Bài giảng khí cụ điện áp

bài giảng khí cụ điệnBài tập khí cụ điệnslide bài giảng khí cụ điệntài liệu bài giảng khí cụ điệnbài giảng khí cụ điện cao ápbài giảng khí cụ điện hạ ápbài giảng khí cụ điện hạ thếbài giảng khí cụ điện chương 1bài tập khí cụ điện hạ ápbai giang khi cu dien chuong 3

TRƯỜNG ĐẠI HỌC NHA TRANG

KHOA ĐIỆN-ĐIỆN TỬ -

Bài giảng

KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP

BIÊN SOẠN: G VC NGUYỄN THỊ NGỌC SOẠN

Nha trang, tháng 6 năm 2013 LƯU HÀNH NỘI BỘ

CHƯƠNG 1

KHÍ CỤ ĐIỆN

I KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI

1 Khái niệm: Khí cụ điện là những thiết bị dùng để đóng cắt, điều khiển, điều chỉnh và bảo vệ cho

mạch điện, lưới điện, máy điện

2 Phân loại

a Theo chức năng

- Đóng cắt: cầu dao, áp tô mát, công tắc…

- Điều khiển: công tắc tơ, rơle thời gian, bộ khống chế…

- Bảo vệ: áp tô mát, cầu chì, rơle nhiệt…

- Cấu tạo: có tiếp điểm, không tiếp điểm

b Theo dòng điện: một chiều (DC) và xoay chiều (AC)

c Theo nguyên lý làm việc: điện từ, cảm ứng, nhiệt, tốc độ…

d Theo cách vận hành: bằng tay hoặc tự động

3 Yêu cầu đối với khí cụ điện

- Đảm bảo sử dụng lâu dài với các thông số kỹ thuật ở định mức

- Ổn đinh nhiệt, ổn định động, vật liệu chịu nóng tốt và có độ bền cơ khí cao

- Vật liệu cách điện tốt, bảo đảm làm việc chính xác an toàn, kích thước phù hợp

II KHÍ CỤ ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY

Công tắc có thể chịu được điện áp một chiều lên đến 440V và điện áp xoay chiều lên đến 500V

Công tắc được bố trí trong hộp kín đảm bảo các yêu cầu về cách điện, chống ẩm, chống dầu Công tắc điện có bố trí cơ cấu lò xo nên việc đóng cắt xảy ra nhanh và dứt khoát, hạn chế được hồ quang

1.2 Phân loại và cấu tạo

 Theo hình dạng:

o Loại kín

o Loại hở

1.3 Các thông số kỹ thuật cơ bản của công tắc

 Điện áp định mức U đm: là điện áp lâu dài của mạch điện mà công tắc khống chế, điện áp định

mức có thể là 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều

 Dòng điện định mức I đm: là dòng điện dài hạn qua tiếp điểm của công tắc mà không làm hỏng

tiếp điểm

 Tuổi thọ cơ khí: Được tính bằng số lần đóng ngắt, thường vào khoảng 1 triệu lần đóng ngắt

không điện và 200 ngàn lần đóng ngắt có dòng điện định mức

 Điện áp cách điện: Điện áp thử cách điện

1.4 Các loại công tắc

a Công tắc nguồn 1 chiều

 Loại công tắc xoay

Hình 1.2 Công tắc nguồn chiều loại vặn 4 vị trí

 Dòng điện định mức liên tục 300A

 Dòng điện định mức không liên tục 400A

 Điện áp định mức 36VDC

 Vỏ của công tắt có thể toả sáng trong điều kiện thiếu ánh sáng giúp cho việc vận hành được

dễ dàng hơn

 Vỏ được làm bằng vật liệu carbon đa phân tử nên có thể chống cháy

 Tiếp điểm của loại công tắt này được thiết kế có tiết diện lớn, điện trở cách điện nhỏ, không

nóng khi hoạt động và hạn chế được hiện tượng sụt áp

 Loại công tắc bật

Hình 1.3 Công tắc nguồn 1 chiều loại bật

 Điện áp định mức 12VDC

 Dòng điện định mức 25A

 Tiếp điểm được làm bằng bạc

 Có 4 đầu nối dây

 Có 2 vị trí là đóng (on) và ngắt (off)

b C ông tắc nguồn xoay chiều

Hình 1.4 Công tắc nguồn xoay chiều 2 vị trí 4 cực

 Loại công tắc này cho phép kết nối 2 hoặc nhiều nguồn AC khác nhau vào cùng 1 mạch điện

 Vị trí “Shore” có thể kết nối điện áp định mức 120V AC

 Vị trí “Gen” có thể kết nối điện áp định mức 120V-240V AC

 Dòng điện định mức 65A

c Công tắc nguồn một chiều (DC) và xoay chiều (AC)

Hình 1.5 Công tắc nguồn DC-AC

 Điện áp xoay chiều định mức 250VAC

c Công tắc hành trình (Limit switch)

Công tắc hành trình dùng để đóng ngắt các mạch điện điều khiển trong truyền động điện tự động hoá, tùy thuộc vị trí cữ gạt ở các cơ cấu chuyển động cơ khí nhằm tự động điều khiển hành trình làm việc, hay tự động ngắt điện ở cuối hành trình để đảm bảo an toàn

Hình 1.6 Công tắc hành trình kiểu ép và kiểu con lăn

Ví dụ: Trong hệ thống lái tàu thủy, yêu cầu bánh lái chỉ được phép quay một góc 35o trái hoặc phải, khi bánh lái đạt đến giới hạn này, công tắc hành trình sẽ tác động ngắt tín hiệu điều khiển và bánh lái không thể quay hơn được nữa

 Dòng điện đóng điện: 12,5A

 Dòng điện cắt: 12,5A

 Dòng thời gian giữa 2 chu kỳ là 2 giây

 Dây nối điện :

- Đối với phích cắm: tối thiểu 0.75mm2, tối đa 1mm2

- Lỗ cắm tối thiểu 1mm2, tối đa 2.5mm2

 Vị trí lắp đặt dây dẫn nối điện là thẳng đứng tối 1mm2 –2.5mm2

2.3 Các loại phích cắm và ổ cắm thường được dùng

a Phích cắm-ổ cắm kín nước

 Loại phích căm-ổ cắm này được làm từ hợp kim crôm và kẽm

 Thường được sử dụng trên boong tàu vì nó có thể kín nước

 Điện áp định mức 12÷32V DC

 Dòng điện định mức 15A

Hình 1.8 Phích cắm - ổ cắm kín nước

 Có 2 bộ tiếp điểm để đấu nối

 Miếng cao su đính kèm dùng để đậy và cách ly ổ cắm với nước khi không có phích cắm

b Phích cắm-ổ cắm rẻ nhánh

Hình 1.9 Phích cắm -ổ cắm dạng hình Y

 Thiết bị này thường được dùng để chia nguồn điện làm đôi cho 2 thiết bị sử dụng điện khác

nhau

 Các đầu nối có khóa bảo vệ

 Loại này cách ly đối với nước nên thích hợp sử dụng ở những nơi ẩm ước

c Phích căm-ổ cắm tích hợp

 Dòng điện định mức của phích cắm là 30A

 Dòng điện định mức của ổ cắm là 20A

Hình 1.10 Phích cắm - ổ cắm tích hợp

 Loại thiết bị này giúp cho người sử dụng có thể lựa chọn loại ổ cắm hoặc phích cắm thích hợp khi sử dụng

 Thiết bị này có thể cách ly đối với nước

 Các tiếp điểm, đầu nối bên trong đã được cách ly với bên ngoài nên rất an toàn khi sử dụng

Nút nhấn còn gọi là nút điều khiển, là một loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt từ xa các thiết bị

điện từ khác nhau, các dụng cụ báo hiệu, và cũng để chuyển đổi các mạch điện điều khiển, tín hiệu, liên động, bảo vệ vv… ở mạch điện một chiều điện áp đến 440V và mạch xoay chiều điện áp đến 500V, tần số 50Hz

 Nút nhấn được dùng phổ biến trong việc khởi động, dừng và đảo chiều quay động cơ điện bằng cách đóng và ngắt các mạch cuộn dây hút của các công tắc tơ, khởi động từ mắc ở mạch động lực của động cơ

 Nút nhấn thường được đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút ấn

 Nút nhấn thường được nghiên cứu chế tạo để làm việc trong môi trường không ẩm ướt, không

có hơi hoá chất và bụi bẩn

 Nút nhấn có thể bền tới 1.000.000 lần đóng không tải và 200.000 lần đóng có tải

3.2 Phân loại và cấu tạo

- Theo hình dạng bên ngoài ta chia nút nhấn thành 4 loại:

 Nút nhấn kiểu hở được đặt trên bề mặt một giá đặt trong bảng điện, hộp nút ấn hay ở tủ điện

Hình 1.13 Nút nhấn kiểu bảo vệ chống nước trên tàu

 Nút nhấn kiểu chống nổ được dùng trong các hầm lò, hoặc nơi có khí nổ lẫn không khí Cấu tạo của nó đặc biệt kín khít không lọt được tia lửa ra ngoài và đặc biệt vững chắc để không bị phá vỡ khi

nổ

 Theo cấu tạo bên trong ta có nút nhấn có đèn báo, không có đèn báo

3.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

 Nút nhấn có đặc tính tự hoàn nguyên, có nghĩa là khi tác động một lực lên nó thì các tiếp điểm

của nút nhấn thay đổi trạng thái, khi ngừng tác động thì các tiếp điểm tự trở về trạng thái cũ

 Loại nút nhấn có chốt cài thì có thể sử dụng như nút nhấn bình thường (tự hoàn nguyên) hoặc

sử dụng ở chế độ cài Sau khi tác động, các tiếp điểm thay đổi trạng thái, nếu ngừng tác động thì các tiếp điểm tự trở về trạng thái cũ, nhưng nếu thực hiện cài (thường sử dụng thao tác xoay nút nhấn) thì các tiếp

điểm vẫn ở trạng thái mới cho đến khi có tác động ngừng cài

ra sẽ rất lớn, tiếp xúc sẽ bị phá huỷ trong một thời gian rất ngắn và khơi mào cho việc phát sinh hồ quang giữa các pha; từ đó vật liệu cách điện sẽ bị hỏng, nguy hiểm cho thiết bị và người thao tác

Cầu dao cần đảm bảo ngắt điện tin cậy các thiết bị dùng điện ra khỏi nguồn điện áp.Do đó khoảng cách giữa tiếp xúc điện đến và đi, tức chiều dài lưỡi dao cần phải lớn hơn 50mm Đôi khi ở cầu dao người ta cũng bố trí cả cầu chì để bảo vệ ngắn mạch

4.2 Phân loại và cấu tạo

 Theo kết cấu, người ta chia cầu dao làm loại 1 cực, 2 cực, 3 cực hoặc 4 cực

Cầu dao 1 cực Cầu dao có lưỡi dao phụ

1

2

3

Hình 1.14 Các loại cầu dao

 Người ta cũng chia cầu dao ra loại có tay nắm ở giữa hay tay nắm ở bên Ngoài ra còn có cầu dao một ngã và cầu dao hai ngã

 Theo điện áp định mức: 250V và 500V

 Theo dòng điện định mức: 15, 25, 30 (40), 60, 75, 100, 150, 350, 600, 1000A

 Theo vật liệu cách điện, có các loại đế sứ đế nhựa bakêlit, đế đá

 Theo điều kiện bảo vệ, có loại không có hộp, có loại có hộp che chắn ( nắp nhựa, nắp gang, nắp sắt vv…)

 Theo yêu cầu sử dụng, người ta chế tạo cầu dao có cầu chì bảo vệ và loại không có cầu chì bảo

là tan ra Cầu chì được sử dụng từ khi con người phát minh ra điện năng

 Cầu chì có đặc điểm là đơn giản, kích thước bé, khả năng cắt lớn và giá thành thấp nên ngày nay vẫn được ứng dụng rộng rãi

 Các phần tử cơ bản của cầu chì là dây chảy (để cắt mạch điện cần bảo vệ) và thiết bị dập tắt hồ quang để dập tắt hồ quang phát sinh ra sau khi dây chảy bị đứt Ở mạch điện hạ thế đôi khi người ta không cần dùng thiết bị dập tắt hồ quang

1.2 Các loại cầu chì

Cầu chì được sản xuất dưới nhiều hình dạng và kích thước khác nhau Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại cầu chì, nhưng về cơ bản thì có hai loại chính:

a Cầu chì ống

Cầu chì ống thường có 4 loại cơ bản:

 Loại 1: hai đầu được bọc sắt, thân làm bằng thuỷ tinh và dây chảy được làm bằng chì dùng

để nối hai đầu cầu chì lại với nhau

 Loại 2: Tương tự như loại 1 nhưng thân được làm bằng các sợi thuỷ tinh

 Loại 3: Tương tự như loại 1 nhưng dây chảy được làm bằng vật liệu là ribbon

 Loại 4: Dây chảy là thanh hợp kim mỏng được làm từ kẽm và đồng thau

Loại cầu chì ống hiện nay được sử dụng rộng rãi trong nhiều ứng dụng khác nhau Hiện nay người ta đã chế tạo được cầu chì có thể chịu được điện áp định mức gần 10.000 volt và dòng điện định mức trong khoảng 0.002÷10.000ampe

Ngoài ra, cầu chì ống còn được dùng để bảo vệ quá nhiệt với nhiệt độ trong khoảng: 65÷410oF

Hình 1.15 Các loại cầu chì hình ống

b Cầu chì loại vặn (Plug-type fuses)

Cầu chì loại vặn có dây chảy được làm bằng vật liệu ribbon

Hình 1.16 Cầu chì loại vặn

Hình 1.17 Cầu chì có hộp bằng bảo vệ làm từ lexan

 Cầu chì hình chữ T

Hình 1.18 Cầu chì hình chữ T

1.3 Lựa chọn cầu chì

 Đặc tính cơ bản của cầu chì là sự phụ thuộc của thời gian chảy đứt với dòng điện chạy qua (đặc tính ampe-giây) Để có tác dụng bảo vệ, đường ampe-giây của cầu chì (đường 1, hình 1.18) tại mọi thời điểm đều phải thấp hơn đường đặc tính của đối tượng được bảo vệ (đường 2, hình 1.18)

 Đường đặc tính thực tế của cầu chì được biểu thị bằng đường cong 3

 Trong miền quá tải lớn (vùng B), cầu chì bảo vệ được đối tượng

 Trong miền quá tải nhỏ (vùng A), cầu chì không bảo vệ được đối tượng

Hình 1.18 Đặc tính ampe-giây của cầu chì

 Trong thực tế, khi quá tải không lớn (1.5-2Iđm) thì sự phát nóng của cầu chì diễn ra chậm và phần lớn nhiệt lượng đều tỏa ra môi trường xung quanh Do đó cầu chì không bảo vệ được quá tải nhỏ

 Trị số dòng điện mà dây chảy của cầu chì bị chảy đứt khi đạt tới nhiệt độ giới hạn được gọi là dòng điện giới hạn (Igh)

 Để dây chảy của cầu chì không chảy đứt ở dòng điện làm việc định mức Iđm, cần phải đảm bảo điều kiện Igh > Iđm

 Để bảo vệ tốt và nhạy, dòng điện giới hạn phải không lớn hơn dòng định mức nhiều

 Đối với đồng : Igh / Iđm = 1.6÷2

 Đối với chì : Igh / Iđm = 1.25÷1,45

 Đối với hợp kim chì thiết : Igh / Iđm = 1.15

 Dòng điện định mức của cầu chì được lựa chọn sao cho khi chạy liên tục qua dây chảy, chỗ phát nóng lớn nhất của dây chảy không làm cho kim loại bị oxy hóa quá mức và biến đổi đặc tính bảo vệ;

đồng thời nhiệt phát ra ở bộ phận bên ngoài của cầu chì cũng không vượt quá trị số ổn định

 Khi chọn mua cầu chì thì cần phải chú ý vào 3 yếu tố chính :

- Điện áp định mức

- Dòng điện định mức

- Thời gian trì hoãn của cầu chì

- Ngoài ra người sử dụng cần phải tham khảo phạm vi ứng dụng của và các thông tin

hướng dẫn sử dụng do nhà sản xuất cung cấp…

 Dòng định mức của cầu chì: là dòng điện lớn nhất đi qua cầu chì mà không làm đứt cầu

chì Dòng định mức luôn luôn đựơc ghi trên vòng sắt ở hai đầu của cầu chì Thông thường, các cầu chì được sử dụng trên tàu có dòng định mức có thể lên tới 200A, loại cầu chì này có thể dễ dàng tìm thấy trong các nguồn chiếu sáng khẩn cấp

 Điện áp định mức của cầu chì: thể hiện khả năng dập tắt hồ quang tức thì khi cầu chì bị

nóng chảy và nó cũng chính là điện áp lớn nhất dùng để ngăn hiện tượng phóng điện Nói cách khác, khi cầu chì bị đứt thì tất cả các điện áp mà nhỏ hơn điện áp định mức đều không thể gây ra hiện tượng phóng

điện tại khoảng trống trong cầu chì Vì vậy khi chọn cầu chì, ta phải chọn cầu chì cĩ điện áp định mức bằng hoặc cao hơn điện áp bảo vệ trong mạch điện

 Ký hiệu

2 CB ( CIRCUIT BREAKER)

2.1 Định nghĩa

CB (circuit breakers) là thiết bị dùng để đĩng ngắt và bảo vệ mạch điện Chức năng của CB cũng

gần giống như cầu chì CB sẽ tự động ngắt mạch khi cĩ sự cố ngắn mạch gây nên quá dịng hay quá nhiệt, nên cĩ người ta cịn gọi là cầu dao tự động hay là aptomat

Sự khác biệt giữa CB và cầu chì là CB cĩ thể sử dụng lại được CB bảo vệ mạch điện bằng cách ngắt mạch, nếu muốn sử dụng lại ta chỉ cần khởi động lại (reset)

2.2 Cấu tạo của CB

CB thơng thường cĩ 5 bộ phận chính: Sườn, tiếp điểm cơ khí, buồng dập hồ quang, các đầu nối dây và bộ phận đĩng ngắt

1- Cần gạt

2- Bộ truyền động cơ khí

3- Tiếp điểm cơ khí

4 - Các đầu nối 5- Thanh lưỡng kim nhiệt

6 - Vít điều chỉnh

7- Cuộn dây điện từ

8 - Buồng dập hồ quang

Hình 1.19 Cấu tạo chi tiết của CB

Buồng dập hồ quang: Dùng để hạn chế, chia nhỏ và dập tắt hồ quang xuất hiện ở giữa tiếp điểm

mỗi khi CB đĩng ngắt dịng điện Bộ phận dập hồ quang thực chất chỉ là các ngăn nhỏ được đặt nối tiếp với nhau

Hình 1.20 Buồng dập hồ quang

4

Các CB dùng trong các mạch cơng suất lớn thường cĩ buồng dập hồ quang Cịn các CB dùng trong các mạch điện cơng suất nhỏ như mạch đèn chiếu sáng thì thường khơng cĩ

 Các đầu nối dây: Dùng để nối CB với nguồn và tải

 Bộ phận đĩng ngắt: rất nhạy đối với sự cố quá tải Bộ phận đĩng ngắt cĩ thể sử dụng nhiệt

độ, từ tính, hoặc cả hai

2.3 Các loại CB

Hình 1.21 CB cĩ bảo vệ chống dịng rị

2.4 Nguyên lý làm việc của CB

CB sử dụng nam châm điện mắc nối tiếp với tải Khi dịng điện tải bình thường, nam châm khơng đủ

lực từ để di chuyển thanh đĩng ngắt Vì vậy tiếp điểm vẫn ở trạng thái đĩng

Hình 1.22 Hình tiếp điểm khi dịng tải bình thường

Khi dịng đi qua cuộn dây tăng lên thì lực điện từ cũng tăng lên, thanh đĩng ngắt sẽ bị nam châm hút Tiếp điểm sẽ được mở ra và dịng điện đưa vào thiết bị sẽ bị ngắt

Hình 1.23 Hình tiếp điểm khi dịng tải tăng lên

2.5 Các thơng số kỹ thuật cơ bản

+ Dòng tác động bảo vệ quá tải Ir (A): là giá trị dòng ngưỡng tác động của rơle nhiệt trong CB Các

CB công nghiệp cho phép hiệu chỉnh giá trị dòng này trong khoảng từ (0,7 - 1)In

+ Dòng tác động bảo vệ ngắn mạch Im (A): là giá trị dòng ngưỡng tác động cắt nhanh của cuộn dây điện từ trong CB Tùy theo loại CB mà Im có giá trị khác nhau

+ Khả năng cắt ngắn mạch ICu (A): là giá trị lớn nhất của dòng ngắn mạch mà CB có thể cắt được mà không bị hư hỏng

+ Dòng điện định mức In(A): là giá trị dòng điện liên tục lớn nhất cho phép qua CB ở nhiệt độ môi trường nhất định mà bộ phận bảo vệ quá dòng không tác động và nhiệt độ các bộ phận mang điện không vượt quá giới hạn cho phép

+ Điện áp định mức Uđm (V): là giá trị điện áp mà thiết bị có thể vận hành trong điều kiện vận hành bình thường

+ Đặc tuyến Ampe-giây của CB

Hình 1.24 Đặc tính Ampe-s của CB

Trước giá trị In thường có chữ cái B, C, hay D thể hiện dạng đặc tuyến của CB

Đối với CB dân dụng:

• Ngưỡng thấp dạng B : Im = (3 ÷ 5) In ; (In = Ir )

• Ngưỡng chuẩn dạng C : Im = (5 ÷ 10) In; (In = Ir )

• Ngưỡng cao dạng D : Im = (10 ÷ 20) In; (In = Ir )

Ví dụ: CB B100, CB này có dòng định mức In là 100A và đặc tuyến dạng B, Ir = 100A;

Im = 300  500A

Đối với CB công nghiệp:

• Ngưỡng thấp dạng B : Im = (2 ÷ 5) In; (0.7In ≤ Ir ≤ In)

• Ngưỡng chuẩn dạng C : Im = ( 5÷ 10) In; (0.7In ≤ Ir ≤ In)

Ví dụ: CB C500: CB này có dòng định mức là 500A và đặc tuyến dạng C; Ir = 350A  500A

Im = 2500  5000A

2.6 Cách chọn CB:

+ Điện áp định mức của CB: Uđm ≥ Umạng điện

+ Dòng điện định mức In của CB: Inhc ≥ Ilvmax (Inhc : dòng điện định mức sau khi hiệu chỉnh, Ilvmax : dòng điện tải lớn nhất trong mạch)

Ví dụ: Một CB có dòng điện định mức là 40A ở nhiệt độ môi trường là 300C, chỉ còn 35,6A khi nhiệt độ môi trường là 500C Các CB khi được lắp cạnh nhau trong tủ điện thì tác dụng nhiệt giữa chúng làm cho giá trị dòng định mức của CB giảm xuống

+ Dịng điện tác động của CB: Im ≥ Inm (Inm là dịng điện ngắn mạch của đối tượng)

+ Dịng chịu đựng của CB: ICu ≥ Inmmax (Inmmax: Dòng ngắn mạch lớn nhất của đối tượng)

2.7 Phối hợp bảo vệ nhiều CB

Hình bên dưới mơ tả cách sử dụng CB trong hệ thống phân phối điện CB1 là CB tổng, nĩ sẽ chịu dịng của tồn bộ 7 tải CB2 sẽ chịu dịng của 4 tải: 1,2,3 và 4 CB3 sẽ chịu dịng của 3 tải:5,6 và 7 Nếu như tất cả các CB đều cĩ dịng điện tác động như nhau thì khi tải 5 quá tải sẽ làm nhảy 3 CB đĩ là:

CB1,CB3 và CB8 Khi đĩ tất cả 7 tải sẽ bị ngắt nguồn hết mặc dù chỉ cĩ tải 5 là quá tải

Để tránh tình trạng trên xảy ra thì cần phải chọn CB và CB1 cĩ dịng điện tác động lớn nhất, CB2

và CB3 cĩ dịng điện tác động vừa và các CB cịn lại cĩ dịng điện tác động nhỏ Khi tải 5 quá tải thì CB8

sẽ ngắt liền, do đĩ CB1 và CB3 khơng bị ảnh hưởng

Để phối hợp bảo vệ chính xác, cần phải căn cứ vào đặc tính Ampe-s

Hình 1.25 Sơ đồ các CB trong hệ thống

Ký hiệu:

 Rơle trung gian

 Theo nguyên lý làm việc

 Rơle điện từ (electromagnetic relay)

 Rơle nhiệt (thermal relay )

 Rơle tốc độ (speed relay )

 Rơle thời gian (time relay )

3.3 Rơle điện từ (electromagnetic relay)

a Khái niệm và công dụng

 Rơle điện từ là một loại khí cụ điện thường dùng để đóng ngắt mạch điện tự động Rơle điện từ thường được dùng trong các mạch khởi động động cơ, mạch điều khiển từ xa, mạch chống trộm…

 Rơle điện từ có 2 loại :

 Rơle điện từ 1 chiều: Dùng để điều khiển trong mạch điện 1 chiều

 Rơle điện từ xoay chiều: Dùng để điều khiển trong mạch điện xoay chiều

b Cấu tạo và nguyên tắc hoạt động của rơle điện từ

 Rơle điện từ có các bộ phận sau: lõi từ, cuộn dây, tiếp điểm thường đóng, tiếp điểm thường

mở, phần ứng, lò xo

Khi dòng điện chạy qua, cuộn dây sẽ sinh ra lực hút điện từ hút phần ứng về phía tiếp điểm C1 Lực hút điện từ có giá trị tỷ lệ thuận với bình phương dòng điện và tỷ lệ nghịch với khoảng cách khe hở mạch từ:

2 2

δ

ki

= F

Hình 1.26 Cấu tạo và hình dạng bên ngoài của rơle điện từ

Khi dòng điện trong cuộn dây nhỏ hơn dòng tác động i Itđ thì lực hút điện từ nhỏ hơn lực kéo lò xo F 

Flx, phần ứng đứng yên Khi i Itđ thì lực hút điện từ lớn hơn lực kéo lò xo F  Flx, phần ứng bị hút về phía làm cho khe hở mạch từ nhỏ nhất, tức là bị hút về phía C1 Khi khe hở mạch từ nhỏ, lực hút càng tăng, phần ứng được hút dứt khoát về phía C1

Khi dòng điện trong cuộn dây giảm i Itđ lực lò xo sẽ thắng lực hút điện từ Lò xo kéo tấm động ra khỏi phần tĩnh, khe hở mạch từ tăng, lực điện từ càng giảm, lò xo kéo dứt khoát phần ứng về phía C2.

c Các thông số cơ bản

 Điện áp định mức cuộn hút: là điện áp cấp cho cuộn hút làm việc ở chế độ lâu dài Điện áp này

có thể là một chiều 9V, 12V, 24V, 110V, 220V, 440V, và 24V, 110V, 220V, 440V xoay chiều Điện áp này ghi trên cuộn hút

 Dòng điện định mức I đm: Dòng điện dài hạn qua tiếp điểm của rơle mà không làm hỏng tiếp điểm

 Tuổi thọ cơ khí: Được tính bằng số lần đóng ngắt, thường là vài trăm ngàn lần đóng ngắt

không điện và một trăm ngàn lần đóng ngắt có dòng định mức

 Điện áp cách điện: Điện áp thử cách điện

 Thời gian tác động: Là khoảng thời gian trễ từ lúc dòng điện vượt quá giá trị tác động đến lúc

phần động được hút hoàn toàn vào phần tĩnh, thường vào khoảng từ 220ms

 Tần số tác động: Là số lần tác động trong một đơn vị thời gian

 Ký hiệu:

3.4 Rơle nhiệt (thermal relay)

a Khái niệm và công dụng

Rơle nhiệt là một loại khí cụ để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi bị quá tải, thường dùng kèm với khởi động từ, côngtắctơ Nó được dùng ở điện áp xoay chiều đến 500V, tần số 50Hz Một số kết cấu mới của rơle nhiệt có dòng điện định mức đến 150A, có thể dùng ở lưới điện một chiều, có điện áp đến 440V

Rơle nhiệt được đặt trong tủ điện, trên bảng điện, đằng trước hoặc đằng sau bộ phận cắt dây dẫn Rơle nhiệt không có tác động tức thời theo trị số dòng điện vì nó có quán tính nhiệt lớn, phải có thời gian

