Sơ đồ nối dây công tắc giới hạn của bộ truyền động tuyến tính: Phương pháp trực tiếp, một chiều và sử dụng rơle

Nếu bạn đang tìm kiếm sơ đồ nối dây công tắc giới hạn cho bộ truyền động tuyến tính, có lẽ thanh truyền động của bạn đang dừng lại ở vị trí không đúng hoặc không dừng lại ở vị trí cần thiết. Hầu hết các sơ đồ trên mạng chỉ trình bày một cách lắp đặt: bộ công tắc do chính thương hiệu đó sản xuất, được nối dây theo một cách duy nhất. Việc nối dây thực tế của bộ truyền động diễn ra ở ba cấp độ mạch điện, và cấp độ bạn cần phụ thuộc vào công việc cụ thể. Hướng dẫn này sẽ giải thích chi tiết cả ba phương pháp: nối dây nối tiếp trực tiếp, dừng một chiều và điều khiển bằng rơle, sau đó kết thúc bằng các thông số kỹ thuật cần tham khảo khi bạn thay thế công tắc.

Chức năng của công tắc giới hạn trong mạch bộ truyền động: Hai khái niệm cùng mang tên gọi này

Công tắc giới hạn là một tiếp điểm cảm biến vị trí, thay đổi trạng thái khi thanh chuyển động đạt đến một điểm đã định. Trong mạch bộ truyền động, nó thực hiện một trong hai chức năng sau: nó cắt nguồn điện cấp cho động cơ để thanh đó dừng lại, hoặc nó gửi một tín hiệu (thanh thu hồi / thanh mở rộng) đến bộ điều khiển. Các bộ truyền động tuyến tính có công tắc giới hạn không? Nhiều loại có. Và đây chính là điểm khiến việc đặt tên trở nên khó hiểu, bởi vì hai thiết bị phần cứng khác nhau lại cùng mang một tên gọi:

• Khe cắt tích hợp. Một công tắc vi mô hành động tức thì nhỏ bên trong vỏ bộ truyền động sẽ kích hoạt khi thanh truyền động đạt đến điểm cuối của hành trình. Nếu bộ truyền động của bạn có dây dẫn bốn sợi, thì hai trong số các sợi dây đó thường được nối với cặp công tắc bên trong này.
• Công tắc hành trình bên ngoài. Một công tắc riêng biệt mà bạn lắp đặt dọc theo đường đi của thanh và kích hoạt bằng giá đỡ di chuyển hoặc một cam có thể điều chỉnh. Đây chính là công tắc giúp dừng thanh lại tại vị trí trung cấp tại một điểm nào đó, chẳng hạn như lỗ thông gió mở một nửa hoặc chiếc bàn được nâng lên một nửa, thay vì chỉ ở hai đầu.

Một lưu ý ngay từ đầu: các bộ truyền động khí nén và thủy lực có cách cảm biến vị trí khác nhau (công tắc từ trên thân xi lanh, tín hiệu phản hồi từ van), do đó việc nối dây “giới hạn” của chúng là một chủ đề riêng biệt. Hướng dẫn này chỉ đề cập đến các bộ truyền động tuyến tính điện.

Kết nối trực tiếp: Kết nối công tắc giới hạn theo kiểu nối tiếp vào dây dẫn động cơ

Sơ đồ đấu dây công tắc giới hạn cho bộ truyền động tuyến tính đơn giản nhất – và cũng là sơ đồ được sử dụng trong hầu hết các hướng dẫn – đặt một công tắc thường đóng (NC) được nối tiếp với nguồn cấp điện của động cơ. Dòng điện chạy từ nguồn qua công tắc đến động cơ. Khi thanh đang ở giữa hành trình, các tiếp điểm đóng lại và động cơ hoạt động. Khi thanh kích hoạt công tắc, mạch điện bị ngắt và động cơ dừng lại. Đẩy thanh trở lại khỏi công tắc, các tiếp điểm sẽ đóng lại, sẵn sàng cho chu kỳ tiếp theo.

