nguyên tắc điều khiển bù cos và hoạt động của sơ đồ mạch điều khiển

Câu 3.trình bày nguyên tắc điều khiển bù cos và hoạt động của sơ đồ mạch điều khiển.
Hoạt động của sơ đổ hình 3.26 được giải thích như sau:
a.Đóng tụ vảo lưới
Điểu khiển đóng cắt tụ theo nguyên tắc thòi gian, các rơle thời gian cần có để xác định cơs
đã xác lập, chứ không phải quá độ, chỉ khi nàơ sự biến đổi của tải đã xác lập mói tiến hành
đóng hay cắt tụ.
Khi C0S dưới ngưõng thấp, cảm biến costhấp trong mạch đóng làm cho rơle RĐ hút, rơle
Rth, tính thời gian rồi đóng tiếp điểm để ra lênh đóng TĐ 1, R1, K1, nhóm tụ C1 được đóng
vào lưới. Nếu C0S chưa đủ, rơle Rth2 tiếp tục tính thời gian để đóng nhóm tụ thứ bai (C 2).
Nếu cos chưa đủ, tiếp tục đóng như thế cho tới nhóm tụ cuối cùng,
Trưòng hợp đóng tới nhóm tụ nào đó mà C0S đạt trị số trên ngưỡng thấp cảm biến cos thấp
mở ra, các tiếp điểm RĐ trong các mạch tính thời gian được mở ra,‘dừng quá trình đóng tụ
tiêp theo. Những tụ đã đóng, đươc tư giữ bằng tiếp điểm tự giữ của mạch cuộn hút các role
TĐ1,TĐ2, TĐ3.
b) cắt tụ khỏi lưới
Khi cos lớn trên ngưỡng cao, tiếp điểm cos cao đóng, rơle RC đóng làm mỏ TĐ1kéo theo cắt
bộ tụ C1 nếu C0Stiếp tục cao sẽ tiến hành cắt các bộ tụ tiếp theo.
Trưòng hợp, cắt tới một bộ tụ nào đó có cosọ trị số dưới ngưỡng thấp, khi đó sẽ đóng lại tụ từ
nhỏ đến lớn, cho đến khi nào đủ cos thì thôi.
Ngoài việc đóng tụ theo cảm biến costp đã nêu ở trên, người ta có thể đóng tụ theo công
suất phản kháng (Q), nhưng loại cảm biến này khó chế tạo hơn nên ít được dùng trong
thực tế hơn.
Một số mạch thiết kế có thể lựa chọn cách đóng tụ theo điện áp, vì khi cos thấp, tổn hao
trên đường dây tàng lên làm giảm điện áp của hộ tiêu thụ. Tuy nhiên, cách bù cosọ như thế
này có độ chính xác không cao.
4. Trình bày về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của 2 loại ATS. So sánh ưu nhược điểm
của chúng.
a) Sơ đồ cấu trúc của hai loại ATS

Sơ đổ khối của ATS; a) ATS lưới - lưới; b) ATS - lưới - máy phát
1

1


MBA : máy biến áp nguồn
AP1, AP2 : aptomat nguồn
SS1, SS2 ; Các bộ so sánh
ĐK : khối điều khiển
CM : khối chuyển mạch
KĐ ; khối khởi động máy diezen
ĐZ : động cơ diezen
G : máy phát diện
* Chức năng các khối;
+ ss : Khối so sánh thực hiện chức năng theo dõi, giám sát các thông số của nguồn cung
cấp và so sánh các thông số đó với giá trị ngưỡng đặt trước và đưa ra tín hiệu cho khối điểu
khiển.
+ ĐK : Khối điều khiển nhận tín hiệu từ đầu ra của bộ so sánh và tác động đến khối chuyển
mạch.
+ KĐ : Khối khởi dộng máy phát diezen, khi nhận được tín hiệu của bộ điều khiển.
+ AP1, AP2 : Hai aptomat bảo vệ nguồn khi có sự cố quá tải hay ngắn mạch.
+ CM : Khối chuyển mạch thực hiện việc đóng ngắt tải từ nguồn này sang nguồn khác theo
tác dộng của hộ điều khiển.
Nguyên lý hoạt động:
* ATS lưới - lưới:

Cấu trúc của loại ATS này được vẽ trẽn hỉnh 3.13a.
ATS lưỡi - lưới hoại động rất đơn giản. Khi chất lượng nguồn điện chính không đạt, lúc đó
bộ so sánh cấp tín hiệu cho khôi điều khiển tác động đến khối chuyển mạch chuyển tải từ lưới
chính sang lưới dự phòng.
Lưới chính phục hôi

Khi lưới điện chính phục
hồi trở lại, ATS tiến hành
Mất Itiởi /
kiểm tra chất lượng nguồn
điện chính nếu đủ tiêu
Chuyển tải
chuẩn thì cấp tín hiệu
chuyển tải trở lại nguồn
Đưa tài trở về lưới ohlnh
chính.
Chuyển đổi nguồn
cấp của ATS L-L được
thiết kế theo giản đồ như
hình 3.14.
2

Ban đầu tải được cấp
điện bằng nguồn chính

t,

tí

Hỉnh 3.14. Giản dồ thời gian chuyển dổi nguồn cùa ATS L-L

2


thông qua MBAl. Khi lưới chính bị sư cố (như mất nguồn, mất pha.,,) lúc dó khối điều khiển của
ATS nhận tín hiệu sự cô" và xử lý nó, đồng thồi ATS cũng kiểm tra chất lượng diện nguồn dự

phòng. Nếu chất lượng nguồn dự phòng tốt thì ATS sẽ tạo khoảng thời gian trễ t 1 để khẳng định
lưới chính gặp sự cố thực sự không (hay chỉ là sự cố thoáng qua). Sau đó đưa tín hiệu cho cơ cấu
chấp hành tác động chuyển tải sang nguồn dự phòng.
Khi tải đang làm việc vỡi nguồn dự phòng mà lưới chính phục hồi trở lại, ATS xử lý tín
hiệu này đồng thời tạo khoảng thời gian trễ t2 (5 - 10 giây), để dảm bảo rằng nguồn chính đã ổn
định có thể đưa vào vận hành. Sau dó ATS phát tín hiệu tác động đến cơ cấu chuyển mạch, đưa
tải trở lại lưới chính. Trong quá trình làm việc, ATS thường xuyên theo dõi hoạt động của các
nguồn điện.
* ATS lưới — máy phát:

Cấu trúc của loại này được cho trên hình 3.13b,

Hỉnh 3.15. Giản dổ thời gian chuyển dểi ATS L-MF
Đối với ATS lưới - máy phát, việc hoạt động phức tạp hơn ATS lưới - lưối, vì có thêm bộ
phận khởi động động cơ điezen. Khi tín hiệu từ bộ (SSl) báo nguồn chính có chất lượng không
đạt yêu cầu, bộ điều khiển (ĐK) sẽ truyền tín hiệu cho bộ khởi động máy phát. Sau khi khỏi
động xong, điện áp máy phát được thành lập. Nếu chất lượng điện áp máy phát đảm bảo, bộ SS2
cấp tín hiệu cho bộ điều khiển (ĐK)'và chuyển mạch (CM) tác động chuyển tải từ lưới chính
sang máy phát. Khi lưới phục hồi, sau một khoảng thời gian trễ, bộ điểu khiển sẽ tác độug lên bộ
chuyển mạcb, tải lại được chuyển về nguồn chính. Từ thòi điểm chuyển tải, máy phát chạy
không tải một thời gian để lâm mát máy rồi tự tắt. Quá trình hoạt động đưọc cho trên giản đồ
thời gian hình 3.15.
So sánh ưu nhược điểm:

3

. Một trong những nhược điểm lớn của ATS lưới - lưới là khi xảy ra sự cố của hệ thống, như gián
đoạn cấp điện của mạng diện quốc gia, hư hỏng trạm biến áp trung gian, lúc đó nguồn dự phòng
3

không còn tác dụng. Do vậy, để bảo dảm việc chủ động cấp diện cho các phụ tải quan trọng cấp
quốc gia (nbư hội trường quốc bội, ngân hàng nhà nước, trung tâm điện toán, khu quân sự... nếu
mất điện có thể nguy hiểm đến kinh tế và an ninh quốc gia) người ta thường xây dựng nguồn đự
phòng là máy phát điezen.
. Đối với ATS lưới - máy phát, việc hoạt động phức tạp hơn ATS lưới - lưối, vì có thêm bộ phận
khởi động động cơ điezen.
5. trình bày về quá trình biến thiên dòng điện trong dây quấn stato của động cơ bước và
rút ra kết luận.
- quá trình biến thiên dòng điện trong dây quấn stato của động cơ bước