để phát nóng Do đó, nó làm việc có thời gian từ vài giây đến vài phút Vì vậy nó không thể dùng để bảo

hệ số giãn nở dài lớn hơn (thường dùng đồng thau hoặc thép crôm-niken) Hai tấm kim loại này được ghép chặt với nhau thành một phiến hoặc bằng phương pháp cán nóng, hoặc bằng phương pháp hàn

Hình 1.27 Tiếp điểm khi dòng tải bình thường và khi có dòng quá tải Khi bị đốt nóng, phiến kim loại kéo uốn cong về phía kim loại có hệ số giãn nở bé Sự phát nóng là do có dòng điện trực tiếp đi qua phần tử điện trở phát nóng đặt bao quanh phiến kim loại kép Khi dòng tải bình thường, phiến kim loại sẽ không bị nung nóng.Vì vậy, nó sẽ không bị uốn cong và tiếp điểm sẽ ở trạng thái đóng

Khi dòng điện của tải tăng lên sẽ nung nóng phiến kim loại và làm nó cong lại Tiếp điểm sẽ được

mở ra

Hình 1.28 Hình dạng bên ngoài của rơle nhiệt

Ký hiệu:

Phần tử đốt nóng Tiếp điểm thường đóng, thường mở

3.5 Rơle thời gian

 Rơle thời gian là một rơle có chức năng tạo ra thời gian duy trì cần thiết khi truyền tín hiệu từ một thiết bị này sang một thiết bị khác

 Trong hệ thống điều khiển, rơle thời gian được sử dụng tạo thời gian trễ cho cơ cấu tác động điều khiển, bảo vệ…Ví dụ trong hệ thống đèn xanh đỏ ở một nút giao thông, rơle thời gian duy trì đèn xanh sáng 30 giây, đèn vàng sáng 5 giây, đèn đỏ sáng 45 giây…hoặc trong hệ thống bảo vệ quá tải của động cơ điện, khi động cơ bị quá tải, rơle thời gian duy trì vài giây trước khi tác động bảo vệ dừng động

cơ, cho phép loại bỏ quá tải trong thời gian ngắn mà động cơ có thể chịu được

 Có nhiều nguyên tắc tạo trễ trong rơle thời gian:

 Tạo trễ bằng thủy lực

 Tạo trễ điện từ

 Tạo trễ bằng mạch điện tử

 Loại tạo trễ bằng cơ khí và thủy lực có kích thước cồng kềnh và giá thành đắt nên ngày nay ít

được sử dụng Hiện nay loại rơle thời gian điện từ và điện tử được sử dụng rộng rãi

3.5.1 Rơle thời gian kiểu thuỷ lực

Cuộn hút 1 quấn trên lõi từ 2 (Hình 1.36) được cấp điện sẽ hút nắp từ động 3 Lò xo 4 bị kéo căng

nhưng tiếp điểm 5 không đóng ngay vì Pít tông 6 chuyển động chậm do dầu nhờn trong xilanh cản lại Do

đó tiếp điểm đóng chậm (hoặc nhả chậm)

Khi cuộn hút 1 bị cắt điện thì quá trình nhả diễn ra cũng chậm Loại này dùng cả cho cuộn hút xoay chiều và một chiều

3.5.2 Rơle thời gian kiểu điện từ

Loại này sử dụng dòng DC (Hình 1.37) Mạch từ trụ 3 và mạch từ chử nhật dẹt đều có đặt vòng ngắn mạch 2 bao quanh Tiếp điểm rơle gắn trên nắp từ động 5

Khi đóng hay cắt điện cuộn hút 4, từ thông trong lõi từ biến thiên làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trong các vòng ngắn mạch Từ trường của các vòng ngắn mạch chống lại từ trường đã sinh ra nó, do đó tốc độ biến thiên của từ thông trong cuộn hút chậm lại Kết quả thời gian tác động của rơle cũng chậm lại Chỉnh định thời gian bằng cách: chỉnh độ căng của lò xo 6, độ căng của lò xo 7, khe hở giữa nắp từ động 5 và trụ 3

Hình 1.36 Rơle thời gian thủy lực Hình 1.37 Rơle thời gian điện từ

3.5.3 Rơle thời gian điện tử

Hình 1.38 Rơle thời gian tạo trễ bằng mạch điện tử

Ký hiệu: