Cộng dòng các tải 24 V để chọn nguồn, tính sụt áp đường dây 24 V và cáp động lực 3 pha.
Giải thích chi tiết
- Bài toán dùng để làm gì
- Hình dung đơn giản
- Kiến thức nền cần có
- Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu
- Xây dựng công thức từng bước
- Lời giải mẫu từng bước
- Áp dụng thực tế và lưu ý
Bài toán dùng để làm gì
Mạch điều khiển trong tủ điện dùng nguồn 24 VDC cho van điện từ, cảm biến, PLC, HMI, rơ-le. Bài toán cộng dòng các tải để chọn nguồn 24 V đủ công suất, tính sụt áp trên đường dây 24 V (rất nhạy vì điện áp thấp) và sụt áp cáp động lực 3 pha.
Hình dung đơn giản
Hãy tưởng tượng
Nguồn 24 V giống bồn nước chung cấp cho nhiều vòi: phải đủ to cho các vòi mở cùng lúc, cộng thêm dự phòng. Điện áp 24 V thấp giống áp nước yếu: chỉ cần ống hơi dài hoặc hơi nhỏ là đầu vòi đã yếu hẳn – van điện từ ở cuối dây có thể không hút được.
Kiến thức nền cần có
Đọc lại các mục sau ở Chương 0 nếu chưa nắm chắc: 0.2 đơn vị (A, V, W, mm²) · 0.12 công suất · 0.16 thống kê (hệ số đồng thời) · 0.7 dự phòng
Các đại lượng và lấy số liệu ở đâu
| Ký hiệu | Ý nghĩa | Đơn vị | Lấy số liệu ở đâu |
|---|---|---|---|
| Ii, qi | Dòng tiêu thụ một thiết bị và số lượng của từng nhóm (van, cảm biến, PLC, HMI, rơ-le) | A, cái | Catalogue: van SMC/Festo/Airtac 0,05–0,15 A; cảm biến Omron/Keyence/Autonics 0,02–0,04 A; PLC theo manual |
| ks | Hệ số đồng thời (không phải tất cả thiết bị bật cùng lúc) | – | Thường 0,7–1,0 |
| kr | Hệ số dự phòng | – | 1,2–1,5 |
| L, A, I | Chiều dài cáp một chiều, tiết diện, dòng qua cáp 24 V | m, mm², A | Bản vẽ đi dây |
| U3, Im, cosφ, L3, A3 | Thông số cáp động lực 3 pha | V, A, –, m, mm² | Nhãn động cơ, TB26, TB27 |
| Nguồn 24 V | Dòng/công suất nguồn chuẩn | A, W | Catalogue Mean Well, Omron S8VK, Phoenix Contact, Siemens SITOP: 2,5 / 5 / 10 / 20 A |
Xây dựng công thức từng bước
Công thức tổng quát không “từ trên trời rơi xuống”: nó được ghép từ những công thức con đơn giản. Đi lần lượt từng bước:
Bước 1. Tổng dòng 24 V
Cộng dòng của từng nhóm (dòng 1 thiết bị × số lượng), nhân hệ số đồng thời:
It = Σ(Ii·qi)·ks
Bước 2. Dòng và công suất nguồn cần
Thêm dự phòng cho mở rộng và để nguồn không chạy hết công suất:
Ip = It·kr ; Pp = 24·Ip
Bước 3. Sụt áp đường dây 24 V
Dòng đi và về trên 2 dây nên chiều dài nhân 2; κ = 56 cho dây đồng:
ΔU = 2·L·I / (κ·A) ; ΔU/24 ≤ 5 %
Bước 4. Sụt áp cáp động lực 3 pha
Mạch 3 pha cân bằng dùng hệ số √3 và cosφ:
ΔU = √3·L·I·cosφ / (κ·A) ; ΔU/U ≤ 5 %
Lời giải mẫu từng bước (số liệu mẫu của công cụ tính ở đầu trang)
Bước A – Số liệu đầu vào (ô vàng của công cụ tính). Đây là bộ số ví dụ có sẵn; khi làm thật bạn thay bằng số của mình:
| TT | Đại lượng | Ký hiệu | Giá trị | Đơn vị | Ghi chú / nguồn |
|---|---|---|---|---|---|
| 1 | Van điện từ: dòng 1 thiết bị | I1 | 0,1 | A | |
| 2 | Van điện từ: số lượng | q1 | 10 | ||
| 3 | Cảm biến: dòng 1 thiết bị | I2 | 0,03 | A | |
| 4 | Cảm biến: số lượng | q2 | 20 | ||
| 5 | PLC + module: dòng 1 thiết bị | I3 | 1 | A | |
| 6 | PLC + module: số lượng | q3 | 1 | ||
| 7 | HMI: dòng 1 thiết bị | I4 | 0,5 | A | |
| 8 | HMI: số lượng | q4 | 1 | ||
| 9 | Rơ-le: dòng 1 thiết bị | I5 | 0,03 | A | |
| 10 | Rơ-le: số lượng | q5 | 10 | ||
| 11 | Khác: dòng 1 thiết bị | I6 | 0 | A | |
| 12 | Khác: số lượng | q6 | 0 | ||
| 13 | Hệ số đồng thời | ks | 0,8 | ||
| 14 | Dự phòng | kr | 1,25 | 1,2–1,5 | |
| 18 | Chiều dài cáp (1 chiều) | L | 20 | m | |
| 19 | Tiết diện dây | A | 1,5 | mm² | |
| 20 | Dòng qua cáp | I | 2 | A | |
| 24 | Điện áp dây | U3 | 400 | V | |
| 25 | Dòng động cơ | Im | 15 | A | |
| 26 | cosφ | cosφ | 0,85 | ||
| 27 | Chiều dài cáp | L3 | 50 | m | |
| 28 | Tiết diện dây | A3 | 2,5 | mm² |
Bước B – Tính lần lượt (web tự tính, bạn có thể bấm tay để kiểm tra lại). Dòng xanh lá là kết quả chính:
| TT | Đại lượng | Ký hiệu | Kết quả | Đơn vị | Công thức / cách tính |
|---|---|---|---|---|---|
| 15 | Tổng dòng 24 V | It | 2,72 | A | |
| 16 | DÒNG NGUỒN CẦN | Ip | 3,4 | A | |
| 17 | Công suất nguồn | Pp | 81,6 | W | |
| 21 | Sụt áp | dU | 0,952 | V | ΔU = 2·L·I/(κ·A), κ = 56 (đồng) |
| 22 | Tỉ lệ sụt áp | pc | 3,97 % | ||
| 23 | Sụt áp ≤ 5 % | Kiểm tra | ĐẠT | ||
| 29 | Sụt áp | dU3 | 7,89 | V | ΔU = √3·L·I·cosφ/(κ·A) |
| 30 | Tỉ lệ sụt áp | pc3 | 1,97 % | ||
| 31 | Sụt áp ≤ 5 % | Kiểm tra | ĐẠT |
Bước C – Kết luận ví dụ
Kết quả chính: DÒNG NGUỒN CẦN = 3,4 A; Công suất nguồn = 81,6 W; Sụt áp = 0,952 V; Sụt áp = 7,89 V.
Kiểm tra: Sụt áp ≤ 5 %: ĐẠT; Sụt áp ≤ 5 %: ĐẠT.
Nếu đổi số liệu ở ô vàng, mọi kết quả tự tính lại. Ô nào báo KHÔNG ĐẠT thì xem mục Áp dụng thực tế bên dưới để biết cần sửa gì.
Áp dụng thực tế và lưu ý
- Ví dụ trên trang tính: 2,72 A × 1,25 = 3,4 A → chọn nguồn 5 A (120 W), ví dụ Mean Well NDR-120-24 hoặc Omron S8VK-G12024.
- Nếu sụt áp 24 V KHÔNG ĐẠT: tăng tiết diện dây (0,75 → 1,5 → 2,5 mm²), đặt hộp nối/nguồn phụ gần cụm van, hoặc chỉnh nguồn lên 24,5–25 V (hầu hết nguồn có biến trở chỉnh).
- Tách nguồn riêng cho tải cảm (van, rơ-le) và cho PLC/cảm biến để nhiễu khi van đóng ngắt không làm PLC lỗi.
- Chú ý dòng khởi động: HMI, van lớn, phanh điện từ có dòng lúc bật cao hơn nhiều; nguồn nên có chế độ boost hoặc chọn dư thêm.
- Mỗi nhánh 24 V nên có cầu chì hoặc CB DC riêng để một chỗ chập không làm sập cả máy.