TRANG BỊ ