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
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

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

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

- 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

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

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
_
¦
_

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


.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


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

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

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

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

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.

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


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


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

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:


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