Giáo trình Thực hành trang bị điện: Phần 1

Rờ-le thời gian là loại khí cụ điện điều khiển bởi một mạch có tác động làm chậm sự đóng mở các tiếp điểm của rờ-le.. Thông thường rờ- le thời gian chỉ lắp đặt trong mạch điều khiển, [r]

BÀI MỞ ĐẦU GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ CÁC KHÍ CỤ, THIẾT BỊ ĐIỆN ĐƯỢC SỬ

DỤNG KHI THỰC HÀNH TRANG BỊ ĐIỆN

1 Nút nhấn (ấn) - push button

Hình mđ 1: Cấu tạo nút nhấn và Hình dạng thực tế của nút nhấn

Nút ấn là loại khí cụ điện điều khiển bằng tay gián tiếp, dùng để đóng ngắt các mạch điện động lực thông qua các khí cụ điện từ

Nút ấn thường được chế tạo liên hợp, gồm một tiếp điểm thường kín và một tiếp điểm thường hở Khi có lực tác động vào nút ấn, thì tiếp điểm thường kín mở

ra trước sau đó tiếp điểm thường mở mới đóng lại, khi không cón lực tác động thì trình tự thay đổi trạng thái sẽ ngược lại

Nút ấn có thể làm việc với 106 lần đóng mở không tải, hoặc 2.105 lần đóng

mở có tải

1.1 Ký hiệu nút ấn trên sơ đồ điện:

Nút ấn thường mở: nó chỉ đóng mạch khi bị tác động

Nút ấn thường đóng: nó chỉ cắt mạch khi bị tác động

Nút ấn kép: là nút ấn kết hợp tiếp điểm đóng và tiếp điểm mở Khi tác động

thì thiếp điểm thường mở đóng và tiếp điểm thường đóng mở, khi thôi tác động thì các tiếp điểm phục hồi lại vị trí ban đầu

hay

1.2 Cấu tạo: gồm các bộ phận sau:

1 Núm tác động; 4 Tiếp điểm thường mở (NO); 2 Hệ thống tiếp điểm; 5 Tiếp điểm thường đóng (NC); 3 Tiếp điểm chung (com); 6 Lò xo phục hồi

1.3 Công dụng: Nút nhấn thường được lắp ở mặt trước của các tủ điều khiển, hoặc

được lắp trên các bảng điều khiển gắn liền với máy, hoặc để cách biệt với máy khi

cần điều khiển từ xa.Nút nhấn (ấn) được dùng trong mạch điều khiển, để ra lệnh điều khiển mạch động lực hoạt động Nút ấn chỉ được phép làm việc với các dòng điện nhỏ, thường có I = 5A với điện áp 440VDC và 500VAC

Một đặc điểm của nút ấn là các trạng thái làm việc chỉ là chế độ nhấp (không duy trì ), còn trạng thái không làm việc (không có lực tác động lên nút ấn) mới là chế độ duy trì

Tín hiệu do nút nhấn tự phục hồi tạo ra có dạng xung như hình mđ.2

Hình mđ.2: Tín hiệu do nút nhấn tạo ra

2 Nút dừng khẩn (emergency stop) - nút nhấn không tự phục hồi là một loại

nút ấn thường đóng không tự phục hồi, dùng trong mạch bảo vệ hoặc mạch dừng

do nó có chốt khoá Khi bị tác động, nút tự giữ ở trạng thái bị ấn Muốn xoá trạng thái này, phải xoay nút đi một góc nào đó

Hình mđ.3: Nút ấn dừng khẩn cấp

2.1 Ký hiệu nút dừng khẩn cấp trên sơ đồ mạch điện

2.2 Cấu tạo Tương tự như nút ấn phục hồi nhưng nó có chốt khóa khi ta ấn

2.3 Công dụng Nút dừng khẩn được dùng để dừng nhanh hệ thống khi xảy ra sự

cố Thông thường người ta dùng tiếp điểm thường đóng để cấp điện cho toàn bộ mạch điều khiển Khi hệ thống xảy ra sự cố, nhấn vào nút dừng khẩn làm mở tiếp điểm thường đóng ra, cắt điện toàn bộ mạch điều khiển

3 Công tắc (switch) Công tắc thực tế thường được dùng làm các khoá chuyển

mạch (chuyển chế độ làm việc trong mạch điều khiển), hoặc dùng làm các công tắc đóng mở nguồn (cầu dao)

Hình mđ.4: Công tắtc 1,3 pha

4 Công tắc hành trình (Limit switch) Công tắc hành trình là một loại thiết bị

điện, tác dụng bằng lực cơ học để đóng mở các tiếp điểm thường đóng hoặc thường mở Công tắc này sẽ tác động (thay đổi trạng thái đóng mở của tiếp điểm) khi bộ phận động của máy đi qua những vị trí đã xác định trên hành trình làm việc của nó Người ta còn gọi là công tắc điểm cuối, công tắc cửa hoặc công tắc cực

hạn Từ đây gọi chung là công tắc hành trình

Có hai loại công tắc hành trình: Loại tác động tức thời, thì khi hết lực nén trên con lăn lò xo lại kéo các tiếp điểm trở về vị trí cũ Loại tác động lâu dài dù hết lực nén trên con lăn trạng thái tiếp điểm vẫn được giữ nguyên cho tới khi có sự va chạm ngược lại, công tắc mới trở về trạng thái cũ

Hình mđ 5: Một số kiểu công tắc hành trình

4.1 Ký hiệu công tắc hành trình trên sơ đồ điện

,

4.2 Cấu tạo

Hình mđ 6: Cấu tạo công tắc hành trình

1 Đòn bẩy; 5 Tiếp điểm thường mở (NO); 2 Bánh xe cóc; 6 Tiếp điểm thường đóng (NC); 3 Hệ thống tiếp điểm; 7 Lò xo; 4 Tiếp điểm chung (com)

4.3 Công dụng: Công tắc hành trình thường dùng để nhận biết vị trí chuyển động

của các cơ cấu máy hoặc dùng để giới hạn các hành trình chuyển động

5 Cảm biến phao cơ khí

5.1 Cấu tạo và nguyên lý

5.1.1 Kiểu 1 mức

Hình mđ 7

5.1.2 Kiểu 2 mức

Hình mđ 8

a Cạn nước b Mực nước thấp c Mực nước đầy

5.2 Công dụng: Trong thực tế cảm biến mức kiểu phao cơ khí thường được dùng trong các hệ thống tự động bơm nước vào hồ chứa

6 Rơ le điện từ - Rơ le trung gian Các rờ-le sử dụng trong mạch điều khiển,

mạch điện bảo vệ, kiểm soát thường có công suất nhỏ, chỉ tải dòng điện không quá 5A được gọi là rơ-le trung gian

Loại rờ-le này thường có nhiều tiếp điểm thường mở và nhiều tiếp điểm thường đóng Thường được sản xuất với hai loại điện áp: Rò-le một chiều sử dụng nguồn điện một chiều với cấp điện thế 6V, 12V, 24V, 48V….; Rờ-le xoay chiều sử dụng với nguồn điện xoay chiều với cấp điện áp 100V, 110V, 200V, 220V…

Hình mđ 9: Dạng thực tế một số loại rơ le điện từ

6.1 Ký hiệu rờ-le trung gian trên sơ đồ điện:

Cuộn dây:

Tiếp điểm điều khiển:

6.2 Cấu tạo

0 Tiếp điểm chung (com) ; 1 Tiếp điểm thường đóng (NC); 2 Tiếp điểm thường

mở (NC); 3 Cuộn dây (phần cảm); 4 Mạch từ (phần cảm); 5.Nắp (phần ứng);

6 Lò xo; A, B: Nguồn nuôi cho rơ le

Hình mđ 10: Cấu tạo rơ le điện từ

Mạch từ: Có tác dụng dẫn từ Đối với rơ le điện từ 1 chiều, gông từ được chế tạo từ thép khối thường có dạng hình trụ tròn (vì dòng điện một chiều không gây nên dòng điện xoáy do đó không phát nóng mạch từ) Đối với rơ le điện từ xoay chiều, mạch từ thường được chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện ghép lại (để làm giảm dòng điện xoáy fucô gây phát nóng)

Cuộn dây: Khi đặt một điện áp đủ lớn vào hai đầu A và B, trong cuộn dây sẽ

có dòng điện chạy qua, dòng điện này sinh ra từ trường trong lõi thép để rơ le làm việc

Lò xo: Dùng để giữ nắp

Tiếp điểm: Thường có một hoặc nhiều cặp tiếp điểm, 0 - 1 là tiếp điểm

thường mở, 0 - 2 là tiếp điểm thường đóng

6.3 Nguyên lý làm việc: Khi chưa cấp điện vào hai đầu A - B của cuộn dây, lực

hút điện từ không sinh ra, trạng thái các chi tiết như hình mđ.9 Khi đặt một điện

áp đủ lớn vào A - B, dòng điện chạy trong cuộn dây sinh ra từ trường tạo ra lực hút điện từ Nếu lực hút điện từ thắng được lực đàn hồi của lò xo thì nắp được hút xuống Khi đó tiếp điểm 0 - 1 mở ra và 0 - 2 đóng lại Khi mất nguồn cung cấp, lò

xo sẽ kéo các tiếp điểm lại trở về trạng thái ban đầu

6.4 Công dụng: Rơ le điện từ được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điều khiển có

tiếp điểm Nhiệm vụ chính là để cách ly tín hiệu điều khiển, nhằm đảm bảo cho mạch hoạt động tin cậy, đúng qui trình

7 Công tắc tơ (contactor)- Khởi động từ Công tắc tơ là thiết bị đóng cắt điện áp

thấp, truyền động bằng điện từ Nó được dùng cho mạch điện động lực một chiều

và xoay chiều cần đóng ngắt thường xuyên (đến 1500 lần trong một giờ) và thực hiện điều khiển bằng điện từ xa Trong trường hợp công tắc tơ được sử dụng để điều khiển vận hành động cơ thường có gắn thêm rơ le nhiệt nên được gọi là khởi

động từ Khởi đông từ có một công tắc tơ được gọi là khởi động từ đơn Khởi động

từ có hai công tắc tơ gọi là khởi động từ kép: loại này thường được trang bị thêm

bộ phận liên động cơ khí (kiểu bập bên) giữa hai công tắc tơ để ngăn ngừa tiếp điểm hỏng, dính không cho cùng một lúc hai công tắc tơ cùng làm việc Khởi động

từ kép thường sử dụng để khởi động cho những động cơ điện 3 pha cần đổi chiều quay

Hình mđ 11: Hình dạng thực tế của một loại contactor

Có hai loại công tắc tơ: loại dùng cho điện một chiều và loại dùng cho điện xoay chiều: Công tắc tơ một chiều: ở loại này thường có một hoặc hai tiếp điểm chính và một số tiếp điểm phụ Mạch từ và lõi nam châm điện đều làm bằng sắt từ mềm Cuộn dây có dạng hình trụ tròn, cao và gầy hơn so với cuộn dây công tắc tơ xoay chiều Tiếp điềm hình ngón, có thiết bị dâp hồ quang Cuộn dây công tắc tơ một chiều sử dụng với cấp điện áp 6V, 12V, 24V, 28V, 36V, 48V…; Công tắc tơ xoay chiều: Loại này thường có nhiều tiếp điểm chính và nhiều tiếp điểm phụ Về kết cấu nó khác với công tắc tơ một chiều là mạch từ gồm những tấm thép kỹ thuật điện ghép lại (mõi tấm dày từ 0.35 – 0.5 mm) để hạn chế dòng điện xoáy, khi làm việc khỏi nóng quá mức Buồng dập hồ quang thường cấu tạo theo phương pháp khử ion ( buồng nhiều ngăn ) Tiếp điểm thường dùng kiểu bắc cầu có hai chổ cắt, đôi khi 4 chổ cắt giúp cho việc dập hồ quang được thuận lợi mà ít khi dùng tiếp điểm hình ngón như công tắc tơ điện một chiều Cuộn dây công tắc tơ xoay chiều

sử dụng nguồn điện với cấp điện áp 100V, 110V, 200V, 220V, 380V…

7.1 Ký hiệu công tắc tơ trên sơ đồ điện:

Cuộn dây

Tiếp điểm động lực:

mđ 12

7.2 Cấu tạo và nguyên lý: Về cơ bản cấu tạo của công tắc tơ giống với rơ le điện

từ, chỉ khác nhau ở chỗ rơ le dùng để đóng cắt tín hiệu trong các mạch điều khiển còn công tắc tơ dùng để đóng cắt ở mạch động lực (có điện áp cao, dòng điện lớn)

do đó cuộn dây của công tắc tơ lớn hơn, tiếp điểm của công tắc tơ cũng lớn hơn (chịu được dòng điện, điện áp cao hơn)

Tiếp điểm của công tắc tơ có hai loại: Tiếp điểm chính (dùng để đóng cắt cho mạch động lực), tiếp điểm phụ (dùng trong mạch điều khiển) Để hạn chế phát sinh hồ quang khi tiếp điểm chính đóng cắt, tiếp điểm chính thường có cấu tạo dạng cầu và được đặt trong buồng dập hồ quang Tiếp điểm chính là dạng thường mở; còn tiếp điểm phụ có cả thường mở và thường đóng

7.3 Công dụng: Công tắc tơ là phần tử chủ lực trong hệ thống điều khiển có tiếp

điểm Nó được dùng để đóng cắt, điều khiển động cơ, máy sản xuất trong công nghiệp và dân dụng

8 Rơ le thời gian (timer) Rờ-le thời gian là loại khí cụ điện điều khiển bởi một

mạch có tác động làm chậm sự đóng mở các tiếp điểm của le Thông thường

rờ-le thời gian chỉ lắp đặt trong mạch điều khiển, nên không chịu tải dòng điện lớn

Rơ le thời gian trong thực tế có rất nhiều loại: Rơ le thời gian cơ khí, rơ le thời gian thuỷ lực, rơ le thời gian điện từ, rơ le thời gian điện tử Hiện nay trong công nghiệp người ta thường dùng rơ le thời gian điện tử (có độ chính xác cao)

8.1 Ký hiệu rờle thời gian trên sơ đồ điện:

Tiếp điểm thường mở, đóng chậm, mở ngay:

Tiếp điểm thường mở, đóng ngay, mở chậm:

Tiếp điểm thường mở, đóng chậm, mở chậm:

Tiếp điểm thường đóng, mở ngay, đóng châm:

Tiếp điểm thường đóng, mở chậm, đóng ngay:

Tiếp điểm thường đóng, mở chậm, đóng chậm:

8.2 Cấu tạo Cấu tạo của rơ le thời gian điện tử bao gồm một mạch trễ thời gian

điện tử cấp nguồn cho một rơ le trung gian để điều khiển hệ thống tiếp điểm đóng cắt sau 1 khoảng thời gian trể nào đó

Tùy vào trạng thái ban đầu của tiếp điểm mà sẽ có các loại tiếp điểm khác nhau của rơ le thời gian như: thường mở - đóng chậm hoặc thường đóng - mở chậm

a Rơ le thời gian tương tự b Rơ le thời gian số

Hình mđ 13: Một sô loại rơ le thời gian

Cuộn dây rơ le Hệ thống tiếp điểm Hình mđ 13: Sơ đồ khối của rơ le thời gian

8.3 Công dụng: Rơ le thời gian được sử dụng phổ biến trong mạch tự động khống

chế nhằm tạo ra những khoảng thời gian trễ cần thiết để khống chế mạch hoạt động đúng qui trình Nó là khí cụ chủ lực để thực hiện tự động khống chế theo nguyên tắc thời gian

9 Các thiết bị bảo vệ

9.1 Cầu chì Cầu chì là phần tử dùng để bảo vệ cho thiết bị tránh được sự cố ngắn

mạch Bộ phận cơ bản của cầu chảy là dây chảy, dây chảy thường làm bằng các chất có nhiệt độ nóng chảy thấp Với mạch có cường độ lớn thì dây chảy thường làm bằng chất có nhiệt độ nóng chảy cao nhưng thiết diện nhỏ thích hợp Do vậy dây chảy thường là dây chì có thiết diện tròn, hoặc bằng các lá chì, kẽm, hợp kim chì-thiếc, nhôm

9.1.1 Ký hiệu cầu chì trên sơ đồ điện:

9.1.2 Cấu tạo

1 Nắp; 2 Võ; 3 Dây chảy

Hình mđ 14: Cầu chì

9.1.3 Công dụng: Bản chất của cầu chì là một đoạn dây dẫn yếu nhất trong mạch,

khi có sự cố đoạn dây này bị đứt ra đầu tiên Cầu chì dùng bảo vệ thiết bị tránh khỏi dòng ngắn mạch

Để cầu chì bảo vệ được đối tượng cần bảo vệ với một dòng điện nào đó trong mạch, dây chảy phải chảy đứt trước khi đối tượng bị phá hủy Trị số dòng điện mà dây chảy bị chảy đứt được gọi là dòng điện giới hạn ( Igh > Iđm để dây chảy không bị đứt khi làm việc với dòng định mức Thông thường đối với dây chảy chì: Igh/Iđm = 1.25 – 1.45, dây chảy hợp kim chì thiếc: Igh/Iđm = 1.15, dây chảy đồng: Igh/Iđm = 1.6 – 2

9.2 Aptomat (Current Breaker; CB) Aptômát là loại cầu dao tự động cắt mạch

điện hạ áp khi gặp sự cố ngắn mạch như: ngắn mạch, quá tải, sụt áp vv… Aptômát còn gọi là máy cắt điện không khí vì hồ quang được dập tắt trong không khí chứ không phải trong dầu, buồng dập hồ quang cũng tương tự như công tắt tơ

Hình mđ 15: Cấu tạo rơ le nhiệt 3 pha

Sự khác nhau giữa aptômát và công tắc tơ là: Aptômát cắt được dòng điện chập mạch rất lớn (aptômát 2050 dòng điện định mức Iđm = 1500A có khả năng cắt dòng điện ngắn mạch tới 30000A) Số lần đóng cắt của aptômát ít hơn của công tắc

tơ, khoảng từ vài ngàn lần trong khi công tắc tơ có thể đóng cắt hàng triệu lần Vì vậy aptomát chỉ dùng để đóng cắt khi có sự cố hoặc khi cần cách li giữa nguồn với nơi sử dụng Aptômát có thể bảo vệ chập mạch, quá tải, sụt áp, dòng điện ngược… còn công tắc tơ chỉ dùng để đóng cắt mạch điện và bảo vệ sụt áp, nếu có lắp thêm role nhiệt thì chỉ có thể bảo vệ quá tải mà thôi Công tắc tơ được đóng bằng điện còn aptômát thì sau khi cắt mạch, muốn đóng điện phải dùng tay

9.2.1 Ký hiệu aptômát trên sơ đồ điện:

9.2.2 Cấu tạo: Ap tô mat là một thiết bị bảo vệ đa năng tuỳ theo cấu tạo ap tô mat

có thể bảo vệ sự cố ngắn mạch, sự cố quá tải, sự cố dòng điện dò, sự cố quá áp

Trong thực tế người ta dùng phổ biến là ap tô mat bảo vệ sự cố ngắn mạch, trong công nghiệp để bảo vệ sự cố ngắn mạch và sự cố quá tải cho các động cơ điện người ta còn tích hợp thêm rơ le nhiệt vào ap tô mat

Trong dân dụng, để tránh sự cố điện giật nguy hiểm cho tính mạng con người, người ta thường trang bị cho hệ thống điện trong nhà aptomat bảo vệ sự cố dòng điện dò (ap tô mat chống giật) Nguyên lý của ap tô mat bảo vệ sự cố ngắn mạch

Hình mđ 16: Cấu tạo rơ le nhiệt 3 pha

1 Nam châm điện; 2 Móc răng; 3 Thanh truyền long; 4 Tiếp điểm 5 Lò xo;

A: Cực nối nguồn; B: Cực nối tải

9.2.3 Công dụng: Ap tô mat dùng để đóng cắt và bảo vệ mạch điện Với giá thành

ngày càng rẻ, hiện nay nó thay thế hầu hết các vị trí của cầu dao-cầu chì

10 Cầu dao Cầu dao là khí cụ đóng ngắt bằng tay ở lưới điện hạ áp Cầu dao

được sử dụng phổ biến trong mạch điện dân dụng và công nghiệp, có thể phân cầu dao ra thành các loại như sau: Cầu dao một cực, hai cực, ba cực có thề đóng về một phía hay hai phía; Cầu dao được phân loại theo điện áp (250V, 500V) và theo dòng điện (3A, 5A, 10A, 15A, 100A…) Cầu dao có loại hở và loại có hợp bảo vệ, cầu dao thường kết hợp với cầu chì để bảo vệ khỏi bị ngắn mạch