Một công tắc NC giới hạn một chiều; đặt một công tắc ở mỗi đầu, cả hai nối tiếp, sẽ giới hạn cả hai chiều. Việc đảo chiều bằng công tắc DPDT hoặc rơle không bị ảnh hưởng: khi được kích hoạt, công tắc nối tiếp chỉ đơn giản là ngắt đường dẫn nguồn chung.

Nếu bộ truyền động của bạn có bốn dây, thì cặp dây nào là công tắc?

Các bộ truyền động bốn dây bao gồm hai dây động cơ và hai dây từ các công tắc giới hạn hành trình bên trong. Có không có mã màu chung Để phân biệt cặp nào là cặp nào: người chế tạo tự nối các dây dẫn của mình, và một số bộ truyền động bốn dây truyền tín hiệu phản hồi vị trí thay vì một cặp công tắc. Hãy xác định các cặp dây bằng đồng hồ vạn năng trước khi kết nối bất kỳ thứ gì:

Thông thường, cặp tiếp điểm này ở trạng thái đóng và sẽ mở khi kết thúc hành trình, được thiết kế để nối tiếp với nguồn điện hoặc kết nối với bộ điều khiển dưới dạng tín hiệu đầu vào; hãy tuân theo bản vẽ của nhà sản xuất. Một điểm cần lưu ý: một cặp thanh nối bên trong có đầu mở ở phía cuối cũng cản trở hành trình quay trở lại, bởi vì đường dẫn cấp nguồn được mở ở cả hai cực tính. Đó chính là vấn đề về hướng một chiều mà phần tiếp theo sẽ giải quyết đối với các công tắc bên ngoài.

Đảm bảo dòng điện nguồn bằng hoặc cao hơn dòng điện ghi trên nhãn động cơ: một bộ truyền động 12/24 V tiêu chuẩn tiêu thụ vài ampe khi đang hoạt động và nhiều hơn nữa khi bị kẹt. Cùng phương pháp tính toán dòng điện này cũng được áp dụng để xác định kích thước tiếp điểm trong phần rơle dưới đây.

Chỉ dừng theo một hướng: Ba phương pháp nối dây giúp duy trì hành trình trở lại

Câu hỏi thực sự khiến nhiều người bối rối là vấn đề dừng một chiều, và các nông dân cùng thợ điện liên tục đăng tải nó trên các diễn đàn: dừng thanh truyền ở vị trí duỗi hết cỡ nhưng vẫn phải kéo nó trở lại. Một trường hợp điển hình trên diễn đàn là một người đam mê đã nối tiếp một công tắc giới hạn và phát hiện bộ truyền động bị khóa, không thể di chuyển vào trong hay ra ngoài sau khi công tắc kích hoạt (Hãy hỏi thợ điện, 2020).

Tại sao một công tắc nối tiếp lại ngắt cả hai chiều?

Việc đảo chiều bộ truyền động một chiều không tạo ra một mạch điện thứ hai: công tắc DPDT hoặc rơle chỉ đảo ngược cực tính của cũng vậy đường dẫn cấp nguồn, do đó, một công tắc nối tiếp khi mở ra sẽ ngắt dòng điện ở cả hai chiều. Để chỉ ngắt dòng điện khi mở rộng, công tắc phải được đặt trên đường dẫn chỉ dẫn dòng điện khi mở rộng.

Ba cách để nối dây

Phương pháp sử dụng điốt thành công hay thất bại phụ thuộc hoàn toàn vào việc chọn kích thước. Điện áp ngược nên cao hơn đáng kể so với điện áp nguồn (thường theo nguyên tắc kinh nghiệm là gấp đôi). Dòng điện thuận nên bằng hoặc cao hơn dòng điện dừng của động cơ, tức là dòng điện mà thanh truyền tiêu thụ khi bị giữ ở vị trí dừng. Các điốt 6 A được đề cập trong các chủ đề sửa chữa chỉ phù hợp với các bộ truyền động 12 V nhỏ tiêu thụ vài ampe; hãy chọn kích thước điốt dựa trên nhãn động cơ, chứ không phải dựa vào bài đăng trên diễn đàn. Và hãy đảm bảo cực tính chính xác: một điốt lắp ngược sẽ chặn hành trình trở lại chắc chắn không kém gì việc không lắp điốt nào cả (Hãy hỏi thợ điện, 2020).

