Đề cương bài giảng Thực tập Kỹ thuật điện – điện tử

Mạch điện có 2 loại phần tử chính là nguồn và phụ tải được nối với nhau bằng dây dẫn theo một cách thức nhất định thông qua các thiết bị phụ trợ hình 1-1.. Khi mạch điện quá tải hay ngắn

TRƯỜNG CAO KINH TẾ - KỸ THUẬT VINATEX TP.HCM

ĐỀ CƯƠNG BÀI GIẢNG

THỰC TẬP KỸ THUẬT

ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Thành Phố Hồ Chí Minh – 2017

PHẦN A: LÝ THUYẾT

Chương I: KỸ THUẬT ĐIỆN

I MẠCH ĐIỆN:

1 Khái niệm chung:

 Mạch điện: là một hệ gồm các thiết bị điện, điện tử ghép lại trong đó xảy ra các

quá trình truyền đạt, biến đổi năng lượng hay tín hiệu điện từ đo bởi các đại lượng dòng điện, điện áp Mạch điện có 2

loại phần tử chính là nguồn và phụ tải

được nối với nhau bằng dây dẫn theo

một cách thức nhất định thông qua

các thiết bị phụ trợ (hình 1-1)

 Nguồn điện: là các phần tử dùng để cung cấp năng lượng điện hoặc tín hiệu điện

cho mạch, ví dụ như máy phát điện, ắc quy, cảm biến nhiệt … Nguồn điện có thể là nguồn một chiều hoặc xoay chiều

- Nguồn một chiều: Pin, acquy, máy phát điện một chiều

- Nguồn xoay chiều: Lấy từ lưới điện, máy phát điện xoay chiều

 Phụ tải: là các thiết bị nhận năng lượng điện hay tín hiệu điện để chuyển hóa thành

một dạng năng lượng khác, như dùng để thắp sáng (quang năng), chạy các động cơ điện (cơ năng), dùng để chạy các lò điện (nhiệt năng) , ký hiệu bằng điện trở R hoặc bằng trở kháng Z

 Các thiết bị phụ trợ: như các thiết bị đóng cắt (cầu dao, công tắc ), các máy đo

(ampemet, vônmet, wattmet …), các thiết bị bảo vệ (cầu chì, aptômát )

Một mạch điện phức tạp bao gồm nhiều nhánh kết nối với nhau tạo thành các mạch vòng khép kín (mắt) giao kết tại các nút:

- Nhánh: là một phần của mạch điện, trong đó

các phần tử mạch mắc nối tiếp với nhau sao

cho có cùng một dòng điện chạy qua

- Nút: là chỗ giao nhau của các nhánh

Định luật Kirchhoff 1 còn gọi là định luật Kirchhoff về dòng điện, được phát

biểu như sau : Tổng đại số các dòng điện tại một nút bất kỳ bằng không:

Ví dụ : Áp dụng định luật Kirchhoff 1, viết tại nút K ở hình 1.3 Ta có:

2.3 Định luật Kirchhoff 2:

Định luật này còn gọi là định luật Kirchhoff về điện áp, được phát biểu như sau:

Tổng đại số các điện áp trên các phần tử dọc theo tất cả các nhánh trong một vòng kín với chiều tùy ý bằng không:

Nếu chiều mạch vòng đi từ cực + sang - của một điện áp thì điện áp đó mang dấu +,

còn ngược lại mang dấu -

Ví dụ: Như trên hình 1.4, áp dụng định luật Kirchhoff về điện áp viết phương trình

điện áp cho hai mạch vòng I và II, như sau :

u1 - u2 + e2 - e1 = 0

u1 - u3 + e3 - e1 = 0

3 Các biến đổi tương đương: Hai phần mạch được gọi là tương đương nếu quan hệ

giữa dòng điện và điện áp trên các cực của hai phần mạch là như nhau

3.1 Các nguồn sức điện động mắc nối tiếp: sẽ tương đương với một nguồn sức điện

động duy nhất có trị số bằng tổng đại số các sức điện động đó: etđ =   ek ( hình 1.5a)

Hình 1.5a: Các nguồn áp nối tiếp Hình 1.5b: Các nguồn dòng song song

3.2 Các nguồn dòng điện mắc song song: sẽ tương đương với một nguồn dòng

duy nhất có trị số bằng tổng đại số các nguồn dòng đó: jtđ =   jk ( hình 1.5b)

3.3 Các phần tử điện trở mắc nối tiếp: sẽ tương đương với một phần tử điện trở

duy nhất có điện trở bằng tổng các điện trở các phần tử đó: Rtđ =  Rk ( hình 1.6a)

Hình 1.6a: Điện trở ghép nối tiếp Hình 1.6b: Điện trở ghép song

3.4 Các phần tử điện trở mắc song song: sẽ tương đương với một phần tử điện trở

duy nhất có điện dẫn bằng tổng các điện dẫn các phần tử đó: Gtđ =  Gk ( hình 1.6b)

3.5 Nguồn sức điện động mắc nối tiếp với một điện trở: sẽ tương đương với một

nguồn dòng mắc song song với điện trở đó và ngược lại ( hình 1.7)

4 Các phương pháp phân tích mạch điện 1 chiều:

4.1 Phương pháp dòng điện nhánh:

 Các bước thực hiện:

Phương pháp này có ẩn số trực tiếp là các dòng điện nhánh:

- Bước 1: Xác định số nhánh n và số nút d của mạch Chọn chiều tùy ý dòng điện trong các nhánh và chiều mắt lưới độc lập (nếu bài toán chưa cho)

- Bước 2: Lập hệ phương trình mạch điện:

o Lập (d-1) phương trình nút theo định luật Kirhhoff 1 (K1)

o Lập (n-d+1) phương trình vòng hoặc mắt lưới (nếu là mạch phẳng) theo định luật Kirhhoff 2 (K2)

- Bước 3: Giải hệ phương trình mạch điện trên để tìm trị số dòng điện trong các nhánh (Chú ý: nếu dòng điện tìm được có giá trị âm thì kết luận chiều của dòng điện đó trong mạch là chiều ngược lại)

Ví dụ : Tìm dòng điện trong các nhánh của mạch điện sau đây:

Giải: B1: Mạch điện trên có 5 nhánh, 3 nút Chiều dòng điện trong các nhánh đã cho sẵn

Chọn chiều mắt lưới như hình 1.9

B3: Giải hệ 5 phương trình trên, ta được:

I1 = 4,5 (A); I2 = 0,5 (A); I3 = 1,5 (A); I4 = 3,5 (A); I5 = -1 (A)

Vậy dòng I5 có chiều ngược lại so với hình 1.9

4.2 Phương pháp thế nút:

 Các bước thực hiện:

- Bước 1: Xác định số nút d của mạch Chọn chiều tùy ý dòng điện trong các nhánh (nếu bài toán chưa cho) Nếu trong mạch có chứa nguồn áp mắc nối tiếp với một trở kháng thì cần thay chúng bằng nguồn dòng tương đương

- Bước 2: Chọn tùy ý 1 nút (nút gốc) có điện thế bằng 0 Viết phương trình thế các nút còn lại (mạch có n nút thì viết n-1 phương trình)

- Bước 3: Giải hệ phương trình thế nút trên để tìm ra các thế nút

- Bước 4: Suy ra dòng trong từng nhánh theo định luật Ohm trong từng đoạn mạch

 Chú ý:

- Nút gốc có thể chọn tuỳ ý, thường ta chọn nút có nhiều nhánh nối tới nhất làm nút gốc

- Điện thế (gọi tắt là thế) của một nút được định nghĩa là điện áp của nút đó so với nút gốc

- Trở kháng của nguồn áp bằng 0, trở kháng của nguồn dòng bằng 

Trong trường hợp tổng quát đối với mạch có d nút, người ta chứng minh được hệ phương trình đối với (d-1) thế nút có dạng sau:

o Yii (i = 1 ÷ d-1) = tổng các dẫn nạp của các nhánh nối tới nút i

o Yij = Yji (i = 1 ÷ d-1, j = 1 ÷ d-1, i  j ) = - (tổng các dẫn nạp của các nhánh nối giữa

- Bước 2: Viết hệ phương trình (n-d+1) dòng mắt lưới bằng định luật Kirchhoff 2

- Bước 3: Giải hệ phương trình trên, ta tìm được giá trị của các dòng mắt lưới

- Bước 4: Tìm ra các dòng nhánh theo nguyên tắc:

o Nếu chỉ duy nhất 1 dòng mắt lưới chạy qua nhánh thì dòng mắt lưới đó chính là dòng nhánh

o Nếu có nhiều dòng mắt lưới chạy qua cùng 1 nhánh thì xếp chồng tất cả các dòng mắt lưới đó lại, ta sẽ có dòng nhánh

Trong trường hợp tổng quát đối với mạch có d nút, n nhánh, số mắt lưới L = n – d + 1, người ta chứng minh được hệ phương trình đối với L dòng mắt lưới có dạng sau:

Z I Z I  Z I  E (Phương trình viết cho mắt lưới 1)

o E mi = tổng đại số các sức điện động thuộc mắt lưới i, nếu chiều dòng mắt lưới i đi từ cực – đến cực + của một nguồn sức điện động thì nguồn sức điện động đó mang dấu

“+”, ngược lại lấy dấu “-”

4.4 Phương pháp xếp chồng:

Nguyên lý xếp chồng như sau: Đáp ứng tạo bởi nhiều nguồn kích thích tác động

đồng thời thì bằng tổng các đáp ứng tạo bởi mỗi nguồn kích thích tác động riêng rẽ

Mạch có 2 nguồn kích thích là nguồn dòng độc lập J1 và nguồn áp độc lập E2 Nếu chỉ cho một mình E2 tác động, triệt tiêu J1 thì ta có mạch hình 1.10b với các đáp ứng ' ' '

1 Khái niệm chung:

- Từ trường là một dạng vật chất bao xung quanh hạt mang điện chuyển động và tác dụng lực từ lên hạt mang điện khác chuyển động trong đó

- Đường sức từ trường: là đường cong mà tiếp tuyến tại mỗi điểm của nó trùng với trục kim nam châm đặt tại điểm đó Chiều của đường sức từ trường là chiều từ cực nam sang cực bắc của kim nam châm đó

2 Các đại lượng từ cơ bản của từ trường:

2.1 Cường độ từ cảm (cảm ứng từ): B

- Cường độ từ cảm là đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực của từ trường

- Bur tại một điểm là 1 vectơ có phương trùng tiếp tuyến của đường sức đi qua điểm

đó, có chiều cùng chiều đường sức từ và có độ lớn:

sin

F B Il



trong đó: F : Lực từ tác dụng lên dây dẫn [N]

I : Cường độ dòng điện qua dây [A]

l : Chiều dài dây dẫn [m]

3.1 Trường hợp từ thông xuyên qua vòng dây biến thiên:

Khi từ thông  = (t) xuyên qua vòng dây biến thiên, trong vòng dây sẽ cảm ứng suất điện động e(t) Suất điện động đó có chiều sao cho dòng điện do nó sinh ra tạo ra từ thông chống lại sự biến thiên của từ thông sinh ra nó

Hình 2.1 Chiều dương sđđ cảm

ứng phù hợp với từ thông theo

- Suất điện động cảm ứng trong một vòng dây được tính theo công thức Maxwell:

d e dt

trong đó:  = N [Wb] gọi là từ thông móc vòng của cuộn dây

3.2 Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường:

Khi thanh dẫn chuyển động thẳng góc với đường sức

từ trường (là trường hợp thường gặp nhất trong máy điện), trong thanh dẫn cảm ứng suất điện động có trị số:

trong đó: B : Cường độ từ cảm [T]

l : chiều dài tác dụng của thanh dẫn [m]

v : tốc độ dài của thanh dẫn [m/s]

Chiều suất điện động cảm ứng xác định theo qui tắc bàn tay phải (hình 2.2)

4 Định luật lực điện từ:

Khi thanh dẫn mang dòng điện đặt thẳng góc với đường sức từ trường, thanh dẫn sẽ chịu một lực điện từ tác dụng có trị số là:

- Tác hại: dòng điện xoáy làm nóng máy do đó làm giảm hiệu suất của máy

- Để giảm nhỏ dòng điện xoáy, các máy điện có mạch từ được ghép bằng các lá thép

kỹ thuật điện ghép cách điện với nhau Dòng điện xoáy sinh ra chỉ chạy trong từng

là thép mỏng (thường làm bằng tôn silic)  cường độ dòng điện xoáy bị giảm nhỏ

- Lợi ích: dòng điện xoáy được dùng để nấu chảy kim loại (trong lò điện cảm ứng), tôi kim loại (trong lò điện cao tần) và dùng trong công-tơ điện

Hình 2.2 Xác định sđđ cảm ứng theo qui tắc bàn tay phải

Hình 1.13

Hình 1.11

Hình 1.11

Hình 2.3 Xác định sđđ cảm ứng theo qui tắc bàn tay trái

III KHÍ CỤ ĐIỆN:

1 Khái niệm chung:

Khí cụ điện là thiết bị dùng để đóng cắt, bảo vệ, điều khiển, điều chỉnh các lưới điện, mạch điện, các loại máy điện và các máy trong quá trình sản xuất

1.1 Phân loại: để thuận tiện cho việc nghiên cứu sử dụng và sửa chữa khí cụ điện,

người ta phân loại như sau:

 Theo công dụng:

- Khí cụ điện dùng để đóng cắt lưới điện, mạch điện: Cầu dao, máy cắt, aptomat …

- Khí cụ điện dùng để mở máy: Contactor, khởi động từ, bộ khống chế, biến trở …

- Khí cụ điện dùng để duy trì tham số điện ở giá trị không đổi: thiết bị tự động điều chỉnh điện áp, dòng điện, tần số, tốc độ, nhiệt độ …

- Khí cụ điện dùng để bảo vệ lưới điện, máy điện: Rơle, aptomat, cầu chì …

- Khí cụ điện đo lường: Máy biến dòng, máy biến điện áp

- Theo điện áp: có khí cụ điện cao thế (U  1000 V), khí cụ điện hạ thế ( U < 1000 V)

 Theo loại dòng điện: Khí cụ điện trong mạch điện 1 chiều và xoay chiều

 Theo nguyên lý làm việc: có khí cụ điện loại điện từ, cảm ứng, nhiệt, có tiếp điểm, không tiếp điểm …

 Theo điều kiện làm việc và bảo vệ: Khí cụ điện làm việc ở vùng nhiệt đới, vùng rung động, vùng mỏ có khí nổ, môi trường có chất ăn mòn kim loại …

1.2 Các yêu cầu cơ bản đối với khí cụ điện:

- Phải đảm bảo sử dụng lâu dài với các thông số kỹ thuật ở định mức, dòng điện qua vật dẫn không được vượt quá trị số cho phép vì nếu không sẽ làm nóng khí cụ điện

và chóng hỏng

- Phải ổn định nhiệt và điện động, vật liệu phải chịu nóng tốt và có cường độ cơ khí cao vì khi quá tải hay ngắn mạch, dòng điện lớn có thể làm khí cụ điện bị hư hỏng hay biến dạng

- Vật liệu cách điện phải tốt để khi xảy ra quá điện áp trong phạm vi cho phép, khí

- Cầu chì có đặc điểm là đơn giản, kích thước bé, khả năng cắt lớn và giá thành hạ nên được ứng dụng rộng rãi

2.2 Các tính chất và yêu cầu của cầu chì:

- Cầu chì có đặc tính làm việc ổn định, không tác động khi có dòng điện mở máy và dòng điện định mức lâu dài đi qua

- Đặc tính A-s của cầu chì phải thấp hơn đặc tính của đối tượng bảo vệ

- Khi có sự cố ngắn mạch, cầu chì tác động phải có tính chọn lọc

- Việc thay thế cầu chì bị cháy phải dễ dàng và tốn ít thời gian

2.3 Cấu tạo:

Cầu chì bao gồm các thành phần sau:

- Phần tử ngắt mạch: đây chính là thành phần chính của cầu chì, phần tử này phải có khả năng cảm nhận được giá trị hiệu dụng của dòng điện qua nó Phần tử này có giá trị điện trở suất rất bé (thường bằng bạc, đồng, hay các vật liệu dẫn có giá trị điện trở suất nhỏ lân cận với các giá trị nêu trên ) Hình dạng của phần tử có thể ở dạng là một dây (tiết diện tròn), dạng băng mỏng

- Thân của cầu chì: thường bằng thủy tinh, ceramic (sứ gốm) hay các vật liệu khác tương đương Vật liệu tạo thành thân của cầu chì phải đảm bảo được hai tính chất:

ra do hồ quang và phải đảm bảo tính cách điện khi xảy ra hiện tượng ngắt mạch

- Các đầu nối: Các thành phần này dùng định vị cố định cầu chì trên các thiết bị đóng ngắt mạch ; đồng thời phải đảm bảo tính tiếp xúc điện tốt

2.4 Phân loại cầu chì và phạm vi sử dụng:

Cầu chì có thể được chia thành hai dạng cơ bản, tùy thuộc vào nhiệm vụ:

- Cầu chì loại g: cầu chì dạng này có khả năng ngắt mạch, khi có sự cố quá tải hay ngắn mạch xảy ra trên phụ tải

- Cầu chì loại a: cầu chì dạng này chỉ có khả năng bảo vệ duy nhất trạng thái ngắn mạch trên tải

Cầu chì dùng trong lưới điện hạ thế có nhiều hình dạng khác nhau, trong sơ đồ nguyên lý ta thường ký hiệu cho cầu chì theo một trong các dạng sau ( hình 3.1& 3.2):

Hình 3.1 Các ký hiệu cầu chì

Hình 3.2: Hình dạng của cầu chì ống, và vỏ hộp (Cầu chì của SIEMENS)

2.5 Các thông số và phương pháp lựa chọn cầu chì:

 Trong lưới điện ánh sáng sinh hoạt :

Cầu chì được chọn theo 2 điều kiện sau: dmCC dmLD

Trong đó: UđmCC : điện áp định mức của cầu chì

Iđm : dòng định mức của dây chảy (A), nhà chế tạo cho theo các bảng

Itt : là dòng lâu dài lớn nhất chạy qua dây chảy cầu chì (A)

Với thiết bị một pha (ví dụ các thiết bị diện gia dụng), dòng tinh toán chính là dòng định mức của thiết bị điện:

Udm: điện áp pha định mức bằng 220V cos: lấy theo thiết bị điện

Với đèn sợi đốt, bàn là, bếp điện, bình nóng lạnh: cos = 1

Với quạt, đèn tuýp, điều hoà, tủ lạnh, máy giặt: cos = 0,8

Khi cầu chì bảo vệ lưới ba pha, dòng tính toán xác định như sau:

3 cos

dm tt

dm

P I

U



Trong đó: Udm: điện áp dây định mức của lưới điện bằng 380V

 Cầu chì bảo vệ một động cơ:

Cầu chì bảo vệ một động cơ chọn theo hai điều kiện sau:

*

*

dm tt t dmD

mm mm dmD dm

IdmD: dòng định mức của động cơ xác định theo công thức:

3 * *cos *

dmD dmD

dm dm

P I

U



Với: Uđm = 380V là điện áp định mức lưới hạ áp của mạng 3 pha 380V,

Cos: hệ số công suất định mức của động cơ nhà chế tạo cho thường bằng 0.8,

: hiệu suất của động cơ,

Kmm: hệ số của động cơ nhà chế tạo cho, thường Kmm = (4 ÷7)

 :  = 2.5 (động cơ mở máy nhẹ hoặc không tải: máy bơm, máy cắt gọt kim loại),  = 1.6 (động cơ mở máy nặng hoặc có tải: cần cẩu, cầu trục, máy nâng)

3 CB (CIRCUIT BREAKER):

CB (Circuit Breaker), hay Aptômát là khí cụ điện dùng đóng ngắt mạch điện (một pha, ba pha); có công dụng bảo vệ quá tải, ngắn mạch, sụt áp … mạch điện

3.1 CB phải thỏa ba yêu cầu sau:

- Chế độ làm việc ở định mức của CB phải là chế độ làm việc dài hạn, nghĩa là trị số dòng điện định mức chạy qua CB lâu tùy ý Mặt khác, mạch dòng điện của CB phải chịu được dòng điện lớn (khi có ngắn mạch) lúc các tiếp điểm của nó đã đóng hay đang đóng

- CB phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn, có thể vài chục KA Sau khi ngắt dòng điện ngắn mạch, CB đảm bảo vẫn làm việc tốt ở trị số dòng điện định mức

- Để nâng cao tính ổn định nhiệt và điện động của các thiết bị điện, hạn chế sự phá hoại do dòng điện ngắn mạch gây ra, CB phải có thời gian cắt bé Muốn vậy thường phải kết hợp lực thao tác cơ học với thiết bị dập hồ quang bên trong CB

Để thực hiện yêu cầu thao tác bảo vệ có chọn lọc, aptomat phải có khả năng điều chỉnh trị số dòng điện tác động và thời gian tác động

3.2 Cấu tạo: gồm các bộ phận chính sau đây:

3.2.1 Tiếp điểm:

CB thường được chế tạo có hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và hồ quang), hoặc ba cấp tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang) Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, sau cùng là tiếp điềm chính Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính mở trước, sau đến tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồ quang Như vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang, do đó bảo vệ được tiếp điểm chính để dẫn điện Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làm

hư hại tiếp điểm chính

3.2.2 Hộp dập hồ quang:

Để CB dập được hồ quang trong tất cả các chế độ làm việc của lưới điện, người ta thường dùng hai kiểu thiết bị dập hồ quang là: kiểu nửa kín và kiểu hở Kiểu nửa kín được đặt trong vỏ kín của CB và có lỗ thoát khí Kiểu này có dòng điện giới hạn cắt không quá 50KA Kiểu hở được dùng khi giới hạn dòng điện cắt lớn hơn 50KA hoặc điện áp > 1000V (cao áp)

Trong buồng dập hồ quang thông dụng, người ta dùng những tấm thép xếp thành lưới ngăn, để phân chia hồ quang thành nhiều đọan ngắn thuân lợi cho việc dập tắt hồ quang

3.2.3 Cơ cấu truyền động cắt CB:

Truyền động cắt CB thường có hai cách: bằng tay và bằng cơ điện (điện từ, động cơ điện) Điều khiển bằng tay được thực hiện với các CB có dòng điện định mức không lớn hơn 600A Điều khiển bằng điện từ (nam châm điện) được ứng dụng ở các

CB có dòng điện lớn hơn (đến 1000A)

Để tăng lực điều khiển bằng tay người ta dùng một tay dài phụ theo nguyên lý đòn bẩy Ngoài ra còn có cách điều khiển bằng động cơ điện hoặc khí nén

- Móc bảo vệ sụt áp (còn gọi là bảo vệ điện áp thấp) cũng thường dùng kiểu điện từ Cuộn dây mắc song song với mạch điện chính, cuộn dây này được quấn ít vòng với dây tiết diện nhỏ chịu điện áp nguồn

3.3 Nguyên lý hoạt động:

3.3.1 Sơ đồ nguyên lý của CB dòng điện cực đại (hình 3.3):

Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện, CB được giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc 2 khớp với móc 3 cùng một cụm với tiếp điểm động

Bật CB 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 hơn lực 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 CB được mở ra, mạch điện bị ngắt

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý của CB dòng điện cực đại Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý của CB điện áp thấp

3.3.2 Sơ đồ nguyên lý của CB điện áp thấp (hình 3.4):

Bật CB ở trạng thái ON, với điện áp định mức 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 CB được mở ra, mạch điện bị ngắt

3.4 Phân loại CB:

- Theo kết cấu, người ta chia CB ra ba loại: một cực, hai cực và ba cực

- Theo thời gian thao tác, người ta chia CB ra loại tác động không tức thời và loại tác động tức thời (nhanh)

- Theo công dụng bảo vệ, người ta chia CB ra các loại: CB cực đại theo dòng điện,

CB cực tiểu theo điện áp, CB dòng điện ngược v.v…

- Trong một vài trường hợp có yêu cầu bảo vệ tổng hợp (cực đại theo dòng điện, cực tiểu theo điện áp), ta có loại CB vạn năng

4 Contactor:

Contactor là một loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt từ xa tự động hoặc bằng nút nhấn các mạch điện có phụ tải, điện áp đến 500V và dòng đến 600A (vị trí điều khiển, trạng thái hoạt động của contactor rất xa vị trí các tiếp điểm đóng ngắt mạch điện)

4.1 Cấu tạo:

Contactor được cấu tạo gồm các thành phần: cơ cấu điện từ (nam châm điện),

hệ thống dập hồ quang, hệ thống tiếp điểm (tiếp điểm chính và phụ) ( hình 3.5)

4.1.1 Nam châm điện:

Nam châm điện gồm có 4 thành phần:

- Cuộn dây dùng tạo ra lực hút nam châm

- Lõi sắt (hay mạch từ) của nam châm gồm hai phần: phần cố định, và phần nắp

di động Lõi thép nam châm có thể có dạng EE, EI hay dạng CI

- Lò xo phản lực có tác dụng đẩy phần nắp di động trở về vị trí ban đầu khi ngừng cung cấp điện vào cuộn dây

Hình 3.5

4.1.2 Hệ thống dập hồ quang điện:

Khi contactor chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm các tiếp điểm bị cháy, mòn dần Vì vậy cần có hệ thống dập hồ quang gồm nhiều vách ngăn làm bằng kim loại đặt cạnh bên hai tiếp điểm tiếp xúc nhau, nhất là ở các tiếp điểm chính của contactor

4.1.3 Hệ thống tiếp điểm của contactor:

Hệ thống tiếp điểm liên hệ với phần lõi từ di động qua bộ phận liên động về cơ Tùy theo khả năng tải dẫn qua các tiếp điểm, ta có thể chia các tiếp điểm của contactor thành hai loại:

- 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 đóng lại khi cấp nguồn vào mạch từ của contactor làm mạch từ contactor hút lại

- 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, Tiếp điểm thường đóng là loại tiếp điểm ở trạng thái đóng (có liên lạc với nhau giữa hai tiếp điểm) 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 Ngược lại là tiếp điểm thường hở

Như vậy, hệ thống tiếp điểm chính thường được lắp trong mạch điện động lực, còn các tiếp điểm phụ sẽ lắp trong hệ thống mạch điều khiển (dùng điều khiển việc cung cấp điện đến các cuộn dây nam châm của các contactor theo quy trình định trước)

4.2 Nguyên lý hoạt động của contactor:

Khi cấp nguồn điện bằng giá trị điện áp định mức của contactor vào hai đầu của cuộn dây quấn trên phần lõi từ cố định thì lực từ tạo ra hút phần lõi từ di động hình thành mạch từ kín (lực từ 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 điểm 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

4.3 Các thông số cơ bản của contactor:

4.3.1 Điện áp định mức:

- Điện áp định mức của contactor Uđm là điện áp của mạch điện tương ứng mà tiếp điểm chính phải đóng ngắt, chính là điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây của nam châm điện sao cho mạch từ hút lại

- Cuộn dây hút có thể làm việc bình thường ở điện áp trong giới hạn (85- 105)% điện áp định mức của cuộn dây Thông số này được ghi trên nhãn đặt ở hai đầu cuộn dây contactor, có các cấp điện áp định mức: 110V, 220V, 440V một chiều

và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều

4.3.2 Dòng điện định mức:

- Dòng điện định mức của contactor Iđm là dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính trong chế độ làm việc lâu dài, thời gian contactor ở trạng thái đóng không quá 8 giờ

- Dòng điện định mức của contactor hạ áp thông dụng có các cấp là: 10A, 20A, 25A, 40A, 60A, 75A, 100A, 150A, 250A, 300A, 600A

- Nếu contactor đặt trong tủ điện thì dòng điện định mức phải lấy thấp hơn 10%

vì làm kém mát, dòng điện cho phép qua contactor còn phải lấy thấp hơn nữa trong chế độ làm việc dài hạn

4.3.4 Tuổi thọ của contactor: được tính bằng số lần đóng mở, sau số lần đóng mở ấy

thì contactor sẽ bị hỏng và không dùng được

- Độ bền cơ khí: được xác định bởi số lần đóng cắt không tải contactor, contactor hiện đại đạt tuổi thọ cơ khí từ 10  20 triệu lần thao tác

- Độ bền điện: được xác định bởi số lần đóng cắt có tải định mức, contactor đạt tuổi thọ về điện tới 3 triệu lần thao tác

5.1 Các yêu cầu kỹ thuật:

Khởi động từ cần phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật sau:

- Tiếp điểm có độ bền chịu mài mòn cao

- Khả năng đóng – cắt cao

- Thao tác đóng – cắt dứt khoát

- Tiêu thụ công suất ít nhất

- Bảo vệ động cơ không bị quá tải lâu dài (có rơle nhiệt)

- Thỏa điều kiện khởi động: Ikđ = (4  7)Iđm

5.2 Phân loại:

- Điện áp định mức của cuộn dây hút: 36V, 127V, 220V, 380V, 500V

- Kết cấu bảo vệ chống các tác động bởi môi trường xung quanh: hở, bảo vệ, chống bụi, nước, nổ…

- Khả năng làm biến đổi chiều quay động cơ điện: không đảo chiều quay và đảo chiều quay

- Số lượng và loại tiếp điểm: thường hở, thường đóng

5.3.Nguyên lý làm việc của khởi động từ:

5.3.1 Khởi động từ đơn:

Khi cung cấp điện áp cho cuộn dây bằng nhấn nút khởi động M, cuộn dây contactor có điện hút lõi thép di động và mạch từ khép kín lại; làm đóng các tiếp điểm chính để khởi động động cơ và đóng tiếp đểm phụ thường hở để duy trì mạch điều khiển khi buông tay khỏi nút nhấn khởi động

Khi nhấn nút dừng D, khởi động từ bị ngắt điện, dưới tác dụng của lực lò xo nén làm phần lõi từ di động trở về vị trí ban đầu; các tiếp điểm trở về trạng thái thường hở Động cơ dừng hoạt động

Khi có sự cố quá tải động cơ, rơle nhiệt sẽ thao tác làm ngắt mạch điện cuộn dây,

do đó cũng ngắt khởi động từ và dừng động cơ điện

( a) (b) Hình 3.6 Sơ đồ điều khiển ĐCKĐB rotor lồng sóc quay một chiều mở máy trực tiếp (a), và

đặc tính cơ khi mở máy ( b)

Mạch lực và mạch điều khiển được bảo vệ ngắn mạch bằng cầu chì

Sơ đồ còn có tác dụng bảo vệ điện áp thấp Khi điện áp tụt còn (50  60)%Udm hay mất điện ngẫu nhiên thì contactor K bị nhả đưa sơ đồ về trạng thái ban đầu Sau đó điện lưới có được khôi phục thì động cơ cũng không thể tự chạy lại Muốn động cơ chạy phải ấn nút M

- Khóa chéo về điện: tiếp điểm thường đóng KT gửi vào mạch cuộn KN và ngược lại

- Khóa chéo về cơ nhờ nút ấn liên động: khi ấn nút thường mở MT để đóng mạch cuộn KT quay thuận thì đồng thời nút ấn thường đóng liên động với nó ở mạch cuộn KN mở ra để không cho cuộn KN có điện Tương tự như vậy, nút thường đóng liên động với nút ấn thường mở MN được gửi vào cuộn KT

6 Rơle thời gian:

6.1 Khái niệm:

Rơle thời gian là một khí cụ điện dùng trong lĩnh vực điều khiển tự động, với vai trò điều khiển trung gian giữa các thiết bị điều khiển theo thời gian định trước

Tùy theo yêu cầu sử dụng khi lắp ráp hệ thống mạch điều khiển truyền động, ta

có hai loại rơle thời gian: rơle thời gian ON DELAY, rơle thời gian OFF DELAY

( a) (b) Hình 3.7 Sơ đồ điều khiển ĐCKĐB rotor lồng sóc quay một chiều mở máy trực tiếp (a), và

đặc tính cơ khi mở máy ( b)

6.2 Rơle thời gian ON DELAY:

- Ký hiệu cuộn dây rơle thời gian

- Điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây rơle thời gian được ghi trên nhãn, thông thường : 110V, 220V…

- Hệ thống tiếp điểm: Tiếp điểm tác động không tính thời gian: tiếp điểm này hoạt động tương tự các tiếp điểm của rơle trung gian

- Nguyên lý hoạt động: Khi cấp nguồn vào cuộn dây của rơle thời gian ON DELAY,

các tiếp điểm tác động không tính thời gian chuyển đổi trạng thái tức thời (thường đóng hở ra, thường hở đóng lại), các tiếp điểm tác động có tính thời gian không đổi Sau khoảng thời gian đã định trước, các tiếp điểm tác động có tính thời gian sẽ chuyển trạng thái và duy trì trạng thái này

Khi ngưng cấp nguồn vào cuộn dây, tất cả các tiếp điểm tức thời trở về trạng thái ban đầu

6.3 Rơ-le thời gian OFF DELAY:

- Ký hiệu cuộn dây rơ-le thời gian:

- Điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây rơle thời gian được ghi trên nhãn, thông thường: 110V, 220V…

- Hệ thống tiếp điểm:

Tiếp điểm tác động không tính thời gian: tiếp điểm này hoạt động tương tự các tiếp điểm của rơle trung gian

7 Rơle nhiệt (Over Load OL):

7.1 Khái niệm và cấu tạo: (hình 3.8)

Rơle nhiệt là một loại khí cụ để bảo vệ động cơ và mạch điện khi có sự cố quá tải Rơle nhiệt không tác động tức thời theo trị số dòng điện vì nó có quán tính nhiệt lớn, phải có thời gian phát nóng, do đó nó làm việc có thời gian từ vài giây đến vài phút

Phần tử phát nóng 1 được đấu nối tiếp với mạch động lực bởi vít 2 và ôm phiến lưỡng kim 3 Vít 6 trên giá nhựa cách điện 5 dùng để điều chỉnh mức độ uốn cong đầu

tự do của phiến 3 Giá 5 xoay quanh trục 4, tùy theo trị số dòng điện chạy qua phần tử phát nóng mà phiến lưỡng kim cong nhiều hay ít, đẩy vào vít 6 làm xoay giá 5 để mở ngàm đòn bẩy 9 Nhờ tác dụng lò xo 8, đẩy đòn bẩy 9 xoay quanh trục 7 ngược chiều kim đồng hồ làm mở tiếp điểm động 11 khỏi tiếp điểm tĩnh 12 Nút nhấn 10 để reset rơle nhiệt về vị trí ban đầu sau khi phiến lưỡng kim nguội trở về vị trí ban đầu

lưỡng kim được đốt nóng, uốn cong về phía kim loại có hệ số giãn nở bé, đẩy cần gạt làm lò xo co lại và chuyển đổi hệ thống tiếp điểm phụ

Để rơle nhiệt làm việc trở lại, phải đợi phiến kim loại nguội và kéo cần reset của rơ-le nhiệt

7.3 Phân loại rơle nhiệt:

- Theo kết cấu: rơle nhiệt chia thành hai loại: kiểu hở và kiểu kín

- Theo yêu cầu sử dụng: loại một cực và hai cực

- Theo phương thức đốt nóng:

o Đốt nóng trực tiếp: dòng điện đi qua trực tiếp tấm kim loại kép Loại này có cấu tạo đơn giản, nhưng khi thay đổi dòng điện định mức phải thay đổi tấm kim loại kép, loại này không tiện dụng

o Đốt nóng gián tiếp: dòng điện đi qua phần tử đốt nóng độc lập, nhiệt lượn toả ra gián tiếp làm tấm kim loại cong lên Loại này có ưư điểm là muốn thay đổi dòng điện định mức ta chỉ cần thay đổi phần tử đốt nóng Khuyết điểm của loại này là khi có quá tải lớn, phần tử đốt nóng có thể đạt đến nhiệt độ khá cao nhưng vì không khí truyền nhiệt kém, nên tấm kim loại chưa kịp tác động mà phần tử đốt nóng đã bị cháy đứt

o Đốt nóng hỗn hợp: loại này tương đối tốt vì vừa đốt trực tiếp vừa đốt gián tiếp Nó

có tính ổn định nhiệt tương đối cao và có thể làm việc ở bội số quá tải lớn

IV MÁY ĐIỆN:

1 Khái niệm chung:

Máy điện là thiết bị điện từ, nguyên lý làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện

từ, về cấu tạo gồm mạch từ (lõi thép) và mạch điện (dây quấn), dùng để biến đổi các dạng năng lượng như cơ năng thành điện năng (máy phát điện) hoặc điện năng thành

cơ năng (động cơ điện) hoặc dùng để biến đổi các thông số điện năng như điện áp, dòng điện, tần số, số pha …

1.1 Các vật liệu chế tạo máy điện: gồm:

- Vật liệu cấu trúc: là vật liệu để chế tạo các chi tiết chịu các tác động cơ học như trục, ổ trục, than máy, nắp

- Vật liệu tác dụng: là vật liệu dùng để chế tạo

những bộ phận dẫn điện và từ

- Vật liệu cách điện: dùng để cách điện giữa

phần dẫn điện với phần không dẫn điện và

giữa các phần dẫn điện với nhau

kim khác như đồng thau, đồng phốtpho Dây đồng hoặc dây nhôm được chế tạo theo tiết diện tròn hoặc tiết diện chữ nhật có bọc cách điện Với những máy có công suất nhỏ và trung bình, điện áp dưới 1000V thường dùng dây dẫn bọc êmay vì lớp cách điện của nó mỏng và đạt độ bền yêu cầu

Ở các phần dẫn từ có từ thông không đổi thường dùng thép đúc, thép rèn hoặc thép lá

1.1.3 Vật liệu cách điện:

Vật liệu cách điện trong máy điện phải có cường độ cách điện cao, chịu nhiệt tốt, tản nhiệt tốt, chống ẩm và bền về cơ học Cách điện bọc dây dẫn chịu được nhiệt độ cao thì nhiệt độ cho phép của dây dẫn càng lớn và dây dẫn chịu được dòng tải lớn Chất cách điện của máy điện phần lớn ở thể rắn và gồm có 4 nhóm: Chất hữu cơ thiên nhiên (như giấy, lụa), chất vô cơ như amiăng, mica, sợi thủy tinh, các chất tổng hợp, các loại men và sơn cách điện

Chất cách điện tốt nhất là mica nhưng đắt Giấy, vải, sợi … rẻ nhưng dẫn nhiệt

và cách điện kém, dễ bị ẩm Vì vậy chúng phải được tẩm sấy để cách điện tốt hơn Căn cứ độ bền nhiệt, vật liệu cách điện được chia ra các cấp như sau:

- Cấp Y: Nhiệt độ cho phép là 900C, bao gồm bông, giấy, vải, tơ lụa, sợi tổng hợp, không được tẩm sấy bằng sơn cách điện

- Cấp A: Nhiệt độ cho phép là 1050C, bao gồm vải sợi xenlulô, sợi tự nhiên hoặc nhân tạo được qua tẩm sấy bằng sơn cách điện

- Cấp E: Nhiệt độ cho phép là 1200C, bao gồm màng vải, sợi tổng hợp gốc hữu cơ có thể chịu được nhiệt độ tương ứng

- Cấp B: Nhiệt độ cho phép là 1300C, bao gồm các vật liệu gốc mica, sợi thủy tinh hoặc amiăng được liên kết bằng sơn hoặc nhựa gốc hữu cơ có thể chịu được nhiệt độ tương ứng

- Cấp F: Nhiệt độ cho phép là 1550C, giống như cấp B nhưng được tẩm sấy và kết dính bằng sơn hoặc nhựa tổng hợp có thể chịu được nhiệt độ tương ứng

- Cấp H: Nhiệt độ cho phép là 1800C, giống như cấp B nhưng dùng sơn tẩm sấy hoặc chất kết dính gốc silic hữu cơ hoặc các chất tổng hợp có khả năng chịu được nhiệt độ tương ứng

- Cấp C: Nhiệt độ cho phép là > 1800C, bao gồm các vật liệu gốc mica, thủy tinh và các hợp chất của chúng dùng trực tiếp không có chất liên kết Các chất vô cơ có phụ gia liên kết bằng hữu cơ và các chất tổng hợp có khả năng chịu được nhiệt độ tương ứng Ngoài ra còn có chất cách điện ở thể khí (không khí) và thể lỏng (dầu biến áp)

1.2 Phân loại: Sơ đồ phân loại máy điện thường gặp như sau:

Trong mục này, ta chỉ xét tới các loại máy điện thường dùng nhất trong thực tế,

đó là máy biến áp, động cơ không đồng bộ 1 pha và 3 pha

2 Sơ lược về máy biến áp:

2.1 Vai trò và công dụng của máy biến áp:

Để dẫn điện từ nhà máy phát điện đến hộ tiêu thụ cần có đường dây tải điện (hình 4.2) Thông thường khoảng cách từ nơi sản xuất điện đến hộ tiêu thụ lớn

Hình 4.2 Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản

Muốn truyền tải công suất lớn đi xa mà ít tổn hao và tiết kiệm kim loại màu, trên đường dây tải ta phải dùng điện áp cao (thường là 35, 110, 220 hay 500 KV) Trên thực tế, các máy phát điện không có khả năng phát ra những điện áp cao như vậy (thường chỉ từ 3  21 KV), do đó phải có thiết bị tăng điện áp ở đầu đường dây lên và

giảm điện áp xuống giá trị yêu cầu (380V, 220V, 24V….) ở hộ tiêu thụ, các thiết bị đó gọi là các máy biến áp  Máy biến áp dùng để truyền tải và phân phối điện năng Máy biến áp là thiết bị điện tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng

để biến đổi một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp này thành một hệ thống dòng điện xoay chiều ở điện áp khác với tần số không thay đổi

2.2 Các loại máy biến áp chính:

 Máy biến áp điện lực: dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực

 Máy biến áp chuyên dùng: dùng trong các lò luyện kim, các thiết bị chỉnh lưu, máy biến áp hàn

 Máy biến áp tự ngẫu: dùng để liên lạc trong hệ thống điện, mở máy động cơ không đồng bộ công suất lớn

 Máy biến áp đo lường: dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn đưa vào các dụng cụ đo tiêu chuẩn hoặc để điều khiển

 Máy biến áp thí nghiệm: dùng để thí nghiệm điện áp cao

2.3 Cấu tạo của máy biến áp:

Cấu tạo máy biến áp gồm ba bộ phận chính: lõi thép, dây quấn và vỏ máy

2.3.1 Lõi thép: ( hình 4.3)

Hình 4.3 Lõi thép (mạch từ) máy biến áp một pha: a) Kiểu trụ; b) Kiểu bọc

Lõi thép máy biến áp dùng làm mạch dẫn từ và làm khung để quấn dây, được chế tạo bằng các vật liệu dẫn từ tốt, thường là thép kỹ thuật điện có bề dày từ 0,3 – 1mm, mặt ngoài các là thép có phủ lớp cách điện rồi ghép lại với nhau thành lõi thép Lõi thép máy biến áp gồm 2 phần: Phần trụ (T) và phần gông (G) Trụ là phần lõi thép để đặt dây quấn, gông là phần lõi thép nối liền giữa các trụ để tạo thành mạch từ kín

2.3.2 Dây quấn máy biến áp:

Thường làm bằng dây đồng hoặc nhôm, tiết diện tròn hay chữ nhật, bên ngoài dây dẫn có bọc cách điện Dây quấn gồm nhiều vòng dây và lồng vào trụ thép Giữa các vòng dây, giữa các dây quấn và giữa dây quấn với lõi thép đều có cách điện

Máy biến áp thường có hai hoặc nhiều dây quấn Khi các dây quấn đặt trên cùng một trụ thì dây quấn điện áp thấp đặt sát trụ thép còn dây quấn điện áp cao đặt bên ngoài Làm như vậy sẽ giảm được vật liệu cách điện

2.3.3 Vỏ máy biến áp: làm bằng thép gồm 2 bộ phận: thùng và nắp thùng (hình 4.4)

Thùng máy biến áp: trong thùng đặt lõi thép, dây quấn và dầu biến áp Dầu biến áp làm nhiệm vụ tăng cường cách điện và tản nhiệt Lúc máy biến áp làm việc, một phần năng lượng tiêu hao thoát ra dưới dạng nhiệt làm dây quấn, lõi thép và các bộ phận khác nóng lên Nhờ sự đối lưu trong dầu và truyền nhiệt từ các bộ phận bên trong máy biến áp sang dầu và từ dầu qua vách thùng ra môi trường xung quanh Nắp thùng: dùng để đậy thùng và có các bộ phận quan trọng như:

- Sứ ra của dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp

- Bình giản dầu (bình dầu phụ): thùng hình trụ bằng thép đặt trên nắp và nối với thùng bằng một ống dẫn dầu, dùng để theo dõi mức dầu bên trong

- Ống bảo hiểm: bằng thép, một đầu nối thùng, một đầu bịt bằng một đĩa thuỷ tinh; khi áp suất trong thùng dầu tăng đột ngột, đĩa thủy tinh vỡ, dầu thoát ra ngoài để máy biến

áp không bị hư

Ngoài ra, trên nắp còn đặt bộ phận truyền động của cầu dao đổi nối các đầu điều chỉnh điện

áp của dây quấn cao áp

2.4 Nguyên lý làm việc của máy biến áp:

Xét máy biến áp một pha hai dây quấn: dây

quấn sơ cấp (nối với nguồn) có W1 vòng dây, dây

quấn thứ cấp (nối với phụ tải) có W2 vòng dây

được quấn trên lõi thép Khi đặt một điện áp xoay

chiều u1 vào dây quấn sơ cấp, trong đó sẽ có

dòng i1 Trong lõi thép sẽ sinh ra từ thông  móc

vòng với cả hai dây quấn, cảm ứng ra các suất

điện động e1 và e2 Dây quấn thứ cấp có suất điện động sẽ sinh ra dòng điện i2 đưa ra tải với điện áp là u2 Như vậy, năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn sơ

cấp sang dây quấn thứ cấp.( hình 4.5)

Giả sử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin thì từ thông do nó sinh

Theo định luật cảm ứng điện từ, suất điện động cảm ứng trong các cuộn dây là:

Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra không khí, có thể coi U1  E1 ;

U2  E2 ; bỏ qua tổn hao trong máy biến áp ( U1I1  U2I2 ), ta có:

Nếu k  1 thì U1  U2 : máy biến áp giảm áp

k  1 thì U1  U2 : máy biến áp tăng áp

3 Động cơ không đồng bộ 3 pha:

 Trong hầm mỏ (làm máy tời, quạt gió)

 Trong nông nghiệp (làm máy bơm, máy gia công…)

 Trong đời sống (quạt gió, máy quay đĩa, động cơ tủ lạnh…)

* Nhược điểm: cos thường không cao lắm, đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt

3.2 Cấu tạo:

3.2.1 Stator (phần tĩnh): gồm (hình 4.6 & 4.7):

- Lõi thép: có dạng hình trụ, làm bằng lá thép kỹ thuật điện, được dập rãnh bên trong rồi ghép lại tạo thành các rãnh theo hướng trục Lõi thép được ép vào trong vỏ máy

Hình 4.6 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ

1 Lõi thép stator; 2 Dây quấn stator; 3 Nắp máy; 4 Ổ bi; 5 Trục máy;

6 Hộp dầu cực; 7 Lõi thép rotor; 8 Thân máy; 9 Quạt gió làm mát; 10 Hộp quạt

- Dây quấn stator: thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện và đặt vào các rãnh của lõi thép

- Vỏ máy: gồm có thân máy và nắp máy, cố định lõi sắt và dây quấn, thường bằng gang

Hình 4.7 (a) Lá thép stator, (b)Lõi

thép stator, (c) Dây quấn stator

được đúc bằng nhôm nguyên khối gồm thanh dẫn, vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt và cách quạt làm mát)

Hình 4.8 Cấu tạo rotor động cơ không đồng bộ a) Dây quấn rotor lồng sóc b) Lõi thép rotor c) Ký hiệu động cơ trên sơ đồ

o Rotor dây quấn: quấn như dây quấn stator và có cùng số cực từ như dây quấn stator, luôn đấu hình sao, 3 đầu ra nối vào 3 vành trượt gắn vào trục quay của rotor và cách điện với trục Ba chổi than cố định và luôn tỳ trên vành trượt này

để dẫn điện vào một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động cơ để khởi động

từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở khe hở Dòng điện trong dây quấn rotor tác dụng với từ thông khe hở này sinh ra mômen Tác dụng đó có quan hệ mật thiết với tốc độ quay n của rotor

- Trên stator có hai dây quấn: dây quấn chính và dạy quấn phụ Rotor thường là lồng sóc

- So với ĐCKĐB 3 pha cùng kích thước, công suất của động cơ một pha chỉ bằng 70% công suất của động cơ 3 pha, thực tế nhiều khi chỉ còn 40 đến 50% PĐC3pha

Cho dòng điện xoay chiều hình sin chạy vào dây quấn stator thì từ trường stator

có phương không đổi nhưng có độ lớn thay đổi hình sin theo thời gian gọi là từ trường đập mạch B Từ trường này có thể phân thành 2 từ trường quay ngược chiều nhau B1 ,

B2 có tốc độ bằng nhau và biên độ bằng một nữa từ trường đập mạch  động cơ 1 pha tương đương như một động cơ 3 pha mà dây quấn stator gồm hai phần giống nhau mắc nối tiếp và tạo thành các từ trường quay ngược chiều nhau Tác dụng của các từ trường quay thuận nghịch đó với dòng điện ở rotor do chúng sinh ra tạo thành hai mômen ngược nhau M1 và M2 ( hình 4.10)

Khi khởi động (n = 0, s = 1), M1 = M2 và ngược

chiều nhau nên mômen tổng M = 0  động cơ

không thể tự quay được Nếu ta quay động cơ theo

một chiều nào đó (s  1  M  0): động cơ sẽ tiếp

tục quay theo chiều đó

Vậy để động cơ một pha làm việc được, ta phải

tìm cách tạo ra cho động cơ một momen lúc rotor

đứng yên (M = Mk  0 khi s = 1) (Hình 4.11)

4.3.1Động cơ dùng dây quấn phụ khởi động:

Loại này được dùng khá phổ biến như máy điều hòa, máy giặt, quạt, bơm ly tâm …

Hình 4.10 Động cơ KĐB 1 pha một dây quấn a) Từ thông và lực điện từ tác động lên rotor b) Từ trường đập mạch được phân thành hai

từ trường quay thuận và quay ngược

Hình 4.11 Mômen của ĐCKĐB

một pha

Động cơ này gồm dây quấn chính Wc (dây quấn làm việc), dây quấn phụ Wp (dây quấn khởi động) Hai cuộn dây này đặt lệch nhau một góc 900 trong không gian, rotor

Khi tốc độ động cơ đạt được (70  75)% tốc độ đồng bộ, cuộn dây phụ được cắt

ra nhờ công tắc ly tâm K, động cơ tiếp tục làm việc với cuộn dây chính

4.3.2Động cơ dùng tụ điện:

Các ĐCKĐB 1 pha có cuộn dây phụ mắc nối tiếp với một tụ điện gọi là động cơ

tụ điện Loại này có cuộn dây phụ bố trí lệch so với cuộn dây chính một góc 900 trong không gian Nếu chọn giá trị thích hợp tụ điện thì góc lệch pha giữa Ic và Ip là gần 900 Tùy theo yêu cầu, ta có các loại động cơ tụ điện sau:

 Động cơ dùng tụ điện khởi động: Khi khởi động, tốc độ động cơ đạt (75 

85)% tốc độ đồng bộ, công tắc K mở ra, động cơ sẽ đạt đến tốc độ ổn định

 Động cơ dùng tụ điện thường trực: ( hình 4.13)

Cuộn dây phụ và tụ điện khởi động được mắc luôn khi động cơ làm việc bình thường loại này có công suất thường nhỏ hơn 500W và có đặc tính cơ tốt

Ngoài ra, để cải thiện đặc tính làm việc và momen khởi động, ta dùng động cơ 2

tụ điện Một tụ điện khởi động khá lớn (khoảng 10  15 lần tụ điện thường trực) được ghép song song với tụ điện thường trực Khi khởi động, tốc độ động cơ đạt đến (75  85)% tốc độ đồng bộ, tụ điện khởi động được cắt ra khỏi cuộn phụ, chỉ còn tụ điện thường trực nối với cuộn dây phụ khi làm việc bình thường

Hình 4.12 Động cơ dùng dây quấn phụ a) Sơ đồ kết cấu b) Đồ thị vectơ lúc khởi động c) Đặc tính M=f(s)

4.4.3 Động cơ có vòng ngắn mạch ở cực từ:

Trên stator ta đặt dây quấn một pha và cực từ được chia làm hai phần, phần có vòng ngắn mạch K ôm 1/3 cực từ và rotor lồng sóc Dòng điện chạy trong dây quấn stator I1 tạo nên từ thông ’ qua phần cực từ không vòng ngắn mạch và từ thông ” qua phần cực từ có vòng ngắn mạch Từ thông ” cảm ứng trong vòng ngắn mạch suất điện động En, chậm pha so với ” một góc 900 Vòng ngắn mạch có điện trở và điện kháng nên tạo ra dòng điện In chậm pha so với En một góc n < 900 Dòng điện In tạo

ra từ thông n và ta có từ thông tổng qua phần cực từ có vòng ngắn mạch:

V AN TOÀN ĐIỆN:

1 Những nguy hiểm dẫn đến tai nạn do dòng điện gây ra:

1.1 Điện giật:

Hình 4.13 Động cơ một pha dùng tụ a) Tụ điện khởi động b) Tụ điện thường trực c) Đồ thị ve ctơ

Hình 4.14 Động cơ KĐ 1 pha có vòng ngắn mạch ở cực từ a) Cấu tạo b) Đồ thị vectơ c) Đặc tính mômen

Do tiếp xúc với phần tử dẫn điện có điện áp: tiếp xúc trực tiếp hay gián tiếp

 Về tiếp xúc trực tiếp: Phân biệt các tình huống sau:

- Sự tiếp xúc với phần tử đang có điện áp làm việc

- Sự tiếp xúc với các phần tử đã được cắt ra khỏi nguồn điện song vẫn còn tích điện tích

- Sự tiếp xúc với các phần tử đã bị cắt ra khỏi nguồn điện làm việc, song phần tử này vẫn còn chịu một điện áp cảm ứng do ảnh hưởng của điện từ hay cảm ứng tĩnh điện

do các trang thiết bị điện khác đặt gần

 Về tiếp xúc gián tiếp: có các tình huống sau:

- Sự tiếp xúc với các phần tử như rào chắn, vỏ hay các thanh thép giữ các thiết bị, hoặc tiếp xúc trực tiếp với trang thiết bị điện mà chúng đã có điện áp do chạm vỏ

- Sự tiếp xúc với các phần tử có điện áp cảm ứng do ảnh hưởng tĩnh điện hay điện từ Hiện nay, số phần trăm tai nạn do tiếp xúc gián tiếp giảm nhiều so với tai nạn do tiếp xúc trực tiếp ở các nước công nghiệp

1.2 Đốt cháy điện:

Có thể sinh ra do ngắn mạch nguy hiểm, ví dụ như thay cầu chì trong khi lưới điện có sự cố chưa được giải quyết hoặc ngắt dao cách ly khi đang có tải… Tai nạn đốt cháy điện là do chạm đất kéo theo phát sinh hồ quang mạnh Đốt cháy điện thường sinh ra nhiệt lượng rất cao và là kết quả của phát sinh hồ quang điện

Sự đốt cháy điện là do dòng điện rất lớn chạy qua cơ thể người

1.3 Hỏa hoạn và nổ:

Hỏa hoạn có thể ở ngay cạnh trang thiết bị điện có các vật liệu dễ cháy với số lượng

đủ để có thể gây nguy hiểm Dòng điện đi qua dây dẫn quá giới hạn hoặc do hồ quang điện sinh ra cũng có thể gây nên hỏa hoạn Nếu ở gần các đường dây điện có dòng điện quá lớn

có các hợp chất nổ thì sẽ sinh ra sự nổ do nhiệt độ của dây dẫn vượt qúa giới hạn

Đại đa số các trường hợp gây tai nạn là do điện giật Số tai nạn do hỏa hoạn và

nổ ở trang thiết bị điện là rất ít

2.Tác dụng của dòng điện với cơ thể người:

2.1 Điện giật và đốt cháy điện:

Dưới tác dụng của dòng điện, sự co giãn của các sợi cơ tim xảy ra rất nhanh (hàng trăm lần /1 phút) và rất hỗn loạn dẫn đến tim ngừng đập

Sự đốt cháy của hồ quang thường rất trầm trọng Đôi khi tạo nên sự hủy diệt các

cơ bắp, lớp mỡ, các gân và xương, nặng hơn nữa có thể gây chết người

2.2 Những yếu tố xác định tình trạng nguy hiểm của điện giật:

Sự nguy hiểm do điện giật thuộc rất nhiều yếu tố sau:

2.2.1 Giá trị của dòng điện đi qua cơ thể người:

Đây là yếu tố quan trọng nhất

Giá trị lớn nhất của dòng điện không nguy hiểm đối với người là 10 mA (dòng điện xoay chiều) và 50 mA (dòng điện 1 chiều)

Đối với dòng điện xoay chiều, ta thấy rằng:

- I = 10  25 mA: áp suất máu tăng dần, tay khó rời vật mang điện, sự đau đớn tăng dần và khó thở, tuy nhiên tác dụng của dòng điện không trầm trọng

- I = 25  80 mA: áp suất máu tiếp tục tăng, nhịp tim đập hỗn loạn dẫn đến có thể tim ngừng đập hẳn Thời qua dòng điện chạy qua cơ thể cho phép là không quá 25  30 giây

- I = 80 mA  5A: tim rung, ngừng đập hẳn, thời gian chịu đựng cho phép là 0,1

 0,3s (khi I = 100 mA  5A) và là 1  3s (I = 80  100mA) Giá trị I = 100

mA là giá trị nguy hiểm đối với cơ thể người

- I > 5A: máu ngưng lưu thông, tim ngừng đập, các cơ bắp bị tổn thương nặng có thể dẫn đến cơ thể bị đốt cháy

2.2.2 Điện áp mà người có thể chịu đựng được:

Điện áp tiếp xúc và điện áp bước lớn nhất cho phép đối với trang thiết bị điện điện áp thấp là:

- 40V đối với trang thiết bị điện cố định và di động ở trên diện tích có mức độ nguy hiểm không cao

- 24V đối với trang thiết bị điện cố định và di động trong các đường hầm dưới mặt đất và ở nơi rất nguy hiểm

2.2.3 Điện trở cơ thể người:

Giá trị điện trở của cơ thể người không hoàn toàn như nhau đối với tất cả mọi người, ngay đối với một người thì cũng không thể có cùng một điện trở trong những

điều kiện khác nhau hay trong những thời điểm khác nhau

Điện trở cơ thể người gồm 2 phần: điện trở của da và của các bộ phận bên trong Các bộ phận bên trong cơ thể có điện trở không đáng kể, chỉ có giá trị từ 570 

1000 Điện trở người phụ thuộc chủ yếu vào lớp da

Nếu da người còn nguyên vẹn và khô, điện trở người có thể từ 40.000 100.000, thậm chí có thể đạt đến 500.000; còn nếu ở chỗ tiếp xúc, lớp ngoài của da không còn (do bị cắt, bị tổn thương…) thì lúc ấy điện trở cơ thể người có thể giảm xuống còn 600  200

Điện trở cơ thể người khi điện giật thuộc các yếu tố:

- Điện áp mà cơ thể chịu đựng được

- Vị trí của cơ thể tiếp xúc với phần tử mang điện áp

- Diện tích tiếp xúc

- Áp lực tiếp xúc

- Độ ẩm của môi trường xung quanh

- Thời gian dòng điện tác dụng

2.2.4 Đường đi của dòng điện qua người:

Nếu dòng điện đi qua tim hay qua vị trí có hệ thần kinh tập trung hoặc vị trí các khớp nối ở tay… thì mức độ nguy hiểm càng cao

Đặc biệt có 4 đường nguy hiểm nhất:

- Từ tay phải qua chân

- Từ tay trái quan chân

- Từ tay qua tay

- Từ chân qua chân

2.2.5 Trạng thái sức khỏe của con người:

Hiện tượng choáng điện (sốc điện) thể hiện rõ nét nhất nếu con người mệt mỏi hay trong tình trạng say rượu

Phụ nữ và trẻ em rất nhạy cảm với hiện tượng choáng hơn nam giới Đặc biệt người bị đau tim và người suy nhược sẽ rất nhạy cảm khi có dòng điện chạy qua cơ thể

2.2.6 Tần số dòng điện:

Dòng điện 1 chiều được coi là ít nguy hiểm hơn dòng điện xoay chiều và đặc biệt

là dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp 50Hz – 60Hz

Tuy nhiên khi cung cấp cho các thiết bị dòng điện 1 chiều thì sinh ra các trường hợp chấn thương vì điện làm mất khả năng lao động tạm thời: vì sự đốt cháy do hồ quang của dòng điện 1 chiều (IDC) trầm trọng hơn so với trường hợp dòng điện xoay chiều (IAC) Giá trị điện áp càng tăng thì mức độ nguy hiểm điện giật của IDC càng tăng Ở điện áp 450V việc cung cấp cho trang bị điện 1 chiều cũng cùng mức độ nguy hiểm như cung cấp cho trang bị điện xoay chiều

Mức độ nguy hiểm sẽ giảm khi tăng dần tần số của dòng điện (do hiệu ứng bề mặt) Tuy nhiên sự đốt cháy tạo nên bởi tần số càng cao càng trầm trọng

3 Các dụng cụ phòng hộ:

Phương tiện cách điện dùng để bảo vệ chia ra loại chính và loại phụ

 Loại chính:

- Sào cách điện: dùng để thao tác đóng và mở dao cách ly, các máy cắt phụ tải…

- Kìm để đặt và tháo cầu chì kiểu ống

- Cán cách điện của các dụng cụ điện có U  1000V

 Loại phụ:

- Găng tay cao su: không có vết nứt, lỗ thủng và lỗ rổ

- Giày và ủng cao su: được chế tạo bằng các loại cao su đặc biệt màu xám trắng hay nâu nhạt và không sơn Giày và ủng phải để ở trong nhà khô ráo với nhiệt

độ 5 - 200 ( cách xa lò sưởi ít nhất 1m)

- Thảm cao su: dùng ở thiết bị có U > 1000V, không được có vết nứt, vết sướt

- Giá cách điện: gồm 1 mặt lát bằng gỗ đặt trên các sứ đỡ (gỗ khô tốt) Khe hở giữa các thanh gỗ  25 mm Chiều cao giá từ sàn gỗ đến nền nhà  10cm

- Gậy chỉ thị điện áp kiểu lưu động thường có đèn neon và sào cách điện, được chế tạo theo loại điện thế cao (U > 1000V) và loại điện thế thấp (U = 110V 500V), khi dùng phải đeo găng tay cách điện và đi ủng cách điện và phải đứng trên đế cách điện đối với thiết bị điện ở ngoài trời

- Ngoài ra, còn có kính bảo vệ và mặt nạ phòng độc

4 Một số biện pháp an toàn:

- Tiếp đất bảo vệ: Khi có sự cố ở trang thiết bị điện, trên các phần kim loại của

vỏ trang thiết bị điện (phần không tham gia vào mạch điện làm việc) có thể xuất hiện điện áp tiếp xúc nguy hiểm Điện áp tiếp xúc có thể giảm đến giá trị an toàn nếu vỏ của trang thiết bị được nối đến đất (dưới lòng đất phải có hệ thống nối đất): đơn giản, ít tốn kém

- Bảo vệ nối dây trung tính: để tránh nguy hiểm khi đứt dây trung tính

- Bảo vệ bằng biện pháp cắt tự động khu vực bị sự cố ra khỏi lưới điện (dùng các

hệ thống rơle)

- Bảo vệ chống sét cho đường dây và các công trình cao…

5 Cấp cứu người bị điện giật:

Kinh nghiệm thực tế cho thấy rằng hầu hết các trường hợp bị điện giật nếu kịp thời cứu chữa thì khả năng cứu sống rất cao

5.1 Phương pháp cứu người bị nạn thoát khỏi mạch điện:

Việc đầu tiên là phải nhanh chóng đưa người bị nạn thoát khỏi mạch điện

 Trường hợp cắt được mạch điện: Cắt điện bằng những thiết bị đóng cắt ở gần nhất

như công tắc, cầu dao, máy cắt,

Chú ý:

- Nếu mạch điện đi vào đèn thì phải chuẩn bị ngay ánh sáng khác để thay thế

- Nếu người bị nạn ở trên cao thì phải có phương pháp để hứng đỡ khi người đó rơi xuống (có thể dùng búa, rìu cán gỗ để chặt dây điện)

 Trường hợp không cắt được mạch điện: (hình 5.1)

- Nếu mạch điện hạ thế: người cứu phải đứng trên bàn, ghế gỗ khô, đi dép cao su hoặc đi ủng, mang găng tay cách điện, Dùng tay mang găng cao su hoặc dùng gậy tre, gỗ khô gạt dây điện ra khỏi nạn nhân hoặc nắm lấy quần áo của nạn nhân kéo ra Tuyệt đối không được nắm tay hoặc chạm vào người nạn nhân

- Nếu ở mạch điện cao thế: tốt nhất là người cứu phải có ủng và găng tay cao su hoặc sào cách điện để gạt nạn nhân ra khỏi mạch điện Nếu không có dụng cụ an toàn thì phải tạo ngắn mạch các pha bằng cách lấy dây đồng, dây nhôm hoặc dây thép nối

đất một đầu rồi ném lên đường dây Nếu nạn nhân chỉ tiếp xúc với 1 pha thì chỉ cần nối đất rồi ném dây lên pha đó Lưu ý không ném dây chạm vào nạn nhân

5.2 Các phương pháp cứu chữa sau khi nạn nhân thoát khỏi mạch điện:

Ngay sau khi nạn nhân thoát khỏi mạch điện, phải căn cứu vào trạng thái của nạn nhân để xử lý cho thích hợp

 Nếu nạn nhân chưa mất tri giác:

Khi nạn nhân chỉ bị mê đi trong chốc lát, còn thở yếu thì phải đặt nạn nhân ở chỗ thoáng khí, yên tĩnh và cấp tốc đi mời y, bác sĩ ngay hoặc chuyển ngay nạn nhân đến cơ quan y tế gần nhất

 Nếu nạn nhân mất tri giác:

Khi nạn nhân đã mất tri giác nhưng vẫn còn thở nhẹ, tim đập yếu thì phải đặt nạn nhân

ở chỗ thoáng khí, yên tĩnh, nới rộng quần áo, thắt lưng, xem có gì trong miệng thì phải lấy ra, cho ngửi amôniac, nước tiểu, xoa bóp toàn thân cho nóng lên đồng thời đi mời y bác sĩ ngay

5.3 Phương pháp hô hấp nhân tạo:

5.3.1 Hô hấp nhân tạo: có 2 phương pháp:

và đưa cả khối lượng người làm hô hấp về phía trước đếm 1-2-3 rồi từ từ đưa tay về, tay vẫn để ở lưng đếm 4-5-6, cứ làm như vậy 12 lần/1 phút đều đều theo nhịp thở của mình, cho đến lúc nạn nhân thở được hoặc có ý kiến quyết định của y, bác sĩ mới thôi

Phương pháp này chỉ cần 1 người thực hiện ( hình 5.2 a,b)

 Phương pháp đặt nạn nhân nằm ngửa:

Đặt nạn nhân nằm ngửa, dưới lưng đặt 1 cái gối hoặc quần áo vo tròn lại, đầu hơi ngửa, lấy khăn sạch kéo lưỡi ra và 1 người ngồi giữ lưỡi Người cứu ngồi phía trên đầu, hai đầu gối quỳ trước cách đầu độ 20 – 30cm, hai tay cầm lấy 2 cánh tay gần khủyu, từ từ đưa lên phía trên đầu, sau 2- 3 giây lại nhẹ nhàng đưa tay nạn nhân xuống dưới, gập lại và lấy sức của người cứu để ép khuỷu tay nạn nhân vào lồng ngực của

họ, sau đó 2 – 3 giây lại đưa trở lên đầu Cần thực hiện từ 16 – 18 lần/phút Thực hiện đều và đếm 1-2-3 lúc hít vào và 4-5-6 lúc thở ra cho đến khi nạn nhân từ từ thở được hoặc có ý kiến quyết định của y, bác sĩ mới thôi

Phương pháp này cần 2 người thực hiện ( hình 5.3 )

Nếu có thêm 2 người giúp, ta sẽ thực hiện như sau, khi đó 1 người kéo lưỡi, 2 người giúp sẽ nắm ở gần 2 khuỷu tay nạn nhân và thực hiện như hình 5.4

Cứu chữa theo phương pháp này khối lượng không khí vào phổi nhiều hơn hai phương pháp kể trên từ 6 – 15 lần  hiệu quả hơn

Hình 5.2a,b

Hình 5.3