TBD HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN

a b c dChương 4 KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP Khí cụ điện hạ áp là các thiết bị điện dùng để đóng - cắt, điều khiển và bảo vệ cho động cơ trong quá trình làm việc cần thiết phải mở máy, điều chỉnh t

a) b) c) d)

Chương 4

KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP

Khí cụ điện hạ áp là các thiết bị điện dùng để đóng - cắt, điều khiển và bảo vệ cho động cơ trong quá trình làm việc cần thiết phải mở máy, điều chỉnh tốc độ, đảo chiều quay động cơ, hãm v.v… Do thời lượng có hạn nên trong chương này chúng tôi chỉ giới thiệu có tính chất liệt kê mà không đi sâu về cấu tạo và nguyên lý làm việc của một số thiết bị Các thiết bị này gồm:

4.1 CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT

4.1.1 Cầu dao

Là khí cụ đóng - cắt ở lưới điện hạ áp dùng để đóng - cắt mạch điện bằng tay với tần

số đóng - cắt thấp Cầu dao thường kết hợp với cầu chảy để bảo vệ ngắn mạch

- Theo kết cấu, người ta chia ra các loại: Cầu dao 1 cực, 2 cực, 3 cực, 4 cực Loại 3 cực đóng - cắt mạch điện áp xoay chiều 3 pha, loại 2 cực hoặc 1 cực đóng - cắt mạch 1 pha

và mạch một chiều

- Theo điều kiện bảo vệ: Có hộp che chắn và không có hộp che chắn;

- Theo yêu cầu sử dụng: Có loại cầu dao có cầu chì bảo vệ, loại không có cầu chì bảo

vệ, cầu dao có lưới dao phụ để dập tắt hồ quang nhanh

- Theo công dụng: Có cầu dao đóng - cắt thông thường và cầu dao cách ly Cầu dao đóng - cắt thông thường dùng để đóng - cắt phụ tải công suất nhỏ Cầu dao cách ly thường dùng để đóng - cắt không tải cho các phụ tải công suất trung bình và lớn

Ngoài ra, cầu dao còn được phân loại theo điện áp (250V, 500V), theo dòng điện (5A, 10A, , 100A, 200A, 1000A)

Hình 4-1 trình bày ảnh chụp của một số loại cầu dao hộp ba pha của hãng VINAKIP Việt Nam sản xuất

Hình 4-1 Một số loại cầu dao hộp ba pha

a- Cầu dao hộp 3 cực; b- Cầu dao hộp kiểu hở; c- Cầu dao hộp 4 cực; d- Cầu dao hộp cắt nhanh

- 56 -

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và làm việc của cầu dao ba pha như hình 4-2a, b

Ký hiệu cầu dao 3 pha, 1 pha và cầu dao hai chiều trên sơ đồ điều khiển như hình 4-2c, d, e

1- Tay cầm; 2- Lá dao

(tiếp điểm động);

3- Trục;

4- Tiếp điểm cố định;

5- Bảng cách điện.

Hình 4-2

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo, làm việc của cầu dao và ký hiệu trên sơ đồ điều khiển

4.1.2 Áp tô mát

Áp tô mát là khí cụ dùng để đóng - cắt mạch điện bằng tay nhưng có thể tự động cắt mạch khi xảy ra sự cố: ngắn mạch, quá tải, điện áp giảm xuống thấp hơn điện áp quy định…

Áp tô mát thường được phân loại như sau:

- Theo kết cấu: Áp tô mát 3 cực, 2 cực, 1 cực Mạch 3 pha dùng áp tô mát 3 cực Mạch 1 pha, 1 chiều dùng áp tô mát 1 cực hoặc 2 cực

- Theo cơ cấu tác động (tự ngắt) người ta chia ra 3 loại sau:

+ Áp tô mát nhiệt: Tác động nhờ cơ cấu điện – nhiệt, như vậy thời gian tác động sẽ rất chậm Loại này thường dùng để bảo vệ quá tải;

+ Áp tô mát điện từ: Tác động nhờ cơ cấu điện - từ, như vậy thời gian tác động sẽ rất nhanh Loại này thường dùng để bảo vệ ngắn mạch;

+ Áp tô mát điện từ – nhiệt: Tác động nhờ cả cơ cấu điện-nhiệt và cơ cấu điện-từ

- Theo công dụng:

+ Áp tô mát dòng điện cực đại;

+ Áp tô mát dòng điện cực tiểu;

+ Áp tô mát điện áp thấp;

+ Áp tô mát công suất ngược

…

Trong đó áp tô mát dòng điện cực đại được dùng phổ biến nhất

Hình 4-3 trình bày sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của một số loại áp tô mát, hình dáng bên ngoài của áp tô mát và ký hiệu của chúng trên sơ đồ điều khiển

- 57 -

b)

e)

1

1

2 4 3

a)

5

6

9

11

a)

4

2

1

10 8

Hình 4-3

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo, làm việc và ký hiệu trên sơ đồ điều khiển của áp tô mát

a) Áp tô mát dòng điện cực đại; b) Áp tô mát dòng điện cực tiểu; c) Áp tô mát điện áp thấp.

d) Áp tô mát công suất ngược; e) Ảnh chụp của áp tô mát; f , g) Ký hiệu áp tô mát trên sơ đồ điều khiển

4.1.3 Công tắc tơ

Công tắc tơ là khí cụ đóng - cắt bằng tay (thông qua hệ thống nút ấn) hoặc tự động mạch điện động lực ở điện áp tới 500V và dòng điện tới vài trăm hoặc vài nghìn ampe cần đóng - cắt thường xuyên Tần số đóng - cắt của các công tắc tơ thường là vài trăm lần trong một giờ, ít khi quá 1000 lần trong một giờ) Công tắc tơ có thể điều khiển từ xa

Người ta phân loại công tắc tơ dựa vào các yếu tố sau:

- Kết cấu: Công tắc tơ một cực, hai cực, ba cực;

- Dòng điện: Công tắc tơ một chiều và công tắc tơ xoay chiều;

- Điện áp của cuộn dây công tắc tơ: Công tắc tơ một chiều thường có điện áp 110V,

- 58 -

2

5

7

8

6

c)

b)

4

9

3

5

7

8 6

d)

2

1

3

5

7

8 6

b)

2

1

1- Nút đóng mở bằng tay; 2, 10- Hệ thống lò so; 3-

Hệ thống tiếp điểm; 4- Buồng dập tắt hồ quang; 5- Ngàm; 6- Lẫy; 7- Đòn bẩy; 8, 9- Rơ le nhiệt; 11- Nam châm điện

1- Nút đóng mở bằng tay; 2, 9- Hệ thống lò so; 3-

Hệ thống tiếp điểm; 4- Buồng dập tắt hồ quang;

5- Ngàm; 6- Lẫy; 7- Đòn bẩy; 8- Nam châm điện

e)

220V; Công tắc tơ xoay chiều có điện áp 110V, 127V, 220V, 380V, 500V.

- Theo nguyên lý truyền động: Công tắc tơ đóng cắt tiếp điểm bằng điện từ, bằng thủy lực, bằng khí nén và công tắc tơ không tiếp điểm

- Điều kiện bảo vệ: Công tắc tơ kiểu kín và công tắc tơ kiểu hở

- Công dụng: Công tắc tơ đơn và công tơ kép Loại công tắc tơ kép gồm hai công tắc tơ gắn liền với nhau và có liên động cơ khí với nhau dùng để điều khiển động cơ quay theo hai chiều

Công tắc tơ đóng cắt tiếp điểm bằng điện từ có những bộ phận chính sau:

- Cơ cấu điện từ;

- Cơ cấu truyền động

Hình 4-4

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và làm việc của công tắc tơ và ký hiệu trên sơ đồ điều khiển

Lõi thép của công tắc tơ xoay chiều được ghép từ những lá thép kỹ thuật điện mỏng

và ép chặt lại với nhau có dạng hình chữ E hay chữ U Mạch từ của công tắc tơ một chiều làm bằng chất sắt từ mềm và lõi thép ít bị nóng so với công tắc tơ xoay chiều

Công tắc tơ có dòng lớn cần phải dập tắt hồ quang khi đóng – cắt nhất là khi cắt Người ta thường dùng các biện pháp sau để dập tắt hồ quang:

- Dập tắt hồ quang theo phương pháp từ trường;

- Dập tắt hồ quang theo phương pháp khử ion;

- Dùng tiếp điểm bắc cầu

Mạch cuộn hút và mạch tiếp điểm của công tắc không liên quan với nhau nên việc cách li gữa mạch điều khiển và mạch lực là rất cao Điện áp cấp cho cuộn hút cần đảm bảo tối thiểu 85% điện áp định mức của nó để cuộn hút đủ lực hút và không quá 105% điện áp định mức để cuộn hút không bị nóng quá nhiệt độ cho phép

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và làm việc, ký hiệu của công tắc tơ xoay chiều được trình bày trên hình 4-4

4.1.4 Nút ấn

Ngoài các thiết bị đóng - cắt bằng tay như trên, còn có thiết bị khác như nút ấn dùng

để đóng - cắt mạch điện điều khiển có điện áp U < 500 V Các cặp tiếp điểm trong nút ấn sẽ chuyển trạng thái khi có ngoại lực tác động còn khi không có lực tác động, nút ấn sẽ trở lại

- 59 -

b)

8

3 S

7

9 9

4

6

5

a)

N

1- Lõi thép phần tĩnh; 2- Cuộn hút; 3- Vòng ngắn mạch (vòng chống rung); 4- Lò xo hồi vị; 5- Nắp từ động (phần ứng); 6-

Hệ thống tay đòn; 7- Hệ thống tiếp điểm chính (thường mở);

8, 9- Hệ thống tiếp điểm phụ (8- Hệ thống tiếp điểm thường đóng, 9- Hệ thống tiếp điểm thường mở)

c)

b) a)

+

+

e) d)

trạng thái cũ

Các phần tử chính của nút ấn được trình bày trên hình 4-5a, b, c

Người ta thường dùng nút ấn để khởi động, dừng, đảo chiều quay động cơ thông qua công tắc tơ hoặc rơ le trung gian

Người ta phân loại nút ấn theo các yếu tố sau:

- Theo kết cấu: Nút ấn đơn (có một tầng tiếp điểm như hình 4-5a, b) và nút ấn kép (có hai tầng tiếp điểm như hình 4-5c);

- Theo phương thức kết nối mạch: Nút ấn đơn thường mở (hình 4-5a); Nút ấn đơn thường đóng (hình 4-5b); Nút ấn kép (hình 4-5c)

Ký hiệu nút ấn trên sơ đồ điều khiển như hình 4-5d, e, f

Hình 4-5 Sơ đồ nguyên lý cấu tạo của nút ấn và ký hiệu trên sơ đồ điều khiển

1- Nút ấn; 2, 2’- Tiếp điểm tĩnh; 3- Tiếp điểm động; 4, 5- Lò xo

4.1.5 Công tắc chuyển mạch

Công tắc chuyển mạch (hình 4-6a, b, c, d, e) là khí cụ đóng - cắt bằng tay hoặc bằng tác động cơ khí ở lưới điện hạ áp

Công tắc có loại thường hở hoặc thường kín, có loại dùng để đóng - cắt trực tiếp mạch chiếu sáng hay mạch động lực có công suất nhỏ, có loại chỉ dùng trong mạch điều khiển

Trạng thái của các tiếp điểm sẽ thay đổi khi có ngoại lực tác động và giữ nguyên khi bỏ lực tác động trừ công tắc hành trình (hình 4-6b)

Hình dáng, cấu tạo của công tắc rất đa dạng song về nguyên lý đều có các tiếp điểm động và tĩnh mà ở vị trí này của công tắc thì tiếp điểm động tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh, còn

ở vị trí khác thì tiếp điểm động rời khỏi tiếp điểm tĩnh Do vậy, mạch điện được nối thông hoặc bị cắt tuỳ theo vị trí của công tắc Số các tiếp điểm của các loại công tắc cũng nhiều ít khác nhau tuỳ theo mục đích sử dụng Việc đóng cắt các tiếp điểm cũng có thể theo các nguyên tắc cơ khí khác nhau: có loại lẫy, có loại xoay

