nghiên cứu chế tạo mô hình thực tập mô hình quá tải động cơ điện 3 pha

Tuy nhiên, đa số các mô hình này chỉ tập trung vào việc giúp cho người học hiểu nguyên lý hoạt động, cách lắp ghép các thiết bị với nhau, chưa tạo ra các hư hỏng giả lập trên mô hình để

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÔ HÌNH THỰC TẬP

MÔ HÌNH QUÁ TẢI ĐỘNG CƠ ĐIỆN 3 PHA

MÃ SỐ: T2011 - 116

S 0 9

S 0 2

S KC 0 0 3 2 9 1

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG THKT - TH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH & CN CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÔ HÌNH THỰC TẬP BẢO VỆ QUÁ TẢI ĐỘNG CƠ ĐIỆN 3 PHA

Mã số: T2011-116

Chủ nhiệm đề tài: Ths Trần Văn Sỹ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC SƯ PHẠM KỸ THUẬT

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

ĐƠN VỊ TRƯỜNG THKT - TH

BÁO CÁO TỔNG KẾT

ĐỀ TÀI KH&CN CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÔ HÌNH THỰC TẬP BẢO VỆ QUÁ TẢI ĐỘNG CƠ ĐIỆN 3 PHA

Mã số: T2011-116

Chủ nhiệm đề tài:Ths Trần Văn Sỹ

DANH SÁCH NHỮNG NGƯỜI THAM GIA

THỰC HIỆN ĐỀ TÀI VÀ ĐƠN VỊ PHỐI HỢP CHÍNH

1 Th.S Trần Văn Sỹ Chủ nhiệm đề tài

2 Trường Trung học Kỹ thuật Thực hành Đơn vị phối hợp chính

MỤC LỤC



Mục lục i

Thông tin kết quả nghiên cứu

Mở đầu 1

1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước 1

2 Tính cấp thiết của đề tài 1

3 Mục tiêu của đề tài 2

4 Đối tượng nghiên cứu 2

5 Phương pháp tham khảo tài liệu 2

6 Phương pháp thực nghiệm 2

Chương 1: Xây dựng mô hình 3

I Động cơ không đồng bộ 3 pha 3

1 Khái niệm chung 3

2 Mô hình toán của động cơ điện 3 pha 3

II Rơ le nhiệt 5

1 Khái niệm 5

2 Nguyên lý hoạt động 5

3 Phân loại rơ le nhiệt 6

4 Chọn lực rơ le nhiệt 6

III EOCR - SS 7

IV Thiết Kế khối tải 9

V Thiết kế các khối trên mô hình 10

Chương 2: Tài liệu hướng dẫn thực hành trên mô hình 21

Bài 1: Giới thiệu về mô hình 21

Bài 2 : Mở máy trực tiếp động cơ điện 3 pha, bảo vệ bằng rơ le nhiệt 26

Bài 3 : Mở máy trực tiếp động cơ điện 3 pha, bảo vệ bằng EOCR - SS 29

Bài 4 : Đảo chiều quay động cơ 3 pha gián tiếp 32

Bài 5 : Đảo chiều quay động cơ 3 pha trực tiếp 35

Bài 6 : Mạch hoạt động có chu kỳ theo nguyên tắc thời gian 38

Bài 7 : Mạch đảo chiều quay động cơ khi động cơ bị quá tải 42

Kết luận và kiến nghị 46

MỞ ĐẦU

1 Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

Việc đổi mới phương pháp giảng dạy ở các trường đại học nói chung và các trường trung học chuyên nghiệp nói riêng đang được bộ giáo dục và đào tạo, các trường đại học, cao đẳng và trung học chuyên nghiệp quan tâm nhằm nâng cao chất lượng đào tạo đáp ứng nhu cầu xã hội Việc học đi đôi với hành là mục tiêu đặt ra hàng đầu Để kích thích sự thích thú, ham học hỏi, giúp học sinh nhanh chóng hiểu vấn đề, mô hình dạy học là một trong những yếu tố không thể thiếu trong quá trình dạy học