Muốn cho roto động cơ dịch một bước phải cắt dòng điện cuộn thứ i, cho dòng điện
Hinh 5.49. Mạch cấp điện 1 pha cho động cơ bước vào cuộn thứ i+1 (mở khoá Ki, đóng khoá
K1+1).
Tại thòi điểm cát cuộn dây i có tích luỹ một năng lượng Li2/2 và đặc trưng bằng sức điện động :
eL = -L tại cuộn dây i+1 dòng điện quá độ được đặc trứng bởi phương trình:
UN= E + L
UN:Điện áp nguồn lưối cho cuộn dây;
i :Dòng điện của cuộn dây;
=
R+Rf;
E - Sức điện động cảm ứng trong cuộn dây stato khi roto (nam châm vĩnh cửu) quay. Khi
roto đứng yên giá trị này bằng 0.
Giải phương trình trên, có nghiệm:
1=

4

U»-E'
Ry.

1 -e

4


Trong đó : T = L/ RE - hằng số thòi

5

gian điện từ của mạch stato.

5


Hình 5,50. Biến thiên dòng điện stator động cơ bước
khi đíéu khiển cả bước
Như vậy, dòng điện không xác lập ngay mà tăng lên từ từ. Quá trình tăng dòng điện stato
qua ba giai đoạn : khi bắt đầu khởi động E = 0 dòng điện tăng với hệ sô' góc UN/L, ngay sau điểm
khỏi động có sức điện động E dòng điện tăng vổi hệ sô' góc : (U N - E)/L cho đến khi roto dừng ỏ
vị trí mới, lúc đó dòng điện đạt giá trị I0, sau đó dòng điện tiếp tục tăng đến IXL =
Kết luận
-

UN
Nếu động cơ quay từng bừỏc rồi dừng, dòng điện xác lập thiết kế IXL = — không

được vượt quá dòng điện cực đại của động cơ.
- Nếu sau khoảng t1 động cơ đã quay xong góc bước cho chuyển mạch sang bước kế
UN

tiếp thì dòng điện không đạt giá trị xác lập IXL = —. Do đó, khi động cơ quay với tốc độ
cao dòng điện trong động cơ nhỏ.
- Nếu tàng IX1, thời gian để động cơ dịch được một bưổc nhanh hơn, do dòng điện đạt I0
nhanh hơn, Điều đó giải thích tại sao muôn động cơ quay nhanh hơn thì phải cấp điện áp lớn
hơn.
- Nếu dòng điện chưa đạt đến giá trị I0 khi t < t1, thì chưa chắc động cơ đã quay được một
bưỏc. Đô'i với đa số động cơ bước, t1 vào khoảng 60s.
6.các chế độ hoạt động của động cơ bước và nguyên tắc điều khiển bằng điện áp 2 mức?
Các chế độ: . Điều khiển cả hước
. Điều khiển nửa bước
. Điều khiển vi bước
Nguyên tắc điều khiển bằng điện áp 2 mức
Khi ở chê độ giữ, cấp cho cuộn dây stato một điện áp thấp bằng điện áp định mức. Khi ở
chê độ dịch bước, cấp cho cuộn dây stato một điện áp cao hơn định mức, khi dòng điện đạt tới
giá trị dịch bước chuyển tử điện áp cao về điện áp thấp.

6

Sơ đồ và giản đồ xung xung của điện áp stato

6


Tại thời điểm t0 thực hiện lệnh bưổc, câp xung Xđk và Xc mức 1 cho hai tranzitor T2, T3,
điện áp cao Uc được cấp cho động cơ, Điốt D3 khoá không cho nguồn U dm đưa vào động cơ cũng
như không cho nguồn điện áp cao Uc đưa tồi nguồn định mức. Dòng điện trên stato tăng dần cho
đến khi iRE = ImaxRE = UE , bộ so sánh SS xuất một xung Xx xoá tín hiệu Xc, T1 khoá, ngắt điện áp
cao đưa vào stato. Do T1 khoá nên D3 dẫn để đưa điện áp định mức vào stato động cơ.
-

Điều khiển bằng điện áp hai mức có ưu điểm:

+ Mạch điều khiển đơn giản, hoạt động chính xác, dễ hiệu chỉnh.
+ Tổn hao điều khiển nhỏ,
+ ít nhiễu thông tin cho các thiết bị khác.
+ Tuy nhiên không được áp dụng cho điều khiển vi bước.
Câu 8.trình bày về phản ứng phần ứng và nguyên tắc ổn định điện áp và tần số của máy
phát điện xoay chiều?

