Giáo trình Trang bị điện 1 (Nghề: Điện công nghiệp - Trình độ: Cao đẳng) - Trường CĐ Cơ điện-Xây dựng và Nông lâm Trung bộ

LỜI GIỚI THIỆU Giáo trình Trang bị điện I là một trong những mô đun chính trong đào tạo nghề Điện công nghiệp, giáo trình Trang bị điện I sẽ giúp người học giải quyết những bài toán về t

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CƠ ĐIỆN – XÂY DỰNG VÀ NÔNG LÂM TRUNG BỘ

GIÁO TRÌNH TRANG BỊ ĐIỆN 1

TRÌNH ĐỘ : CAO ĐẲNG

Ban hành kèm theo Quyết định số 77/QĐ-CĐTB-ĐT ngày 19 tháng 01 năm 2021 của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Cơ điện – Xây dựng và Nông lâm Trung bộ

Năm 2021

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 tnhs lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

LỜI GIỚI THIỆU

Giáo trình Trang bị điện I là một trong những mô đun chính trong đào tạo nghề Điện công nghiệp, giáo trình Trang bị điện I sẽ giúp người học giải quyết những bài toán về thiết kế lắp đặt các mạch điện về điều khiển động cơ, điều khiển một dây chuyền, một hệ thống truyền động liên hoàn

Trong khuôn khổ giáo trình nhóm biên soạn đã cố gắng đem đến cho người học những nội dung cơ bản nhất theo tinh thần ngắn gọn, sát thực tế, dễ hiểu và đa dạng trong ứng dụng Các kiến thức trong toàn bộ giáo trình có mối liên hệ golic chặt chẽ Tuy nhiên để có vốn kiến thức đầy đủ về nghề đòi hỏi người học cần có

sự đầu tư tìm hiểu đồng thời tham khảo thêm các giáo trình liên quan đối với ngành học để việc sử dụng giáo trình được hiệu quả hơn

Trong suốt thời gian thực hiện biên soạn giáo trình, nhóm biên soạn đã nhận được những lời động viên từ các thầy cô giáo trong khoa, sự ủng hộ và hợp tác của giáo viên, học sinh sinh viên trong khoa đã góp phần giúp nhóm biên soạn hoàn thành nhiệm vụ Nhóm biên soạn đã có nhiều cố gắng để hoàn thành tác phẩm, tuy nhiên không thể tránh khỏi những khiếm khuyết, nhóm biên soạn rất mong được nhận những lời góp ý chỉ bảo chân thành từ đội ngũ các nhà giáo, học sinh; sinh viên sử dụng giáo trình này nhằm giúp chúng tôi có cách nhìn nhận mới hơn, khách quan hơn và qua đo khắc phục những khiếm khuyết của giáo trình góp phần phục vụ cho việc dạy và học của Nhà trường đạt chất lượng cao hơn

Rất mong được sự quan tâm của bạn đọc

MỤC LỤC

Bài 1: Các phần tử điều khiển trong hệ thống trang bị điện – điện tử

1.2.2.1 Nút nhấn tự phục hồi (push button)

1.2.2.2 Nút nhấn không tự phục hồi - Nút dừng khẩn (emergency stop)

1.2.3 Cầu dao

1.2.3.1 Cấu tạo

1.2.3.2 Công dụng

1.2.3.3 Nguyên lý làm việc

1.3.6 Rơ le kiểm tra tốc độ

1.3.6.1 Rơle tốc độ kiểu ly tâm (cơ khí)

1.3.6.2 Rơle tốc độ kiểu cảm ứng (điện)

1.4 Các thiết bị đóng cắt không tiếp điểm

1.4.1 Công tắc hành trình không tiếp điểm (các loại cảm biến vị trí)

1.4.1.1 Cảm biến tiệm cận điện cảm (Inductive Proximity Sensor)

1.4.1.2 Cảm biến tiệm cận điện dung (Capacitive Proximity Sensor)

1.4.2 Thiết bị đóng cắt không tiếp điểm

2.2 Các yêu cầu của TĐKC

2.3 Phương pháp thể hiện sơ đồ điện TĐKC

2.3.1 Phương pháp thể hiện mạch động lực

2.3.2 Phương pháp thể hiện mạch điều khiển

2.3.3 Bảng ký hiệu các phần tử trong sơ đồ TĐKC

2.4 Các nguyên tắc điều khiển

2.4.1 Nguyên tắc điều khiển theo thời gian

2.4.2 Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ

2.4.3 Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện

2.4.4 Nguyên tắc điều khiển theo vị trí

2.5 Các sơ đồ điều khiển điển hình

2.5.1 Sơ đồ điều khiển động cơ KĐB 3 pha rô to lồng sóc

2.5.2 Sơ đồ điều khiển động cơ KĐB 3 pha rô to dây quấn

2.5.3 Sơ đồ điều khiển động cơ một chiều

2.6 Các khâu bảo vệ và liên động trong TĐKC - TĐĐ

2.6.1 Bảo vệ quá dòng

2.6.2 Bảo vệ điện áp

2.6.3 Bảo vệ thiếu và mất từ trường

2.6.4 Liên động bảo vệ

MÔ ĐUN: TRANG BỊ ĐIỆN I

Mã số mô đun: MĐ23

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:

- Vị trí: Mô đun này cần phải học sau khi đã học xong các môn học/mô-đun Máy điện, Cung cấp điện, Truyền động điện

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

- Ý nghĩa: Là mô đun chính của chương trình đào tạo nghề Điện công nghiệp, trình độ Cao đẳng nghề và Trung cấp nghề

- Vai trò: Giúp người học nghiên cứu tìm hiểu và thực hành cách thiết kế, lắp đặt và chẩn đoán những hư hỏng của các mạch điện điều khiển; khống chế truyền động

Mục tiêu của mô đun:

- Đọc, vẽ và phân tích được các sơ đồ mạch điều khiển dùng rơ le công tắc tơ dùng trong khống chế động cơ

- Lắp đặt, sửa chữa được các mạch mở máy, dừng máy động cơ

- Phân tích được nguyên lý của sơ đồ làm cơ sở cho việc phát hiện hư hỏng và chọn phương án cải tiến mới

- Phân tích được qui trình làm việc và yêu cầu về trang bị điện cho máy cắt gọt kim loại như: Máy tiện, máy phay, máy doa, máy khoan, máy mài

- Lắp ráp và sửa chữa được các mạch điện máy cắt gọt kim loại như: Mạch điện máy tiện, máy phay, máy doa, máy khoan, máy mài

- Vận hành được mạch theo nguyên tắc, theo qui trình đã định Từ đó vạch ra kế hoạch bảo trì hợp lý

- R n luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác, tư duy sáng tạo và khoa học, đảm bảo an toàn và vệ sinh công nghiệp

Nội dung của mô đun:

Số

TT Tên các bài trong mô đun

Thời gian Tổng

số

Lý thuyết

Thực hành

Kiểm tra*

1 Bài mở đầu: Khái quát chung về hệ

2 Các phần tử điều khiển trong hệ thống

BÀI MỞ ĐẦU KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG TRANG BỊ ĐIỆN

Mục tiêu:

- Phân tích được đặc điểm của hệ thống trang bị điện

- Vận dụng đúng các yêu cầu hệ thống trang bị điện khi thiết kế, lắp đặt

- R n luyện tính cẩn thận, và nghiêm túc trong học tập và trong thực hiện công việc

Nội dung chính:

1 Đặc điểm của hệ thống trang bị điện

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

Nội dung bài học:

Hoạt động I: Nghe giảng trên lớp có thảo luận

1 Đặc điểm của hệ thống trang bị điện:

a/ Chức năng:

- Hệ thống trang bị điện các máy sản xuất là tổng hợp các thiết bị điện được lắp ráp theo một sơ đồ phù hợp nhằm đảm bảo cho các máy sản xuất thực hiện nhiệm

vụ sản xuất phù hợp với quy trình đặt ra

- Hệ thống trang bị điện các máy sản xuất giúp cho việc:

+ Nâng cao năng suất máy

+ Đảm bảo độ chính xác gia công

+ Rút ngắn thời gian máy

+ Thực hiện các công đoạn gia công khác nhau theo một trình tự cho trước

- Hệ thống trang bị điện:

+ Các thiết bị động lực

+ Các thiết bị điều khiển

+ Các phần tử tự động

b/ Nhiệm vụ của hệ thống trang bị điện:

- Nhận và biến đổi năng lượng điện thành dạng năng lượng khác để thực hiện nhiệm vụ sản xuất thông qua bộ phận công tác

- Khống chế và điều khiển bộ phận công tác làm việc theo trình tự cho trước với thông số kỹ thuật phù hợp

- Góp phần nâng cao năng suất, chất lượng, hiệu quả của quá trình sản xuất, giảm nhẹ điều kiện lao động cho con người

- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị trong quá trình sản xuất

c/ Kết cấu của hệ thống trang bị điện:

Hệ thống khống chế truyền động điện là tập hợp các khí cụ điện và dây nối được lắp ráp theo một sơ đồ nhất định nhằm đáp ứng việc điều khiển, khống chế và bảo vệ cho phần tử động lực trong quá trình làm việc theo yêu cầu công nghệ đặt

ra Hệ thống khống chế truyền động điện gồm hai nhóm thiết bị chính:

- Thiết bị động lực: Là bộ phận thực hiện việc biến đổi năng lượng điện thành các dạng năng lượng cần thiết cho quá trình sản xuất Thiết bị động lực có thể là:

+ Tốc độ làm việc của các động cơ điện hay của máy công tác

+ Dòng điện phần ứng hay dòng điện phần cảm của động cơ điện

+ Mômen phụ tải trên trục động cơ

Tuỳ theo quá trình công nghệ yêu cầu mà động cơ truyền động có các chế độ công tác khác nhau, khi động cơ thay đổi chế độ làm việc các thông số trên có thể

có giá trị khác nhau Việc chuyển chế độ làm việc của động cơ truyền động được thực hiện tự động nhờ hệ thống điều khiển

2 Yêu cầu đối với hệ thống trang bị điện công nghiệp:

a/ Chức năng của hệ thống khống chế truyền động điện:

- Đóng cắt: Là quá trình đưa phần tử động lực vào hoặc ra khỏi mạch điện để thay đổi trạng thái làm việc của hệ thống truyền động Kết quả hoạt động của quá trình đóng cắt sẽ đưa hệ thống động lực đến trạng thái làm việc mới trong đó có ít

nhất một thông số đặc trưng của hệ thống động lực nhận giá trị mới Chức năng đóng cắt do các khí cụ đóng cắt thực hiện, bao gồm:

+ Cầu dao, áp tômát

+ Công tắc tơ, khởi động từ

+ Các loại rơle như rơle điện áp, dòng điện, tốc độ, thời gian

+ Công tắc hành trình

+ Các phần tử tự động như đát trích nhiệt độ, đát trích kiểm tra kích thước,

áp suất,

+ Các khí cụ khống chế đóng vai trò là các phần tử tín hiệu, còn các khí cụ đóng cắt là phần tử chấp hành

- Bảo vệ: Nhằm đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị trong quá trình sản xuất Chức năng bảo vệ do các khí cụ bảo vệ thực hiện, bao gồm: cầu chì, áp tô mát, rơ le nhiệt, rơ le dòng điện, rơ le điện áp,

b/ Các yêu cầu của hệ thống khống chế truyền động điện:

- Phù hợp nhất với quy trình công nghệ: Đây là yêu cầu quan trọng nhất của hệ thống khống chế vì hệ thống khống chế được hình thành từ yêu cầu công nghệ Khi

đó hệ thống truyền động sẽ được khai thác triệt để nhất về mặt công suất, hiệu suất, nâng cao được hiệu quả kinh tế - kỹ thuật của phương án lựa chọn Một hệ thống khống chế được gọi là "phù hợp nhất với quy trình công nghệ" phải có các đặc điểm sau:

+ Động cơ điện truyền động phải có đặc tính cơ và đặc tính điều chỉnh tốc

độ phù hợp với đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất mà nó dẫn động

+ Động cơ phải có được các chế độ công tác cần thiết đáp ứng được đòi hỏi của máy công tác

- Kết cấu đơn giản, tác động tin cậy:

+ Sử dụng ít chủng loại thiết bị, số lượng thiết bị là ít nhất

+ Số lượng và chiều dài dây nối là ít nhất

+ Thiết bị phải có thống số và đặc tính làm việc ít biến đổi theo thời gian và điều kiện môi trường

+ Thiết bị có tuổi thọ về cơ, điện, tần số đóng cắt phù hợp với đặc tính của máy công tác

- Thuận tiện, linh hoạt trong điều khiển: Một hệ thống điều khiển được coi là linh hoạt khi nó nhanh chóng và dễ dàng:

+ Chuyển từ chế độ điều khiển bằng tay sang điều khiển tự động, bán tự động và ngược lại

+ Chuyển từ khối làm việc sang khối dự phòng và ngược lại

+ Chuyển từ quy trình làm việc này sang quy trình làm việc khác

+ Từ một vị trí có thể điều khiển được nhiều đối tượng

+ Từ nhiều vị trí điều khiển được một đối tượng

- Đơn giản cho kiểm tra và phát hiện sự cố: Khi thiết kế và xây dựng hệ thống nên bố trí thiết bị theo các quy tắc:

+ Bố trí thiết bị thành nhóm theo từng cụm chức năng của sơ đồ

+ Các nhóm khác nhau được cung cấp từ cầu dao, cầu chì riêng

+ Các cụm quan trọng phải có tín hiệu báo về tình trạng làm việc bình thường hay sự cố của chúng bằng âm thanh, ánh sáng

+ Các thiết bị phải thường xuyên kiểm tra bảo dưỡng phải được bố trí ở chỗ thuận tiện cho xem xét, tháo lắp thay thế, sửa chữa

+ Đặt ký hiệu và số hiệu đầu nối của dây dẫn

+ Sử dụng các dây dẫn với màu sắc khác nhau

- Tác động phân minh lúc bình thường cũng như khi có sự cố: Hoạt động của mạch phải tốt cả khi vận hành bình thường cũng như khi có sự cố Không được tạo

ra các mạch giả khi có sự hoạt đông không bình thường của mạch Mạch phải được thiết kế đảm bảo sao cho khi nhân viên vận hành tthao tác nhầm, không để gây ra

sự cố

- Kích thước và giá thành nhỏ nhất: Kích thước và giá thành của hệ thống điều khiển ảnh hưởng đáng kể đến kích thước và giá thành của máy do đó việc tính toán, thiết kế hệ thống truyền động phải được chú trọng nhưng phải đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật, chắc chắn và tính mỹ thuật cho cả máy

- An toàn và các yêu cầu khác: An toàn cho người và thiết bị trong quá trình khai thác, vận hành thiết bị là yêu cầu quan trọng Khi thiết kế và xây dựng hệ thống cần dự kiến đến các chế độ làm việc xấu và sự cố để có các phương án bảo

vệ cần thiết, đồng thời phải có các biện pháp đảm bảo an toàn cho người vận hành

và những người liên quan Ngoài các biện pháp kỹ thuật phải có cả các biện pháp quản lý như hệ thống biển báo, biển cấm đối với những khu vực hoặc những thiết

bị có nguy cơ gây mất an toàn cho người và thiết bị … Ngoài ra cón các yêu cầu phụ như yêu cầu về môi trường làm việc (khói bụi, hóa chất ăn mòn, phòng chống cháy nổ …) từ đó lựa chọn thiết bị điện theo đúng yêu cầu làm việc

Hoạt động II: Tự học và ôn tập:

- Tài liệu tham khảo:

+ Trang bị điện - điện tử cho máy công nghiệp dùng chung - Vũ Quang Hồi - NXB Giáo dục 1996

+ Điều khiển tự động truyền động điện - Trịnh Đình Đề - NXB Đại học và trung học chuyên nghiệp 1983

+ Phân tích mạch điện máy cắt gọt kim loại - Võ Hồng Căn; Phạm Thế Hựu - NXB Công nhân kỹ thuật 1982

+ Giáo trình tự đông khống chế truyền động điện - Lưu Văn Quang - Trường ĐHSPKT - TPHCM

BÀI 1 CÁC PHÂN TỬ ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG TRANG BỊ ĐIỆN – ĐIỆN TỬ

Mã bài: MĐ23 - 01

Giới thiệu:

- Trong các loại động cơ điện, động cơ không đồng bộ (ĐKB) ba pha rô to lồng sóc là loại động cơ được sử dụng phổ biến trong lĩnh vực công nghiệp hiện nay Vì thế, vấn đề điều khiển khống chế loại động cơ này luôn là một trong những đối tượng nghiên cứu chính của lĩnh vực trang bị điện

- Đối với những người công tác trong ngành điện thì mảng kiến thức về lĩnh vực này là không thể thiếu Nó là những kỹ năng vô cùng thiết thực đối với người thợ

và là bước đi cơ bản để thực hiện các mạch tự động khống chế nâng cao hay các mạch điều khiển máy sản xuất

Mục tiêu:

- Nhận biết được các phần tử điều khiển trong một hệ thống trang bị điện

- Mô tả được cấu tạo và giải thích được nguyên lý làm việc của các khí cụ điện điều khiển có trong sơ đồ

- Sửa chữa được hư hỏng thông thường của các khí cụ điện điều khiển

- R n luyện tính tỉ mỉ, cẩn thận, chính xác và an toàn trong công việc

1.2.5 Công tắc tơ – Khởi động từ

1.3.5 Rơ le thời gian

1.3.6 Rơ le kiểm tra tốc độ

1.4.1 Công tắc hành trình không tiếp điểm

1.4.2 Thiết bị đóng cắt không tiếp điểm

1.5.1 Nam châm điện nâng – hạ

1.5.2 Bàn nam châm điện

1.5.3 Ly hợp điện từ

Nội dung bài học:

Hoạt động I: Nghe giảng trên lớp có thảo luận

Cầu chảy là một loại khí cụ dùng để bảo vệ cho thiết bị điện và tránh lưới điện khỏi dòng điện ngắn mạch Bản chất của cầu chảy là một đoạn dây dẫn yếu nhất trong mạch, khi có sự cố quá dòng, nhiệt sẽ làm đoạn dây này đứt ra đầu tiên Cầu chì dùng bảo vệ thiết bị tránh khỏi dòng ngắn mạch

Bộ phận cơ bản của cầu chảy là dây chảy, dây chảy thường làm bằng các chất

có nhiệt độ nóng chảy thấp Với những dây chảy trong mạch có dòng điện làm việc

lớn, có thể làm bằng các chất có nhiệt độ nóng chảy cao nhưng tiết diện nhỏ thích hợp Dây chảy thường là những dây chì tiết diện tròn hoặc bằng các lá chì, kẽm, hợp kim chì thiếc, nhôm hay đồng được dập, cắt theo các hình dạng như hình 1.2, dây chảy được kẹp chặt bằng vít vào đế cầu chảy, có nắp cách điện để tránh hồ quang bắn ra xung quanh khi dây chảy đứt

- Đối với dây chảy chì: Igh = (1,25 ÷ 1,45)Iđm

- Dây chảy hợp kim chì thiếc: Igh = 1,15Iđm

- Dây chảy đồng: Igh = (1,6 ÷ 2)Iđm

Rơ le nhiệt dùng để bảo vệ sự cố quá tải Trong thực tế người ta thường gắn rơ

le nhiệt phía sau công tắc tơ gọi là khởi động từ

1.1.2.3 Nguyên lý làm việc:

Khi có dòng quá tải qua phần tử đốt nóng nhiệt lượng sẽ tăng lên và làm nóng thanh lưỡng kim, thanh lưỡng kim uốn cong tác động làm thay đổi trạng thái bộ tiếp điểm Để rơ le nhiệt trở lại trạng thái ban đầu cần nhấn vào nút nhấn hồi phục

Công tắc là khí cụ đóng - cắt bằng tay hoặc bằng tác động cơ khí ở lưới điện hạ áp, thường được dùng làm các khoá chuyển mạch để đóng cắt trực tiếp mạch chiếu sáng, mạch động lực có công suất nhỏ hay có loại chỉ dùng trong mạch điều khiển Cấu tạo công tắc rất đa dạng song có chung nguyên lý là tiếp điểm động và tĩnh tiếp xúc hoặc không tiếp xúc nhau để nối thông hoặc cắt mạch điện tuỳ theo vị trí của công tắc Số tiếp điểm của công tắc cũng khác nhau tuỳ theo mục đích sử dụng Ngoài các công tắc thường dùng còn có một số công tắc chuyên dùng sau: 1.2.1.1 Công tắc chuyển mạch:

a/ Cấu tạo

Có các loại một pha và ba pha, được thiết kế dạng hộp thường sử dụng núm văn hoặc cần chuyển mạch

b/ Công dụng:

Dùng để chuyển đổi trạng thái mạch điện “ON – OFF” hoặc chuyển đổi trạng thái mạch điện ở nhiều chế độ làm việc khác nhau

1.2.1.2 Công tắc hành trình:

a/ Cấu tạo:

HÌNH 1.4: CÔNG TẮC 1 PHA VÀ 3 PHA

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); 7 Lò xo

HÌNH 1.6: MỘT SỐ KIỂU CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH b/ 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

5 6

7

a/ Cấu tạo:

a1 Phao một mức:

HÌNH 1.7: PHAO MÔT MỨC

a2 Phao hai mức:

HÌNH 1.8: PHAO HAI MỨC b/ Công dụng:

Rơ le phao được sử dụng để điều khiển bơm nước trong các hệ thống tự động bơm nước vào bể chứa

c/ Nguyên lý làm việc:

a1 Phao một mức:

Khi mực nước thấp hơn phao, lực kéo của phao thắng sức căng lò xo tiếp điểm đóng cấp nguồn cho bơm làm việc Khi mực nước dâng lên phao nổi, lò xo làm mở tiếp điểm cắt nguồn vào bơm

- Giả sử mực nước đầy (hình 1.7a) hai phao nổi, lị xo làm mở tiếp điểm cắt nguồn vào bơm

- Khi mực nước thấp (hình 1.7b) phao dưới nổi, phao trên kéo tiếp điểm nhưng lực kéo chưa đủ thắng sức căng lị xo nên tiếp điểm vẫn mở, bơm chưa làm việc

- Khi mực nước cạn (hình 1.7c) hai phao tư do kéo tiếp điểm, lực kéo hai phao thắng sức căng lị xo nên tiếp điểm đĩng lại cấp nguồn cho bơm làm việc

- Khi mực nước dâng lên đến mực nước thấp (hình 1.7b) làm nổi phao dưới, chỉ cịn lực kéo phao trên, lực kéo này đủ lớn để thắng sức căng lị xo duy trì đĩng tiếp điểm cho bơm tiếp tục làm việc

- Khi mực nước đầy (hình 1.7a) hai phao nổi, lị xo làm mở tiếp điểm cắt nguồn vào bơm

1.2.2 Nút ấn (nút nhấn, nút bấm, nút điều khiển):

Dùng đĩng - cắt mạch điện ở lưới hạ áp để điều khiển các rơ le, cơng tắc tơ, chuyển đổi mạch tín hiệu, bảo vệ Phổ biến nhất là dùng nút ấn trong mạch điều khiển động cơ để mở máy, dừng và đảo chiều quay

1.2.2.1 Nút nhấn tự phục hồi (push button):

a/ Cấu tạo

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

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

b Aûnh thực tế của một nút nhấn

a Cấu tạo nút nhấn

HÌNH 1.10: CÁC DẠNG NGUYÊN LÝ NÖT NHẤN b/ 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 của nút nhấn tự phục hồi tạo ra có dạng xung như hình 1.9

HÌNH 1.11: TÍN HIỆU CỦA NÖT NHẤN TỰ PHỤC HỒI

1.2.2.2 Nút nhấn không tự phục hồi - Nút dừng khẩn (emergency stop):

a/ Cấu tạo

khiển, khi hệ thống xảy ra sự cố ta nhấn vào nút dừng khẩn làm mở tiếp điểm thường đóng cắt điện toàn bộ mạch điều khiển

a) b) c) d)

HÌNH 1.13: THỂ HIỆN CẦU DAO TRÊN BẢN VẼ ĐIỆN

a) Cầu dao một pha b) Cầu dao một pha có cầu chảy c) Cầu dao ba pha d) Cầu dao đảo ba pha

HÌNH 1.14: CẤU TẠO CẦU DAO CÓ LƯỠI DAO PHỤ

1 Lưỡi dao chính, 2 Kẹp dao, 3 Lưỡi dao phụ, 4 Lò xo

1.2.3.2 Công dụng:

Cầu dao là khí cụ điện phổ biến trong dân dụng và công nghiệp, dùng để đóng - cắt mạch điện bằng tay ở lưới điện hạ áp có công suất nhỏ với số lần đóng cắt nhỏ

Khi ngắt cầu dao thường xảy ra hồ quang mạnh, để dập tắt hồ quang nhanh người

ta sử dụng cầu dao có lưỡi dao phụ hoặc các càu dao có bộ phận dập tắt hồ quang chuyên dùng

1.2.3.3 Nguyên lý làm việc:

Khi ngắt, tay kéo lưỡi dao chính ra trước còn lưỡi dao phụ vẫn bị kẹp lại, khi lưỡi dao chính đi ra lò xo bị kéo căng và tới một mức nào đó lưỡi dao phụ sẽ bật nhanh, vì vậy hồ quang sẽ bị kéo dài nhanh và bị dập tắt trong thời gian ngắn 1.2.4 Bộ khống chế:

Bộ khống chế là khí cụ dùng để điều khiển gián tiếp (qua mạch điều khiển) hoặc điều khiển trực tiếp (qua mạch động lực) các thiết bị điện Bộ khống chế điều khiển gián tiếp còn gọi là bộ khống chế từ hay khống chế chỉ huy, bộ khống chế điều khiển trực tiếp còn gọi là bộ khống chế động lực

Bộ khống chế là khí cụ đóng - cắt đồng thời nhiều mạch (điều khiển hoặc động lực hoặc cả điều khiển lẫn động lực) nhờ tay quay hay vô lăng quay để điều khiển một quá trình nào đó như mở máy, điều chỉnh tốc độ, đảo chiều, hãm điện

Lựa chọn bộ khống chế phải căn cứ vào điện áp định mức của mạch thao tác và quan trọng hơn là dòng điện cho phép đi qua các tiếp điểm ở chế độ làm việc liên tục và ngắn hạn lặp lại (liên quan đến tần số đóng-cắt/giờ) Trị số dòng điện của tiếp điểm bộ khống chế động lực thường được chọn với hệ số dự trữ là 1,2 đối với dòng điện một chiều và là 1,3 đối với dòng xoay chiều:

Bộ khống chế được chia ra theo dòng điện một chiều hoặc xoay chiều và tuỳ theo cấu tạo còn có bộ khống chế hình trống hay bộ khống chế hình cam

1.2.4.1 Bộ khống chế hình trống:

a/ Cấu tạo:

HÌNH 1.15: KẾT CẤU BỘ KHỐNG CHẾ HÌNH TRỐNG (a)

SƠ ĐỒ NỐI TIẾP ĐIỂM (b)

1 Tang trống, 2 Trục quay, 3 Vôlăng, 4 Vành trượt, 6 Thanh nối, 7; 8; 9; 10 Các má đồng tiếp xúc tĩnh, 11 Thanh nối các má tiếp xúc tĩnh, 12 Đĩa chia độ

Bộ khống chế hình trống có nhược điểm là kết cấu cồng kềnh, phức tạp và

chương trình đóng -ngắt tiếp điểm không thay đổi được

b/ Nguyên tắc sơ đồ nối tiếp điểm:

- Các dấu chấm chỉ rõ vị trí của bộ khống chế mà các tiếp điểm tương ứng được nối thông

- Những tiếp điểm hở mạch không có dấu chấm

Bảng 1.1: Chú thích sơ đồ nối bộ điều khiển:

a/ Cấu tạo:

Bộ khống chế hình cam là một chồng các đĩa cam có các biên dạng cam khác nhau tuỳ theo chương trình đóng - cắt có cùng một trục quay vuông như hình 1.16

HÌNH 1.16 KẾT CẤU BỘ KHỐNG CHẾ HÌNH CAM

1 Tiếp điểm tĩnh; 2 Tiếp điểm động; 3 Đĩa cam; 4 Trục quay vuông

5 lò xo; 6 Bánh lăn; 7 Cần; 8 Trục quay

b/ Nguyên lý làm việc:

Khi quay trục 4, đĩa cam 3 tiếp xúc với bánh lăn 6, bánh lăn 6 luôn tỳ sát vào đĩa cam 3 nhờ lực ép của lò xo 5 thông qua cần 7 có trục quay 8 Ở phần khuyết của cam 3 thì tiếp điểm động 2 tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh 1 và mạch ab được nối thông Ở phần lồi của cam 3 thì bánh lăn 6 bị đẩy sang phải, nén lò xo 5 và hai tiếp điểm 1, 2 rời xa nhau nên mạch ab bị cắt

c/ Ưu điểm:

Bộ khống chế hình cam khắc phục được một phần nhược điểm của bộ khống chế hình trống như có tần số đóng cắt lớn (vài ngàn lần/giờ so với vài trăm lần/giờ của bộ khống chế hình trống) và thao tác dứt khoát hơn bộ khống chế hình trống

do lực tiếp xúc khỏe hơn

1.2.5 Công tắc tơ – Khởi động từ

a/ Cấu tạo và nguyên lý:

Về cơ bản công tắc tơ gồm bộ tiếp điểm tĩnh gắn cố định trê thân, tiếp điểm động gắn ở phần trên lõi thép và được nâng lên nhờ lò xo phản kháng, phần dưới lõi thép cố định, trong lõi thép có cuộn dây Khi cuộn dây có điện, phần dưới lõi thép sẽ hút phần trên nên tiếp điểm sẽ dịch chuyển xuống làm mở (đối với tiếp điểm thường đóng) hoặc đóng (đối với tiếp điểm thường mở) tiếp điểm

Tiếp điểm của công tắc tơ gồm bộ tiếp điểm chính (dùng để đóng cắt cho mạch động lực) và bộ 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

HÌNH 1.17: COÂNG TẮC TƠ b/ Công dụng:

Công tắc tơ là phần tử chủ lực trong hệ thống điều khiển có tiếp điểm Nó đƣợc dùng để đóng cắt, điều khiển động cơ, máy sản xuất trong công nghiệp và dân dụng

1.2.5.2 Khởi động từ:

Khởi động từ là khí cụ điện dùng để điều khiển từ xa việc đóng - ngắt, đảo chiều và bảo vệ Khởi động từ gồm công tắc tơ và rơ le nhiệt ghép lại

- Khởi động từ đơn gồm một công tắc tơ và một rơ le nhiệt

- Khởi động từ kép gồm hai công tắc tơ và một rơ le nhiệt

1.2.6 Áp tô mát:

Áp tô mát là thiết bị bảo vệ đa năng, tuỳ theo cấu tạo áp tô mát có thể bảo vệ sự

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

1.2.6.1.Cấu tạo:

1 Cuộn hút; 2 Lưỡi gà; 3 Đòn bẩy; 4 Tiếp điểm; 5 Lò xo phản kháng

HÌNH 1.18: CẤU TẠO ÁP TÔ MÁT

HÌNH 1.19: DẠNG THỰC TẾ ÁP TÔ MÁT BA PHA 1.2.6.2 Công dụng:

Áp tô mát dùng để đóng cắt và bảo vệ mạch điện.Với giá thành ngày càng rẻ, hiện nay nó thay thế hầu hết các vị trí của cầu dao và cầu chì

Trong công nghiệp thường dùng áp tô mát bảo vệ sự cố ngắn mạch và tích hợp thêm rơ le nhiệt vào áp tô mát để bảo vệ sự cố quá tải cho các thiết bị điện và hệ thống điện Trong dân dụng áp tô mát tích hợp bảo vệ sự cố dòng điện rò (áp tô mát chống giật)

1.3 Rơ le:

1.3.1 Rơ le điện từ:

1.3.1.1 Cấu tạo:

1 Cuộn dây điện từ; 2 Mạch từ; 3 Nắp từ; 4 Lò xo phản kháng;

5 Tiếp điểm chung (com); 6 Tiếp điểm thường đóng (NC);

7 Tiếp điểm thường mở (NO); 8 Cực nhận nguồn

HÌNH 1.20: CẤU TẠO RƠ LE ĐIỆN TỪ

HÌNH 1.21: ẢNH THỰC TẾ RƠ LE ĐIỆN TỪ 1.3.1.2 Công dụng:

Rơ le điện từ là loại rơ le đơn giản nhất dùng rộng rãi nhất làm việc dựa trên

nguyên lý điện từ, rơ le có kết cấu tương tự như công tắc tơ nhưng chỉ đóng - cắt mạch điện

điều khiển, không trực tiếp dùng trong mạch lực

Rơ le 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

1.3.1.3 Nguyên lý làm việc:

Khi đặt điện áp định mức vào hai đầu cực 8, trong cuộn dây 1 sẽ có dòng điện làm sinh ra từ trường trong lõi thép 2 tạo ra lực hút điện từ Nếu lực hút điện từ thắng được lực đàn hồi của lò xo 4 thì nắp từ 3 được hút xuống, khi đó tiếp điểm 5

- 6 mở ra và 5 - 7 đóng lại Khi mất nguồn cung cấp, lò xo 4 sẽ kéo các tiếp điểm lại trở về trạng thái ban đầu

1.3.2 Rơ le trung gian

1.3.2.1 Cấu tạo:

Rơ le trung gian thường là rơ le điện từ nên có cấu tạo như rơ le điện từ nhưng số lượng tiếp điểm của rơ le trung gian thường nhiều hơn các loại rơ le khác Rơ le trung gian có sự phân cách về điện tốt giữa mạch cuộn hút và mạch tiếp điểm

HÌNH 1.22: CẤU TẠO RƠ LE TRUNG GIAN

1.3.3.1 Cấu tạo:

1 Mạch từ; 2 Hai nửa cuộn dây dòng điện

3 Nắp từ động hình chữ Z; 4 Lò xo cản dịu

HÌNH 1.23: CẤU TẠO RƠ LE DÕNG ĐIỆN (CỰC ĐẠI)

Tùy theo tải mà hai nửa cuộn dây rơ le dòng điện mắc nối tiếp nhau hoặc mắc song song nhau và mắc nối tiếp với mạch cần bảo vệ

Để điều chỉnh dòng tác động ta điều chỉnh sức căng lò xo cản dịu

1.3.4 Rơ le điện áp:

1.3.4.1 Cấu tạo:

Nguyên lý cấu tạo của rơ le điện áp tương tự như rơ le dòng điện, chỉ khác nhau

là cuộn dây dòng điện ít vòng, tiết diện to còn cuộn dây rơ le điện áp nhiều vòng, tiết diện dây nhỏ

Hai nửa cuộn dây rơ le điện áp được mắc nối tiếp nhau hoặc mắc song song nhau tùy theo điện áp cần bảo vệ và mắc song song với mạch cần bảo vệ

1.3.4.2 Công dụng:

Rơ le dùng để bảo vệ các thiết bị điện khi điện áp đặt vào thiết bị điện tăng quá (rơ

le điện áp cực đại) hoặc giảm quá mức quy định (rơ le điện áp cực tiểu)

1.3.5 Rơ le thời gian:

Rơ le thời gian trong thực tế có rất nhiều loại: Rơ le thời gian cơ khí, rơ le thời gian thuỷ lực, rơ le thời gian điện từ, rơ le thời gian điện tử Hiện nay trong công nghiệp người ta thường dùng rơ le thời gian điện tử (có độ chính xác cao)

1.3.5.1 Cấu tạo:

Cấu tạo của rơ le thời gian điện tử bao gồm một mạch trễ thời gian điện tử cấp nguồn cho một rơ le trung gian để điều khiển hệ thống tiếp điểm đóng cắt sau 1 khoảng thời gian trể nào đó

Tùy vào trạng thái ban đầu của tiếp điểm mà sẽ có các loại tiếp điểm khác nhau của rơ le thời gian như: thường mở - đóng chậm hoặc thường đóng - mở chậm

HÌNH 1.25: ẢNH THỰC TẾ RƠ LE MỘT SÔ RƠ LE THỜI GIAN

1.3.5.2.Công dụng:

Rơ le 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

HÌNH 1.24: SƠ ĐỒ KHỐI CỦA RƠ LE THỜI GIAN

Mạch trễ thời gian điện tử

Hệ thống tiếp điểm

Cuộn daây

rơ le

Nguồn cung cấp

a Rơ le thời gian tương tự b Rơ le thời gian số

trình Rơ le thời gian là khí cụ chủ lực để thực hiện tự động khống chế theo nguyên tắc thời gian

1.3.6 Rơ le kiểm tra tốc độ:

Đại lượng đầu vào của rơle là tốc độ quay của thiết bị làm việc, đại lượng ra là trạng thái đóng, mở của tiếp điểm Khi tốc độ quay vượt quá trị số đã định, rơle sẽ tác động

1.3.6.1 Rơle tốc độ kiểu ly tâm (cơ khí)

a/ Cấu tạo:

1 Trục quay; 2 Quả văng ly tâm; 3 Lò xo kéo; 4 Giá tiếp điểm động;

5 Tiếp điểm thường mở; 6 Tiếp điểm thường đóng

HÌNH 1.26: RƠ LE TỐC ĐỘ KIỂU LY TÂM

b/ Công dụng: Dùng để ngắt cuộn mở máy của động cơ không đồng bộ một pha khởi động bằng tụ Tốc độ tác động của rơle thường từ 0,7 đến 0,8 tốc độ định mức của động cơ

c/ Nguyên lý làm việc:

Trên trục quay được cố định hệ thống ly tâm gồm quả văng và lò xo kéo, khi trục đứng yên hoặc quay với tốc độ nhỏ hơn tốc độ tác động lò xo kéo làm quả văng tỳ lên đĩa cách điện, hệ thống tiếp điểm (5) mở và hệ thống tiếp điểm (6) đóng Khi tốc độ quay của trục đạt đến trị số tác động, lực ly tâm của quả văng đủ lớn thắng lực kéo của lò xo làm quả văng không tỳ vào đĩa Lò xo nén đẩy đĩa dịch chuyển theo hướng dọc trục làm đóng tiếp điểm (5) và mở tiếp điểm (6)

Điều chỉnh độ căng của lò xo (3) có thể thay đổi được trị số tốc độ tác động của rơle

1.3.6.2 Rơle tốc độ kiểu cảm ứng (điện)

a/ Cấu tạo:

1 Trục quay (rô to); 2 Nam châm vĩnh cửu; 3 Lồng sóc; 4 Lõi

thép stato; 5 Cần tiếp điểm; 6 Hệ thống tiếp điểm HÌNH 1.27: RƠ LE TỐC ĐỘ KIỂU CẢM ỨNG

b/ Công dụng:

Dùng phổ biến trong mạch hãm của các máy cắt gọt kim loại và thường được lắp trên các trục nhận truyền động gián tiếp từ động cơ hoặc gắn trực tiếp vào trục động cơ

c/ Nguyên lý và làm việc của:

Khi trục thiết bị công tác quay rô to của rơle quay theo, từ trường của nam châm vĩnh cửu sẽ quay và cắt ngang thanh dẫn trên stato, trong lồng sóc xuất hiện dòng điện cảm ứng Tác dụng giữa dòng điện cảm ứng này với từ trường quay tại khe hở giữa stato và rô to tạo ra mô men lực làm quay stato của rơle, mô men quay này tỷ

lệ thuận với tốc độ rô to Khi tốc độ rô to đạt đến tốc độ tác động mô men quay stato đủ lớn làm dịch chuyển stato và cần tác động thực hiện đóng, mở các tiếp điểm (6) của rơle

1.4 Các thiết bị đóng cắt không tiếp điểm:

1.4.1 Công tắc hành trình không tiếp điểm (các loại cảm biến vị trí)

Là những thiết bị dùng để cảm nhận biến đổi các đại lượng vật lý và các đại lượng không có tính chất điện cần đo thành các đại lượng điện có thể đo và xử lý được

1.4.1.1 Cảm biến tiệm cận điện cảm (Inductive Proximity Sensor)

a/ Khái niệm chung:

Cảm biến điện cảm là nhóm các cảm biến làm việc dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ Vật cần đo vị trí hoặc dịch chuyển được gắn vào một phần tử của mạch từ gây nên sự biến thiên từ thông qua cuộn đo

HÌNH 1.28: CÁC CẢM BIẾN TIỆM CẬN ĐIỆN CẢM CỦA SIEMENS

b/ Nguyên lý hoạt làm việc:

Cảm biến tiệm cận điện cảm được thiết kế để tạo ra một vùng điện từ trường, khi một vật bằng kim loại tiến vào khu vực này, xuất hiện dòng điện xoáy (dòng điện cảm ứng) gây nên sự tiêu hao năng lượng (do điện trở của kim loại), làm ảnh hưởng đến biên độ sóng dao động Đến một trị số nào đó tín hiệu này được ghi nhận, mạch phát hiện sẽ phát hiện sự thay đổi tín hiệu và tác động để mạch ra lên mức ON (hình 1.30) Khi đối tượng rời khỏi khu vực từ trường, sự dao động được tái lập, cảm biến trở lại trạng thái bình thường

HÌNH 1.29: NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC CỦA CẢM BIẾN ĐIỆN CẢM

HÌNH 1.30: SỰ PHỤ THUỘC CỦA BIÊN ĐỘ SÓNG DAO ĐỘNG

VÀO VỊ TRÍ ĐỐI TƯỢNG

1.4.1.2 Cảm biến tiệm cận điện dung (Capacitive Proximity Sensor)

a/ Khái niệm chung:

Cảm biến tiệm cận điện dung giống về kích thước, hình dáng, cơ sở hoạt động

so với cảm biến tiệm cận điện cảm Điểm khác biệt căn bản giữa chúng là cảm biến tiệm cận điện dung tạo ra vùng điện trường còn cảm biến tiệm cận điện cảm tạo ra

vùng điện từ trường Cảm biến tiệm cận điện dung có thể phát hiện đối tượng có chất liệu kim loại cũng như không phải kim loại

HÌNH 1.31: CẢM BIẾN TIỆM CẬN ĐIỆN DUNG b/ Nguyên lý hoạt làm việc:

Tụ điện gồm hai bản cực và chất điện môi ở giữa, khoảng cách giữa hai điện cực ảnh hưởng đến khả năng tích trữ điện tích của một tụ điện (điện dung là đại lượng đặc trưng cho khả năng tích trữ điện tích của một tụ điện)

Nguyên tắc hoạt động của cảm biến tiệm cận điện dung dựa trên sự thay đổi điện dung khi vật thể xuất hiện trong vùng điện trường Từ sự thay đổi này trạng thái “On” hay “Off” của tín hiệu ở ngõ ra được xác định

- Một bản cực là thành phần của cảm biến, đối tượng cần phát hiện là bản cực còn lại

- Mối quan hệ giữa biên độ sóng dao động và vị trí đối tượng ở cảm biến tiệm cận điện dung trái ngược so với cảm biến tiệm cận điện cảm

HÌNH 1.32: KHOẢNG CÁCH GIỮA HAI ĐIẸN CỰC ẢNH HƯỞNG ĐẾN

KHẢ NĂNG TÍCH TRỮ ĐIỆN TÍCH CỦA MỘT TỤ ĐIỆN

HÌNH 1.33: SỰ PHỤ THUỘC CỦA BIÊN ĐỘ SÓNG DAO ĐỘNG

VÀO VỊ TRÍ ĐỐI TƯỢNG

Cảm biến tiệm cận điện dung có thể dùng để phát hiện các vật liệu có hằng số

điện môi cao như chất lỏng (hằng số điện môi nước: 80, không khí: 1) dù nó được chứa trong hộp kín làm bằng chất liệu có hằng số điện môi thấp hơn như thủy tinh, plastic Cần chắc chắn rằng đối tượng cảm biến phát hiện là chất lỏng chứ không phải hộp chứa

1.4.2 Thiết bị đóng cắt không tiếp điểm:

Bộ phận để đóng cắt hoặc chuyển mạch dòng điện không phải bằng các tiếp điểm cơ khí mà bằng cách thay đổi nhảy vọt điện trở của phần tử điều khiển như: khuếch đại từ, dụng cụ bán dẫn, điện trở bán dẫn … được mắc nối tiếp trong mạch điện Ở trạng thái cắt, do điện trở của phần tử điều khiển rất lớn nên dòng điện chạy qua bộ đóng cắt không tiếp điểm có cường độ nhỏ Ở trạng thái đóng, điện trở của phần tử điều khiển giảm xuống đột ngột (nhưng vẫn lớn hơn nhiều so với điện trở tiếp xúc của điện trở cơ khí)

Bộ đóng cắt không tiếp điểm thường được dùng trong các mạch bảo vệ thiết bị điện, trong các hệ thống điều khiển và điều chỉnh tự động

1.5 Các phần tử điện từ

1.5.1 Nam châm điện nâng – hạ:

1.5.2 Bàn nam châm điện (Bàn từ):

Nguyên tắc cấu tạo tương tự nam châm điện nâng hạ nhưng thường đặt cố định, thường dùng trên các máy gia công kim loại dùng để giữ chặt các chi tiết (nhiễm từ) cần gia công Sau khi gia công xong, muốn lấy chi tiết ra khỏi bàn phải khử từ dư của bàn từ, thực hiện bằng cách đảo cực tính nguồn cấp cho bàn từ Nguồn một chiều cấp cho cuộn dây từ các bộ chỉnh lưu dùng đi ốt bán dẫn (trị số điện áp có thể là 24, 48, 110 và 220V với công suất từ 100 ÷ 3000W), bàn sẽ trở thành nam châm với nhiều cặp cực

1.5.3 Ly hợp điện từ:

Ly hợp là một cơ cấu được sử dụng trong một thiết bị để nối với nhau để chúng

có thể quay cùng một tốc độ hoặc tách hai trục quay để quay với các tốc độ khác nhau Trong các thiết bị này, một trong hai trục thường được một động cơ hay puly dẫn động còn trục kia lại dẫn động thiết bị khác