Giải thích chi tiết: Nguồn 24 vdc và sụt áp dây dẫn

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

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 %

Hình TB30.2 – Sơ đồ hình thành công thức: số liệu → từng công thức con → kết luận

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

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.