Đặc tính ngoài của máy điện
. phản ứng phần ứng : Khi tải mang tính điện cảm (ví dụ động cơ điện xoay chiều, máy
biến áp), phản ứng phần ứng có tính khử từ (thành phần Epư mang dấu -EpƯ trong biểu thức
(6.2)), nó tăng khi dòng điện tải tăng. Điều này có thể coi tương đương như từ thông máy điện bị
giảm. Do đó, ngoài sụt áp bên trong cuộn dây stato, điện áp máy phát còn bị giảm do từ thông
máy phát bị giảm. Do đó, đặc tính ngoài của máy điện dốc hơn.
Khi tải mang tính điện dung, phản ứng phần ứng có thành phần trợ từ,
thành phần này làm tăng từ thông và sức điện động của máy (dấu + đặt trước Epự trong biểu
thức (6.2)). Phản ứng này làm cho đặc tính ngoài của máy điện có chiều tăng lên khi dòng điện
tăng.
7

. nguyên tắc ổn định điện áp

7


Hỉnh 6,7. Sơ d6 khối ổn áp máy phát điện xoay chiéu
tự động ổn định diện áp máy điện được thực hiện hằng cách tự dộng thay đổi dòng
diện (hay điện áp) kích từ. Dòng điện kích từ tự động thay đổi khi có sự thay đổi tải. Để
làm được việc này, cần có các tín hiệu vể sự thay dổi điện áp hay dòng diện của máy

phát. Sơ đồ khốì mạch ổn áp máy phát điện xoay chiếu dược vẽ trên hình 6.7.
mạch điều khiển đòng điện kích từ là các bộ biên đối : chỉnh lưu và băm xung, Đặc điểm
chung cùa hai mạch này là điện áp kích từ là một hàm của điện áp điều khiển, gần
đúng có thể coi quan hệ này tuyến tính
Hai mạch phản hồi dương dòng điện và âm điện áp được vẽ độc lập. Khi dòng
điện tải tăng, điện áp máy phát tăng hay giảm tùy theo tính chất của tải. Các tín hiệu
phản hồi làm cho Udk1, Udk tự động thay đổi theo tín hiệu điện áp và dòng điện của
máy điện. Sự thay đổi các giá trị này sẽ tự động ổn định điện áp ra của máy điện.
nguyên tắc ổn định tần số

10.mạch ổn áp 1 chiều
Nhằm mục đích ổn định điện áp đầu ra và thay đổi nấc điện áp ra, người ta đưa thêm mạch
Ổn áp hình 6.33. Mạch ổn áp tạo ra xung vuông xoay chiểu gấp hai lần cực đại của ĐC, Tần sô' của
nó là 100kHz vã chu kỳ làm việc của xung vuông xấp xỉ 45%. Khi đầu ra cố sự thay đổi điện áp, qua
bộ biến đổi A/D vi xử lý tự động tbay đổi độ rộng xung điều khiển các Mosfet {hình 6.33) để tự động
điều cbỉnh điện áp ra (sau bộ chỉnh lưu Đ9 Đ10) kéo về trị sô' đặt.
8

Đầu ra của mạch ổn áp một chiều cung cấp cho biến áp, nó sẽ tạo điện áp đầu ra dựa trên biên
độ của nguồn lưới cbo tải. Một rơle chọn đầu ra thứ cấp của hiến áp, nó díểu khiển để có8mức điện


áp 12ov hay 240VAC ở đầu ra. Đầu ra được cbỉnh lưu qua Đ 9, Đ10 trả diện áp vê dạng một chiều. Điện
áp môt chiểu này đã ổn định. Một mạch lọc L - c - R được thiết kế ở đầu ra nhằm lọc các xung điện
áp của cả nguồn và tải.

Mạch ổn áp xoay chiều:

Điện áp ra của biến áp có trị số:

U2=u1.

Nguyên tắc ổn áp : điên áp ra U2 khÔug đổi, muốn vây phải thay dổi tỷ số . tỷ số
này thường được thay đổi bằng cách giũ số vòng dây thứ cấp W 2 không dổi mà thay đổi sô vòng dây W1.
Khi điện áp vào Ư1 thay đổi, cuộn dây sơ cấp W1phải thay đổi theo cùng tỷ lệ với sự thay dổi điệu áp
vào.
Côug tắc s ỏ vị trí

1

tương ứng với nguồn vào là 220V, ở vị trí 2 tương ứng với nguồn vào 110V.

Nguồn vào 220V cho phép dao động điện áp trong khoảng 160 4- 260V.
Nguồn vào mửc 110V cho phép dao dộng trong khoảng 50 -ỉ- 170V.
Động cơ một chiều kêo con trượt biến áp tự ngẫu, tự động thay đổi sô" vòng đây sơ cấp biến áp. Điều
khiển dộng cơ điện một chiều bằng một mạch kiểm soát điện áp đầu ra. Đưới đây giới thiệu một số mạch

9

điều khiển ổn áp loại này.

9


17. trình bày cấu tạo? nguyên lý hoạt động?sơ đồ kết nối và phạm vi ứng dụng của cảm
biến tiệm cận loại điện cảm?
.cấu tạo

Cấu tạo của loại cảm biến này bao gồm một cuộn dày xốc định dộ cảm ứng của một bộ
dao động LC

. nguyên lý hoạt động
Điện từ trường của bộ dao dộng lan rộng một vùng xung quang nó. Khi một vật bằng
kim loại đến gần, năng lượng của bộ dao động bị tiêu hao để tạo nên dòng xoáy, được
cảm ứng bên trong vật dẫn điện này. Do dó, hệ số tiêu hao của cuộn dây tăng lên, đến
một trị số nào đó bộ dao động không dao động được nữa.
. Phạm vi ứng dụng
thiệu cảm biến điện cảm để đo khoảng cách ngắn
20. Khái niệm và công dụng của rơ le nhiệt :Rơle nhiệt là một loại thiết bị điện dùng để bảo vệ động cơ
và mạch điện khỏi bị quá tải, thường dùng kèm với khởi động từ, công tắc tơ. Dùng ở điện áp
xoay chiều đến 500 V, tần số 50Hz, loại mới Iđm đến 150A điện áp một chiều tới 440V. Rơle
nhiệt không tác động tức thời theo trị dòng điện vì có quán tính nhiệt lớn phải cần thời gian để
phát nóng. Thời gian làm việc từ khoảng vài giây [s] đến vài phút, nên không dùng để bảo vệ
ngắn mạch được. Muốn bảo vệ ngắn mạch thường dùng kèm cầu chảy.
Nguyên lý hoạt động của rơ le nhiệt
Dựa trên tác dụng nhiệt của dòng điện, ngày nay sử dụng phổ biến rơle nhiệt có phiến kim loại
kép, nguyên lí làm việc dựa trên sự khác nhau về giãn nở dài của hai kim loại khi bị đốt nóng.
Phần tử cơ bản rơle nhiệt là phiến kim loại kép (bimetal) cấu tạo từ hai tấm kim loại, một tấm hệ
số giãn nở bé (thường dùng invar có 36% Ni, 64% Fe) một tấm hệ số giãn nở lớn (thường là
đồng thau hay thép crôm - niken, như đồng thau giãn nở gấp 20 lần invar). Hai phiến ghép lại với
nhau thành một tấm bằng phương pháp cán nóng hoặc hàn. Khi đốt nóng do dòng I phiến kim
10 qua
10 loại kép uốn về phía kim loại có hệ số giãn nở nhỏ hơn, có thể dùng trực tiếp cho dòng điện


hoặc dây điện trở bao quanh. Để độ uốn cong lớn yêu cầu phiến kim loại phải có chiều dài lớn và
mỏng. Nếu cần lực đẩy mạnh thì chế tạo tấm phiến rộng, dày và ngắn.
Cấu tạo của rơ le nhiệt

Cấu tạo rơ le nhiệt
Chú thích:

1.Đòn
2.
Tiếp
3. Tiếp điểm thường mở
4. Vít chỉnh dòng điện tác động
5. Thanh lưỡng kim
6. Dây đốt nóng
7. Cần gạt
8. Nút phục hồi

11

điểm

bẩy
đóng

thường

11