Giáo trình chuyên đề trang bị điện

Nghề: Điện công nghiệp 1 Giáo trình: Chuyên đề trang bị điện TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trí

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ GIỚI VÀ THỦY LỢI

GIÁO TRÌNH

CHUYÊN ĐỀ TRANG BỊ ĐIỆN

NGHỀ: ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG

(Ban hành kèm theo quyết định số 546 ngày 11 tháng 8 năm 2020)

NĂM 2020

Nghề: Điện công nghiệp 1 Giáo trình: Chuyên đề trang bị điện

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo

Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

LỜI GIỚI THIỆU

Giáo trình Chuyên đề trang bị điện được biên soạn trên cơ sở chương

trình khung đào tạo của Trường Cao Đẳng Cơ Giới & thủy Lợi, tập thể giáo viên khoa Điện – Điện tử thực hiện biên soạn giáo trình này nhằm phục vụ cho công tác đào tạo nghề

Tài liệu này được biên soạn theo từng mô đun thuộc hệ thống mô đun của chương trình Tài liệu được dùng để đào tạo hoàn chỉnh nghề điện công nghiệp ở cấp độ cao đẳng nghề và được làm giáo trình cho học viên trong các khóa đào tạo Tài liệu cũng có thể được sử dụng cho các công nhân kỹ thuật dùng để tham khảo

Trong giáo trình này sẽ giới thiệu 1 số bài tập mang tính tổng hợp nhằm giúp sinh viên rèn luyện và nâng cao dần các kỹ năng về thiết kế, tính chọn các thiết bị thực tế, lắp ráp, vận hành, dò tìm hư hỏng trong hệ thống trang bị điện cụ thể Qua đó người học sẽ làm quen dần với các công việc thực tế của người thợ

và cán bộ kỹ thuật trong công việc sửa chữa, bảo trì hệ thống điện công nghiệp Giáo trình được biên soạn dựa trên sự tham khảo, chọn lọc một số tài liệu

kỹ thuật, kinh nghiệm giảng dạy kết hợp với thực tiễn và trao đổi với đồng nghiệp Trong quá trình biên soạn, sự hiểu biết và tài liệu bị hạn chế nên không tránh khỏi những sai sót, mong các bạn đồng nghiệp và độc giả đóng góp ý kiến

để tài liệu ngày càng hoàn thiện hơn

Nhóm biên soạn

Nghề: Điện công nghiệp 3 Giáo trình: Chuyên đề trang bị điện

1.2 Thiết kế mạch điện điều khiển động cơ KĐB 3 pha rôto lồng sóc làm

việc theo yêu cầu

15

1.3 Thiết kế mạch điện điều khiển động cơ KĐB 3 pha 2 tốc độ làm việc

theo yêu cầu

16

1.4.Thiết kế hệ thống mạch điện điều khiển các máy công cụ 18

MÔĐUN: CHUYÊN ĐỀ TRANG BỊ ĐIỆN

Mã môn học: MĐ26

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của môn học:

- Vị trí: Mô đun này cần phải học sau khi đã học xong các môn học/mô-đun Máy điện 1, Máy điện 2, Truyền động điện, Trang bị điện 1 , Trang bị điện 2

- Tính chất: Là mô đun chuyên môn nghề thuộc mô đun đào tạo nghề bắt buộc

- Ý nghĩa, vai trò: Công việc thiết kế, lắp đặt, vận hành hay sửa chữa mạch điện trong máy công nghiệp là một trong những yêu cầu bắt buộc đối với công nhân nghề Điện công nghiệp Mô đun này có ý nghĩa quyết định để hình thành

kỹ năng cho người học làm tiền đề để học tiếp các kỹ năng cao hơn như: Lắp đặt các bộ điều khiển lập trình hay các mạch điện tử công suất

Mục tiêu của môn học:

- Hệ thống được các vấn đề liên quan về trang bị điện

- Rèn luyện được kỹ năng soạn và trình bày báo cáo

- Thiết kế, lắp ráp được mạch điện một số cơ cấu máy sản xuất

- Vận hành và sửa chữa được hư hỏng trong các máy sản suất

- Vận hành được mạch theo nguyên tắc, theo qui trình đã định Từ đó sẽ vạch ra kế hoạch bảo trì hợp lý, đảm bảo an toàn và vệ sinh công nghiệp

- Phát huy tính tích cực, chủ động và sáng tạo, đảm bảo an toàn, tiết kiệm

Nghề: Điện công nghiệp 5 Giáo trình: Chuyên đề trang bị điện

Thực hành, thí nghiệm, thảo luận, bài tập

Kiểm tra

1

Bài 1 Nội dung thực hiện

1.1.Khái quát chung về hệ thống

trang bị điện

1.2 Thiết kế mạch điện điều

khiển động cơ KĐB 3 pha rôto

lồng sóc làm việc theo yêu cầu

1.3 Thiết kế mạch điện điều

khiển động cơ KĐB 3 pha 2 tốc

độ làm việc theo yêu cầu

Bài 1 NỘI DUNG THỰC HIỆN 1.1 KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG TRANG BỊ ĐIỆN

1.1.1 Đặc điểm của hệ thống trang bị điện

TĐKC là tổ hợp các thiết bị, khí cụ điện được liên kết bằng các dây dẫn nhằm tạo mạch điều khiển phát ra tín hiệu điều khiển để khống chế hệ thống truyền động điện làm việc theo một qui luật nhất định nào đó do qui trình công nghệ đặt ra

1.1.2 Yêu cầu đối với hệ thống trang bị điện công nghiệp

a Thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật

- Thỏa mãn tối đa qui trình công nghệ của máy sản xuất để đạt được năng suất cao nhất trong quá trình làm việc

- Mạch phải có độ tin cậy cao, linh hoạt, đảm bảo an toàn

b Đảm bảo về mặt kinh tế

- Giá cả tương đối, phù hợp với khả năng của khách hàng

- Nên sử dụng những thiết bị đơn giản, phổ thông, cùng chủng loại càng tốt để thuận tiện trong việc sửa chữa, thay thế về sau

- Thiết bị phải đảm bảo độ bền, ít hỏng hóc

Phương pháp thể hiện sơ đồ điện

 Tất cả các phần tử của thiết bị, khí cụ điện khi trình bày trên sơ đồ phải

thể hiện dưới dạng ký hiệu qui ước và phải ở trạng thái bình thường (trạng thái không điện, chưa tác động) của chúng (hình 2.1)

 Phải hạn chế tối đa các dây dẫn cắt nhau nhưng không liên hệ nhau về

điện (hình 2.2)

HÌNH 2.1: TIẾP ĐIỂM THƯỜNG MỞ, ĐÓNG CHẬM CỦA

RƠLE THỜI GIAN

Trạng thái chưa tác động dùng biểu diễn trong sơ đồ

Trạng thái tác động, không biểu diễn trong sơ đồ

Nghề: Điện công nghiệp 7 Giáo trình: Chuyên đề trang bị điện

 Tất cả những phần tử của cùng một thiết bị phải được ký hiệu giống nhau bằng những chữ số hoặc ký tự (hình 2.3)

 Các điểm dây dẫn nối chung với nhau phải được đánh số giống nhau (hình 2.4)

1.1.3 Giới thiệu một số khí cụ điện thường dùng

1.1.3.1.Nút nhấn tự phục hồi (push button)

