Đồ án Thiết kế và lắp ráp mạch điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc mở máy qua 2 cấp điện trở phụ theo nguyên tắc thời gian, có đảo chiều quay.
GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ĐỘNG CƠ XOAY CHIỀU KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA
Tổng quan về ứng dụng của động cơ không đồng bộ
Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ Rotor của máy có tốc độ quay n khác với tốc độ quay của từ trường n1 Giống như các máy điện quay khác, máy điện không đồng bộ có tính thuận nghịch, cho phép nó hoạt động như động cơ điện hoặc máy phát điện.
Máy phát điện không đồng bộ có hiệu suất làm việc kém hơn so với máy phát điện đồng bộ, do đó ít được ưa chuộng Tuy nhiên, động cơ điện không đồng bộ lại có cấu tạo và vận hành đơn giản, chi phí thấp và độ tin cậy cao, nên được sử dụng rộng rãi trong sản xuất và đời sống hàng ngày.
Máy điện không đồng bộ được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực công nghiệp, như làm nguồn động lực cho máy cán thép loại vừa và nhỏ, cũng như cho các máy công cụ tại các nhà máy công nghiệp nhẹ Trong ngành khai thác mỏ, máy này thường được ứng dụng làm máy tời hoặc quạt gió Trong nông nghiệp, máy điện không đồng bộ thường được dùng để bơm nước và gia công nông sản Ngoài ra, trong đời sống hàng ngày, nó cũng đóng vai trò quan trọng khi được sử dụng cho các thiết bị như quạt gió, máy quay đĩa và động cơ trong tụ lạnh.
Sự phát triển của sản xuất điện khí hóa và tự động hóa, cùng với nhu cầu sử dụng các thiết bị sinh hoạt hàng ngày, đã mở rộng phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ.
Động cơ không đồng bộ mặc dù phổ biến, nhưng có nhược điểm như hệ số cos thấp và khả năng điều chỉnh tốc độ kém, hạn chế ứng dụng trong các lĩnh vực yêu cầu điều chỉnh tốc độ tốt Ngoài ra, máy điện không đồng bộ cũng có thể hoạt động như máy phát điện, nhưng điện áp đầu ra không đạt yêu cầu so với máy phát điện đồng bộ, dẫn đến việc ít được sử dụng cho mục đích này.
Phân Loại
1.2.1 Theo kết cấu của vỏ động cơ
Máy điện không đồng bộ có thể chia thành các loại chính sau: kiểu hở, kiểu kín, kiểu phòng nổ… a) Kiểu hở
Thiết bị không được trang bị bảo vệ để ngăn chặn tiếp xúc ngẫu nhiên với các bộ phận quay và mạng điện Hơn nữa, nó cũng thiếu các biện pháp bảo vệ để ngăn chặn vật lạ rơi vào máy.
Theo tiêu chuẩn bảo vệ, loại IP00 được chế tạo theo kiểu tự làm nguội, thường được sử dụng trong môi trường trong nhà và cần có người trông coi, tránh để người khác tiếp cận.
Các bộ phận quay hoặc mang điện được bảo vệ chống lại tiếp xúc ngẫu nhiên, thường với thiết kế tự thông gió Loại bảo vệ này thuộc các cấp từ IP11 đến IP33 Bên cạnh đó, còn có kiểu bảo vệ kín, cung cấp mức độ bảo vệ cao hơn cho thiết bị.
Kiểu máy kín là loại thiết bị có không gian bên trong được cách ly hoàn toàn với môi trường bên ngoài, với cấp bảo vệ từ IP44 trở lên tùy thuộc vào mức độ kín Thiết bị này thường được trang bị hệ thống thông gió tự động ở bề mặt vỏ hoặc thông gió độc lập thông qua các ống dẫn khí vào bên trong Loại máy kín này rất phù hợp cho các môi trường ẩm ướt và nhiều bụi.
1.2.2 Theo kết cấu của rotor
Máy điện không đồng bộ được chia thành hai loại dựa trên kết cấu rotor: rotor kiểu dây quấn và rotor kiểu lồng sóc Động cơ rotor kiểu dây quấn thường được sử dụng cho tải lớn cần điều chỉnh tốc độ, trong khi động cơ rotor lồng sóc phổ biến hơn cho tải trung bình và nhỏ, với khả năng khởi động trực tiếp Động cơ rotor lồng sóc nổi bật nhờ giá thành rẻ, vận hành đơn giản và ổn định Khi tải thay đổi từ thông đến định mức, tốc độ quay của động cơ này giảm khoảng 2%-5%, đồng thời chúng cũng có momen mở máy lớn.