Hiện nay, các công ty sản xuất thiết bị dạy học ở trong và ngoài nước đã và đang nghiên cứu và xây dựng các mô hình phục vụ cho quá trình dạy và học ở các trường đại học, cao đẳng, trung học chuyên nghiệp và phổ thông Tuy nhiên, đa số các mô hình này chỉ tập trung vào việc giúp cho người học hiểu nguyên lý hoạt động, cách lắp ghép các thiết bị với nhau, chưa tạo ra các hư hỏng giả lập trên mô hình để giúp người học tư duy phán đoán vị trí hư hỏng và đưa ra phương án sửa chữa Đối với việc đào tạo bậc công nhân kỹ thuật, trung học chuyên nghiệp, việc dạy cho người học dựa và các hiện tượng hư hỏng để phán đoán vị trí hư hỏng và đưa ra phương án sửa chữa là cần thiết Vì có như thế, người học sau khi ra trường sẽ bắt nhịp nhanh với công việc

2 Tính cấp thiết của đề tài

Mặc dù khoa học kỹ thuật ngày càng phát triển, việc tự động hóa các dây truyền sản xuất ngày càng cao, các loại thiết bị hiện đại PLC ngày càng được sử dụng nhiều trong các máy móc, dây truyền sản xuất để thay thế cho mạch điều khiển có tiếp điểm Nhưng để truyền động cho các cơ cấu sản xuất thì động cơ điện không đồng bộ 3 pha không thể thiếu Việc bảo vệ động cơ điện nói chung và động điện 3 pha nói riêng là cần thiết Tuy nhiên , Hầu hết các trường trung cấp chuyên nghiệp, cao đẳng nghề chỉ mới cho học sinh thực tập

“ Mô hình này phục vụ cho việc giảng dạy môn thực tập trang bị điện và thực tập biến tần ở

trường Trung học Kỹ thuật Thực hành

3 Mục tiêu của đề tài

Đề tài : “ Nghiên cứu, chế tạo mô hình thực tập bảo vệ quá tải động cơ điện 3 pha “

sẽ giúp cho người học những kiến thức và kỹ năng sau:

 Hiểu nguyên lý hoạt động của động cơ điện khi bị quá tải động cơ điện KĐB 3 pha

 Hiểu nguyên lý hoạt động của một vài loại rơ le bảo quá tải quá tải động cơ điện KĐB 3 pha

 Biết lắp đặt các loại rơ le bảo vệ quá tải cho động cơ điện KĐB 3 pha

 Biết phân tích hiện tượng hư hỏng để tìm ra nguyên nhân hư hỏng và sử dụng thiết bị đo để xác định vị trí hư hỏng, đưa ra cách khắc phục

4 Đối tượng, phạm vi nghiên cứu :

- Khai thác việc sử dụng rơ le bảo vệ quá tải cho động cơ điện

- Xây dựng mô hình thực tập bảo vệ quá tải động cơ điện 3 pha

- Soạn tài liệu hướng dẫn thực hành trên mô hình

5 Phương pháp tham khảo tài liệu :

- Tham khảo tài liệu về động cơ không đồng bộ 3 pha

- Tham khảo các mô hình dạy học có liên quan đến đề tài

- Tham khảo tài liệu về rơ le bảo vệ quá tải cho động cơ điện, contactor

- Phân tích hiện tượng sự cố để liệt kê ra các vị trí có thể gây ra của mạch và sử dụng thiết bị đo để tìm ra vị trí sự cố

8 Tính thực tiễn của đề tài

Sản phẩm của đề tài này sẽ phục vụ cho việc dạy môn học thực tập trang bị điện và thực tập biến tần ở trường Trung Học Kỹ Thuật Thực Hành

Chương 1

XÂY DỰNG MÔ HÌNH

1 Khái niệm chung

Động cơ điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ quay của rotor n nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường n1

Động cơ điện KĐB được sử dụng nhiều trong sản xuất và sinh hoạt, vì nó có cấu tạo đơn giản, giá thành rẻ, vận hành đơn giản, độ tin cậy cao và hiệu xuất cao

Động cơ điện KĐB được sản xuất với dãi công suất rộng từ vài chục Walt đến 10.000Hp Những động cơ có công suất nhỏ hơn 1Hp thường là động cơ 1 pha và những động cơ có công suất lớn hơn 5Hp thường là động cơ 3 pha

2 Mô hình toán của động cơ điện KĐB

a Phương trình điện áp dây quấn Stator

Dây quấn ở Stator của động cơ KĐB được mô ta bởi phương trình điện áp như sau:

1 1 1

U     (1.1) Trong đó :