 Cấu tạo

1 Núm tác động; 4 Tiếp điểm thường mở (NO);

2 Hệ thống tiếp điểm; 5 Tiếp điểm thường đóng (NC)

1 3 3

3

5

5

HÌNH 2.4: DÂY DẪN ĐÁNH SỐ GIỐNG NHAU

TẠI CÁC ĐIỂM NỐI CHUNG

Tiếp điểm và cuộn hút của

HÌNH 2.3: CÁC PHẦN TỬ CỦA CÙNG THIẾT BỊ PHẢI KÝ HIỆU GIỐNG NHAU

Tiếp điểm và cuộn hút của công tắc tơ H

3 Tiếp điểm chung (com); 6 Lò xo phục hồi

 Công dụng

Nút nhấn được dùng trong mạch điều khiển, để ra lệnh điều khiển mạch hoạt

động Nút nhấn thường được lắp ở mặt trước của các tủ điều khiển Tín hiệu do

nút nhấn tự phục hồi tạo ra có dạng xung như hình 1.3

1.1.3.2.Nút dừng khẩn (emergency stop) – nút nhấn không tự phục hồi

 Cấu tạo

 Công dụng

Nút dừng khẩn được dùng để dừng nhanh hệ thống khi xảy ra sự cố Thông

thường người ta dùng tiếp điểm thường đóng để cấp điện cho toàn bộ mạch điều

khiển Khi hệ thống xảy ra sự cố nhấn vào nút dừng khẩn làm mở tiếp điểm

thường đóng ra cắt điện toàn bộ mạch điều khiển

1.1.3.3.Công tắc hành trình (Limit switch)

 Cấu tạo

1 Đòn bẩy;

2 Bánh xe cóc;

3 Hệ thống tiếp điểm;

4 Tiếp điểm chung (com);

5 Tiếp điểm thường mở (NO);

6 Tiếp điểm thường đóng (NC);

5

6

7

Nghề: Điện công nghiệp 9 Giáo trình: Chuyên đề trang bị điện

 Công dụng

Công tắc hành trình thường dùng để nhận biết vị trí chuyển động của các cơ

cấu máy hoặc dùng để giới hạn các hành trình chuyển động

1.1.3.4.Rơle điện từ ( Rơle trung gian )

 Cấu tạo

0 Tiếp điểm chung (com);

1 Tiếp điểm thường đóng (NC);

2 Tiếp điểm thường mở (NC);

- Mạch từ: có tác dụng dẫn từ Đối với rơle điện từ 1 chiều, gông từ được chế tạo từ thép khối thường có dạng hình trụ tròn (vì dòng điện một chiều không gây nên dòng điện xoáy do đó không phát nóng mạch từ) Đối với rơle điện từ xoay chiều, mạch từ thường được chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện ghép lại (để làm giảm dòng điện xoáy fuco gây phát nóng)

- Cuộn dây: Khi đặt một điện áp đủ lớn vào hai đầu A và B, trong cuộn dây

sẽ có dòng điện chạy qua, dòng điện này sinh ra từ trường trong lõi thép để rơle làm việc

- Lò xo: Dùng để giữ nắp

- Tiếp điểm: Thường có một hoặc nhiều cặp tiếp điểm, 0 - 1 là tiếp điểm

thường mở, 0 - 2 là tiếp điểm thường đóng

 Công dụng

Rơle điện từ được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điều khiển có tiếp điểm Nhiệm vụ chính là để cách ly tín hiệu điều khiển, nhằm đảm bảo cho mạch hoạt động tin cậy, đúng qui trình

HÌNH1.8: DẠNG THỰC TẾ MỘT SỐ LOẠI RƠLE ĐIỆN TỪ

Nghề: Điện công nghiệp 11 Giáo trình: Chuyên đề trang bị điện

 Cấu tạo và nguyên lý

Về cơ bản cấu tạo của công tắc tơ giống với rơle điện từ, chỉ khác nhau ở chỗ rơle dùng để đóng cắt tín hiệu trong các mạch điều khiển còn công tắc tơ dùng để đóng cắt ở mạch động lực (có điện áp cao, dòng điện lớn) do đó cuộn dây của công tắc tơ lớn hơn, tiếp điểm của công tắc tơ cũng lớn hơn (chịu được dòng điện, điện áp cao hơn)

Tiếp điểm của công tắc tơ có hai loại: tiếp điểm chính (dùng để đóng cắt cho mạch động lực), tiếp điểm phụ (dùng trong mạch điều khiển) Để hạn chế phát sinh hồ quang khi tiếp điểm chính đóng cắt, tiếp điểm chính thường có cấu tạo dạng cầu và được đặt trong buồng dập hồ quang

Tiếp điểm chính là dạng thường mở; còn tiếp điểm phụ có cả thường mở và thường đóng

Cấu tạo của rơle thời gian điện tử bao gồm một mạch trễ thời gian điện tử cấp nguồn cho một rơle trung gian để điều khiển hệ thống tiếp điểm đóng cắt sau một khoảng thời gian trễ nào đó

Tùy vào trạng thái ban đầu của tiếp điểm mà sẽ có các loại tiếp điểm khác

HÌNH1.9 DẠNG THỰC TẾ MỘT SỐ LOẠI CÔNG TẮCTƠ

nhau của rơle thời gian như: thường mở - đóng chậm hoặc thường đóng - mở chậm

 Công dụng

Rơle thời gian được sử dụng phổ biến trong mạch tự động khống chế nhằm tạo ra những khoảng thời gian trễ cần thiết để khống chế mạch hoạt động đúng qui trình Nó là khí cụ chủ lực để thực hiện tự động khống chế theo nguyên tắc

Hệ thống tiếp điểm

Cuộn dây rơle

Nguồn cung cấp

HÌNH 1.12: SƠ ĐỒ KHỐI CỦA RƠLE THỜI

GIAN

HÌNH1.10: MỘT SÔ LOẠI RƠLE THỜI GIAN

Nghề: Điện công nghiệp 13 Giáo trình: Chuyên đề trang bị điện

 Công dụng

Bản chất của cầu chì là một đoạn dây dẫn yếu nhất trong mạch, khi có sự cố đoạn dây này bị đứt ra đầu tiên Cầu chì dùng bảo vệ thiết bị tránh khỏi dòng ngắn mạch, quá tải lâu

1.1.3.8.Aptomat (Current Breaker; CB)

 Cấu tạo

Aptomat là một thiết bị bảo vệ đa năng, tuỳ theo cấu tạo aptomat có thể bảo

vệ sự cố ngắn mạch, sự cố quá tải, sự cố dòng điện rò, sự cố quá áp

Trong thực tế người ta dùng phổ biến là aptomat bảo vệ sự cố ngắn mạch, trong công nghiệp để bảo vệ sự cố ngắn mạch và sự cố quá tải cho các động cơ điện người ta còn tích hợp thêm rơle nhiệt vào aptomat

Trong dân dụng, để tránh sự cố điện giật nguy hiểm cho tính mạng con người, người ta thường trang bị cho hệ thống điện trong nhà aptomat bảo vệ sự

cố dòng điện dò (aptomat chống giật) Nguyên lý của aptomat bảo vệ sự cố ngắn mạch

1.7 Nam châm điện; 5 Lò xo;

1.8 Móc răng; A: Cực nối nguồn;

1.9 Thanh truyền động; B: Cực nối tải

a Cấu tạo b Dạng thực tế CB 1 pha

HÌNH 1.12: CẤU TẠO VÀ DẠNG THỰC TẾ APTOMAT

Nghề: Điện công nghiệp 15 Giáo trình: Chuyên đề trang bị điện

Rơle nhiệt dùng để bảo vệ sự cố quá tải Trong thực tế người ta thường gắn rơle nhiệt phía sau công tắc tơ gọi là khởi động từ

1.2 Thiết kế mạch điện điều khiển động cơ KĐB 3 pha rôto lồng sóc làm việc theo yêu cầu:

1.2.1 Động cơ mở máy chế độ sao, làm việc chế độ tam giác, đảo chiều quay 1.2.2 Dừng bằng phương pháp hãm động năng

1.2.3 Điện áp làm việc của các công tắc tơ là 380v, của động cơ là 380v, còn điện áp của Rơ le thời gian, rơ le trung gian là 220v

1.2.4 Mạch có đầy đủ các khâu bảo vệ và tín hiệu

Sơ đồ nguyên lý

Mẫu thiết kế tủ điện

1.3 Thiết kế mạch điện điều khiển động cơ KĐB 3 pha 2 tốc độ làm việc theo yêu cầu:

1.3.1 Động cơ làm việc 2 tốc độ  - YY, đảo chiều quay

1.3.2 Khống chế chọn tốc độ trước, chọn chiều quay sau

1.3.3 Điện áp làm việc của các công tắc tơ là 220v, của động cơ là 380v

1.3.4 Mạch có đầy đủ các khâu bảo vệ và tín hiệu

Nghề: Điện công nghiệp 17 Giáo trình: Chuyên đề trang bị điện

Mẫu thiết kế tủ điện

1.4.Thiết kế hệ thống mạch điện điều khiển các máy công cụ

1.4.1 Thiết kế mạch điện điều khiển hệ thống băng tải

1.4.1.1 Phân tích yêu cầu công nghệ

1.4.1.2 Đưa ra ý tưởng thiết kế

1.4.1.3 Thiết kế mạch trên phần mềm chuyên dụng như Cade-Simu, SCH3ELF…

a Khái niệm về băng tải

Băng tải được dùng nhiều trong lĩnh vực xây dựng để vận chuyển nguyên vật liệu như: gạch, cement

Băng tải còn được dùng rất phổ biến trong các xí nghiệp công nghiệp mà qui trình sản xuất theo dây chuyền khép kín như: các nhà máy sản xuất, chế biến lương thực, thực phẩm; nước giải khát; sản xuất lắp ráp điện tử; dệt may

 Yêu cầu về trang bị điện

 Phải có sự khống chế trình tự giữa các băng tải thành phần trong cùng

một dây chuyền

 Không cần điều chỉnh tốc độ cũng như việc đảo chiều quay động cơ

 Hệ thống làm việc phải rõ ràng, minh bạch, có độ chính xác cao; phải tín hiệu đầy đủ các trạng thái làm việc cũng như trạng thái sự cố

b Giới thiệu mạch điện băng tải

Nghề: Điện công nghiệp 19 Giáo trình: Chuyên đề trang bị điện

- Cấp nguồn cho mạch

- Ấn nút 1M(3,5) động cơ 1Đ làm việc, băng tải III bắt đầu chuyển động Khi đó đèn tín hiệu ĐX1 sáng lên báo hiệu băng tải đã vận hành Đồng thời tiếp điểm 1K(9,11) đóng lại chuẩn bị cho phép băng tải II vận hành

- Ấn nút 2M(7,9) để khởi động 2Đ, băng tải II di chuyển và tiếp điểm 2K(15,17) cũng đóng lại chuẩn bị cho băng tải I hoạt động

- Cuối cùng ấn 3M(13,15) để cấp nguồn cho 3Đ, băng tải I chuyển động Khi đó vật liệu sẽ được chuyển từ I đến III

- Với sự liên động như trên ta thấy 2Đ chỉ làm việc khi 1Đ đã làm việc, tương tự 3Đ phải làm việc sau 2Đ

- Các đèn tín hiệu ĐX1, ĐX2, ĐX3 cho biết mạch đã làm việc, còn ĐĐ1, ĐĐ2, ĐĐ3 báo hiệu mạch đã được cấp nguồn nhưng chưa hoạt động (đèn báo nguồn)

 Bảo vệ và liên động: (học viên tự phân tích)

Nghề: Điện công nghiệp 21 Giáo trình: Chuyên đề trang bị điện

Phân loại và cách tính công suất động cơ truyền động thang máy

a Khái niệm về thang máy

Thang máy là thiết bị nâng hạ để chở người và hàng hóa theo phương thẳng đứng, lên xuống trong các nhà cao tầng

Thang máy có loại tốc độ chậm (V < 0,5m/s); tốc độ nhanh (V = (1 - 2,5)m/s) Nếu tốc độ từ (2,5 - 5)m/s gọi là thang máy cao tốc

Theo tải trọng (Q) thang máy cở nhỏ (Q < 160Kg); thang máy trung bình (160 Kg < Q  2000Kg) Nếu Q > 2000kg là thang máy loại lớn

 Yêu cầu của thang máy

Độ bền cao, tuổi thọ vận hành lớn (trên 20.000 giờ), dễ điều khiển, dừng chính xác ở sàn tầng (sai số cho phép là +5mm)

Đảm bảo tuyệt đối an toàn, phải bố trí phanh hãm để dừng khẩn cấp khi có

sự cố

Gia tốc và độ dật phải nằm trong phạm vi cho phép để không gây cảm giác

khó chịu cho người (a =

dt

dV < 1,5m/s2;  =

2 2

dt

V

d < 10m/s3 độ giật)

Vốn đầu tư vừa phải tương ứng với từng loại nhà, chi phí vận hành thấp

Hệ thống tự động khống chế thang máy tốc độ trung bình

(Mạch thang máy nhà 3 tầng dùng động cơ rô to lồng sóc)

 Sơ đồ mạch (xem hình vẽ)

15

4

X2 X1

Nghề: Điện công nghiệp 23 Giáo trình: Chuyên đề trang bị điện

 Khởi động từ L2, L3 (quay thuận) nâng thang lên tầng 2 và tầng 3

 Khởi động từ X1, X2 (quay nghịch) hạ thang xuống tầng 2 và tầng 1

 C1, C2, C3: Các công tắc cửa đặt ở cửa buồng thang, khi cửa đã đóng kín thì các công tắc này mới đóng lại cho phép thang hoạt động

 ML2, ML3, MX2, MX1: là các nút ấn để gọi và điều khiển buồng thang được lắp song song nhau đặt ở buồng điều khiển và các tầng

 KHL2, KHL3, KHX2, KHX1: là các công tắc hành trình để dừng chính xác buồng thang được lắp ở các tầng tương ứng

 Các đèn Đ1, Đ2, Đ3 được lắp ở các tầng tương ứng cho biết vị trí đang dừng lại của thang

 Nguyên lý

- Giã sử thang đang ở tầng 1, muốn lên tầng 2 thì ấn nút ML2; Khi đó khởi động từ L2 làm việc động cơ quay thuận chiều đưa thang lên tầng 2 Đồng thời các tiếp điểm L2(19,21) và L2(43,45) mở ra để cô lập các khởi động từ L3, X1 và

X2

- Khi thang đến tầng 2 sẽ chạm vào công tắc hành trình KHL2, làm cho

KHL2(57,59) mở ra cắt điện cuộn L2 và đóng tiếp điểm KHL2(17,51) cấp nguồn cho đèn Đ2 sáng lên báo hiệu thang đã dừng ở tầng 2

- Còn nếu đang ở tầng 1 muốn lên thẳng tầng 3 thì ấn ML3 Mạch khởi động từ L3 tác động để nâng thang lên thẳng tầng 3 (khi đó các khởi động từ L2,

X1 và X2 bị vô hiệu hóa) Trường hợp này khi đi ngang qua tầng 2 công tắc hành trình KHL2 vẫn bị tác động, nhưng hoàn toàn không ảnh hưởng đến trạng thái làm việc của mạch do khởi động từ L2 đã bị vô hiệu ngay từ đầu

- Muốn đến các vị trí khác thì ấn các nút tương ứng, quá trình xãy ra tương tự