Tuy nhiên, bên cạnh những ưu điểm nó cũng có các nhược điểm sau:
- Khó điều chỉnh tốc độ động cơ bằng phẳng trong phạm vi rộng
- Dòng điện mở máy từ lưới lớn, bằng từ 5-7 lần I đm
Để khắc phục nhược điểm của hệ số công suất thấp, người ta đã phát triển động cơ rotor lồng sóc nhiều tốc độ và sử dụng rotor rãnh sâu lồng sóc kép nhằm giảm dòng khởi động và tăng momen khởi động Bên cạnh đó, động cơ rotor dây quấn cũng là một giải pháp hiệu quả trong việc cải thiện hiệu suất hoạt động.
Động cơ rotor dây quấn, hay còn gọi là động cơ vành trượt, khắc phục được nhiều nhược điểm của các loại động cơ khác nhưng có cấu trúc rotor phức tạp, dẫn đến chi phí chế tạo cao hơn khoảng 1,5 lần so với rotor lồng sóc Loại động cơ này thường được sử dụng trong các ứng dụng cần mở máy nặng và điều chỉnh tốc độ quay Nó cũng được áp dụng để nối cấp các máy khóa, cho phép điều chỉnh tốc độ quay một cách mượt mà trong phạm vi rộng với hệ số công suất cao Tuy nhiên, do chi phí cao, động cơ không đồng bộ rotor dây quấn không phổ biến như các loại động cơ khác Trong thiết kế của động cơ này, các pha dây quấn rotor được nối hình sao và đầu ra của chúng được kết nối với ba vành trượt, với các chổi điện tiếp xúc với các vành trượt để đảm bảo hoạt động hiệu quả.
1.2.3 Theo số pha trên dây quấn stator
Theo số pha trên dây quấn stator của máy điện không đồng bộ thì ta có thể chia thành các loại: 1 pha, 2 pha, 3 pha
Cấu tạo chung
Động cơ không đồng bộ có cấu tạo chung gồm 2 phần chính
Hình 1.2 : Cấu tạo động cơ không đồng bộ ba pha
Cấu tạo của máy điện không đồng bộ 3 pha được chỉ ra như trên:
- Hình 1.2a gồm 2 bộ phận chính là rotor(a) và stator(b) Ngoài ra còn có vỏ máy (e), nắp của máy (c).
- Hình 1.2b là mặt cắt ngang của máy cho thấy roc các lá thép của stator(a) và của rotor(b).
1.Vỏ máy 2.Lõi thép 3.Dây quấn 4.Chân vỏ
Hình 1.4 mô tả ký hiệu các đầu dây quấn stator trên hộp đấu dây Lõi thép của stator được cấu tạo từ các lá thép kỹ thuật ghép lại thành hình trụ, với rãnh bên trong để đặt dây quấn Dây quấn stator của động cơ không đồng bộ ba pha sử dụng dây đồng phủ sơn cách điện, bao gồm ba pha AX, BY, CZ được sắp xếp theo một quy luật nhất định trong các rãnh stator Sáu đầu dây của ba pha quấn được nối ra ngoài hộp đấu dây, nằm ở vỏ động cơ, để nhận điện vào.
Lõi thép của thiết bị được cấu tạo từ các lá thép kỹ thuật điện, có mặt ngoài xẻ rãnh và lỗ ở giữa để lắp trục, tạo thành hình trụ Bên cạnh đó, dây quấn của thiết bị có hai kiểu khác nhau, đóng vai trò quan trọng trong hoạt động của thiết bị.
- Dây quấn kiểu roto lồng sóc: có dạng như hình 1.5a và động cơ roto lồng sóc kí hiệu như hình 1.5b.
- Dây quấn kiểu roto dây quấn: có dạng như hình 1.6a và động cơ roto dây quấn kí hiệu như hình 1.6b.
Hình 1.5: (a) Hình dạng roto lồng sóc
(b) Kí hiệu động cơ rôt lồng sóc
Hình 1.6: (a) Hình dạng roto dây quấn
(b) Kí hiệu động cơ roto dây quấn
Nguyên lý làm việc
Hình 1.7: Nguyên lý làm việc máy điện không đồng bộ
Khi dòng điện ba pha tần số f 1 được đưa vào dây quấn stato, nó sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ n 1 bằng f 1 p Từ trường này sẽ cắt qua các thanh dẫn của dây quấn roto, dẫn đến sự cảm ứng sức điện động e 2 Do dây quấn roto được nối kín mạch, sức điện động cảm ứng này sẽ sinh ra dòng điện I 2 trong các thanh dẫn của roto.
Dòng điện I 2 trong từ trường chịu tác động của lực điện từ F và sinh ra momen quay Mquay làm roto quay với tốc độ n.
Các thông số định mức
Công suất định mức mà động cơ điện tiêu thụ :
P 1 đm =P đm n đm =√ 3 U đm I đm cosφ đm
P đm : Công suất định mức ở đầu trục,[Kw] n đm : Hiệu suất định mức
U đm : Điện áp dây định mức,[kV]
I đm : Dòng điện dây định mức,[A] cosφ đm : Hệ số công suất định mức.
Momen quay định mức ở đầu trục :
Với : n đm : Tốc độ quay định mức ω=2πn đm
Các phương pháp mở máy động cơ KBĐ 3 pha lồng sóc
Có 2 phương pháp chính: Mở máy trực tiếp và mở máy gián tiếp
- Mômen mở máy phải đủ lớn để thích ứng với đặc tính tải
- Dòng mở máy phải được giảm nhỏ tới mức độ cho phép khi mở máy
- Thời gian mở máy phải được rút ngắn nhất
- Các thiết bị và phương tiện mở máy phải đơn giản rẻ tiền
- Phải ít tổn hao năng lượng trên thiết bị mở máy.
1.6.2 Phương pháp mở máy trực tiếp Đây là phương pháp mở máy được thực hiện bằng cách đóng trực tiếp toàn bộ điện áp định mức lưới vào động cơ, không thông qua một loại thiết bị mở máy nào.
Phương pháp mở máy trực tiếp là cách đơn giản nhất, tuy nhiên, dòng điện khởi động có thể rất lớn, đặc biệt khi quán tính của tải cao Nếu thời gian mở máy kéo dài, điều này có thể dẫn đến quá nhiệt cho máy, gây sụt áp lớn trên lưới điện, ảnh hưởng đến các phụ tải khác và làm giảm hiệu suất của các thiết bị bảo vệ.
Phạm vi ứng dụng: Chỉ dùng cho động cơ có công suất nhỏ, và công suất của nguồn điện phải tương đối lớn.
1.6.3 Phương pháp mở máy gián tiếp
Phương pháp mở máy này được thực hiện trong giai đoạn khởi động, khi thiết bị mở máy được kết nối vào mạch động cơ Sau khi quá trình khởi động hoàn tất, thiết bị sẽ được loại bỏ khỏi mạch, cho phép động cơ hoạt động trực tiếp với lưới điện.
Phương pháp mở máy gián tiếp cho động cơ công suất lớn thường sử dụng điện trở hoặc điện kháng nối tiếp với mạch stato Khi khởi động, điện áp lưới được giảm thông qua điện trở, giúp giảm dòng khởi động Sau khi quá trình khởi động kết thúc, điện trở sẽ được cắt ra khỏi mạch, cho phép động cơ hoạt động bình thường với điện áp lưới định mức.
Hình 1.9: Sơ đồ nguyên lý mở máy dùng R, X nối tiếp với mạch stato
Đầu tiên, cần đóng AT tổng và sau đó là K2 để khởi động động cơ gián tiếp qua điện trở và điện kháng Sau khoảng 5-7 giây, đóng K1 và mở K2, cho phép toàn bộ điện áp lưới được cấp vào dây quấn stato của động cơ Quá trình này loại bỏ hoàn toàn cuộn kháng và điện trở ra khỏi mạch, giúp động cơ tăng tốc dần đến mức định mức và hoạt động bình thường.
+ Trong thực tế, người ta thường dùng mạch công tắc tơ kết hợp với rơle thời gian để tự động chuyển đổi trạng thái mở máy.
Mạch mở máy sử dụng cuộn kháng ngày càng phổ biến hơn so với mạch dùng điện trở, nhờ vào nhiều ưu điểm vượt trội Cả hai phương pháp này thường được áp dụng cho các thiết bị yêu cầu mômen mở máy nhỏ Một phương pháp mở máy gián tiếp khác là sử dụng biến thế tự ngẫu nối tiếp với mạch stato, trong đó điện áp lưới được giảm qua biến thế tự ngẫu khi khởi động Sau khi quá trình mở máy hoàn tất, biến thế tự ngẫu sẽ được cắt ra khỏi mạch, cho phép động cơ hoạt động bình thường với điện áp lưới định mức.
Hình 1.10: Sơ đồ nguyên lý mở máy gián tiếp dùng biến thế tự ngẫu nối tiếp với Stato Nguyên lý mở máy:
+ Đóng AT, sau đó đóng K1, K2, mở K3, động cơ được khởi động qua biến thế tự ngẫu quay nhanh dần.
Sau khoảng 5-7 giây, đóng K3 và mở K1, K2, máy biến thế tự ngẫu sẽ bị loại khỏi mạch Điều này giúp động cơ nhận toàn bộ điện áp lưới, từ đó tốc độ của động cơ tăng nhanh hơn và đạt được tốc độ định mức nđm.
+ Do giảm điện áp đặt vào động cơ lúc mở máy nên mômen mở máy giảm mạnh.
Biến thế tự ngẫu có ưu điểm vượt trội so với cuộn kháng, cho phép điều chỉnh dần các cấp điện áp khi khởi động động cơ Điều này giúp giảm từ từ dòng khởi động, đồng thời tăng mômen khởi động, mang lại hiệu quả cao hơn trong quá trình vận hành.