Giới hạn cứng: đi-ốt chỉ hỗ trợ trong trường hợp động cơ chổi than truyền động trực tiếp. Các bộ truyền động có bảng mạch điều khiển điện tử hoặc động cơ không chổi than nhận lệnh dừng từ bộ điều khiển, do đó, giải pháp phù hợp ở đây là mạch rơle dưới đây.

Khi chuyển mạch trực tiếp làm cháy công tắc: Mạch rơle và thông số kỹ thuật của tiếp điểm

“Thay công tắc” thường đi kèm với một câu chuyện: một công tắc giới hạn của bộ truyền động bị cháy do lỗi nối dây, hoặc sau nhiều năm hoạt động liên tục. Câu chuyện kinh điển trên diễn đàn là trường hợp chủ sở hữu đã cắm dây dẫn của bộ truyền động vào nguồn cấp sai và làm cháy công tắc bên trong. Tuy nhiên, sự cố tương tự cũng có thể xuất phát từ một nguyên nhân tinh vi hơn: công tắc phải ngắt dòng điện lớn hơn mức định mức của các tiếp điểm (Tạp chí Garage / Diễn đàn Vật lý, 2016). Nguyên nhân thứ hai quyết định liệu công tắc tiếp theo của bạn sẽ hoạt động bền bỉ hay lại bị cháy như trước.

Tại sao việc chuyển mạch trực tiếp lại làm cháy các tiếp điểm?

Ba lực tác động lên một công tắc được nối tiếp trực tiếp vào dây dẫn của động cơ:

• Dòng điện động cơ không đúng như thông tin ghi trên nhãn. Dòng điện của động cơ một chiều khi bị kẹt (do trục bị kẹt hoặc chạm giới hạn cuối) cao gấp nhiều lần so với dòng điện khi chạy tự do. Dòng điện đột biến khi khởi động còn lớn hơn nữa. Nếu công tắc được chọn dựa trên dòng điện chạy “vài ampe”, thì các tiếp điểm sẽ phải đóng và ngắt dòng điện gấp nhiều lần mức đó.
• Tia lửa cảm ứng làm mòn các điểm tiếp xúc. Cuộn dây động cơ là một cuộn cảm. Mỗi khi các tiếp điểm mở ra trong điều kiện có tải, từ trường suy giảm sẽ duy trì một tia lửa điện qua khe hở, khiến vật liệu tiếp điểm bị bốc hơi dần dần.
• Tia lửa điện một chiều khó dập tắt hơn tia lửa điện xoay chiều. Tia lửa điện xoay chiều tự tắt tại điểm giao cắt trục của mỗi nửa chu kỳ; tia lửa điện một chiều không có điểm giao cắt trục, do đó cùng một cường độ dòng điện lại gây ra hư hỏng tiếp điểm nghiêm trọng hơn nhiều. Các nhà sản xuất công tắc đã tính đến yếu tố này trong các thông số kỹ thuật của sản phẩm: một công tắc giới hạn kiểu cần gạt con lăn chịu tải nặng có thông số kỹ thuật ghi rõ 250 VAC, tải điện trở, 10 A tương đương với 250 VDC 0,25 A đối với cùng các liên hệ (bảng thông số kỹ thuật), mức giảm công suất xuống còn 1/40 chính xác là do việc chuyển mạch dòng điện một chiều (DC) khó khăn hơn nhiều.

Đó là lý do tại sao các thiết bị điều khiển như công tắc giới hạn có chức năng các loại hình sử dụng thay vì một mức xếp hạng duy nhất: theo tiêu chuẩn IEC 60947-5-1, việc đóng ngắt cuộn dây của công tắc tơ xoay chiều (AC), một tải điện từ có dòng khởi động lớn, thuộc loại tải AC-15, còn các tải điện từ một chiều (DC) thuộc loại DC-13 (IEC 60947-5-1:2016). Trong bảng thông số kỹ thuật, ký hiệu AC-15 hoặc DC-13 có nghĩa là công tắc này được thiết kế để điều khiển tải thực tế, chứ không phải để điều khiển đèn.

Tần suất hoạt động cũng rất quan trọng: một công tắc bị kích hoạt một lần trong mỗi chu kỳ hoạt động của máy sẽ nhanh chóng tích lũy số lần hoạt động, trong khi tuổi thọ của tiếp điểm là có hạn. Các công tắc giới hạn chịu tải nặng thường có thông số kỹ thuật tuổi thọ điện từ 500.000 lần hoạt động trở lên trong bảng thông số kỹ thuật của họ (Dòng công tắc giới hạn), và việc vận hành ở mức dòng điện gần dòng định mức sẽ làm giảm đáng kể tuổi thọ của nó.

Di chuyển công tắc lên mạch điều khiển

Đối với các động cơ có công suất lớn, hoạt động đóng/mở thường xuyên hoặc điều khiển đa điểm, cần ngắt hoàn toàn dòng điện động cơ khỏi các tiếp điểm của công tắc: công tắc giới hạn sẽ điều khiển cuộn dây của rơle hoặc công tắc tơ, và các tiếp điểm công suất của rơle đảm nhiệm việc điều khiển động cơ. Sau đó, công tắc chỉ ngắt dòng điện cuộn dây: dòng điện này vẫn mang tính cảm ứng, vẫn có dòng điện khởi động lớn (theo mức tải AC-15 nêu trên), nhưng nhỏ hơn hàng chục lần. Rơle công suất mở rộng nguyên lý này cho các dòng điện lớn hơn và động cơ xoay chiều.

Đây cũng là cấp độ mà Việc lựa chọn NO/NC trở thành một quyết định về an toàn thay vì chỉ là thói quen khi lắp đặt hệ thống dây điện:

• NC trong mạch cuộn dây: ngắt nguồn để dừng. Cuộn dây được giữ cố định nhờ công tắc ở trạng thái đóng; khi công tắc bị ngắt, cuộn dây sẽ rơi xuống và động cơ ngừng hoạt động. Một sợi dây bị đứt sẽ gây ra sự cố tương tự như khi công tắc bị ngắt, đó là lý do tại sao chế độ NC là chế độ mặc định cho các giới hạn bảo vệ.
• NO (Không) với vai trò là tín hiệu: chỉ được cấp điện khi ở vị trí đó. Công tắc sẽ đóng khi thanh trục đến vị trí, đồng thời gửi tín hiệu “vị trí gốc” hoặc “vị trí mở rộng” đến bộ điều khiển. Sử dụng cực NO khi công tắc đóng vai trò là đầu vào, chứ không phải là bộ bảo vệ.

Giới hạn: Đối với các bộ truyền động không chổi than và được điều khiển bằng bộ điều khiển, các tín hiệu giới hạn thuộc về các đầu vào riêng của bộ điều khiển. Hãy kết nối chúng dưới dạng các đầu vào tiếp điểm khô và để bộ điều khiển xử lý logic dừng; tuyệt đối không được nối chúng theo chuỗi vào các đầu ra của động cơ.

Lựa chọn thiết bị thay thế: Loại công tắc, thông số kỹ thuật, và so sánh giữa sửa chữa và thay thế

Khi đã quyết định “thay thế công tắc”, ba loại sản phẩm này có thể đáp ứng gần như mọi ứng dụng của bộ truyền động. Việc lựa chọn loại phù hợp phụ thuộc vào vị trí lắp đặt của công tắc và đối tượng mà nó ngắt mạch, và mỗi loại đều có ranh giới hỏng hóc rõ ràng:

Sửa chữa hay thay thế? Trước tiên, hãy thực hiện ba bước kiểm tra sau: Động cơ có quay khi được cấp điện trực tiếp, bỏ qua cặp công tắc không? Bộ phận thanh truyền có di chuyển tự do khi dùng tay điều khiển không? Lỗi có chỉ giới hạn ở công tắc, với các tiếp điểm bị cháy và không có tính liên tục ở cả hai trạng thái không? Nếu cơ cấu hoạt động bình thường, việc thay thế công tắc sẽ khôi phục thiết bị với chi phí chỉ bằng một linh kiện; nếu động cơ hoặc hệ thống truyền động đã hỏng, hãy thay thế toàn bộ bộ truyền động. Giới hạn thực tế: rất khó để tìm được công tắc bên trong không rõ nhãn hiệu trong một bộ truyền động nhập khẩu có thông số kỹ thuật hoàn toàn trùng khớp. Khi nhà sản xuất không còn hoạt động, hãy đặt hàng theo kích thước cơ thể được đo, logic tiếp điểm (NO/NC/chuyển đổi) và cấp định mức, và kiểm tra các chu trình thay thế tại cùng một điểm di chuyển trước khi đưa vào vận hành chính thức.

Khi đặt hàng, hãy ghi rõ thông số kỹ thuật đầy đủ, đừng chỉ ghi “một công tắc giới hạn”. Có sáu trường thông tin giúp phân biệt một chi tiết được thay thế trực tiếp từ hàng trả lại:

Một công tắc bị cháy có ý nghĩa như thế nào đối với các xưởng sửa chữa và nhà cung cấp phụ tùng?

Câu chuyện về công tắc bị cháy không phải là hiếm và cũng không phải là mới. Các chủ đề trên diễn đàn về việc công tắc giới hạn của bộ truyền động bị hỏng do kết nối sai hoặc sau nhiều năm sử dụng đã xuất hiện từ hơn một thập kỷ nay. Mô hình hư hỏng bên trong chúng luôn giống nhau: thân bộ truyền động vẫn nguyên vẹn, công tắc thì hỏng hẳn, và chủ sở hữu thường chọn thay thế một bộ phận thay vì thay cả thiết bị. Một vấn đề về đấu dây lại dẫn đến quyết định thay thế linh kiện.

Đối với xưởng sửa chữa hoặc thợ lắp đặt, ba bước sau đây có thể giải quyết hầu hết các trường hợp này: xác định bộ phận nào bị hỏng và nguyên nhân (tiếp điểm công tắc, động cơ hay cơ cấu truyền động), báo giá linh kiện thay thế dựa trên các thông số kỹ thuật nêu trên thay vì phỏng đoán, và xác nhận cấu trúc đấu dây thực tế của khách hàng, bao gồm đấu nối trực tiếp theo chuỗi, một chiều hoặc điều khiển bằng rơ-le. Một công tắc có thông số kỹ thuật phù hợp nhưng được lắp vào mạch không đúng sẽ hỏng y hệt như một công tắc rẻ tiền.

Đối với nhà phân phối, mô hình tương tự cũng chi phối việc quản lý hàng tồn kho: nhu cầu thay thế được chia thành hai nhóm không thể thay thế lẫn nhau, đó là các công tắc hành động nhanh cỡ nhỏ được lắp bên trong bộ truyền động và các công tắc giới hạn công nghiệp chịu tải nặng được lắp bên ngoài bộ truyền động. Cần dự trữ cả hai loại này, ở cả dạng NO và NC, đồng thời giải đáp các thắc mắc về cách đấu dây đi kèm. Những đơn hàng nêu rõ thông số kỹ thuật điện ngay từ đầu chính là những đơn hàng chỉ cần giao một lần và không phải giao lại.

Nếu bài viết này kết thúc tại đây đối với bạn — với một công tắc hỏng trên bàn làm việc và danh sách thông số kỹ thuật trong tay — hãy gửi danh sách đó đến đội ngũ lựa chọn của OMCH. Chúng tôi sẽ tìm sản phẩm thay thế phù hợp với sản phẩm ban đầu của bạn dựa trên mẫu mã, bản vẽ hoặc các thông số kỹ thuật đã đo đạc, và bạn có thể xem mẫu trước khi quyết định đặt hàng số lượng lớn (lựa chọn sản phẩm).

Tài liệu tham khảo