 Z1R1 jX1: là tổn trở dây quấn stator

 R1 : là điện trở dây quấn stator

 X1 = 2fL1 là điện kháng tản dây quấn stator đặt trưng cho từ thông tản ở stator

 f : là tần số của dòng điện ở stator

 L1 : là điện cảm tản ở stator

 E1 : là sức điện động pha do từ thông của từ trường quay sinh ra và có trị số :

E1 = 4,44fw1kdq1max (1.2)

 w1 và kdq1 là số vòng dây và hệ số dây quấn của một pha

 max : là biên độ từ thông của từ trường quay

b Phương trình dây quấn rotor

Trong đó :

 E2 = 4.44fw2kdq2max : là sức điện động dây quấn rotor lúc rotor đứng yên

 W2 : là số vòng dây quấn của rotor

 Kdq2 : là hệ số dây quấn của rotor

 R2 : là điện trở dây quấn rotor

 X2 : là điện kháng tản dây quấn rotor

: là hệ số trượt

 n : là tốc độ quay của rotor

 n1 : là tốc độ quay của từ trường quay

c Phương trình sức từ động

Phương trìn sức từ động của động cơ KĐB :

' 2 0

I     (1.4) Trong đó :

 I1: là dòng điện pha ở stator lúc có tải

 I0: là dòng điện pha ở stator lúc không tải

  : là dòng điện pha ở rotor quy đổi về phía stator

 I2: là dòng điện pha ở rotor lúc có tải

 ki : là hệ số quy đổi dòng điện rotor

d Sơ đồ thay thế động cơ điện KĐB

Để thuận tiện cho việc nghiên cứu và tính toán, dựa vào các phương trình điện áp dây quấn ở stator, phương trình điện áp dây quấn ở rotor và phương trình sức từ động, ta xây dựng sơ đồ mạch điện gần đúng để thay thế cho động cơ điện KĐB như sau:

2 : đặt trưng cho công suất cơ của động cơ

s: là hệ số trượt và phụ thuộc vào tốc độ rotor n của động cơ

Dựa vào sơ đồ mạch điện gần đúng để thay thế cho động cơ điện KĐB, ta sẽ tính được dòng điện pha của động cơ :

2 0 1

2 2 0 1

1 1

X X X s

R R R

U I

 Khi tốc độ n của động cơ giảm thì hệ số trượt s sẽ tăng làm cho

s

R2

sẽ giảm và I1 sẽ tăng

Như vậy, khi động cơ bị quá tải thì tốc độ n của động cơ sẽ giảm và dòng điện pha I1

sẽ tăng Nếu thời gian quá tải của động cơ kéo dài thì nhiệt độ của động cơ sẽ tăng và nhiệt

độ này sẽ làm hỏng lớp cách điện giữa các vòng dây với nhau Do đó, để bảo vệ động cơ điện, ta có thể sử dụng các khí cụ như rơ le nhiệt, ECOR – SS

1 Khái niệm

Rơ le nhiệt là một loại khí cụ điện dùng để bảo vệ động cơ và mạch điện khi có sự cố quá tải xảy ra Rơ le nhiệt không tác động tức thời theo trị số dòng điện vì nó có quán tính nhiệt lớn và cần phải có thời gian phát nóng từ vài giây đến vài phút

Người ta thường dùng rơ le nhiệt kèm với cầu chì để bảo vệ ngăn mạch

2 Nguyên lý hoạt động:

Nguyên lý chung của rơ le nhiệt là dựa trên cơ sở tác dụng nhiệt của dòng điện làm

giãn nở bé, đẩy cần gạt làm lò xo co lại làm chuyển đổi hệ thống tiếp điểm phụ Để hệ thống tiếp phụ của rơ le nhiệt đóng lại, ta phải tác động vào nút reset của nó

3 Phân loại rơ le nhiệt:

 Theo kết cấu, rơ le nhiệt chia làm hai loại : kiểu hở và kiểu kín

 Theo yêu cầu sử dụng, rơ le nhiệt chia làm hai loại : loại 1 cực và loại 2 cực

 Theo phương pháp đốt nóng: loại đốt nóng trực tiếp, loại đốt nóng gián tiếp và loại đốt nóng hỗn hợp

4 Chọn lựa rơ le nhiệt

Đặc tính cơ bản của rơ le nhiệt là mối quan hệ giữa dòng điện của phụ tải đi qua rơ le nhiệt và thời gian tác động của nó

