đồ án khí cụ điện tủ điều khiển động cơ máy nén khí

ĐỀ TÀI: TỦ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ MÁY NÉN KHÍ KHỞI ĐỘNG SAO TAM GIÁC CÓ CHẾ ĐỘ AUTO MANUAL, CHẾ ĐỘ AUTO CHẠY THEO RELAY ÁP SUẤT Mạch động lực gồm : cầu chì, đèn báo pha, MCB 3 pha, contactor, relay nhiệt và động cơ 3 pha. Cầu chì có tác dụng bảo vệ đèn báo pha. Đèn báo pha để báo pha có hoạt động hay không. MCB 3 pha đóng ngắt nguồn điện cấp cho toàn bộ mạch điện phía sau nó. Contactor dùng để điều khiển chế độ hoạt động của động cơ thông qua mạch điều khiển. Relay nhiệt bảo vệ quá tải cho động cơ.Mạch điều khiển gồm MCB 1 pha, nút nhấn khẩn cấp, nút nhấn dừng, công tắc 2 chế độ, nút nhấn bắt đầu, công tắc áp suất, bộ định thời gian và đèn báo hoạt động. MCB 1 pha đóng ngắt nguồn điện cấp cho mạch điều khiển. Nút nhấn khẩn cấp khi nhấn sẽ ngắt điện mạch điều khiển trong trường hợp có sự cố xảy ra. Công tắc chuyển đổi 2 chế độ chế độ Auto và Manual. Khi công tắc gạt sang chế độ Manual, nút nhấn dừng dừng khi nhấn sẽ dừng động cơ trong lúc động cơ đang hoạt động. Nút nhấn bắt đầu sẽ khởi động động cơ hoạt động. Bộ định thời gian dùng để điều khiển động cơ khởi động theo chế độ saotam giác. Khi công tắc gạt sang chế độ Auto Công tắc áp suất sẽ đảm nhiệm công việc tắt mở động cơ dựa vào áp suất khí trong bồn.Đèn báo dùng để báo động cơ chạy và khi có lỗi.Khi MCB đóng dòng điện từ MCB qua tiếp điểm thường đóng của Relay nhiệt đi qua nút dừng khẩn cấp ESTOP đến công tắc 2 chế độ. Có 2 chế độ

TRƯỜNG ĐẠI HỌC GIAO THÔNG VẬN TẢI TP HỒ CHÍ MINH

KHOA ĐIỆN – ĐIỆN TỬ VIỄN THÔNG

BÁO CÁO ĐỒ ÁN KHÍ CỤ ĐIỆN

ĐỘNG SAO TAM GIÁC CÓ CHẾ ĐỘ AUTO MANUAL, CHẾ ĐỘ AUTO CHẠY THEO RELAY ÁP SUẤT

Giảng viên hướng dẫn :Nguyễn Minh Quyền Sinh viên thực hiện: Lê Văn Hiếu

Nguyễn Thành Nam Trần Đoàn Tấn Tài

Võ Thành Tài Nguyễn Tiến Đạt

TP Hồ Chí Minh, 2020

LỜI MỞ ĐẦU

Với bối cảnh nước ta hiện nay là một quốc gia đang phát triển mạnh bật nhất Đông Nam Á Với nguồn nhân lực và khoán sản dồi dào, song song với đó công nghệ luôn được cập nhật liên tục và Việt Nam đang được các nước phát triển với nền công nghệ tiên tiến hàng đầu thế giới như Nhật, Mỹ, Nga, Trung Quốc… Ngày càng nhiều Với những công nghệ mới như vậy thì trình độ của người lao động và các kĩ sư, tiến sỹ đầu ngành cũng phải luôn nâng cấp và phát triển liên tục để nắm bắt được công nghệ mới

Đề tài “ Tủ điều khiển máy nén khí chạy bằng động cơ ba pha với hai chế độ Manual

và Auto” là một trong những đề tài rất hay và liên quan rất nhiều tới công nghệ trong điện công nghiệp và tự động hoá hiện nay

Nhằm mục đích giảm thiểu tối đa sức lao động và tăng năng suất lao động của con người thì khi thực hiện đề tài này người thực hiện sẽ nâng cao thêm rất nhiều về mặt kiến thức chuyên ngành điện và các kĩ năng cần thiết cho bản thân, đó là bước đệm rấtlớn để phát triển và tiến xa hơn tới những công nghệ hiện đại nhất

MỤC LỤC

Chương 1: Đặt vấn đề 4

1.1 Lý do lựa chọn đề tài 4

1.2 Phân tích yêu cầu 4

1.3 Sơ đồ giải pháp 5

Chương 2: Cơ sở lý thuyết 6

2.1 Các thiết bị, khí cụ điện 6

2.1.1 MCB 7

2.1.2 Contactor 8

2.1.3 Relay nhiệt 9

2.1.4 Timer 10

2.1.5 Công tắc áp suất 11

2.1.6 Relay trung gian 12

2.1.7 Cầu chì 13

2.2 Tính chọn các thiết bị 14

2.2.1 Tính chọn MCB 14

2.2.2 Tính chọn contactor 14

2.3 Tính chịn thiết bị cho mạch điều khiển 15

2.3.1 Tính chọn MCB 15

2.32 Tính họn cầu chì 15

2.3.3 Tính chọn đèn báo 16

2.3.4 Tính chọn nút nhấn 16

2.3.5 tính chọn timer 17

2.3.6 Tính chọn công tắc áp suất 18

Chương 3: Thiết kế bản vẽ và trình bày nguyên lý của tủ điện 19

3.1 Phần mềm hỗ trợ 19

3.2 Sơ đồ mạch động lực 20

3.3 Sơ đồ mạch điều khiển 22

3.4 Nguyên lí hoạt động của tủ điện 24

Chương 4: Thi công, lắp đặt tủ điện 26

4.1 Chuẩn bị vật tư, thiết bị 26

4.1.1 Danh sách vật tư, thiết bị 27

4.1.2 Các công cụ cần thiết 28

4.2 Thi công, lắp đặt rail, máng cáp lên Panel của tủ điện 30

4.2.1 Lắp rail, máng cáp 30

4.2.2 Lắp thiết bị 31

4.2.3 Đi dây mạch động lực 31

4.3 Thi công trên mặt tủ 32

4.4 Kiểm tra tủ trước khi đóng điện 3 pha 33

4.4.1 Kiểm tra nguội các đầu dây bằng đồng hồ VOM 34

4.4.2 Kiểm tra mạch điều khiển bằng cách cấp điện áp xoay chiều một pha vào 35

Kết luận 37

Tài liệu tham khảo 38

1.2 Phân tích yêu cầu

 Thiết kế tủ khởi động và điều khiển của máy nén khí sử dụng động cơ 3 pha

+ Chế độ Manual: Khi nhấn nút khởi động thì động cơ sẽ khởi động theo chế độ

sao tam giác và động cơ sẽ dừng khi nhấn nút Stop Relay nhiệt sẽ tự động ngắt dòngđiện khi hiện tượng quá tải động cơ xảy ra

+ Chế độ Auto: Khi công tắc gạt sang chế độ Auto thì công tắc áp suất sẽ đảm

nhiệm việc tắt mở động cơ theo áp suất có ở trong máy nén khí Relay nhiệt sẽ tự động ngắt dòng điện khi hiện tượng quá tải động cơ xảy ra

Mục đích áp dụng tủ điều khiển máy nén khí có động cơ 3 pha bằng hai chế độ

Manual và Auto:

 Tăng năng suất lao động

 Giảm sức lao động của con người

 Giảm khả năng rủi ro trong công việc

-Bộ định thời gian Selec

Cấu tạo

MCB được cấu tạo bởi các bộ phận: tiếp điểm, hộp dập hồ quang, cơ cấu truyền động cắt MCB, móc bảo vệ

Tiếp điểm: MCB thường có cấu tạo hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và hồ

quang) hoặc 3 tiếp điểm (tiếp điểm chính, tiếng đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm chính Còn khi ngắt mạch tiếp điểm chính mở trước, tiếp điểm phụ mở sau và cuối cùng là hồ quang p điểm phụ, hồ quang) Hoạt động của tiếp điểm như sau: khi đóng mạch tiếp điểm hồ quang điện

Hộp dập hồ quang: Có 2 kiểu thiết bị dập hồ quang là: hồ quang kiểu nửa kín và hồquang kiểu hở Đặc điểm của 2 loại khác nhau: kiểu nửa kín được đặt trong vỏ kín của MCB và có lỗ thoát khí Kiểu hở được dùng với điện áp lớn hơn 50KA hoặc điện áp lớn 1000V (cao áp) Hồ dập quang có nhiều tấm thép xếp thành lưới ngăn thành nhiều đoạn khác nhau để tạo thuận lợi cho việc dập tắt hồ quang

Cơ cấu truyền động cắt MCB: có 2 cách truyền động cắt MCB (bằng tay và bằng cơ điện) Đối với truyền động cắt điều khiến bằng tay được thực hiện với các MCB có dòng điện định mức không lớn Còn đối với loại điều khiến bằng cơ điện ở các

Trong điều kiện ngắn mạch, dòng điện tăng đột ngột Lúc này sẽ gây ra sự dịch

chuyển điện cơ của pít tông liên quan đến cuộn dây bị vấp hoặc điện từ Pít tông tấn công đòn bẩy làm giải phóng ngay lập tức cơ chế chốt Các tiếp điểm ngắt

• Cấu tạo.

Về cơ bản, một contactor có tiếp điểm được cấu thành bởi những bộ phận như sau: Nam châm điện: Nam châm điện gồm 4 thành phần: Cuộn dây dùng tạo ra lực hút nam châm, Lõi sắt, Lò xo tác dụng đẩy phần nắp trở về vị trí ban đầu

1.Hệ thống dập hồ quang:

Khi chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm các tiếp điểm bị cháy và mòn dần, vì vậy cần hệ thống dập hồ quang

2.Hệ thống tiếp điểm:

Hệ thống tiếp điểm của contactor trong tủ điện liên hệ với phần lõi từ di động qua

bộ phận liên động về cơ Tuỳ theo khả năng tải dẫn qua các tiếp điểm, ta có thể chia các tiếp điểm thành hai loại:Tiếp điểm chính: Có khả năng cho dòng điện lớn

đi qua (từ 10A đến vài nghìn A, thí dụ khoảng 1600A hay 2250A) Tiếp điểm chính

là tiếp điểm thường hở đóng lại khi cấp nguồn vào mạch từ của contactor trong tủ điện làm mạch từ hút lại Tiếp điểm phụ: Có khả năng cho dòng điện đi qua các tiếpđiểm nhỏ hơn 5A Tiếp điểm phụ có hai trạng thái: thường đóng và thường hở Tiếp điểm thường đóng là loại tiếp điểm ở trạng thái đóng (có liên lạc với nhau

giữa hai tiếp điểm) khi cuộn dây nam châm trong contactor ở trạng thái nghỉ

(không được cung cấp điện) Tiếp điểm này hở ra khi chúng sẽ ở trạng thái hoạt động Ngược lại là tiếp điểm thường hở

Như vậy, hệ thống tiếp điểm chính tủ điện điều khiển thường được lắp trong mạch điện động lực, còn các tiếp điểm phụ sẽ lắp trong hệ thống mạch điều khiển

• Nguyên lí hoạt động.

Khi cấp nguồn trong tủ điện điều khiển bằng giá trị điện áp định mức của Contactorvào hai đầu của cuộn dây quấn trên phần lõi từ cố định, thì lực từ tạo ra hút phần lõi từ di động hình thành mạch từ kín (lực từ lớn hơn phản lực của lò xo),

Contactor sẽ ở trạng thái hoạt động Lúc này nhờ vào bộ phận liên động về cơ giữa lõi từ di động và hệ thống tiếp điểm làm cho tiếp điểm chính của Contactor trong

tủ điện đóng lại, tiếp điểm phụ chuyển đổi trạng thái (thường đóng sẽ mở ra,

thường hở sẽ đóng lại) và duy trì trạng thái này Khi ngưng cấp nguồn cho cuộn dâythì Contactor ở trạng thái nghỉ Các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu

2.1.3 Relay nhiệt

 Khái niệm

Rơle nhiệt là loại khí cụ điện tự động đóng cắt tiếp điểm nhờ sự co dãn vì nhiệt củacác thanh kim loại Ứng dụng: Rơle nhiệt thường dùng để bảo vệ quá tải cho các thiết bị điện Trong công nghiệp rơle nhiệt được lắp kèm với công tắc tơ

gấp 20 lần invar) Hai phiến ghép lại với nhau thành một tấm bằng phương pháp cán nóng hoặc hàn.

Khi đốt nóng do dòng I phiến kim loại kép uốn về phía kim loại có hệ số giãn nở nhỏhơn, có thể dùng trực tiếp cho dòng điện qua hoặc dây điện trở bao quanh Để độ uốn cong lớn yêu cầu phiến kim loại phải có chiều dài lớn và mỏng Nếu cần lực đẩy mạnh thì chế tạo tấm phiến rộng, dày và ngắn

Nam châm điện

Gồm có cuộn dây điện áp 12, mạch từ tĩnh 11, lõi thép động 10 và lò xo 9 Nó nhận điện áp từ nguồn điện thao tác Tức là nguồn cấp cho mạch điện khống chế Cơ cấuthời gian

Gồm có bánh răng dẫn động nối cứng với thanh hãm Bánh răng này truyền động nhờ lò xo (18) và truyền chuyển động cho bánh răng để làm quay tiếp điểm động (21) Bộ phận chính của cơ cấu thời gian là hệ thống các bánh răng (16), (15), (13) nối tới trục quay tiếp điểm động bởi bánh ma sát (17) Nó làm quay bánh răng 3 đểtruyền chuyển động tới cơ cấu con lắc gồm bánh cóc (14), móc (1) và quả rung (2)

Cơ cấu con lắc để giữ cho tốc độ quay của tiếp điểm động là đều, tương tự như ở

 Nguyên lí hoạt động

ON DELAY

Khi cấp nguồn vào cuộn dây của timer ON DELAY, các tiếp điểm tác động không tính thời gian chuyển đổi trạng thái tức thời (Các tiếp điểm thường đóng hở ra, thường hở đóng lại) Các tiếp điểm tác động có tính thời gian không đổi Sau

khoảng thời gian đã định trước, các tiếp điểm tác động có tính thời gian sẽ chuyển trạng thái Trạng thái đó sẽ được duy trì trạng thái này Khi ngưng cấp nguồn vào cuộn dây, tất cả các tiếp điểm lập tức trở về trạng thái ban đầu

Kí hiệu tiếp điểm có tính thời gian:

Tiếp điểm thường mở, đóng chậm, mở nhanh

Tiếp điểm thường đóng, mở chậm, đóng nhanh

OFF DELAY

Khi cấp nguồn vào cuộn dây của timer OFF DELAY, các tiếp điểm tác động tức thời

và duy trì trạng thái này

Khi ngưng cấp nguồn vào cuộn dây, tất cả các tiếp điểm tác động không tính thời gian trở về trạng thái ban đầu Tiếp sau đó một khoảng thời gian đã định trước, cáctiếp điểm tác động có tính thời gian sẽ chuyển về trạng thái ban đầu

Tiếp điểm thường mở, đóng nhanh, mở chậm

Tiếp điểm thường đóng, mở nhanh, đóng chậm

2.1.5 Công tắc áp suất

 Khái niệm

Công tắc áp suất (Pressure switch) được biết đến là 1 trong những loại rơ le áp

suất, được sử dụng để điều khiển áp suất thấp / áp suất cao thông qua 2 tiếp điểm NO/NCCông tắc áp suất có nhiều tên gọi khác nhau như Cong tac ap suat, Công tắc báo đầy mức nước, Công tắc áp lực, Rơ le áp suất, Công tắc áp suất giá rẻ

 Cấu tạo

 Nguyên lí hoạt động

Khi áp suất cao vào cổng áp lực, một chuỗi các yếu tố ảnh hưởng sẽ xẩy ra Màng ngăn bắt đầu uốn cong và đẩy tấm áp lực lên Nếu lực áp suất cho tấm là đủ cao đểnén lò xo thì tấm áp lực sẽ bắt đầu tăng lên Khi mà lực đủ lớn, tấm áp lực sẽ tăng lên cho đến khi các tiếp điểm kết nối, khi đó mạch điện bị đóng lại và nguồn điện

được cung cấp cho mạch mạch Sự chuyển động từ cảm biến sẽ kích hoạt một tín hiệu điện bằng cách thay đổi vị trí của các tiếp điểm điện trong công tắc.

Màng chắn thực hiện cơ chế võng xuống được lắp đặt với tấm áp lực Khi áp suất thấp, không có đủ lực để cuộn hoặc nén lò xo, và mạch điện vẫn mở Công tắc điện

tử (thực hiện việc tắt) là thành phần quan trọng nhất cần thiết cho một công tắc ápsuất đơn giản

Sử dụng công tắc áp suất an toàn dạng Manual Reset như một lựa chọn tiêu chuẩn.Các thiết bị công tắc áp suất này có thể được nối để tạo hoặc phá vỡ một mạch điện hoặc thường mở và thường đóng khi công tắc không được kích hoạt

2.1.6 Relay trung gian

 Khái niệm

Relay trung gian về cơ bản là một thiết bị relay điện từ với kích thước nhỏ Chúng

có chức năng chuyển mạch tín hiệu điều khiển hoặc làm nhiệm vụ khuếch đại

Trong sơ đồ điều khiển, relay trung gian thông thường được lắp đặt ở vị trí trung gian Nó nằm giữa những thiết bị điều khiển công suất nhỏ và những thiết bị có công suất lớn hơn

 Cấu tạo

Thiết bị nam châm điện này có thiết kế gồm lõi thép động, lõi thép tĩnh và cuộn dây Cuộn dây bên trong có thể là cuộn cường độ, cuộn điện áp hoặc cả 2 Lõi thép động được găng bởi lò xo cùng định vị bằng một vít điều chỉnh Cơ chế tiếp điểm bao gồm tiếp điểm thuận và tiếp điểm nghịch

Relay trung gian tro

ng mạch điện

 Nguyên lí hoạt động

Dòng điện chạy qua relay trung gian sẽ chạy qua cuộn dây bên trong Nó tạo ra một

từ trường hút Từ trường hút này tác động lên một đòn bẩy bên trong Hiện tượng

này làm đóng hoặc mở các tiếp điểm điện Từ đó sẽ làm thay đổi trạng thái của relay Số tiếp điểm điện bị thay đổi có thể là 1 hoặc nhiều, tùy vào thiết kế.

Relay có 2 mạch độc lập nhau hoạt động Một mạch điều khiển cuộn dây của relay: Cho dòng chạy qua cuộn dây hay không (hay có nghĩa là điều khiển relay ở trạng thái ON hay OFF) Một mạch điều khiển dòng điện ta cần kiểm soát có qua được relay hay không dựa vào trạng thái ON hay OFF của relay

2.1.7 Cầu chì

 Khái niệm

Cầu chì là một loại khí cụ điện dùng để bảo vệ thiết bị và lưới điện tránh sự cố ngắnmạch, thường dùng để bảo vệ cho đường dây dẫn, máy biến áp, động cơ điện,

thiết bị điện, mạch điện điều khiển, mạch điện thắp sáng

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

 Cấu tạo

Phần tử ngắt mạch: Đây chính là thành phần chính của cầu chì, phần tử này phải cókhả năng cảm nhận được giá trị hiệu dụng củ dòng điện qua nó Phần tử này có giá trị điện trở suất bé (thường bằng bạc, đồng hay các vật liệu dẫn có giá trị điện trở suất nhỏ lân cận với các giá trị nêu trên ) Hình dạng của phần tử có thể ở dạng là một dây (tiết diện tròn), dạng băng mỏng

Thân của cầu chì: Thường bằng thuỷ tính, ceramic (sứ gốm) hay các vật liệu khác tương đương

Các đấu nối: Các thành phần này dùng định vị cố định cầu chì trên các thiết bị đóngngắt mạch; đồng thởi phải đảm boả tính tiếp xúc điện tốt

 Nguyên lí hoạt động

Đặc tính cơ bản của cầu chì là sự phụ thuộc của thời gian chảy đứt với dòng điẹn chạy qua (đặc tính Ampe - giây) Để có tác dụng bảo vệ, đường Ampe - giây của cầuchì tại mọi điểm phải thấp hơn đặc tính của đối tượng cần bảo vệ

Đối với dòng điện định mức của cầu chì: Năng lượng sinh ra do hiệu ứng Joule khi

có dòng điện định mức chạy qua sẽ toả ra môi trường và không gây nên sự nóng chảy, sự cân bằng nhiệt sẽ được thiết lập ở một giá trị mà không gây sự già hoá hayphá hỏng bất cứ phần tử nào của cầu chì

Đối với dòng điện ngắn mạch của cầu chì: Sự cân bằng trên cầu chì bị phá huỷ,

nhiệt năng trên cầu chì tăng cao và dẫn đến sự phá huỷ cầu chì

2.2 Tính chọn các thiết bị, khí cụ điện cho mạch động lực

Ta chọn dòng của contactor theo phép tính sau :

Chọn tải cho cotactor tải AC3 tải cuộn kháng loại TeSys D theo TCVN là 6592-4-1Theo catalog ta chọn contactor có điện áp cung cấp 220VAC dòng định mức : 9A ứng với tải AC3 cho 3P

- Mã thiết bị :LC1D09M7

2.2.3 Tính chọn Relay nhiệt

Ta có Iovr = Icontactor=8.23A

Ta chọn relay nhiệt mã hiệu LRD16

2.3 Tính chọn các thiết bị, khí cụ điện cho mạch điều khiển

Chọn ruột cầu chì có dòng dm 25A để bảo vệ đèn báo pha :

2.3.3 Tính chọn đèn báo

Dựa trên điện áp 220v tần số 50/60hz tra catalog ta được :

 Đèn xanh ( green) mã số hiệu : XB7EV03MP

 Đèn đỏ (red) mã số hiệu : XB7EV04MP

 Đèn vàng (yellow) mã số hiệu : XB7EV05MP

2.3.4 Tính chọn nút nhấn

- khi chọn nút nhấn dựa vào chức năng mà ta muốn sử dụng

- tra catalog ta chọn nút xoay ( ESTOP ) để dừng khẩn cấp khi xảy ra sự cố :

XB5AS8445

Chọn nút START on off :

-ta chọn nút nhán ON ( green) có mã : XB4BA31

- ta chọn nút nhấn OFF (red) có mã :XB4BA42

2.3.6 Tính chọn công tắc áp xuất

Ngưỡng áp suất (range) của relay phải cho phép thiết lập ở mức 8 bar (max của đường ống)

+ Độ điều chỉnh của relay (thường gọi là Diff) phải cho phép thiết lập ở 2 bar

Cách xác định Diff: Diff = max – min

Ta chọn Phạm vi công tắc áp suất 2-14 bar, Chức năng tiếp xúc SPDT

CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ BẢN VẼ VÀ TRÌNH BÀY NGUYÊN LÍ CỦA TỦ ĐIỆN

3.1 Phần mềm hỗ trợ

+ CADe-SIMU

Một phần mềm vẽ mạch và mô phỏng mạch điện

công nghiệp Phần mềm này tiện lợi trong việc vẽ các sơ đồ mạch

điện công nghiệp, được hỗ trợ đầy đủ các kí hiệu của các thiết bị dùng

trong công nghiệp như: nguồn vào, côngtắctơ, áptômát, rơle,

motor…Việc đưa ra sơ đồ điều khiển trong công nghiệp khá đơn giản

đối với phần mềm này, giúp kỹ sư vẽ mạch nhanh chóng và đồng thời

có thể mô phỏng

+ EPLAN Electric P8/ProPanel

EPLAN Electric P8 là một trong những phần mềm quan trọng của

EPLAN, giúp giải quyết các vấn đề thiết kế tủ bảng điện, tủ PLC, tủ

động lực Được trang bị các tính năng thông minh như tạo Macros

tự động, Cross-Reference (liên kết chéo), tự động đánh số…, phần

mềm giúp tăng tốc độ thiết kế