+ Giá thành đầu tư cao hơn so với cuộn kháng. c) Phương pháp đổi nối sao, tam giác ở dây quấn stato động cơ (Y - )
Phương pháp này chỉ dùng được với những động cơ đang làm việc bình thường với sơ đồ dây quấn stato nối tam giác.
Hình 1.11: Sơ đồ nguyên lý mở máy động cơ dùng phương pháp đổi nối sao - tam giác ở dây quấn stato động cơ
Hình 1.12: Sơ đồ nguyên lý đấu dây trên hộp cực động cơ
Khi khởi động máy, cần kết nối theo hình sao để giảm điện áp đặt vào mỗi pha Sau khi máy hoạt động, hãy chuyển sang kết nối hình tam giác theo đúng quy định của thiết bị.
Khi khởi động máy, đầu tiên mở công tắc K1 và K2, sau khoảng 5 - 7 giây, đóng K2 và mở K1 để đưa động cơ vào hoạt động bình thường theo sơ đồ nối tam giác Dòng điện qua dây trong cấu hình nối tam giác sẽ được điều chỉnh tương ứng với trạng thái hoạt động của động cơ.
Z n (*) + Dòng điện dây khi nối hình sao.
Khi so sánh hai kiểu nối sao tam giác, ta nhận thấy rằng khi mở máy, dòng điện vào động cơ giảm đi 3 lần Phương pháp này cũng cho thấy sự giảm đi 3 lần tương tự.
+ Không phải dùng thiết bị mở máy
+ Quá trình mở máy xảy ra các tổn hao bên trong máy và điện áp mở máy giảm đi√ 3 lần, dòng điện dây giảm 3 lần.
+ Nhược điểm: Phạm vi sử dụng hẹp, chỉ sử dụng cho những động cơ đang làm việc bình thường với sơ đồ nối tam giác.
CÁC THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN, ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VỆ ĐỘNG CƠ
Nút ấn
2.1.1 Khái quát và công dụng
Nút ấn, hay còn gọi là nút điều khiển, là thiết bị điện được sử dụng để điều khiển từ xa các thiết bị điện, dụng cụ báo hiệu và chuyển đổi các mạch điều khiển, tín hiệu, liên động và bảo vệ Nó hoạt động hiệu quả trong các mạch điện một chiều với điện áp lên đến 440V và mạch điện xoay chiều với điện áp 500V, tần số 50 ÷ 60Hz.
Nút ấn thường được lắp đặt trên bảng điều khiển, tủ điện hoặc hộp nút ấn Để đảm bảo hiệu suất hoạt động, cần sử dụng nút ấn trong môi trường khô ráo, không có hóa chất và bụi bẩn.
- Theo hình dạng bên ngoài: Loại hở, loại bảo vệ, loại bảo vệ chống nước và bụi, loại bảo vệ chống nổ.
- Theo yêu cầu điều khiển: Loại 1 nút (1 putong), loại 2 nút (2 putong), loại
- Theo kết cấu bên trong: Loại có đèn báo và loại không có đèn báo.
Hình 2.1: Kí hiệu nút nhấn 2.1.4 Cấu tạo
Hình 2.2: Hình ảnh thực tế một số loại nút ấn
- Nút ấn kiểu hở được đặt trên bề mặt một giá đặt trong bảng điện, hộp nút nhấn
- Nút ấn kiểu bảo vệ được đặt trong một vỏ nhựa hay vỏ sắt có hộp.
- Nút ấn kiểu bảo vệ chống nước được đặt trong vỏ kín khít để tránh khỏi nước lọt vào.
- Nút ấn kiểu bảo vệ chống bụi nước được đặt trong một vỏ cacbua đúc kín khít để chống ngấm và bụi lọt vào.
Nút ấn chống nổ được thiết kế đặc biệt cho các hầm lò và khu vực có khí nổ trong không khí Với cấu trúc kín khít, nó ngăn chặn tia lửa thoát ra ngoài, đồng thời đảm bảo độ bền vững để chịu được áp lực khi xảy ra nổ.
Aptomat
Aptomat là khí cụ điện dùng đóng ngắt mạch điện (một pha, ba pha); có công dụng bảo vệ quá tải, ngắn mạch, sụt áp …
Hình 2.3: Hình ảnh thực tế của Aptomat 2.2.1 Kí hiệu Aptomat
Hình 2.4 Kí hiệu Aptomat 2.2.2 Phân loại Aptomat
- Theo kết cấu gồm: Một cực, hai cực, ba cực
- Theo thời gian thao tác: tác động không tức thời và loại tác động tức thời (nhanh)
- Theo công dụng bảo vệ: Aptomat dòng cực đại, Aptomat dòng cực tiểu, Aptomat dòng điện ngược
Trong một số trường hợp cần bảo vệ tổng hợp, bao gồm bảo vệ cực đại theo dòng điện và cực tiểu theo điện áp, người ta sử dụng Aptomat vạn năng.