Người ta phân loại công tắc chuyển mạch:

- Theo cơ cấu tác động + Công tắc gạt (hình 4-6a);

+ Công tắc hành trình (hình 4-6b);

+ Công tắc xoay (hình 4-6c);

+ Công tắc ấn – xoay có nút dừng khẩn cấp (hình 4-6d);

+ Công tắc có khóa điện (hình 4-6e)…

- Theo phương thức kết nối mạch:

+ Công tắc một ngả;

+ Công tắc hai ngả;

+ Công tắc ba ngả

Trên sơ đồ điều khiển, công tắc chuyển mạch được ký hiệu như hình 4-6f, g, h)

- 60 -

3

2 5

4 1

a) d)

1 3

5

4 2

b) e)

3’

1 4 2

2’

5 3

c)

f)

Hình 4-6 Nguyên lý cấu tạo của công tắc chuyển mạch và ký hiệu trên sơ đồ điều khiển

Ngoài các thiết bị đóng cắt chúng tôi liệt kê ở trên, còn một số thiết bị khác sinh viên nên tham khảo ở [7]

4.2 RƠ LE ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ

Rơle là loại khí cụ điện tự động dùng để đóng - cắt mạch điều khiển, hoặc mạch bảo

vệ, để liên kết giữa các khối điều khiển khác nhau, thực hiện các thao tác logic theo một quá trình công nghệ điều khiển sự làm việc của mạch động lực

Các bộ phận chính của rơ le:

- Cơ cấu tiếp thu (khối tiếp thu): Có nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và

biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho cơ cấu (khối) trung gian;

- Cơ cấu trung gian (khối trung gian): Có nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến

từ cơ cấu tiếp thu và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho rơ le tác động

- Cơ cấu chấp hành: Có nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển.

Hình 4-7 nêu ví dụ về các bộ phận của rơ le điện từ

Hình 4-7 Ví dụ về các bộ phận của rơ le điện từ

Người ta phân loại rơ le theo các yếu tố sau:

- Theo nguyên lý làm việc:

+ Rơ le điện cơ: Rơ le điện từ, rơ le từ điện, rơ le cảm ứng

+ Rơ le nhiệt;

+ Rơ le tương tự;

+ Rơ le số

- Theo nguyên lý tác động của cơ cấu chấp hành:

+ Rơ le có tiếp điểm: Loại này tác động lên mạch bằng cách đóng mở các tiếp điểm; + Rơ le không tiếp điểm: Loại này tác động lên mạch bằng cách thay đổi đột ngột các thông số của cơ cấu chấp hành mắc trong mạch điều khiển như: điện trở, điện cảm, điện dung

- 61 -

Cơ cấu tiếp t

hu

Cơ cấu trung gian Cơ cấu chấp hành

- Theo đặc tính tham số vào:

+ Rơ le dòng điện;

+ Rơ le điện áp;

+ Rơ le thời gian;

- Theo cách mắc cơ cấu:

+ Rơ le sơ cấp: Loại này được mắc trực tiếp vào mạch cần bảo vệ;

+ Rơ le thứ cấp: Loại này được mắc vào mạch thông qua máy biến áp đo lường

- Theo giá trị và chiều của các đại lượng đi vào rơ le:

+ Rơ le cực đại;

+ Rơ le cực tiểu;

+ Rơ le so lệch;

+ Rơ le định hướng;

Sau đây là sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc của một số loại rơ le

4.2.1 Rơ le nhiệt

Hình 4-8 Nguyên lý cấu tạo, làm việc của rơ le nhiệt và ký hiệu trên sơ đồ điều khiển

1- Phần tử đốt nóng; 2- Thanh lưỡng kim; 3- Cần gạt; 4- Đòn bẩy; 5, 5’- Tiếp điểm thường đóng, thường mở.

4.2.2 Rơ le điện từ

Rơ le điện từ là loại rơ le đơn giản nhất và được sử dụng rộng rãi nhất Nó làm việc theo nguyên lý điện từ và về kết cấu nó tương tự như công tắc tơ nhưng chỉ đóng - cắt mạch điện điều khiển, không trực tiếp dùng trong mạch lực Tín hiệu đưa vào rơ le có thể là dòng điện hoặc điện áp Nó thường được dùng để bảo vệ và điều khiển sự làm việc của động cơ điện

Nếu tín hiệu điều khiển sự hoạt động của rơ le là điện áp (cuộn hút đấu song song với nguồn điện) thì rơ le điện từ đó là rơ le điện áp Khi đó, cuộn hút thường có số vòng dây nhiều, tiết diện dây nhỏ Nếu tín hiệu điều khiển hoạt động của rơ le là dòng điện (cuộn hút được đấu nối tiếp với phụ tải) thì rơ le điện từ đó là rơ le dòng điện Khi đó cuộn hút thường

có số vòng dây ít, tiết diện dây lớn

- 62 -

a)

ĐC

A

K

Công tắc tơ Nút ấn

Rơ

le nhiệt

2

3 5

5

’

4 6

b)

1

Có những trường hợp rơ le điện từ không làm nhiệm vụ đóng - cắt mạch điện mà chỉ làm nhiệm vụ truyền tín hiệu hoặc khuếch đại các tín hiệu điều khiển gọi là rơ le trung gian

Nó thường nằm giữa hai rơ le khác nhau Nguyên lý làm việc của rơ le trung gian tương tự như rơ le điện từ nhưng không có sự điều chỉnh của điện áp tác động Số lượng tiếp điểm của

rơ le trung gian thường nhiều hơn các loại rơ le điện từ khác (4 ÷ 6 tiếp điểm) Rơ le trung gian có sự phân cách về điện tốt giữa mạch cuộn hút và mạch tiếp điểm

Hình 4-9 Nguyên lý cấu tạo, làm việc của rơ le điện từ và ký hiệu trên sơ đồ điều khiển

Có loại rơ le điện từ chỉ có một hệ thống tiếp điểm thường mở hoặc thường đóng

Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và làm việc của rơ le điện từ xoay chiều ở hình 4-9a

Ký hiệu các tiếp điểm và cuộn hút của rơ le điện từ trên sơ đồ điều khiển ở hình 4-9b

4.2.3 Rơ le thời gian

Rơ le thời gian được dùng nhiều trong các mạch tự động điều khiển dùng để duy trì

thời gian đóng chậm hoặc mở chậm của hệ thống tiếp điểm so với thời điểm đưa tín hiệu tác động vào rơ le Thời gian chậm này có thể vài phần giây cho đến hàng giờ hoặc lớn hơn rất nhiều Trong sơ đồ điều khiển và bảo vệ, rơ le thời gian dùng để giới hạn thời gian quá tải của thiết bị, tự động mở máy động cơ nhiều cấp biến trở v.v Bộ phận chính của rơ le thời gian là cơ cấu tác động trễ và hệ thống tiếp điểm

- Theo cơ cấu tác động trễ người ta chia thành các loại:

+ Rơ le thời gian kiểu cơ khí;

+ Rơ le thời gian kiểu động cơ;

+ Rơ le thời gian kiểu điện từ;

+ Rơ le thời gian kiểu điện tử;

+ Rơ le thời gian kiểu bán dẫn;

+ Rơ le thời gian vi mạch (IC)

- Theo yêu cầu sử dụng khi lắp ráp hệ thống mạch điều khiển truyền đông của rơ le thời gian người ta chia thành ba loại sau:

+ Trễ vào thời điểm cuộn hút được đóng điện (ON DELAY) Loại này chỉ có tiếp điểm thường đóng, mở chậm hoặc thường mở, đóng chậm

+ Trễ vào thời điểm cuộn hút mất điện (OFF DELAY) Loại này chỉ có tiếp điểm thường đóng, đóng chậm hoặc thường mở, mở chậm

+ Trễ vào cả hai thời điểm trên (ON/OFF DELAY) Loại này có tiếp điểm thường đóng, mở đóng chậm hoặc thường mở, đóng mở chậm

Ngoài ra, trong rơ le thời gian người ta còn bố trí thêm tiếp điểm tác động tức thời

- 63 -

b)

7

4

5

3

2

a)

1

6 6

1- Lõi thép phần tĩnh; 2- Đế; 3- Cuộn hút; 4- lá thép phần động; 5- Tiếp điểm động; 6- Tiếp điểm tĩnh; 7- Lò so hồi vị.

Rơ le thời gian kiểu vi mạch có dải thời gian làm việc rất rộng từ 0,001 giây đến

9999 giờ, độ chính xác và độ tin cậy cao, nhiều tính năng làm việc Đáp ứng được yêu cầu của các bài toán tự động điều khiển có nôi dung phức tạp khối lượng thông tin lớn

Hình dáng bên ngoài của rơ le thời gian kiểu vi mạch ở hình 4-10a, b Ký hiệu các loại tiếp điểm của rơ le thời gian trên sơ đồ điều khiển ở hình 4-10c, d

Hình 4 -10

Rơ le thời gian kiểu vi mạch và ký hiệu tiếp điểm trên sơ đồ điều khiển

Ngoài các rơ le chúng tôi đã liệt kê ở trên, còn có một số rơ le khác: Rơ le tốc độ dùng để đóng ngắt mạch điện khi tốc độ động cơ đạt đến trị số nào đấy; rơ le mức chất lỏng dùng để khống chế, ổn định tự động mức chất lỏng trong bình, bồn, bể chứa… hoặc mực nước trong lò hơi…

Các loại rơ le điện cơ hoặc điện từ có nhược điểm là tác động chậm và kém chính xác

Cơ cấu đo và so sánh thường chỉ là loại đo đếm đơn biến (một dòng hoặc một áp) Thường khó thực hiện được những phép xử lý phức tạp cần có như: Các phép tính số học, giải tích, phép trễ, phép đếm Mặt khác, số lượng rơ le dùng để điều khiển và bảo vệ nhiều, chi phí cao Từ những năm 90 các rơ le trên được cải tiến theo hướng điện tử hóa thay thế các cơ cấu đo, cơ cấu so ngưỡng bằng các mạch điện tử và vi mạch bán dẫn nên có các rơ le tương tự, rơ le số

Rơ le tương tự có đặc trưng là các thông số đầu vào, ra của rơ le như dòng điện, điện

áp, góc lệch pha, công suất là các đại lượng biến thiên liên tục (Analog) Tín hiệu vào được

so sánh với một hay nhiều đại lượng đầu vào có giá trị chuẩn để cho tín hiệu ở đầu ra Cấu trúc rơ le gồm các khối: Khối tiếp thu, khối thực hiện, khối trì hoãn và khối chỉnh định

Rơ le số là loại rơ le trong đó việc xử lý các đại lượng tín hiệu làm việc trên các bộ phận chức năng của rơ le được thực hiện theo kỹ thuật số hoặc kỹ thuật logic Rơ le số có rất nhiều ưu điểm: Khả năng tổ hợp các chức năng bảo vệ rất thuận lợi và rộng lớn, việc trao đổi

và xử lý thông tin với khối lượng lớn với tốc độ cao làm tăng độ nhạy, độ chính xác, độ tin cậy cũng như mở rộng tính năng của bảo vệ Hạn chế được nhiễu và sai số do việc truyền thông tin bằng số Có khả năng tự lập trình được nên có độ linh hoạt cao, dễ dàng sử dụng cho đối tượng bảo vệ khác nhau Công suất tiêu thụ nhỏ Có khả năng đo lường và có thể nối mạng phục vụ cho điều khiển, giám sát, điều chỉnh tự động từ xa

Kết cấu phần cứng và phần mềm của các rơ le số của các hãng khác nhau thường có những nét đặc biệt riêng không giống nhau

4.3 CÁC THIẾT BỊ ĐÓNG - CẮT KHÔNG TIẾP ĐIỂM

Ngoài các khí cụ đóng cắt và điều khiển như chúng tôi đã liệt kê ở trên, các thiết bị đóng - cắt không tiếp điểm cũng được nghiên cứu chế tạo để thay thế cho các rơ le chịu dòng lớn, các công tắc tơ dùng trong mạch lực Ngày nay, khoa học kỹ thuật phát triển đã cho phép chế tạo ra những phần tử đóng - cắt không tiếp điểm ở điện áp cao (hàng vài kV) và dòng điện lớn (hàng ngàn A)

- 64 -

a)

b)

Phần tử chủ yếu trong các thiết bị đóng - cắt không tiếp điểm là transistor công suất (dùng cho mạch một chiều), thyristor (dùng cho mạch xoay chiều và một chiều), triac (dùng cho mạch xoay chiều) Các thiết bị đóng - cắt không tiếp điểm chỉ làm nhiệm vụ thông - khoá mạch đơn giản nên các transistor chỉ làm việc ở chế độ rơ le (chế độ xung), các thyristor và triac chỉ làm việc ở chế độ có góc mở bằng 0

Hình 4-11 là các thiết bị đóng - cắt không tiếp điểm ở mạch điện một chiều, xoay chiều một pha và ba pha

Hình 4-11 Các loại thiết bị đóng cắt không tiếp điểm

Hình 4-11a là thiết bị đóng - cắt mạch điện trong mạch một chiều dùng transistor Transistor làm việc ở chế độ rơ le: khoá hoàn toàn và thông bão hoà Việc điều khiển thông của thiết bị nhờ đặt thế dương, điều khiển khoá nhờ đặt thế âm vào bazo Thiết bị làm việc như một bộ khoá điện tử, chỉ dùng ở mạch công suất nhỏ

Hình 4-11b là tải một chiều với thiết bị đóng - cắt dùng thyristor Khi thyristor thông thì chỉ có thể khoá bằng cách giảm dòng xuống thấp hơn giá trị dòng điện duy trì (hay giảm

về 0) hoặc khoá nhờ một tụ đặt phân áp ngược lên thyristor Trong mạch một chiều, thyristor

có một nhược điểm cơ bản là sau khi đã thông, nó không thể khoá được bằng dòng điện điều khiển mà phải ngắt mạch ngoài

Trong mạch xoay chiều (hình 4-11c, d, e, f), các thiết bị đóng - cắt mỗi pha là hai thyristor mắc song song ngược hoặc triac Sự làm việc của các thiết bị này tương tự các bộ điều chỉnh dòng điện xoay chiều nhưng với góc mở luôn bằng 0 Chúng thường tự khoá theo điều kiện chuyển mạch tự nhiên

Từ những năm 80 của thế kỷ 20, người ta đã cho ra đời các thyristor có thể khoá bằng dòng đặt vào cực điều khiển GTO (Thyristor Gate Turn Off) Quá trình thông - khoá của thyristor GTO phức tạp hơn nhiều so với thyristor thường và mạch điều khiển bị tổn hao nhiều khi khoá Khi GTO thông, sụt áp trên thyristor lớn hơn so với thyristor thường (2 ÷

3)V Việc thông lại GTO chỉ thực hiện được sau khi đã hoàn toàn kết thúc quá trình khoá Thời gian khoá thường xấp xỉ bằng 40 ÷ 60 μs, thời gian thông xấp xỉ bằng 25μs Tần số đóng - cắt của GTO thấp hơn tiristor thường

Ở công tắc tơ bán dẫn dùng thyristor hoặc triac, việc cách li giữa mạch điều khiển và mạch lực thường được thực hiện qua máy biến áp xung Biến áp xung cũng còn có nhiệm vụ

để phối hợp về điện áp điều khiển

Các thiết bị đóng cắt không tiếp điểm có những ưu nhược điểm:

- Ưu điểm

+ Không có tiếp điểm cơ khí chóng hỏng nên bền hơn;

+ Không có phần chuyển động khi làm việc nên không gây ồn;

+ Thông số đầu ra (i, u, t ) không phụ thuộc vào các tác động cơ học;

+ Tác động nhanh, tần số thao tác lớn;

+ Tuổi thọ cao

- Nhược điểm

- 65 -

Zpt +

_

b)

Zpt

∼

d)

∼3

e)

∼3

f)

Zpt

+

_

a)

Zpt

∼

c)