ỨNG DỤNG PHẦN MỀM MÔ PHỎNG VÀO THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN CÔNG NGHIỆP TRONG GIẢNG DẠY THỰC HÀNH

Tác giả: Th.s Vũ Văn Thảo
Bộ môn: Kỹ thuật Điện

1. Đặt vấn đề

Hiện nay, xu hướng phát triển ngành công nghệ kỹ thuật điện, điện tử ngày một tăng, xu hướng việc làm dịch chuyển sang thực chiến, với mức thu nhập ổn định ở mức khá cao, đòi hỏi người thiết kế lắp đặt công nghệ phải nắm vững về chuyên môn và tư duy thực hành. Do đó xây dựng được qui trình thiết kế và mô phỏng mạch điện công nghiệp có một vai trò cần thiết để đảm bảo tính kinh tế, tính khoa học và kỹ thuật trong công việc.

2. Ứng dung phần mềm mô phỏng trong thiết kế mạch điện công nghiệp

Lựa chọn phần mềm thiết kế: ngày nay có rất nhiều phần mềm thiết kế mạch điện như AutoCAD Electrical, Orcad, Psim, Electric Sinova, CADe-SIMU…. Tùy theo lĩnh vực nghiên cứu có thể lựa chọn phần mềm phù hợp.

2.1. Thiết kế mạch điện công nghiệp

* Xác định yêu cầu công nghệ của bài toán thiết kế

- Yêu cầu dữ liệu bài toán đặt ra cần thiết kế, mô phỏng

- Vẽ sơ đồ nguyên lý và chọn phương án thích hợp: Việc lựa chọn phương án thiết kế phù hợp với năng lực, thế mạch của bản thân và phần mềm nhằm đạt hiệu quả cao nhất góp phần vào việc tiết kiện thời gian, vật lực trong công việc. Sơ đồ mạch phải đảm bảo tính logic, dễ hình dung khi lắp đặt, đảm bảo tính kỹ thuật và mỹ thuật, tính kinh tế, an toàn khi lắp đặt.

- Mô phỏng và kiểm tra mạch điện: Việc mô phỏng sẽ tránh được những sai hỏng khi lắp đặt, mạch hoạt động đúng nguyên lý sẽ đảm bảo tính chính xác và tin cậy trong vận hành thiết bị.

* Nguyên tắc chung để thiết kế mạch điện

- Bám sát vào yêu cầu thiết kế

- Mạch thiết kế đơn giản, dễ dàng thực hiện

- Thuận tiện khi lắp đặt, vận hành, bảo dưỡng và sửa chữa

- Hoạt động chính xác, đúng mục đích, an toàn

* Các bước thiết kế mạch điện công nghiệp

Bước 1: Kiểm tra, xác định các yếu tố cần thiết như: phần mềm thiết kế, điều kiện yêu cầu công nghệ, điều khiển thiết bị, an toàn vận hành…

Bước 2: Lựa chọn thiết bị như đóng cắt, bảo vệ, đo lường, thiết bị điều khiển,.. thông qua nguyên lý hoạt động của mạch

Bước 3: Thiết kế mạch điện công nghiệp theo đúng yêu cầu sơ đồ nguyên lý mạch điện.

Bước 4: Mô phỏng, lắp thử và kiểm tra (nếu cần).

2.2.Thiết kế mạch điện đảo chiều quay động cơ xoay chiều ba pha và tự động giới hạn hành trình bằng phần mềm Cade simu V3

 * Thiết kế mô phỏng bằng phần mềm CADE SIMU V3

Hình 1.Mạch điện đảo chiều quay động cơ xoay chiều ba pha

và tự động giới hạn hành trình.
 
- Nghiên cứu sơ đồ, tìm hiểu các loại khí cụ điện trong mạch

- Kết nối mạch động lực theo trình tự từ nguồn 3 pha đến aptomat 3 pha tới tiếp điểm chính công tắc tơ K1, K2, rơ le nhiệt RN1 và động cơ ba pha M

- Kết nối mạch điều khiển theo trình tự từ aptomat 1 pha đến các bộ nút nhấn, tiếp điểm duy trì K1, K2, tiếp điểm liên động điện K1, K2, các tiếp điểm LS1, LS2, các cuộn dây công tắc tơ K1, K2, rơ le nhiệt, và dây trung tính

- Vận hành mạch theo yêu cầu

+ Cấp nguồn: đèn D1 sáng

+ Đóng aptomat MCB, CB, nhấn ST2 động cơ M chạy thuận, đèn D2 sáng, nhấn STOP động cơ dừng, đèn D2 tắt

+ Nhấn ST1 động cơ chạy M ngược, đèn D3 sáng, nhấn STOP động cơ dừng, đèn D3 tắt

+ Đảo chiều trực tiếp: nhấn ST2, công tắc tơ K1 có điện, K2 mất điện động cơ chạy thuận, cơ cấu chấp hành cuối hành trình tác động LS2, công tắc tơ K2 có điện, K1 mất điện, động cơ chạy ngược. Đến cuối hành trình chạy ngược, cơ cấu chấp hành cuối hành trình tác động LS1, công tắc tơ K1 có điện, K2 mất điện, động cơ chạy thuận.

+ Thử bảo vệ quá tải, tiếp điểm RN1(95-96) hở, RN1(97-98) đóng, đèn D4 sáng

+ Cắt các aptomat

* Mô phỏng nguyên lý hoạt động mạch điện

+ Chạy thuận: Đóng MCB, CB. Nhấn ST2 cấp điện cho cuộn dây K1, đồng thời đóng các tiếp điểm K1 mạch động lực và đóng tiếp điểm duy trì K1(13-14) mạch điều khiển cấp điện cho động cơ M, mở tiếp điểm khóa liên động điện K1(11-12), động cơ được nối trực tiếp vào lưới điện và chạy thuận với tốc độ n. Cuối hành trình con trượt tác động vào công tắc hành trình LS2, tiếp điểm LS2(11-12) mở ra cuộn dây K1 mất điện, tiếp điểm LS2(13-14) đóng lại cấp điện cho cuộn dây K2, động cơ được cấp điện theo tiếp điểm K2 mạch động lực và chạy ngược lại (chạy ngược).

+ Chạy ngược: Nhấn ST1 cấp điện cho cuộn dây K2, đồng thời đóng các tiếp điểm K2 mạch động lực và đóng tiếp điểm duy trì K2(13-14) mạch điều khiển cấp điện cho động cơ M, mở tiếp điểm khóa liên động điện K2(11-12), động cơ được nối trực tiếp vào lưới điện và chạy ngược với tốc độ n. Cuối hành trình con trượt tác động vào công tắc hành trình LS1, tiếp điểm LS1(11-12) mở ra cuộn dây K2 mất điện, tiếp điểm LS1(13-14) đóng lại cấp điện cho cuộn dây K1, động cơ được cấp điện theo tiếp điểm K1 mạch động lực và chạy ngược lại (chạy thuận).

 + Dừng động cơ: Nhấn STOP các cuộn dây K1, K2 mất điện mở các tiếp điểm K1,K2 ở mạch động lực và mạch điều khiển, động cơ ngắt khỏi lưới điện và dừng.

+ Để bảo vệ động cơ dùng Aptomat MCB, CB và các rơ le nhiệt RN1. Liên động điện sử dụng các tiếp điểm K1(11-12), K2(11-12) đảm bảo chỉ cho một contactor có điện. Báo trạng thái hoạt động dùng các đèn D1, D2, D3 và D4 báo mạch quá tải.
* Một số sai hỏng thường gặp và biện pháp khắc phục
 

 
3. Kết luận

Từ thực tế giảng dạy việc sử dụng các phần mềm thiết kế mạch điện đã góp phần vào việc phát triển tư duy sáng tạo, mô phỏng mạch điện. Từ đó tăng thời gian thực hành lắp đặt, giảm trừ tối đa xảy ra sự cố, đảm bảo an toàn cho người và thiết bị, từ đó đảm bảo tính khoa học và tính kinh tế và tính thực tiễn ngành công nghệ kỹ thuật điện hiện nay.
 
TÀI LIỆU THAM KHẢO

[1] Bùi Hồng Huế, Lê Nho Khanh (2008), Giáo trình hướng dẫn thực hành điện công nghiệp, NXB Xây Dựng;

[2] Vũ Văn Thảo (2022), Bộ tài liệu các mạch điện công nghiệp trong giảng dạy thực hành điện, trường Đại học Công nghiệp Dệt May Hà Nội.