẩm, công nghiệp dệt may, nhà máy điện hạt nhân, trong công nghiệp khai khoáng,
trong giao thông vận tải, trong quân sự, trong các hệ thống đảm bảo an toàn, trong các
hệ thống vận chuyển tự động, điều khiển rô bốt, điều khiển máy công cụ CNC v..v.

Các PLC có thể được kết nối với các máy tính để truyền, thu thập và lưu trữ số liệu
bao gồm cả quá trình điều khiển bằng thống kê, quá trình đảm bảo chất lượng, chẩn
đoán sự cố trực tuyến, thay đổi chương trình điều khiển từ xa. Ngoài ra PLC còn được
dùng trong hệ thống quản lý năng lượng nhằm giảm giá thành và cải thiện môi trường

GVHD: Trần Thị Thường

25