BÁO CÁO MÔN HỌC TỰ ĐỘNG HÓA THIẾT BỊ ĐIỆN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC ĐIỆN LỰC

KHOA ĐIỀU KHIỂN VÀ TỰ ĐỘNG HĨA

BÁO CÁO MƠN HỌC

TỰ ĐỘNG HĨA THIẾT BỊ ĐIỆN

Giảng viên hướng dẫn

: PHẠM THỊ THÙY LINH

Lớp

: D13 TDH&DKTBCN3

Nhóm 2

NGƠ QUANG HẢI 18810410222
ĐỒNG HOÀNG HIỆP 18810430036
TRẦN TRUNG HIẾU 18810430180
HOÀNG ĐỨC HÙNG 18810430076
NGUYỄN XUÂN HÙNG 18810430005

Hà Nội, năm 2021


MỤC LỤC

MỤC LỤC ...................................................................................................................... 2
DANH MỤC HÌNH........................................................................................................ 3

Chương 1. LÝ THUYẾT ................................................................................................ 4
1.1.
Hãy trình bày hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo ngun
tắc thời gian. Trình bày các loại tiếp điểm của Role thời gian được sử dụng trong điều
khiển có tiếp điểm theo nguyên tắc thời gian? ........................................................... 4
1.2.
Các bộ điều chỉnh cơ bản có chức năng gì trong hệ thống tự động hóa
điều khiển thiết bị điện. Phân loại các bộ điều chỉnh này .......................................... 5
1.2.1.

Nhiệm vụ các bộ điều chỉnh .............................................................. 5

1.2.2.

Một số hàm cơ bản ............................................................................ 5

1.2.3.

Mạch PID........................................................................................... 9

1.3.
Trình bày cấu tạo và nguyên lí của mạch R-S 3 đầu vào sử dụng cho
dùng để dừng và khởi động động cơ ........................................................................ 11
1.3.1.

Cấu tạo ............................................................................................. 11

1.3.2.

Nguyên lý ........................................................................................ 11

Chương 2. BÀI TẬP ỨNG DỤNG .............................................................................. 13
2.1. Bài tập 1 ............................................................................................................. 13
2.2. Bài tập 2 ............................................................................................................. 17
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................................ 20

NHÓM 2 – D13TDH&DKTBCN3

2


DANH MỤC HÌNH

Hình 1.1 Điều khiển theo ngun tắc thời gian………………………………………..5
Hình 1.2. Mạch tạo hàm cơ bản……………………………………………………….6
Hình 1.3. Bộ điều chỉnh tỷ lệ………………………………………………………….7
Hình 1.4 Bộ điều chỉnh tích phân……………………………………………………...7
Hình 1.5. Bộ tích phân tỷ lệ……………………………………………………..…….8
Hình 1.6. Bộ vi phân…………………………………………………………………..9
Hình 1.7. Sơ đồ khối tổng quát mạch PID…………………………………………….9
Hình 1.8. Sơ đồ ví dụ mạch PID……………………………………………………..10
Hình 1.9. Mạch chốt R-S 3 đầu vào………………………………………………….11
Hình 1.10. Mạch R-S 3 đầu vào sử dụng cho dùng để dừng và khởi động động cơ…12
Hình 2.1 Sơ đồ khối ATS Lưới-Máy phát………………………………………...….13
Hình 2.2 Giản đồ thời gian chuyển đổi ATS L-MF……………………………..……14

Hình 2.3 Sơ đồ mạch lực của hệ thống…………………………………………..….15
Hình 2.4 Sơ đồ mạch điều khiển của hệ thống……………………………………16
Hình 2.5 Sơ đồ mạch điều chỉnh……………………………………………………...17
Hình 2.6 Sơ đồ mạch điều khiển khơng có tiếp điểm……………………………..….18

Hình 2.7 Sơ đồ mạch điều khiển có tiếp điểm…………………………………….….19

NHĨM 2 – D13TDH&DKTBCN3

3


CHƯƠNG 1. LÝ THUYẾT
1.1.

Hãy trình bày hệ thống điều khiển thiết bị điện có tiếp điểm theo nguyên

tắc thời gian. Trình bày các loại tiếp điểm của Role thời gian được sử dụng trong
điều khiển có tiếp điểm theo nguyên tắc thời gian?
Điều khiển theo nguyên tắc thời gian là các thiết bị điện nhận lệnh hoạt động theo
sự duy trì thời gian.
Trong các mạch điều khiển này, người ta dùng rơle thời gian để lấy tín hiệu thời
gian điều khiển. Như đã biết, rơle thời gian có nhiều loại khác nhau. Xét nguyên lý tác
động của rơle thời gian, nó có thể là loại tác động theo hằng số thời gian điện từ, tác
động dây cót đồng hồ, tác động theo thủy lực, tác động theo mạch điện từ. Trong ký
hiệu chung, cuộn dây (không kể tác động theo nguyên lý nào) lấy tín hiệu thời gian để
xử lý, tiếp điểm duy trì thời gian để chỉ thời gian tác động sau khi có lệnh vào cuộn dây.
Tiếp điểm rơle thời gian có các loại:
 Thường mở đóng chậm – bình thường ở trạng thái hở, khi có lệnh vào cuộn hút,
sau thời gian chỉnh định mới đóng tiếp điểm lại.
 Thường mở mở chậm – loại tiếp điểm này có điện cuộn hút đóng ngay, khi cắt
lệnh cuộn hút tiếp điểm tính thời gian mới mở ra.
 Thường kín đóng chậm – bình thường khơng điện cuộn hút được đóng, có điện
cuộn hút mở ngay, khi cắt điện cuộn hút sau thời gian chỉnh định mới đóng tiếp
điểm lại.

 Thường kín mở chậm – khi khơng điện cuộn hút tiếp điểm đóng, có điện cuộn
hút tính thời gian mới được mở ra.
 Thường mở và thường kín mở, đóng chậm – loại tiếp điểm này khi có và cắt điện
cuộn hút đều duy trì thời gian mới tác động.
Một ví dụ về điều khiển theo nguyên tắc thời gian:

NHÓM 2 – D13TDH&DKTBCN3

4


Hình 1.1 Điều khiển theo nguyên tắc thời gian
Khi nhấn nút M, cuộn dây K có điện, tiếp điểm thường mở K đóng lại duy trì và
đồng thời cấp điện cho rơ le thời gian Rth, sau thời gian chỉnh định thì tiếp điểm thường
mở đóng chậm của Rth đóng lại cấp điện cho cuộn dây K1.Nhấn nút D dừng hệ thống.
1.2.

Các bộ điều chỉnh cơ bản có chức năng gì trong hệ thống tự động hóa điều

khiển thiết bị điện. Phân loại các bộ điều chỉnh này
1.2.1. Nhiệm vụ các bộ điều chỉnh
Trong các mạch điều khiển tự động, mạch hiệu chỉnh có một vai trị rất quan trọng,
nó đảm bảo chất lượng tĩnh và động của hệ thống. Nhiệm vụ chính của các bộ điều
chỉnh:
-

Khuếch đại tín hiệu sai lệch nhỏ
Tạo hàm điều khiển để đảm bảo chất lượng tĩnh và động

Tùy theo phương pháp điều khiển mà ta có các bộ điều chỉnh tương tự, bộ điều

chỉnh xung hay bộ điều chỉnh số.
1.2.2. Một số hàm cơ bản
a)
Nguyên tắc tạo hàm chức năng

NHÓM 2 – D13TDH&DKTBCN3

5


Hình 1.2. Mạch tạo hàm cơ bản
Sơ đồ hình 1.2. có các quan hệ:
𝐼𝑑 + 𝐼2 + 𝐼1 = 𝐼𝑉 ~ 0
𝐼𝑑 = 𝑌𝑑 (𝑝). 𝑈𝑑
𝐼2 = 𝑌ℎ𝑡 (𝑝). 𝑈2

(2.1)

𝐼1 = 𝑌1 (𝑝). 𝑈1
𝑌𝑑 (𝑝). 𝑈𝑑 + 𝑌ℎ𝑡 (𝑝). 𝑈2 + 𝑌1 (𝑝). 𝑈1 = 0
𝑈2 = −

𝑌𝑑 (𝑝)
𝑌1 (𝑝)
(𝑈𝑑 −
.𝑈 )
𝑌ℎ𝑡 (𝑝)
𝑌𝑑 (𝑝) 1

Hai điện áp 𝑈𝑑 và 𝑈1 trái dấu.

b) Điều chỉnh tỷ lệ
Sơ đồ bộ điều chỉnh tỷ lệ vẽ trên hình 1.3a, đáp ứng của mạch cho trên hình 1.3b
Từ các quan hệ ( 2.1 ) viết được hàm truyền của hệ.
𝐹 (𝑝 ) =

NHÓM 2 – D13TDH&DKTBCN3

𝑈2
𝑈2
𝑅2
=
=−
=𝐾
𝑈𝑑 − 𝑈1 ∆𝑈
𝑅1

6


Hình 1.3. Bộ điều chỉnh tỷ lệ
a) Sơ đồ mạch; b) Đáp ứng đầu ra
c) Bộ điều chỉnh tích phân
Sơ đồ mạch và đáp ứng của bộ điều chỉnh tích phân vẽ trên hình 1.4

Hình 1.4 Bộ điều chỉnh tích phân
a) Sơ đồ nguyên lý; b) Đặc tính đầu ra
Thay vào biểu thức cuối của (2.1) với giá trị 𝑈𝑑 = 𝑈𝑣 ; 𝑈1 = 0, Ta có:
𝑈2 = −
Thay các giá trị 𝑌𝑣 (𝑝) =

−1
𝑅

𝑌𝑣 (𝑝)
𝑈
𝑌ℎ𝑡 (𝑝) 𝑣

(2.2)

; 𝑌ℎ𝑡 = 𝐶𝑝 vào (2.2) ta có được hàm truyền

d. Hàm truyền của khâu tích phân tỷ lệ
NHĨM 2 – D13TDH&DKTBCN3

7


Sơ đồ mạch và đáp ứng của bộ điều chỉnh tích phân tỷ lệ vẽ trên hình 1.5.
𝑌=−

𝐾
1
. 𝑋; 𝐾 =
𝑝
𝑅. 𝐶

Hình 1.5. Bộ tích phân tỷ lệ
a) Sơ đồ nguyên lý; b) Đặc tính đầu ra
Thay vào biểu thức cuối của (2.1) với:
𝑌𝑣 (𝑝) = −

𝑌ℎ𝑡 = −

1
𝑅2 +

1
𝐶𝑝

=

1
𝑅

𝐶𝑝
𝑅2 𝐶𝑝 + 1

Ta có:
𝑇𝑝 + 1
𝑈2
𝑅2 𝑅2 𝐶𝑝 + 1
=− .
= −𝐾
𝑈𝑣
𝑅1 𝑅2 𝐶. 𝑝
𝑇𝑝
e) Hàm truyền của khâu vi phân

NHÓM 2 – D13TDH&DKTBCN3

8

Hình 1.6. Bộ vi phân
a) Sơ đồ mạch điện; b) Đặc tính đầu ra
Sơ đồ mạch và đáp ứng của bộ điều chỉnh vi phân vẽ trên hình 1.6
Hàm truyền của khâu vi phân:
𝑌 = −𝐾. 𝑝. 𝑋; 𝐾 = 𝑅. 𝐶
Trên đây chỉ cho hàm truyền một số khâu điển hình
1.2.3. Mạch PID
Trong các mạch điều khiển tự động, khi cần chất lượng tĩnh và nhất là chất lượng
động tốt người ta cần mạch hiệu chỉnh. Dạng mạch hiệu chỉnh chính thường dung là
mạch PID ( Proportional Integral Differential- tỷ lệ tích phân vi phân). Sơ đồ khối tổng
quát của các khâu hiệu chỉnh PID cho trên hình

Hình 1.7. Sơ đồ khối tổng quát mạch PID
NHÓM 2 – D13TDH&DKTBCN3

9


Tín hiệu đầu ra được tính:
𝑈𝑟𝑎 = 𝐾𝑝 𝑈𝑣 + 𝐾𝑖 ∫ 𝑈𝑣 𝑑𝑡 + 𝐾𝐷

𝑑𝑈𝑣
𝑑𝑡

Hàm truyền được viết:
𝑈𝑟𝑎 (𝑝) = (𝐾𝑝 +

𝐾1

+ 𝐾𝐷 . 𝑝) 𝑈𝑣 (𝑝)
𝑝

𝑈𝑟𝑎 (𝑝) 𝐾𝐷 𝑝2 + 𝐾𝑝 . 𝑝 + 𝐾𝑖
=
𝑈𝑣 (𝑝)
𝑝
Viết lại biểu thức hàm truyền:
𝐴1 𝑝2 + 𝐴2 𝑝 + 1
𝑊 (𝑝 ) =
𝜏𝑝
𝐴1 =

𝐾𝑝
𝐾𝐷
1
; 𝐴2 =
;𝜏 =
𝐾𝐼
𝐾𝐼
𝐾𝐼

Sơ đồ mạch điện cho trên hình 1.8

Hình 1.8. Sơ đồ ví dụ mạch PID

NHĨM 2 – D13TDH&DKTBCN3

10

1.3.

Trình bày cấu tạo và ngun lí của mạch R-S 3 đầu vào sử dụng cho dùng
để dừng và khởi động động cơ

1.3.1. Cấu tạo
Mạch chốt R-S 3 đầu vào là mạch hai trạng thái ổn định, để tạo mạch này có thể
dùng 2 cổng AND và hai cổng NOR và có thêm một đầu vào E(Eable) như hình:

Hình 1.9. Mạch chốt R-S 3 đầu vào
1.3.2. Nguyên lý
Bảng chân lí Mạch chốt R-S 3 đầu vào
E

S

R

Q

̅
𝐐

0

0

0

latch

latch

0

0

1

latch

latch

0

1

0

latch

latch

0

1

1

latch

latch

1

0

0

latch

latch

1

0

1

0

1

1

1

0

1

0

1

1

1

0

0

NHÓM 2 – D13TDH&DKTBCN3

11


Nhìn vào sơ đồ mạch thấy rằng chỉ khi nào tín hiệu E=1 thì 2 đầu vào S và R mới
có tác dụng, cịn nếu khơng thì nó sẽ tạo ra tín hiệu nhớ ( chốt) trạng thái đầu ra Q và
̅ trước đó.
Q
Mạch R-S 3 đầu vào có thể dùng để dừng và khởi động động cơ khi và chỉ khi
cơng tắc E đã đóng như trên hình.

Hình 1.10. Mạch R-S 3 đầu vào sử dụng cho dùng để dừng và khởi động động cơ

NHÓM 2 – D13TDH&DKTBCN3

12


CHƯƠNG 2. BÀI TẬP ỨNG DỤNG
2.1. Bài tập 1
 Đề bài:
Một hộ gia đình có cơng suất tiêu thụ là 3,5kW gồm có 2 nguồn cấp là lưới điện
quốc gia và máy phát điện dự phịng có cơng suất 3 kW. Hãy thiết kế sơ đồ mạch
lực và mạch điều khiển của hệ thống ATS chuyển đổi giữa hai nguồn cho phụ tải
của gia đình
 Ngun lí hoạt động ATS Lưới - Máy phát:

Hình 2.1 Sơ đồ khối ATS Lưới-Máy phát
Trong đó:
MBA: Máy biến áp nguồn
AP1,AP2 : Aptomat nguồn
SS1,SS2: Các bộ so sánh
DK: Khối điều khiển
CM: Khối chuyển mạch
KĐ: Khối khởi động máy diezen
DZ: Động cơ diezen
G: Máy phát điện

NHÓM 2 – D13TDH&DKTBCN3

13


Đối với ATS lưới - máy phát, việc hoạt động phức tạp hơn ATS lưới - lưới, vì có
thêm bộ phận khởi động động cơ diezen. Khi tín hiệu từ bộ (SS1) báo nguồn chính có

chất lượng khơng đạt u cầu, bộ điều khiển (ĐK) sẽ truyền tín hiệu cho bộ khởi động
máy phát. Sau khi khởi 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 điều khiển sẽ tác động lên bộ chuyển mạch, tải lại được chuyển
về nguồn chính. Từ thời điểm chuyển tải, máy phát chạy không tải một thời gian để làm
mát máy rồi tự tắt. Quá trình hoạt động được cho trên giản đồ thời gian hình:

Hình 2.2 Giản đồ thời gian chuyển đổi ATS L-MF
 Khi lưới có sự cố lúc đó ATS tạo trễ t1 (khoảng 5 giây) khoảng thời gian từ khi
có sự cố đến khi khởi động diezen để đảm bảo rằng nguồn lưới có sự cố thực sự
hay chỉ là sự cố thoáng qua.
 Khi điện áp máy phát đạt đến Uf =Udm lúc đó bộ SS2 sẽ tính khoảng thời gian
t2 (20 - 25 giây), sau đó thực hiện việc cấp tín hiệu điều khiển cho bộ chuyển
mạch chuyển tải sang nguồn dự phòng. Khoảng thời gian này cần thiết cho việc
sấy máy điện và đảm bảo máy được bơi trơn.

NHĨM 2 – D13TDH&DKTBCN3

14


 Khi lưới điện phục hồi trở lại, bộ định thời gian trong ssi sẽ hoạt động, tính thời
gian t3 (5 giây) để đảm bảo chắc chắn rằng lưới đã phục hồi và ổn định trở lại.
Sau đó chuyển tải trở lại lưới.
 Sau khi chuyển tải trở lại lưới, ATS tính thời gian t4 (khoảng 300 giây) cho máy
phát chạy không tải để làm mát máy, sau thời gian t4 ATS cho lệnh máy phát
dừng.
 Thiết kế sơ đồ mạch lực và mạch điều khiển
 Sơ đồ mạch lực:

Hình 2.3 Sơ đồ mạch lực của hệ thống
Trong đó:
AP1,AP2: Aptomat của nguồn.
K1,K2 : Công tắc tơ .
RU: Rơ le điện áp

 Sơ đồ mạch điều khiển:

NHÓM 2 – D13TDH&DKTBCN3

15


Hình 2.4 Sơ đồ mạch điều khiển của hệ thống
 Khi nguồn lưới điện quốc gia có điện ổn định, cuộn hút của rơ le điện áp
RU được cấp điện. Tiếp điểm thường mở RU trên mạch điều khiển đóng
lại, tiếp điểm thường đóng RU mở ra, cuộn dây của cơng tắc tơ K1 được
cấp điện.Tiếp điểm chính cơng tắc tơ K1 trên mạch động lực đóng lại và
phụ tải sử dụng nguồn điện lưới quốc gia.
 Khi nguồn điện lưới bị sự cố, không đủ điện áp cấp cho cuộn hút RU, tiếp
điểm thường mở mở ra làm tiếp điểm K1 mở ra, cịn tiếp điểm thường đóng
RU đóng lại cấp nguồn cho rơ le thời gian T1, sau thời gian T1 đảm bảo
nguồn lưới gặp sự cố thì tiếp điểm thường mở đóng chậm R1 đóng lại cấp
nguồn cho cuộn dây K3, khởi động máy phát diezen.
 Khi điện áp của máy phát đạt khoảng 200V, tiếp điểm R200 đóng lại cấp
nguồn cho rơ le thời gian T2, sau khoảng thời gian T2 thì tiếp điểm thường
mở đóng chậm của T2 đóng lại cấp nguồn cho cuộn dây K2 làm đóng tiếp
điểm K2 trên mạch động lực. Phụ tải sử dụng nguồn điện từ máy phát.
 Khi nguồn lưới điện quốc gia có điện trở lại,đủ điện áp cấp cho cuộn hút

RU thì tiếp điểm thường mở RU trên mạch điều khiển đóng lại cấp điện
cho rơ le T3 tính thời gian để chắc chắn lưới đã phục hồi, sau khoảng thời
gian T3, tiếp điểm thường mở đóng chậm T3 đóng lại cấp nguồn cho cuộn
NHĨM 2 – D13TDH&DKTBCN3

16


dây K1, phụ tải chuyển về sử dụng nguồn điện lưới quốc gia, đồng thời
tính thời gian T4 để làm mát cho máy phát diezen. Sau khoảng thời gian
T4 máy phát điện dừng.
2.2. Bài tập 2
 Đề bài:
Cho sơ đồ khối logic điều khiển ổn định nhiệt độ của lò nhiệt như hình vẽ:

Hình 2.5 Sơ đồ mạch điều chỉnh
Cho bảng chân lý của mạch như sau. Thiết kế mạch điều khiển khơng có tiếp
điểm cho mạch ổn định nhiệt độ trên:
S1

S2

A

A

0

0

0

0

0

0

1

0

0

0

0

0

0

1

1

1

1

0

0

0

1

0

1

0

1

1

0

1

1

1

1

1

NHÓM 2 – D13TDH&DKTBCN3

17


A

S3

B

0

0

0

0

1

0

1

0

1

1

1

0

Dựa vào bảng chân lí, ta có thể viết được hàm của tín hiệu A,B:
̅̅̅. S2. A + S1. S2. A
̅ + S1. S2. A
A = S1
= S2. A + S1. S2

̅̅̅ + S1 = 1 và A
̅+A=1 )
(vì S1

=> A = (S1 +A).S2
̅̅̅
Và B = A. S3
Từ đó, ta thiết kế được mạch điều khiển khơng có tiếp điểm cho hệ thống:

Hình 2.6 Sơ đồ mạch điều khiển khơng có tiếp điểm
Ngồi ra, từ sơ đồ mạch điều khiển khơng có tiếp điểm chúng ta cũng có thể chuyển
sang dạng mạch điều khiển có tiếp điểm:

NHĨM 2 – D13TDH&DKTBCN3

18


Hình 2.7 Sơ đồ mạch điều khiển có tiếp điểm

NHĨM 2 – D13TDH&DKTBCN3

19


TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Giáo trình Tự động hóa và điều khiển thiết bị điện, Trần Văn Thịnh- Hà
Xuân Hòa- Nguyễn Vũ Thanh, NXB Giáo dục

NHÓM 2 – D13TDH&DKTBCN3

20