Hình 1.2: Vị trí và chức năng của

các nút trên rơ le nhiệt

Hình 1.3: Đồ thị biểu diễn mối

quan hệ giữa dòng điện và thời

gian tác động của rơ le nhiệt so với

đối tượng cần bảo vệ

Để lựa chọn rơ le nhiệt, ta phải chọn rơ le nhiệt có đặc tính A – s sát với đường đặc tính A – s của động cơ Trong thực tế, ta cần phải chỉnh định dòng điện bảo vệ của rơ le nhiệt theo dòng điện định mức của động cơ theo công thức sau:

IOL = ( 1,2 đến 1,3 )Iđm (1.6)

Trong đó :

 IOL : là dòng điện chỉnh định trên rơ le nhiệt

 Iđm : là dòng điện định mức của động cơ

Thông số kỹ thuật của EOCR – SS:

Nguyên lý hoạt động :

Khi cấp điện vào 2 chân A1 – A2, rơ le EOCR – SS sẽ kiểm tra dòng điện chạy qua 3 dây ở mạch động lực cung cấp cho động cơ Nếu dòng điện qua 3 dây không chênh lệch nhau thì tiếp điểm 95 – 98 sẽ đóng lại và ta dùng tiếp điểm này cấp nguồn cho mạch điều khiển động cơ như sơ đồ hình 1.4

Bảo vệ mất pha: EOCR – SS bảo vệ mất pha cho động cơ theo nguyên tắc dòng điện

Do vậy, khi động cơ đang hoạt động mà có sự cố mất pha xảy ra thì dòng điện chạy trong 3 dây pha ở mạch sẽ không bằng nhau nên EOCR – SS sẽ phát hiện ra và điều khiển tiếp điểm

95 – 98 hở ra, ngắt nguồn cung cấp cho mạch điều khiển làm động cơ dừng lại

Bảo vệ quá tải: khi động cơ bị quá tải hoặc rotor bị kẹt thì dòng điện ở stator của động cơ sẽ tăng cao hơn dòng điện định mức của nó và nếu thời gian quá tải hoặc kẹt rotor lớn hơn thời gian đặt trước O – Time trên EOCR – SS thì tiếp điểm 95 – 98 hở ra, ngắt nguồn cung cấp cho mạch điều khiển làm động cơ dừng lại

EOCR – SS chỉ sử dụng 2 biến dòng vì dòng điện ở dây thứ 3 được tính theo nguyên tắc tổng dòng điện ở 3 sợi sẽ bằng không

IV Thiết kế khối tải

Để làm khối tải giả lập cho động cơ điện KĐB 3 pha, người thực hiện đề tài đã chọn

hệ thống phanh đĩa của xe máy làm khối tải gắn vào trục động cơ điện Vì trong thực tế, các động cơ điện được dùng để kéo các cơ cấu sản xuất nên trong mô hình này, phanh đĩa được xem như là một cơ cấu sản xuất có thể thay đổi mô men cản trên trục động cơ điện một cách

dễ dàng So với khối tải giả lập được thiết kế bằng nam châm điện thì khối tải được thiết kế bằng phanh đĩa của xe máy có ưu điểm hơn:

- Đơn giản, dễ thay thế và giá thành rẽ

- Độ tin cậy trong vận hành cao, ít bị hư hỏng trong quá trình học sinh thực tập trên mô hình

- Gần giống với tải thực tế gắn vào trục động cơ

Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của phanh đĩa

Cấu tạo, tiêu chuẩn và nguyên lý hoạt động của phanh đĩa phức tạp hơn loại phanh cơ của xe máy Các bộ phận chính của hệ thống gồm đĩa phanh, piston chính và piston con, má phanh, ống dẫn dầu, tay phanh và khay chứa dầu có vạch báo lượng dầu Bộ phanh đĩa có nguyên lý hoạt động khép kín giữa các bộ phận này với nhau Khi tác động một lực vào tay phanh, lực nén của dầu từ khay dầu sẽ qua ống dẫn xuống piston để tác động vào má phanh, làm cho má phanh tác động trực tiếp lên đĩa phanh Khi không còn lực tác động vào tay phanh, lực nén của dầu sẽ không còn tác động lên piston và má phanh sẽ trở về vị trí ban đầu