2.2.3 Cấu tạo Aptomat a) Tiếp điểm
Aptomat 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 sẽ đóng trước, sau đó là tiếp điểm phụ và cuối cùng là tiếp điểm chính Ngược lại, khi cắt mạch, tiếp điểm chính mở trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ và cuối cùng là tiếp điểm hồ quang Điều này giúp hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang, bảo vệ tiếp điểm chính khỏi hư hại Việc sử dụng tiếp điểm phụ giúp ngăn chặn hồ quang lan rộng, bảo vệ tiếp điểm chính Để Aptomat có thể dập hồ quang trong mọi chế độ làm việc của lưới điện, thường sử dụng hai kiểu thiết bị dập hồ quang: kiểu nửa kín và kiểu hở.
Aptomat có hai kiểu thiết kế: kiểu nửa kín với vỏ kín và lỗ thoát khí, có giới hạn dòng điện cắt không quá 50KA; và kiểu hở, được sử dụng khi giới hạn dòng điện cắt lớn hơn 50KA hoặc điện áp cao hơn 1000V.
Trong buồng dập hồ quang thông dụng, các tấm thép được sắp xếp thành lưới ngăn để chia nhỏ hồ quang thành nhiều đoạn, giúp việc dập tắt hồ quang trở nên hiệu quả hơn Hệ thống truyền động cắt Aptomat đóng vai trò quan trọng trong quá trình này.
Truyền động cắt Aptomat có hai phương pháp chính: điều khiển bằng tay và điều khiển bằng cơ điện (điện từ, động cơ điện) Phương pháp điều khiển bằng tay thường áp dụng cho các Aptomat có dòng điện định mức tối đa 600A, trong khi điều khiển bằng điện từ được sử dụng cho các Aptomat có dòng điện lớn hơn, lên đến 1000A Để tăng cường lực điều khiển bằng tay, người ta sử dụng tay dài phụ theo nguyên lý đòn bẩy Ngoài ra, còn có các phương pháp điều khiển khác như động cơ điện hoặc khí nén.
Các phần tử bảo vệ trong Aptomat bao gồm bảo vệ quá tải, bảo vệ ngắn mạch, bảo vệ sụt áp, bảo vệ dòng điện dư và bảo vệ tổng hợp qua tổ hợp mạch điện tử Để bảo vệ thiết bị khỏi quá tải, Aptomat thường sử dụng phần tử bảo vệ quá tải có cấu trúc tương tự như rơle nhiệt Tuy nhiên, loại này có nhược điểm là quán tính nhiệt lớn và không thể bảo vệ được tình trạng ngắn mạch.
Phần tử bảo vệ ngắn mạch trong Aptomat được thiết kế với cuộn dây nối tiếp với mạch điện chính Khi dòng điện vượt quá giới hạn cho phép, phần ứng sẽ bị hút, dẫn đến việc nhả khớp rơi tự do và mở tiếp điểm của Aptomat, đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.
Phần tử bảo vệ sụt áp có cuộn dây kết nối với điện áp nguồn; khi xảy ra sự cố sụt áp hoặc mất điện áp, lực hút điện từ không đủ để giữ phần ứng Lò xo phản lực sẽ đẩy phần ứng, dẫn đến việc nhả khớp và mở tiếp điểm của Aptomat.
Phần tử bảo vệ dòng điện dư được thiết kế để bảo vệ nhiều thông số quan trọng, bao gồm các mạch vi điện tử trong các hệ thống đo lường so sánh, khuếch đại và chấp hành.
Nó tự động ngắt mạch khi dòng điện trong mạch vượt quá trị số I Cđ Khi I
Lực điện từ của nam châm điện thắng sức cản của lò xo, khiến nắp bị kéo làm mấu giữa thanh và đòn bật ra Lò xo ngắt kéo tiếp điểm động ra khỏi tiếp điểm tĩnh, dẫn đến việc mạch điện bị ngắt Aptomat dòng cực đại được sử dụng để bảo vệ mạch điện khỏi tình trạng quá tải hoặc ngắn mạch.
Hình 2.6: Nguyên lý hoạt động Aptomat dòng cực đại
2.2.5 Chọn Aptomat cho mạch Điều kiện:
- Dòng điện tính toán đi trong mạch
- Khả năng thao tác có chọn lọc
Khi lựa chọn Aptomat, cần xem xét đặc tính làm việc của phụ tải, vì Aptomat không được phép ngắt khi có quá tải ngắn hạn, thường xảy ra trong điều kiện làm việc bình thường như dòng điện khởi động và dòng điện đỉnh trong phụ tải công nghệ.
Yêu cầu chung là dòng điện định mức của các phần tử bảo vệ I AP không được bé hơn dòng điện tính toán I tt của mạch:
Tùy thuộc vào đặc điểm và điều kiện làm việc của phụ tải, việc lựa chọn dòng điện định mức cho Aptomat bảo vệ thường được hướng dẫn là 125%, 150% hoặc cao hơn so với dòng điện tính toán của mạch Cần chọn Aptomat dựa trên các thông số kỹ thuật do nhà chế tạo cung cấp.
Công tắc tơ là thiết bị quan trọng dùng để điều khiển dòng điện, giúp đóng ngắt các động cơ và máy phát có công suất lớn hoặc nhỏ Thiết bị này hoạt động thông qua các tiếp điểm tích hợp, dựa trên nguyên lý co đẩy của lò xo bên trong.
Hình 2.7: Hình dạng thực tế của công tắc tơ
- Công tắc tơ dùng để đóng cắt từ xa, tự động hoặc bằng nút ẩn các mạch diện lực có phụ tải, điện áp đến 500V, dòng điện đến 600A.
- Công tắc tơ có hai vị trí đóng - cắt, được chế tạo có tần số đóng - cắt lớn, tấn số đóng cắt đến 1500lần / giờ.
2.3.3 Phân loại a) Theo nguyên lý truyền động
- Công tắc tơ kiểu điện từ.
- Công tắc tơ kiểu hơi ép
- Công tắc tơ kiểu thuỷ lực. b) Theo dạng dòng điện
- Công tắc tơ một chiều.
- Công tắc tơ xoay chiều. c) Theo kết cấu
- Công tắc tơ dùng ở nơi hạn chế chiều cao (ví dụ: ở bảng điện gầm xe).
- Công tắc tơ hạn chế chiều rộng (ví dụ: ở buồng xe diện). d) Các bộ phận chính của công tắc tơ:
- Hệ thống tiếp điểm chính;
- Hệ thống dập hổ quang:
- Hệ thống tiếp điểm phụ.
2.3.4 Các yêu cầu cơ bản đối với công tắc tơ a) Điện áp định mức
Trên công tắc tơ thường ghi hai loại điện áp
- Uđm là điện áp mạch điện mà tiếp điểm chính phải đóng cắt, thường được ghi trên vỏ nhãn.
Cuộn dây hút có điện áp định mức cho phép hoạt động hiệu quả trong khoảng từ 85% đến 105% điện áp định mức Thông tin này thường được ghi rõ trên cuộn dây để người sử dụng dễ dàng nhận biết.
- Điện áp định mức có các cấp 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều. b) Dòng điện định mức ( Iđm)
Là dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính trong chế độ gián đoạn
- Lâu dài, nghĩa là ở chế độ này thời gian công tắc tơ ở trạng thái đóng không lâu quá 8 giờ.
Khi đặt công tắc tơ hạ áp trong tủ có điều kiện làm mát kém, cần chọn dòng điện cao hơn 10%, và nếu sử dụng lâu dài, nên chọn dòng cao hơn nữa Các cấp dòng điện định mức của công tắc tơ hạ áp bao gồm 10, 20, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 250, 300, và 600A Ngoài ra, cần chú ý đến khả năng cắt và khả năng đóng của thiết bị.
Khả năng cắt và khả năng đóng là dòng điện cho phép qua tiếp điểm chính khi cắt và khi đóng mạch.
Rơle nhiệt
Rơle nhiệt là thiết bị điện quan trọng giúp bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi tình trạng quá tải, thường được sử dụng kết hợp với công tắc tơ Do có quán tính nhiệt lớn, rơle nhiệt không phản ứng ngay lập tức với dòng điện mà cần một khoảng thời gian từ vài giây đến vài phút để làm nóng, vì vậy nó không phù hợp để bảo vệ chống lại hiện tượng ngắn mạch.
Thường khi dùng rơle nhiệt để bảo vệ quá tải người ta phải đặt kèm thêm với cầu chì để bảo vệ ngắn mạch.
Hình 2.11: Hình ảnh thực tế 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.
Có ba phương thức đốt nóng chính: Đốt nóng trực tiếp, trong đó dòng điện đi qua tấm kim loại kép, tuy đơn giản nhưng không tiện dụng khi thay đổi dòng điện định mức Đốt nóng gián tiếp sử dụng phần tử đốt nóng độc lập, cho phép thay đổi dòng điện dễ dàng hơn, nhưng có nguy cơ phần tử đốt nóng bị cháy do nhiệt độ cao trong trường hợp quá tải Cuối cùng, đốt nóng hỗn hợp kết hợp cả hai phương pháp, mang lại tính ổn định nhiệt cao và khả năng làm việc ở bội số quá tải lớn.
Hình 2.12: Cấu tạo của rơle nhiệt
2 Tiếp điểm thường đóng (NC)
3 Tiếp điểm thường mở (NO)
4 Vít chỉnh dòng điện tác động
Rơle nhiệt có cấu tạo gồm 1 tiếp điểm NC (tiếp điểm thường đóng) và 1
Tiếp điểm NC: khi quá tải tiếp điểm NC sẽ mở, tiếp điểm NC được mắc nối tiếp với mạch điều khiển (cuộn hút contactor).
Tiếp điểm NO: khi quá tải tiếp điểm NO sẽ đóng, thường dùng để kết nối với đèn hay còi báo động khi có sự cố xảy ra.
2.4.4 Nguyên lý hoạt động của rơle nhiệt
Rơle nhiệt là một thiết bị được cấu tạo từ hai tấm kim loại bimetal, trong đó một tấm có hệ số giãn nở thấp, thường là invar (gồm 36% Ni và 64% Fe), và một tấm có hệ số giãn nở cao, thường là đồng thau hoặc thép crôm - niken, với khả năng giãn nở gấp 20 lần so với invar Hai phiến kim loại này được kết hợp với nhau thông qua phương pháp cán nóng hoặc hàn để tạo thành một tấm duy nhất.
Khi đốt nóng, dòng điện làm phiến kim loại kép uốn cong về phía kim loại có hệ số giãn nở nhỏ hơn Để đạt được độ uốn cong lớn, phiến kim loại cần có chiều dài lớn và mỏng Nếu cần lực đẩy mạnh, nên chế tạo tấm phiến rộng, dày và ngắn.
2.4.5 Chọn rơle nhiệt Đặc tính cơ bản của rơ le nhiệt là quan hệ giữa thời gian tác động và dòng điện phụ tải chạy qua (còn gọi là đặc tính thời gian dòng diện) Mặt khác đế đảm bảo yêu cầu giữ được tuối thọ lâu dài của thiết bị theo đúng số liệu kỹ thuật đã cho của nhà sản xuất, các đối tượng cân bảo vệ cũng có đường đặc tính thời gian - dòng điện (đườngl).
Để lựa chọn rơ le nhiệt phù hợp, cần đảm bảo rằng đường đặc tính Ampe-giây của rơ le (đường 2) gần sát với đường đặc tính Ampe-giây của thiết bị cần bảo vệ (đường 1) nhưng thấp hơn một chút Việc chọn rơ le quá thấp sẽ không tận dụng được công suất của động cơ điện, trong khi chọn quá cao sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị bảo vệ.
Hình 2.13: Các đường đặc tính thời gian- dòng điện của rơle nhiệt
Để lựa chọn rơ-le nhiệt phù hợp, cần chọn dòng điện định mức của rơ-le tương ứng với dòng điện định mức của động cơ điện được bảo vệ Rơ-le sẽ hoạt động khi giá trị dòng điện đạt từ (1,21,3)Iđm.
2.4.6 Ký hiệu của role nhiệt
Rơle thời gian
2.5.1 Khát quát và công dụng
Rơle thời gian, còn được gọi là rơle trễ thời gian hay bộ trễ, là thiết bị có khả năng phát tín hiệu ở đầu ra sau khi nhận tín hiệu vào sau một khoảng thời gian xác định.
Hệ thống tiếp điểm sử dụng để điều chỉnh thời gian đóng hoặc mở chậm, so với thời điểm tín hiệu được đưa vào rơle Thời gian trễ này có thể kéo dài từ vài giây cho đến hàng giờ.
Hình 2.15: Hình ảnh thực tế một số rơle thời gian
2.5.2 Phân loại của rơle thời gian
– Relay thời gian tác động trễ (On-delay relay timer)
– Rơle thời gian ngắt (dừng) trễ (Off-delay relay timer)
Hình 2.16: Ký hiệu rơle thời gian
2 Tiếp điểm thường đóng mở chậm:
3 Tiếp điểm thường mở đóng chậm
2.5.3 Cấu tạo của rơle thời gian
Bộ phận động lực có vai trò quan trọng trong việc nhận tín hiệu đầu vào từ nguồn năng lượng điện và chuyển đổi nó thành năng lượng phù hợp cho bộ phận tạo thời gian hoạt động.
- Bộ phận tạo thời gian: Có chức năng kéo dài thời gian trễ của rơle.
- Bộ phận đầu ra : Rơle phát tín hiệu ra bằng sự thay đổi trạng thái đóng, mở các tiếp điểm.
2.5.4 Nguyên lý hoạt động của rơle thời gian
Khi rơle thời gian on-delay được cấp nguồn, các tiếp điểm tác động sẽ không chuyển đổi trạng thái ngay lập tức, mà sẽ hoạt động theo thời gian đã được cài đặt Các tiếp điểm thường đóng sẽ mở ra và các tiếp điểm thường hở sẽ đóng lại sau một khoảng thời gian nhất định.
Sau một khoảng thời gian nhất định, các tiếp điểm tác động theo thời gian sẽ chuyển sang trạng thái mới và giữ nguyên trạng thái này Khi nguồn điện cho cuộn dây ngừng hoạt động, tất cả các tiếp điểm tức thời sẽ trở lại trạng thái ban đầu.
Khi rơle thời gian off-delay được cấp nguồn, các tiếp điểm sẽ tác động tức thời và duy trì trạng thái này.
Khi không cung cấp nguồn cho cuộn dây, các tiếp điểm sẽ không trở về trạng thái ban đầu ngay lập tức Sau một khoảng thời gian nhất định, các tiếp điểm có tính thời gian sẽ tự động chuyển về trạng thái ban đầu.
THIẾT KẾ , LẮP RÁP MẠCH
Sơ đồ nguyên lý
Hình 3.1: Sơ đồ mạch động lực
Nguyên lý làm việc
Cấp nguồn cho mạch điện : Đóng AP1, AP2.
Khi nhấn nút S2 (9;11), công tắc tơ K1 (13;0) được cấp điện, làm cho các tiếp điểm thường mở K1 (9;11) và (7;21) đóng lại, duy trì hoạt động Rơle thời gian KT1 (29;0) cũng được cấp điện, đèn H1 sáng, và tiếp điểm thường đóng K1 (17;19) mở ra, ngăn chặn sự hoạt động của K2 (19;0) Các tiếp điểm mạch động lực K1 (2;8), (4;10), (6;12) đóng lại, cung cấp nguồn cho động cơ M khởi động qua hai cấp điện trở phụ Sau thời gian đã định, KT1 (29;0) tác động, làm cho tiếp điểm thường mở đóng chậm KT1 (25;27) đóng lại, cấp điện cho công tắc tơ K3 (27;0) Tiếp điểm thường mở K3 (25;27) duy trì, rơle thời gian K2T (27;0) có điện, và tiếp điểm thường đóng K3 (21;29) mở ra, cắt điện cho KT1 (29;0) Các tiếp điểm mạch động lực K3 (20;28), (22;28), (24;28) đóng lại, loại điện trở R1 Sau khoảng thời gian đã định, K2T (27;0) tác động, tiếp điểm thường mở đóng chậm K2T (21;23) đóng lại, cấp điện cho công tắc tơ K4 (23;0) Tiếp điểm thường mở K4 (21;23) duy trì, đèn H2 sáng, trong khi tiếp điểm thường đóng K4 (21;25) mở ra, cắt nguồn cho CTT K3 (27;0) và K2T (27;0) Cuối cùng, các tiếp điểm mạch động lực K4 (14;26), (16;26), (18;26) đóng lại, loại điện trở R2, đưa động cơ M hoạt động bình thường.
+ Quay ngược: Tương tự quay thuận ấn S1 (7;9) )→ Công tắc tơ K2 (19;0) có điện. b, Dừng máy
Muốn dừng máy ấn S (5;7) ngắt điện toàn mạch điều khiển, động cơ dừng hoạt động Kết thúc quá trình làm việc ta ngắt AP1, AP2 c, Thiết bị bảo vệ
Khi xảy ra tình trạng quá tải, rơle nhiệt F2 sẽ kích hoạt, dẫn đến việc tiếp điểm thường đóng F2(3;5) mở ra và ngắt mạch điều khiển Đồng thời, tiếp điểm thường mở F2(3;31) sẽ đóng lại, khiến đèn H3 sáng lên để thông báo về sự cố.
Tính toán chọn thiết bị
Động cơ không đồng bộ ba pha roto lồng sóc có điện áp định mức
U đm =¿ 380V ,công suất định mức P đm =¿2,2 kW , hệ số cos φ=0 , 85 , hiệu suất động cơ η đm =0,9, Hệ số K mm =6, Điều kiện khởi động nhẹ α =2,5.
Dòng điện định mức của động cơ :
Ta chọn công tắc tơ:
+ Điện áp định mức cuộn hút ≥ 220V
Vậy ta chọn công tắc tơ
+ Điện áp định mức cuộn hút = 220V
Ta chọn relay nhiệt có thông số kĩ thuật:
Quy trình lắp ráp mạch
a) Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ
- Một aptomat 3 pha , 1 aptomat 1 pha
- Khoan, tô vít, ốc vít, kéo, dây dẫn, đầu cosse chữ y phủ nhựa. b) Thiết kế lắp ráp
- Tâm nhôm đủ tiêu chuẩn để lắp ráp thiết bị
- Lắp ráp linh kiện và đi dây trên tấm nhôm
Hình 3.3: Sơ đồ bố trí thiết bị
Hình 3.4: Sản phẩm hoàn thành
