KHÍ CỤ ĐIỆN THAM KHẢO

CÔNG TẮC Switch 1.1 Định nghĩa Công tắc là một loại khí cụ đóng ngắt dòng điện bằng tay, có hai hoặc nhiều trạng thái ổn định, dùng để chuyển đổi, đóng ngắt mạch điện công suất nhỏ..

ĐIỆN XÍ NGHIỆP

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

1 CÔNG TẮC (Switch)

1.1 Định nghĩa

Công tắc là một loại khí cụ đóng ngắt dòng điện bằng tay, có hai hoặc nhiều trạng thái

ổn định, dùng để chuyển đổi, đóng ngắt mạch điện công suất nhỏ

Công tắc có thể chịu đước 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

Hình 1.1 Công tắc 2 và 3 vị trí

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

Ví dụ: Trong hệ thống lái tàu thủy, yêu cầu bánh lái chỉ được phép quay một góc 35otrái 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

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 một chiều loại vặn 4 vị trí

 Dòng điện định mức liên tục 300A

 Dòng điện định mức không liên tục 400A

 Tiếp điểm được làm bằng bạc

 Có 4 đầu nối dây

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

b Công 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

 Điện áp 1 chiều định mức 32VDC

 Dòng xoay chiều định mức 10A

 Dòng 1 chiều định mức 15A

 Loại công tắc này thường được sử dụng nối tiếp với các CB (Circuit Breaker)

 Lý tưởng cho việc điều khiển các máy bơm nước bẩn ở đáy tàu

 Có thể được lắp đặt rất nhanh chóng

ĐIỆN XÍ NGHIỆP

c Công tắc hành trình

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

Công dụng: Dùng để hạn chế hành trình làm việc của các cơ cấu truyền động Ví dụ hạn chế

 Trên tàu thủy, tay khống chế thường được sử dụng để điều khiển động cơ các tời kéo, tời neo, các cần cẩu nhỏ…

2.2 Phân loại

 Phân loại theo chức năng điều khiển

 Tay khống chế điều khiển: Có kích thước nhỏ, nhiều vị trí điều khiển, được sử dụng

để chuyển mạch điều khiển các hệ thống điện và thủy lực…thông qua các cơ cấu trung gian

như công tắc tơ, van điện từ

 Tay khống chế động lực (tay trang):Có kích thước lớn, có thể khống chế tải có dòng

vài trăm A, được sử dụng để điều khiển trực tiếp các tải có công suất trung bình Chẳng hạn

sử dụng tay trang để khởi động, thay đổi tốc độ, đảo chiều, dừng các động cơ điện có công

suất đến 50kW

 Phân loại theo kết cấu

 Tay khống chế hình trống: Đóng ngắt tiếp điểm do vị trí tương đối các vành trượt

tĩnh và động

 Tay khống chế hình cam: Đóng ngắt vị trí do biên độ cam khác nhau

2.3 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hình 1.7 vẽ minh họa cấu tạo một tay khống chế hình trống Tay khống chế này có 7 vị trí, một vị trí 0 và 6 vị trí điều khiển 3’, 2’, 1’, 0, 1, 2, 3 Trong sơ đồ tiếp điểm, tay khống chế này có 2 cặp tiếp điểm là 7-8, 9-10 Tiếp điểm 7-8 sẽ đóng khi tay khống chế đặt ở các vị trí 3’,

2’, 1’, 3 Tiếp điểm 9-10 sẽ đóng khi tay khống chế đặt ở các vị trí 3’, 0, 1, 2, 3

ĐIỆN XÍ NGHIỆP

Hình 1.7 Tay khống chế hình trống

Hình 1.8 Tay khống chế hình cam

 Dòng điện định mức Iđm: Là dòng điện cho phép qua tiếp điểm của tay khống chế

mà không làm hỏng tiếp điểm, thường chọn dòng định mức của tay khống chế bằng 1.3 lần dòng định mức của tải (nếu tải là động cơ điện xoay chiều)

 Tuổi thọ cơ khí: Được tính bằng số lần đóng ngắt, thường vào khoảng vài trăm ngàn lần đóng ngắt không điện và 100 ngàn lần đóng ngắt có dòng điện định mức

 Điện áp cách điện: Điện áp thử cách điện

 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

ĐIỆN XÍ NGHIỆP

3.3 Các loại phích cắm và ổ cắm thường được dùng

a Phích cắm-ổ cắm kín nước

Hình 1.10 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

 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 sử dụng phích cắm

b Phích cắm-ổ cắm dạng hình Y

Hình 1.11 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

 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

4.2 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 1.14 Nút ấn kiểu hở

 Nút nhấn kiểu bảo vệ được đặt trong vỏ nhựa hay vỏ sắt có hình hộp Nút nhấn kiểu bảo vệ chống nước được đặt trong một vỏ kín khít để tránh khỏi nước lọt vào

ĐIỆN XÍ NGHIỆP

 Nút nhấn kiểu bảo vệ chống bụi, nước được đặt trong một vỏ cacbua đúc kín khít để chống ẩm và bụi lọt vào

Hình 1.15 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

tác xoay nút nhấn) thì các tiếp điểm vẫn ở trạng thái mới cho đến khi có tác động ngừng cài

4.4 Các thống số kỹ thuật cơ bản

 Điện áp định mức Uđm: Điện áp làm việc lâu dài của mạch điện mà nút ấn khống chế, điện áp định mức có thể là 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều

 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 định mức

 Điện áp cách điện: Điện áp thử cách điện

5 CẦU DAO ( THROW KNIFE SWITCH )

5.1 Định nghĩa

Cầu dao là một loại khí cụ đóng ngắt dòng điện bằng tay đơn giản nhất được sử dụng trong các mạch điện có điện áp nguồn cung cấp đến 220V điện một chiều và 380V điện xoay chiều

Cầu dao thường được dùng để đóng ngắt mạch điện công suất nhỏ và khi làm việc không cần thao tác đóng ngắt nhiều lần Nếu điện áp cao hơn hoặc mạch điện có công suất trung bình và lớn thì cầu dao thường chỉ làm nhiệm vụ đóng ngắt không tải Vì trong trường hợp này khi ngắt mạch hồ quang sinh 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

5.2 Phân loại và cấu tạo

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

ĐIỆN XÍ NGHIỆP

Hình 1.16 Các loại cầu dao thông thường

 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 vệ

III KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN TỰ ĐỘNG

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

ĐIỆN XÍ NGHIỆP

Hình 1.17 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 1.18 Cầu chì loại vặn

Hình 1.19 Cầu chì có hộp bằng bảo vệ làm từ lexan

 Loại có dòng định mức 250A, điện áp định mức 32VDC:

Hình 1.20 Cầu chì có bộ phận bảo vệ bằng nhựa

 Cầu chì hình chữ T

Hình 1.21 Cầu chì hình chữ T

Dây chảy tốt

Dây chảy

bị đứt

ĐIỆN XÍ NGHIỆP

 Cầu chì loại MEGA

Dòng điện định mức của loại cầu chì này là 100÷250A Điện áp định mức 32VDC

Hình 1.22 Cầu chì loại MEGA

Khi được lắp đặt trong hệ thống loại cầu chì này cũng có vỏ bảo vệ bên ngoài;

Hình 1.23 Cầu chì loại MEGA có vỏ bằng nhựa

Hình 1.24 Cầu chì loại MEGA có vỏ bằng loại nhựa dẻo chịu nhiệt cao

 Cầu chì Maxi

Hình 1.24 Cầu chì Maxi Điện áp định mức 32VDC Dòng điện định mức 30÷80A Loại cầu chì này có giá thành tương đối thấp Dây chảy của cầu chì có điện trở rất thấp và được cách ly với bên ngoài Loại cầu chì này thích hợp cho các dòng điện nhánh

1.3 Nguyên lý làm việc của 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,

ĐIỆN XÍ NGHIỆP

hình 1.25) tại mọi thời điểm đều phải thấp hơn đường đặc tính của đối tượng được bảo vệ (đường 2, hình 1.25)

 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 1.25 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

 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 có điện áp định mức bằng hoặc cao hơn điện áp bảo vệ trong mạch điện

ĐIỆN XÍ NGHIỆP

2 CB ( CIRCUIT BREAKER)

2.1 Định nghĩa

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

của CB cũng gần giống như cầu chì CB sẽ tự động ngắt mạch khi có sự cố ngắn mạch gây nên quá dòng hay quá nhiệt, nên có người ta còn gọi là cầu dao tự động hay là aptomat

Sự khác biệt giữa CB và cầu chì là CB có 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) Ngoài ra CB còn

có thể được sử dụng như là thiết bị điều khiển Để thay thế cho việc đóng mở CB bằng tay, chúng ta có thể thiết kế mạch điện để đóng mở CB tự động

2.2 Cấu tạo của CB

CB thông thường có 5 bộ phận chính: Sườn, tiếp điểm cơ khí, bộ phận triệt hồ quang, các đầu nối dây và bộ phận đóng ngắt

Hình 1.26 Các bộ phận chính trên CB

Hình 1.27 Cấu tạo chi tiết của CB

 Sườn: dùng để bảo vệ các bộ phận bên trong và cách ly đối với con người Ngoài ra

khung của CB còn được dùng để gắn kết các bộ phận khác với nhau Sườn của CB sẽ quyết định kích thước vật lý, dòng điện và điện áp lớn nhất có thể qua CB

 Các tiếp điểm cơ khí: dùng để đóng và mở CB

 Bộ phận triệt hồ quang: Dùng để hạn chế, chia nhỏ và dập tắt hồ quang ở giữa tiép

điểm mỗi khi CB ngắt dòng điện Bộ phận dập hồ quang thực chất chỉ là các tiếp điểm được mắt nối tiếp với nhau