Điều khiển logic trong truyền động điện

Ths. Khương Công Minh

Điều khiển logic trong truyền động điện

LỜI NÓI ĐẦU
Để phục vụ kịp thời cho việc học tập và giảng dạy của sinh viên và giáo viên
khoa Điện trường Đại học Bách khoa Đà nẵng cũng như sinh viên các trung tâm, các
trường Đai học và cao đẳng kỹ thuật nói chung, đồng thời làm tài liệu tham khảo cho
các kỹ sư điện, cơ điện tử và các ngành có liên quan, chúng tôi đã biên soạn Tập “Điều
khiển logic trong truyền động điện”.
Tập này trình bày về khái niệm chung về hệ thống điều khiển logic truyền động
điện nói riêng và các hệ thống tự động điều khiển logic khác, phân tích các nguyên tắc
tự động điều khiển; các mạch bảo vệ và tín hiệu hóa; các hệ thống tự động điều khiển
vòng kín; các phần tử điều khiển logic; các hệ thống tự động điều khiển logic – số,
v.v…
Nội dung của Tập này gồm 4 chương:
Chương 1: Khái niệm chung về hệ thống điều khiển logic truyền động điện.
Chương 2: Các mạch bảo vệ và tín hiệu hóa.
Chương 3: Các nguyên tắc điều khiển tự động truyền động điện.
Chương 4: Hệ thống điều khiển tự động truyền động điện vòng kín.
Chương 5: Một số hệ thống điều khiển tự động trong các máy công nghiệp.
Do hạn chế về thông tin cũng như khả năng nên nội dung giáo trình chắc chắn
còn nhiều vấn đề cần hoàn thiện.
Rất mong các bạn đồng nghiệp và độc giả đóng góp ý kiến. Thư góp ý xin gửi về
cho ThS. Khương Công Minh, Giáo viên khoa điện, Trường đại học Bách khoa, Đại
học Đà nẵng. Hoặc mail:
Tác giả

Trang 1

Ths. Khương Công Minh

Điều khiển logic trong truyền động điện

CHƯƠNG 1
NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LOGIC
TRONG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN
1.1. KHÁI NIỆM CHUNG
1.1.1. Điều khiển bằng tay:
Con người trực tiếp tác động vào các thiết bị, khí cụ, công tắc, cầu dao, … để
thực hiện việc đóng / cắt mạch điện.
1.1.2. Điều khiển tự động:
Con người tác động vào một nút bấm đầu tiên (hoặc ra một lệnh đầu tiên) các
phần tử, khí cụ, thiết bị và hệ thống ĐKLG_TĐĐ sẽ thực hiện một quá trình sản xuất
nào đó, và tự kiểm tra, hiệu chỉnh, điều chỉnh và hiển thị không có sự tham gia trực
tiếp của con người.
1.2. MẠCH ĐIỆN CỦA HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LOGIC TĐĐ
1.2.1. Thể hiện:
Mạch động lực: nét đậm
Mạch điều khiển: nét mảnh
1.2.2. Sơ đồ điện:
1.2.2.1. Sơ đồ điện khai triển:
Là sơ đồ điện đầy đủ nhất : bao gồm tất cả các thiết bị điện, cơ, . . . dây nối giữa
chúng và cả tiết diện dây dẫn.
1.2.2.2. Sơ đồ điện nguyên lý:
Là sơ đồ điện đơn giản hơn sơ đồ khai triển: chủ yếu thể hiện nguyên lý làm việc
của một phần tử, một thiết bị hay một dây chuyền sản xuất.

~ UL

N

L1

L2

L3

L11

L21

L31

A
CC

3

1

K
L12

Start

Stop

5

K

K
L22

Đ

L32

Hình 1-1:
Sơ đồ nguyên lý khởi động
và dừng động cơ

Trang 2

2


Ths. Khương Công Minh

Điều khiển logic trong truyền động điện

1.2.2.3. Sơ đồ điện lắp ráp:
Là sơ đồ điện thể hiện vị trí lắp đặt thực tế của các phần tử, thiết bị, máy móc và
đường dây dẫn nối giữa chúng với nhau, kể cả tiết diện dây.
Thường người ta thiết kế sơ đồ lắp ráp thành bảng, tủ điều khiển.
+ Khi thiết kế sơ đồ lắp ráp thành
bảng (tủ) điều khiển: theo 3 nguyên tắc:
1. Nguyên tắc Trọng lượng: Phần
tử nào có trọng lượng lớn thì đặt ở dưới,

nhẹ thì đặt ở trên.
2. Nguyên tắc Nhiệt độ: Phần tử
nào khi làm việc phát nhiêt nhiều thì đặt
lên trên, và đặt xa các phần tử hay chiệu
ảnh hưởng nhiệt độ.
3. Nguyên tắc dây nối: Tốn ít dây
nhất, ít chồng chéo nhau nhất.
3.1. Ví dụ từ sơ đồ hình 1-1, ta thiết
kế sơ đồ lắp ráp thành bảng (tủ) như
hình 1-2:

A

CC

Stop

K

Start

ĐN

Hình 1-2: Sơ đồ bố trí khí cụ, thiết bị
điều khiển ở bảng (tủ) điều khiển

+ Sơ đồ nối dây khí cụ, thiết bị điều khiển ở bảng (tủ) điều khiển:

A

CC

K

Stop

Hình 1-3:
Start

ĐN

Trang 3

Sơ đồ nối dây
khí cụ, thiết bị
điều khiển ở
bảng (tủ) điều
khiển


Ths. Khương Công Minh

Điều khiển logic trong truyền động điện

3.2. Ví dụ từ sơ đồ hình 1-1, ta có thể lập bảng nối dây của bảng (tủ) điều khiển như
bảng 1-1:
TT
TÊN THIẾT BỊ,
TỪ THIẾT BỊ, KHÍ CỤ,
DÂY NỐI ĐẾN

KHÍ CỤ, PHẦN TỬ
PHẦN TỬ
1

A
(Áp tô mát)

L1 (tiếp điểm) 
L2 (tiếp điểm) 
L3 (tiếp điểm) 
L11 (tiếp điểm) 
L21 (tiếp điểm) 
L31 (tiếp điểm) 

2

K
(Công tắc tơ)

L11 (tiếp điểm) 
L21 (tiếp điểm) 
L31 (tiếp điểm) 
L12 (tiếp điểm) 
L22 (tiếp điểm) 
L32 (tiếp điểm) 
3 (tiếp điểm) 
5 (tiếp điểm) 
5 (cuộn dây) 
2 (cuộn dây) 

 ĐN (Đầu nối)
 ĐN (Đầu nối)
 ĐN (Đầu nối)
 K (tiếp điểm)
 K (tiếp điểm)
 K (tiếp điểm)
------------------------------------ CC (Cầu chì)
 ĐN (Đầu nối)
 ĐN (Đầu nối)
 ĐN (Đầu nối)
 Start (Nút khởi động)
 Start (Nút khởi động)
 Start (Nút khởi động)
 ĐN (Đầu nối)

3

CC
(Cầu chì)

L31 (đầu dây) 
1 (đầu dây) 

------------------ Stop (Nút dừng)

4

Stop
(Nút dừng)

1 (tiếp điểm) 
3 (tiếp điểm) 

------------------ Start (Nút khởi động)

5

Start
(Nút khởi động)

3 (tiếp điểm) 
5 (tiếp điểm) 

-------------------------------------

6

ĐN
(Đầu nối)

L1 (dây pha) 
L2 (dây pha) 
L3 (dây pha) 
2 (dây trung tính) 
L11 (động cơ) 
L21 (động cơ) 
L31 (động cơ) 

-------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------

Trang 4


Ths. Khương Công Minh

Điều khiển logic trong truyền động điện

1.3. PHƯƠNG PHÁP THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN LOGIC TĐĐ
1.3.1. Cơ sở thiết kế mạch điều khiển hệ thống ĐKLG_TĐĐ:
Xuất phát từ yêu cầu công nghệ: cần thay đổi tốc độ, thay đổi hành trình làm việc
của cơ cấu sản xuất ...
Xuất phát từ chế độ làm việc của HT ĐKLG TĐĐ: khởi động, chuyển đổi tốc độ,
hãm, đảo chiều, dừng máy ...
Xuất phát từ yêu cầu kỹ thuật, kinh tế: điều chỉnh tốc độ, ổn định, chính xác cao,
an toàn ... và kinh tế.
Từ đó cần có những nguyên tắc tự động điều khiển để thực hiện được các yêu
cầu trên, đồng thời tự động hạn chế các đại lượng cần hạn chế: dòng điện cho phép,
mô men cho phép, tốc độ cho phép, công suất cho phép, ... Và tự động bảo vệ ngắn
mạch, quá tải, quá nhiệt, thấp áp, …
1.3.2. Các bước thiết kế mạch điều khiển hệ thống ĐKLG TĐĐ:
Bước 1: Tìm hiểu công nghệ và quy trình hoạt động của máy được truyền động
bằng các phần tử chấp hành: động cơ, van điện từ, nam châm điện, …
Bước 2: Hoàn thiện quy trình hoạt động của máy được truyền động bằng các
phần tử chấp hành. Đưa ra các đặc tính cơ M() hay I(t); Các đặc tính phụ tải theo
thời gian Mc(t) hay Ic(t), và đặc tính tốc độ theo thời gian: (t) hay n(t), hoặc các đăc
tính M(t) hay I(t), …
Bước 3: Xác định các khoảng thời gian làm việc trong chế độ quá độ và chế độ
xác lập, đặc biệt là các thời điểm chuyển đổi trạng thái làm việc  để làm cơ sở cho
việc tạo ra các tín hiệu điều khiển tương ứng, phù hợp.
Trên cơ sở phân tích và xác định các thông tin cần thiết theo yêu cầu công nghệ

và đặc điểm của các khí cụ điều khiển, các phần tử chấp hành, … Ta tiến hành thiết kế
sơ đồ mạch động lực: từ nguồn cung cấp, ta phải thiết kế đóng/cắt điện cho các phần tử
chấp hành qua các khí cụ điều khiển.
Bước 4: Trên cơ sở sơ đồ mạch động lực đã thiết kế, ta sẽ thiết kế mạch điều
khiển để phần tử chấp hành làm việc theo đúng yêu cầu công nghệ cũng như yêu cầu
kỹ thuật và an toàn.
Để thiết kế mạch điều khiển, trước hết ta thiết kế mạch điều khiển đóng điện cho
phần tử chấp hành bằng cách bấm nút (hoặc đóng công tắc) để cho khí cụ điều khiển
đóng điện cho phần tử chấp hành khởi động và tự duy trì trạng thái làm việc này (khi ta
thôi tác động lên khí cụ điều khiển).
Bước 5: Tiếp tục thiết kế phần mạch tự động điều khiển cũng như mạch bảo vệ
theo quy trình vận hành, theo yêu cầu công nghệ, yêu cầu kỹ thuật và an toàn. Cứ như
vậy, ta thiết kế ngày càng đầy đủ mạch tự động điều khiển với phần tử chấp hành
truyền động cho máy sản xuất.

Trang 5


Ths. Khương Công Minh

Điều khiển logic trong truyền động điện

1.3.3. Thiết kế mạch tự động điều khiển khởi động và dừng động cơ:
Bước 1: Cần điều khiển một động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc truyền
động cho một quạt công nghiệp. Theo yêu cầu công nghệ thì động cơ này làm việc liên
tục 8 giờ trong một ngày. Nó được khởi động lên tốc độ xác lập và làm việc ở chế độ
này cho đến hết giờ thì cho dừng quạt.
Bước 2: Cho động cơ khởi động

trực tiếp bằng cách ấn nút khởi động o

“Start”.  Động cơ khởi động có tải. XL
Dừng động cơ  dùng nút “Stop”.
Dùng áptômát và cầu chì để bảo
vệ ngắn mạch; Dùng rơle nhiệt để bảo
vệ quá tải.

 I, (M)
I1
xl
I(t)

Mc()
XL

I()
M()

(M)
0

(M1)

I1

I

Ic (t)
0

tkđ

t

Hình 1 - 4: Các đặc tính khi khởi động
Các đặc tính như hình 1-4.
Bước 3: Động cơ được khởi động trực
~ UL
tiếp trong khoảng thời gian từ 0,30,5s. Và
L1 L2 L3
làm việc xác lập trong vòng 8 giờ. Sau đó
A
cho dừng động cơ.
L11 L21 L31
Thiết kế mạch động lực: Từ nguồn
K
cung cấp (lưới điện 3 pha: ~UL)  vẽ 3
L12 L22 L32
RN
đường dây đến aptômát 3 pha “A”,  từ
L13 L23 L33
“A” vẽ các đường dây đến 3 tiếp điểm của
công tắc tơ “K” ( đóng/cắt điện động cơ),
Đ
 từ 3 tiếp điểm của “K” vẽ các đường dây
đến các rơle nhiệt “RN”,  và vẽ các đường
dây từ “RN” đến các đầu cực động cơ.
Hình 1-5:
Mạch động lực thiết kế như hình 1-5.

Sơ đồ mạch động lực

Bước 4: Trên cơ sở sơ đồ mạch động lực đã thiết kế, ta sẽ thiết kế mạch điều
khiển dùng điện một pha (lấy một dây pha từ sau “A” (điểm L31), một dây nối với dây
trung tính của lưới “N”).
Để thiết kế mạch điều khiển: thiết kế nút “Start” thường hở mắc nối tiếp với cuộn
dây “K”, khi bấm nút “Start”  cuộn dây “K” sẽ có điện, “K” sẽ đóng điện cho động
cơ “Đ” khởi động.
Để tự duy trì sự cấp điện cho cuộn dây “K” (khi ta thôi tác động lên “Start”), 
ta vẽ tiếp điểm “K” song song với “Start”.
Muốn dừng động cơ, ta thiết kế nút “Stop” thường kín mắc nối tiếp với mạch
cuộn dây “K”. Khi cần dừng “Đ”,  ta ấn lên “Stop” thì “K” sẽ mất điện  cắt động
cơ ra khỏi lưới điện  “Đ” sẽ dừng lại.
Trang 6


Ths. Khương Công Minh

Điều khiển logic trong truyền động điện

~ UL
L1

N

L2

L3

A
L11 L21 L31

Stop
1

K

Start
3

K

5

2

K

L12 L22 L32
RN
L13 L23 L33
Đ

Hình 1-6:
Sơ đồ mạch động lực và điều khiển
khởi động và dừng động cơ

Bước 5: Tiếp tục thiết kế phần mạch tự động điều khiển theo quy trình vận hành,
theo yêu cầu công nghệ, yêu cầu kỹ thuật và an toàn. Thiết kế các phần mạch bảo vệ.
Để bảo vệ “Đ” khỏi bị quá tải, ta thiết kế tiếp điểm thường kín không tự phục hồi
của “RN” nối tiếp với cuộn dây “K”. Khi “Đ” bị quá tải,  “RN” sẽ tác động làm cho

tiếp điểm “RN” mở ra  cắt điện cuộn dây “K”  cắt điện “Đ”  không cho “Đ”
làm việc ở tình trạng bị quá tải.
Mắc cầu chì “CC” vào dây pha của mạch điều khiển,  nhằm bảo vê ngắn mạch
ở mạch điều khiển.
~ UL
L1

L2

N
L3

A
L11 L21 L31

CC

Stop
1

K

Start
3

5

RN

7

K

K

L12 L22 L32
RN
L13 L23 L33
Đ

Hình 1-7:
Sơ đồ mạch động lực và điều khiển
khởi động và dừng động cơ, có các
bảo vệ ngắn mạch và bảo vệ nhiệt

Trang 7

2


Ths. Khương Công Minh

Điều khiển logic trong truyền động điện

1.4. MỘT SỐ HÌNH ẢNH VỀ HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN LOGIC TĐĐ

Trang 8


Ths. Khương Công Minh

Điều khiển logic trong truyền động điện

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP (Chương 1)
1. Mạch điện khai triển, sơ đồ nguyên lý, sơ đồ lắp ráp là gì ?
2. Nguyên tắc nào để thiết kế mạch lắp ráp thành bảng (tủ điện) ?
3. Các bước thiết kế mạch động lực và mạch điều khiển hệ thống ĐKLG TĐĐ.
4. Lập bảng nối dây cho sơ đồ sau:
~ UL

N

L1 L2 L3
A
L11 L21 L31

CC
1

K

Stop 3 Start 5 RN 7
K

L12 L22 L32
RN
L13 L23 L33
Đ

Trang 9

K

2