BÁO CÁO ĐỒ ÁN MÔN HỌC KHÍ CỤ ĐIỆN 2022

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG BÁO CÁO ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN ĐỀ TÀI TỦ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MÁY NÉN KHÍ KHỞI ĐỘNG SAO TAM GIÁC CÓ CHẾ ĐỘ AUTO MANUAL, CHẾ ĐỘ AUTO CHẠY THEO RELAY ÁP SUẤT Người hướng dẫn Nguyễn Minh Quyền Sinh viên thực hiện Lê Thành Dự Võ Trường Đông Phạm Trung Hiếu Nguyễn Hoài Nam Nguyễn Hải Trường An Tp Hồ Chí Minh, 2021 LỜI MỞ ĐẦU Trong nền kinh tế thị trường hiện nay, các doanh nghiệp phải cạnh tranh vô cùng gay gắt với nhau để có th.

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BÁO CÁO ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN

ĐỀ TÀI: TỦ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MÁY NÉN KHÍ KHỞI ĐỘNG SAO TAM GIÁC

CÓ CHẾ ĐỘ AUTO MANUAL, CHẾ ĐỘ AUTO CHẠY THEO RELAY ÁP SUẤT.

Người hướng dẫn: Nguyễn Minh Quyền Sinh viên thực hiện: Lê Thành Dự

Võ Trường Đông Phạm Trung Hiếu Nguyễn Hoài Nam Nguyễn Hải Trường An

Tp Hồ Chí Minh, 2021

LỜI MỞ ĐẦU

Trong nền kinh tế thị trường hiện nay, các doanh nghiệp phải cạnh tranh vô cùng gaygắt với nhau để có thể tồn tại và phát triển bền vững, có chỗ đứng trên thị trường Đặc biệt, khi các nước trên thế giới cùng tham gia vào chuỗi giá trị toàn cầu thì cạnh tranh không những chỉ ở phạm vi trong nước mà còn mở rộng ra với các doanh nghiệp trong khu vực và trên thế giới Việc này giúp các doanh nghiệp trong nước có thêm cơ hội để

mở rộng thị trường và tìm kiếm thêm đối tác, nhà cung ứng có nhiều lợi thế Tuy nhiên,

nó cũng làm cho hoạt động kinh doanh trở nên khó khăn hơn rất nhiều do có nhiều doanh nghiệp cạnh tranh hơn và họ có rất nhiều lợi thế về nhân công, giá cả và khoa học công nghệ, Vì vậy, các kĩ sư, nhà khoa học đầu ngành phải luôn tìm tòi, sáng tạo, nghiên cứu

ra những công nghệ, kĩ thuật mới để bắt kịp thị trường

Đề tài “Tủ điều khiển động cơ máy nén khí 3 pha khởi động theo phương pháp sao tam giác với hai chế độ Auto Mannal, chế độ Auto có thêm relay áp suất” là một trong những đề tài có tính ứng dụng cao và liên quan tới rất nhiều công nghệ trong lĩnh vực điệncông nghiệp và tự động hóa hiện nay

Khi thực hiện đề tài này, những người thực hiện phải nâng cao, bồi dưỡng thêm kiến thức về chuyên ngành điện và một số kĩ năng cần thiết khác nhằm tăng năng suất lao động

để công việc đạt hiệu quả tối ưu Đây là bước đệm đầu tiên để lĩnh hội thêm nhiều kiến thức chuyên môn, kĩ năng mềm ở một cấp độ cao hơn và tiến tới những công nghệ hiện đại hơn

– Đặc biệt tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến Thầy Nguyễn Minh Quyền và anh Trần

Lê Mân– người hướng dẫn và cũng là người đã luôn tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ

và động viên em trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành đề tài nghiên cứu này – Cảm ơn gia đình, bạn bè và đồng nghiệp đã luôn khích lệ, động viên và giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và nghiên cứu khoa học.

Mặc dù đã cố gắng rất nhiều, nhưng bài luận không tránh khỏi những thiếu sót; tác giả rất mong nhận được sự thông cảm, chỉ dẫn, giúp đỡ và đóng góp ý kiến của các nhà khoa học, của quý thầy cô, các cán bộ quản lý và các bạn đồng nghiệp.

Xin chân thành cảm ơn!

TP Hồ Chí Minh, tháng 11 năm 2021.

Mục lục

Chương 1: ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 Lí do lựa chọn đề tài

1.2 Phân tích yêu cầu

1.3 Sơ đồ giải pháp

Chương 2: CƠ SỞ LÍ THUYẾT

2.1 Các thiết bị, khí cụ điện

2.2.1 MCB

2.2.2 Contactor

2.2.3 Relay nhiệt

2.2.4 Timer

2.2.5 Công tắc áp suất

2.2.6 Relay trung gian

2.2.7 Cầu chì

2.2 Tính chọn các thiết bị, khí cụ điện cho mạch động lực

2.2.1 Tính chọn MCB

2.2.2 Tính chọn Contactor

2.2.3 Tính chọn Relay nhiệt

2.3 Tính chọn các thiết bị, khí cụ điện cho mạch điều khiển

2.3.1 Tính chọn MCB (CB tép)

2.3.2 Tính chọn cầu chì

2.3.3 Tính chọn đèn báo

2.3.4 Tính chọn nút nhấn

2.3.5 Tính chọn Timer

2.3.6 Tính chọn công tắc áp suất

Chương 3: Thiết kế bản vẽ và trình bày nguyên lý của tủ điện

3.1 Phần mềm hỗ trợ

3.1.1 Phần mềm CADe SIMU

3.1.2 Phần mềm EPLAN Eletric P8/EPLAN Pro Panel

3.2 Sơ đồ mạch động lực

3.3 Sơ đồ mạch điều khiển

3.4 Nguyên lý hoạt động của tủ điện

3.5 Layout 3D tủ điện trên phần mềm

3.6 Một số lưu ý khi thiết kế mạch điện

Kết luận

Tài liệu tham khảo

CHƯƠNG 1ĐẶT VẤN ĐỀ

1.1 Lý do lựa chọn đề tài:

Hiện nay có rất nhiều phương pháp khởi động động cơ như: khởi động trực tiếp,khởi động sao – tam giác, khởi động bằng biến áp tự ngẫu, phương pháp khởi động dùngbiến tần, Và đề tài của nhóm chúng em là khởi động sao – tam giác động cơ máy nénkhí 3 pha có hai chế độ Auto và Manual, chế độ Auto chạy theo Relay áp suất Chúng emthực hiện đề tài này nhằm mục đích: Thứ nhất, đáp ứng yêu cầu môn học đề ra – hoànthành đồ án được giao và nâng cao kiến thức, kĩ năng làm việc nhóm Thứ hai, thông quaviệc tìm tòi, nghiên cứu tri thức sẽ đúc kết được những kinh nghiệm quý báu giúp ích choviệc học tập, cuộc sống cũng như công việc sau này

Đề tài này được ứng dụng trong việc điều khiển máy nén khí, xuất hiện trong nhiềunhà máy công nghiệp tư nhân và nhà nước; hỗ trợ các công ty, doanh nghiệp trong rấtnhiều công đoạn kinh doanh và sản xuất như: lĩnh vực ô tô, điện, tự động hóa,

1.2 Phân tích yêu cầu:

* Yêu cầu:

- Thiết kế tủ điện khởi động máy nén khí sử dụng động cơ 3 pha theo phương pháp Y/∆

theo hai chế độ Auto và Manual

- Chế độ vận hành tự động AUTO, chạy theo relay áp suất.

- Chế độ vận hành bằng tay MANUAL.

- Có đầy đủ đèn báo hiệu và nút tắt khẩn cấp khi gặp sự cố.

* Sơ đồ:

- Khi động cơ quá tải thì relay nhiệt sẽ làm việc, tiếp điểm thường đóng sẽ chuyển trạngthái thành mở và tiếp điểm thường mở sẽ chuyển trạng thái thành đóng, từ đó khôngcho dòng điện đi qua cuộn coil, đèn báo sự cố sẽ sáng lên và động cơ sẽ không hoạtđộng.

1.3 Sơ đồ giải pháp:

Sơ đồ giải pháp

 Trong sơ đồ giải pháp trên:

- Chế độ Manual: Khi khởi động động cơ sẽ hoạt động ở chế độ Y, sau một khoảng

thời gian động cơ sẽ chuyển sang hoạt động ở chế độ Δ và động cơ sẽ dừng khi nhấn nút Stop Relay nhiệt sẽ tự động ngắt dòng điện để bảo vệ động cơ khi hiện tượng quá tải động cơ xảy ra

- Chế độ Auto: Khi công tắc chuyển sang chế độ Auto thì công tắc áp suất sẽ đảm nhận

việc tắt mở động cơ theo áp suất có ở trong máy nén khí

 Mục đích của việc áp dụng tủ điện điều khiển máy nén khí có động cơ 3 pha khởi động

Y/∆ theo hai chế độ Auto và Manual:

- Tăng năng suất lao động, đạt hiệu quả tối ưu trong công việc.

- Giảm sức lao động của con người.

- Hạn chế rủi ro và đảm bảo an trong lao động.

- Thời gian làm việc được rút ngắn lại.

- Dễ vận hành và sửa chữa.

CHƯƠNG 2

CƠ SỞ LÝ THUYẾT

2.1 Các thiết bị, khí cụ điện:

* Các loại thiết bị, khí cụ điện cần thiết có trong đồ án gồm:

- Công tắc áp suất Danfoss

- MCB

 CB Tép

 Contactor

 Rơ le nhiệt

 Timer

- Cầu chì bảo vệ

2.1.1 MCB:

 Khái niệm:

- MCB (Miniature Circuit Breaker) là cầu dao tự động dạng tép (còn gọi là CB tép),

MCB hầu như chỉ được mọi người dùng với những thiết bị có dòng điện thấp (khôngquá 100A) và dòng công suất nhỏ

- MCB là thiết bị bảo vệ thiết bị điện khi quá tải hoặc ngắn mạch, tương tự như mộtchiếc công tắc đóng ngắt tự động khi có sự cố về mạch điện xảy ra, thiết bị này sẽ ngắtđiện tự động để bảo vệ cho người dùng an toàn và máy móc được không gây hư hỏng

- Hộp dập hồ quang: Có 2 kiểu: hồ quang kiểu nửa kín; hồ quang kiểu hở.

 Kiểu nữa kín: được đặt trong vỏ kín của MCB và có lỗ thoát khí

 Kiểu hở: được dùng với điện áp lớn hơn 50KB hoặc điện áp 1000V

 Buồng dập hồ quang có nhiều tấm thép xếp thành lưới ngăn thành nhiều đoạn khácnhau để tạo thuận lợi cho việc dập tắt hồ quang.

- Cơ cấu truyền động cắt MCB: Thông thường có 2 cách đó là: truyền bằng tay và bằng

 Móc bảo vệ có tác dụng để bảo vệ thiết bị điện không bị quá tải và ngắn mạch

 Có 2 loại móc bảo vệ: móc kiểu điện từ và móc kiểu relay nhiệt

 Nguyên lý hoạt động:

- MCB dòng điện cực đại:

Sơ đồ nguyên lý của MCB dòng điện cực đại.

 Khi đóng điện, dòng điện cực đại sẽ ở trạng thái bình thường, MCB giữ ở trạng tháiđóng tiếp điểm nhờ móc (2) khớp và móc (3) khớp cụm vào 1 cụm tiếp điểm cộng

 Bật MCB ở trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện (5) và phần ứng(4) không hút

 Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ ở nam châm điện (5) lớn hơnlực lò xo (6) làm cho nam châm điện (5) sẽ hút phần ứng (4) xuống làm bật nhả móc(3), móc (5) được thả tự do, lò xo (1) được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm của MCBđược mở ra, mạch điện bị ngắt

- MCB điện áp thấp:

Sơ đồ nguyên lý của MCB điện áp thấp

 Khi bật MCB ở trạng thái ON thì điện áp định mức của nam châm điện (11) và phần ứng (10) hút lại với nhau

 Khi sụt áp quá mức, nam châm điện (11) sẽ nhả phần ứng (10), lò xo (9) kéo móc (8) bật lên, móc (7) thả tự do, thả lỏng, lò xo (1) được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm của

MCB được mở ra, mạch điện bị ngắt

2.1.2 Contactor:

 Khái niệm:

- Contactor (Công tắc tơ) là khí cụ điện hạ áp, thực hiện việc đóng cắt thường xuyên

các mạch điện động lực Contactor là thiết bị điện đặc biệt quan trọng trong hệ thống điện Nhờ có contactor ta có thể điều khiển các thiết bị như động cơ, tụ bù, hệ thống chiếu sáng, thông qua nút nhấn, chế độ tự động hoặc điều khiển từ xa

- Thao tác đóng ngắt của contactor có thể thực hiện nhờ cơ cấu điện từ, cơ cấu khí động

hoặc cơ cấu thủy lực Nhưng thông dụng nhất là các loại contactor điện từ

 Cấu tạo:

Cấu tạo cơ bản của Contactor

- Cấu tạo cơ bản của Contactor:

 Nam châm điện : Nam châm điện gồm:

o Cuộn dây dùng tạo ra lực hút nam châm

o Lõi sắt

o Lò xo tác dụng đẩy phần nắp trở về vị trí ban đầu

- Cấu tạo của nam châm điện

 Hệ thống dập hồ quang : Khi chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm các tiếp

điểm bị cháy và mòn dần, vì vậy cần hệ thống dập hồ quang

 Hệ thống tiếp điểm : Hệ thống tiếp điểm của contactor trong tủ điện liên hệ với phần

lõi từ di động qua bộ phận liên động về cơ Tuỳ theo khả năng tải dẫn qua các tiếpđiểm, ta có thể chia các tiếp điểm thành hai loại:

o Tiếp điểm chính: Có khả năng cho dòng điện lớn đi qua (từ 10A đến vài nghìn A,

thí dụ khoảng 1600A hay 2250A) Tiếp điểm chính là tiếp điểm thường hở, nó đóng lại khi được cấp nguồn vào mạch từ của contactor trong tủ điện

o Tiếp điểm phụ: Có khả năng cho dòng điện đi qua các tiếp điểm nhỏ hơn 5A

Tiếp điểm phụ có hai trạng thái: Thường đóng và thường hở

o Tiếp điểm thường đóng là loại tiếp điểm ở trạng thái đóng khi cuộn dây nam

châm trong contactor ở trạng thái nghỉ (không được cung cấp điện) Tiếp điểm này hở ra khi contactor ở trạng thái hoạt động

o Ngược lại là tiếp điểm thường hở.

o Như vậy, hệ thống tiếp điểm chính tủ điện điều khiển thường được lắp trong

mạch điện động lực, còn các tiếp điểm phụ sẽ lắp trong hệ thống mạch điều khiển

của Contactor

 Nguyên lí hoạt động:

- Khi cấp nguồn trong tủ điện điều khiển bằng giá trị điện áp định mức của Contactor

vào hai đầu của cuộn dây contactor quấn trên phần lõi từ cố định thì lực từ tạo sẽ ra hútphần lõi từ di động hình thành mạch từ kín (lực từ phải lớn hơn phản lực của lò xo), Contactor ở trạng thái hoạt động

- Lúc này nhờ vào bộ phận liên động về cơ giữa lõi từ di động và hệ thống tiếp điẻm làm

cho tiếp điểm chính đóng lại, tiếp điểm phụ chuyển đổi trạng thái (thường đóng sẽ mở

ra, thường hở sẽ đóng lại) và duy trì trạng thái này

- Khi ngưng cấp nguồn cho cuộn dây thì Contactor ở trạng thái nghỉ, các tiếp điểm trở về

trạng thái ban đầu

Mô tả cách hoạt động của Contactor

2.1.3 Relay nhiệt (Thermal Oveload Relay – TOR):

 Khái niệm:

- Rơ le nhiệt là một loại thiết bị điện dùng để bảo vệ động cơ và mạch điện khi có sự cố

quá tải Relay nhiệt có chức năng tự động đóng cắt tiếp điểm nhờ sự co dãn vì nhiệt của các thanh kim loại

- Trong công nghiệp, relay nhiệt được lắp kèm với contactor Relay nhiệt cần phải có

quá trình khoảng vài giây đến vài phút mới tác động Vì vậy, không thể sử dụng relay nhiệt để bảo vệ ngắn mạch cho động cơ và thiết bị được

 Cấu tạo:

Sơ đồ cấu tạo của rơ le nhiệt

- Các tiếp điểm của rơle nhiệt:

 Tiếp điểm thường đóng (NC): thường gắn nối tiếp với cuộn Coil của contactor Khiquá tải, tiếp điểm này mở ra ngắt điện contactor

 Tiếp điểm thường mở (NO): thường được gắn với đèn hay còi báo sự cố khi quá tải

- Khi có dòng điện quá tải đi qua, thanh lưỡng kim được đốt nóng Uốn cong về phía kim loại có hệ số giãn nở bé Khi đó cần gạt tác động làm chuyển đổi hệ thống tiếp điểm phụ Tiếp điểm phụ sẽ đóng cắt contactor, ngắt điện khỏi động cơ

Do đó, cần lưu ý rơle nhiệt không bảo vệ quá tải bằng cách đóng cắt trực tiếp mạch động lực Mà thông qua tiếp điểm phụ cắt mạch điều khiển Contactor có gắn rơle nhiệtđược gọi là khởi động từ

2.1.4 Relay thời gian (Timer):

 Khái niệm:

- Rơ le thời gian (Timer) là thiết bị dùng để tạo thời gian trễ, bằng cách dùng bộ mạch

điện tử điều khiển thời gian đóng, cắt của các tiếp điểm rơ le

- Relay thời gian là một loại khí cụ điện được sử dụng nhiều trong điều khiển tự động

Với vai trò điều khiển trung gian giữa các thiết bị điều khiển theo thời gian định trước

- Timer đóng tắt các thiết bị điện có trong hệ thống khi không sử dụng nữa để tránh lãng

phí nguồn năng lượng điện không cần thiết Được ứng dụng trong việc điều khiển tắt mở: ánh sáng, quạt thông gió, tưới nước, máy, sưởi ấm, cửa tự động và tạo tín hiệu âm thanh hình ảnh theo chu kỳ…

- Thời gian trễ của rơ le thời gian có thể cài đặt từ vài giây đến hàng giờ tùy theo ứng

 Relay thời gian tác động trễ (On-delay relay timer):

- Cấu tạo:

 Relay thời gian gồm 2 bộ tiếp điểm, có hình dạng và cách bố trí các chân như hình:

Relay thời gian cơ bản và sơ đồ chân của nó

 Relay thời gian gồm 8 chân kết nối và một lỗ khoá ở giữa nhằm cố định vị trí của nókhi đặt vào đế

Đế của relay thời gian cơ bản (AH3-3).

 Ý nghĩa các chân của relay thời gian như sau:

o Chân 7 và 2 là chân cấp nguồn cho cuộn dây bên trong relay; chân 7 là chân dương (+), chân 2 là chân âm (-)

o Chân 8 và 1 là các chân chung cho hai bộ tiếp điểm

o Chân 3 kết nối với chân 1 tạo thành tiếp điểm thường mở

o Chân 4 kết nối với chân 1 tạo thành tiếp điểm thường đóng

o Chân 6 kết nối với chân 8 tạo thành tiếp điểm thường mở

o Chân 5 kết nối với chân 8 tạo thành tiếp điểm thường đóng

- Nguyên lý hoạt động:

Nguyên lý làm việc của Timer ON Delay

 Khi cấp nguồn điện vào cuộn dây của relay thời gian thông qua 2 chân nguồn (chân

7 và chân 2), các tiếp tiếp của relay không thay đổi trạng thái ngay lập tức

 Sau một khoảng khoảng thời gian t định trước (ta cài đặt thời gian trễ trên relay thời gian) tính từ lúc cấp điện, các tiếp điểm của relay chuyển trạng thái từ mở thành đóng hoặc từ đóng thành mở

 Sau khi các tiếp điểm chuyển đổi trạng thái thì hệ thống truyền động vẫn hoạt động bình thường

- Ta ngắt điện (ngưng cung cấp điện) khỏi cuộn dây relay thời gian thì các tiếp điểm trở

về trạng thái ban đầu

 Cách hoạt động 2 loại tiếp điểm của On-delay relay timer:

- TR1-1: Tiếp điểm thường mở, có chức năng đóng chậm – ngắt nhanh.

- TR1-2: Tiếp điểm thường đóng, có chức năng mở chậm – đóng nhanh.

 Relay thời gian ngắt (dừng) trễ (Off-delay relay timer):

- Cấu tạo: Relay thời gian ngắt trễ có cấu tạo tương tự như relay thời gian tác động trễ

- Nguyên lý hoạt động:

-Nguyên lý hoạt động Timer OFF Delay H3CR

 Khi ta cấp điện vào cuộn dây của relay thời gian ngắt trễ, các tiếp điểm của relay lậptức chuyển trạng thái (đóng thành mở hoặc mở thành đóng) Thời gian chuyển trạngthái của relay thời gian lúc này giống thời gian chuyển trạng thái của một relay bìnhthường

 Khi các tiếp điểm của relay đã chuyển đổi trạng thái thì hệ thống hoạt động bìnhthường

 Khi ta ngắt điện khỏi cuộn dây của relay thời gian, lúc này các tiếp điểm của relaykhông trở về trạng thái ban đầu ngay mà tiếp tục duy trì trạng thái đã chuyển đổi

 Sau một khoảng thời gian t mà ta đã cài đặt trên relay (tính từ lúc ta ngắt điện khỏicuộn dây relay) thì các tiếp điểm của relay mới trở về trạng thái ban đầu

* Cách hoạt động 2 loại tiếp điểm của Off-delay relay timer:

- TR1-1: Tiếp điểm thường hở, là loại tiếp điểm đóng nhanh, ngắt chậm.

- TR1-2: Tiếp điểm thường đóng, là loại tiếp điểm mở nhanh, đóng chậm.

2.1.5 Công tắc áp suất:

 Khái niệm:

- Công tắc áp suất (Pressure Switch) hay còn được gọi là công tắc áp lực, rơ le áp suất,

… là thiết bị chuyển đổi tín hiệu áp suất hoặc áp suất âm thành tín hiệu điện dạngon/off Cung cấp cho hệ thống đang hoạt động thông tin, tín hiệu để phản hồi từ trạngthái tăng hay giảm, đóng hay mở Độ tăng, giảm sẽ do người dùng đặt ra Hiểu đơngiản hơn là một thiết bị đóng ngắt trong công nghiệp

 Cấu tạo và Nguyên lý hoạt động:

- Khi áp suất cao đi vào cổng áp lực tạo thành một chuỗi các yếu tố làm cho màng ngăn

bị uốn cong và đẩy tấm áp lực lên

- Khi lực áp suất tác động lên tấm màng vừa đủ để nén lò xo thì tấm áp lực sẽ có hiệntượng tăng lên

- Khi lực tác động lớn, tấm áp lực sẽ tăng theo đến khi các tiếp điểm được kết nối với nhau Lúc này mạch điện sẽ đóng lại, nguồn điện sẽ cung cấp cho mạch điện Kích hoạttín hiệu điện bằng cách thay đổi vị trí các tiếp điểm