Đĩa

Má phanh

Ống dẫn dầu

từ tay phanh xuống

Piston Phần đỡ

má phanh

Phần nối với trực động cơ điện

Hình 1.6: Hệ thống phanh đĩa

V Thiết kế các khối trên mô hình

Mô hình thực tập được thiết kế theo kiểu mở, nghĩa mồ hình bao gồm nhiều khối như khối nút ấn, khối CB, khối contactor, khối rơ le trung gian, rơ le thời gian, rơ le nhiệt, … Học sinh sử dụng các khối này cho các bài thực hành khác nhau trên mô hình này Trong mỗi bài thực hành, học sinh phải giải thích nguyên lý hoạt động của mạch động lực, mạch điều khiển, phân tích hiện tượng hư hỏng của mạch để phán đoán những vị trí sự cố có thể xảy ra và sử dụng VOM để tìm ra vị trí sự cố, khắc phục sự cố Sau mỗi bài thực hành, học sinh sẽ được giao thêm bài tập Trong phần bài tập, học sinh sẽ phải phân tích yêu cầu đặt ra

để vẽ mạch động lực và mạch điều khiển theo sự hướng dẫn của giáo viên sau đó dùng rắc cắm để nối các khí cụ điện lại với nhau theo sơ đồ mạch đã vẽ

Sơ đồ khối của mô hình như sau:

Hình 1.7: Mô hình thực tập bảo vệ quá tải động cơ điện KĐB 3 pha

Khối

CB đèn báo

Khối nút ấn

Khối nút ấn

Khối

rơ le trung gian

Khối

rơ le thời gian

Khối hiển thị tốc

độ

Khối đo dòng điện và điện áp Khối

công tắc tơ

Khối công tắc tơ

Khối

rơ le nhiệt

Khối EOCR

- SS

1,2m

0,8m

0,5m

12 14

11 13

CÔNG TẮC XOAY

12 14

11 13

Khối rơ le nhiệt

EOCR - SS

Vị trí đặt EOCR – SS

T2 T2

95

Khối rơ le trung gian

Khối rơ le thời gian

RƠ LE THỜI GIAN

Vị trí đặt rơ le thời gian

5

3

RƠ LE THỜI GIAN

Vị trí đặt rơ le thời gian

5

3

Khối hiển thị tốc độ và bộ đếm

BỘ HIỂN THỊ TỐC ĐỘ

Khối đo điện áp và dòng điện

ĐỒNG HỒ ĐO

ĐIỆN ÁP

ĐỒNG HỒ ĐO DÒNG ĐIỆN

Vị trí đặt đồng hồ đo điện áp Vị trí đặt đồng hồ đo dòng điện

V

A

Chương 2

TÀI LIỆU HƯỚNG DẪN THỰC HÀNH TRÊN MÔ HÌNH

Bài 1 : GIỚI THIỆU VỀ MÔ HÌNH

Sau khi học xong bài này, học sinh có khả năng:

- Nhận biết ký hiệu và hiểu nguyên lý hoạt động của các khí cụ điện như nút ấn, contactor, rơ le trung gian, rơ le thời gian, rơ le nhiệt, EOCR – SS, bộ đếm, …

- Biết sử dụng VOM để kiểm tra tiếp điểm và cuộn dây của các khí cụ điện

Học sinh hãy dùng VOM để kiểm tra tiếp điểm của các nút ấn trên modul nút ấn:

 Trường hợp 1 : chưa tác động 1 lực đủ lớn vào nút ấn:

- Đo điện trở của tiếp điểm R11-12 = ………

- Đo điện trở của tiếp điểm R13-14 = ………

 Trường hợp 2 : tác động 1 lực đủ lớn vào nút ấn:

- Đo điện trở của tiếp điểm R11-12 = ………

- Đo điện trở của tiếp điểm R13-14 = ………

 Trường hợp 1 : Cuộn dây A1, A2 của contactor chưa được cấp điện:

- Đo điện trở của tiếp điểm điều khiển R31-32 = ………

- Đo điện trở của tiếp điểm điều khiển R43-44 = ………

- Đo điện trở của tiếp điểm động lực R1-2 = ………

- Đo điện trở của tiếp điểm động lực R3-4 = ………

- Đo điện trở của tiếp điểm động lực R5-6 = ………

- Đo điện trở của cuộn dây Rc = ………

 Trường hợp 2 : Cuộn dây A1, A2 của contactor được cấp điện: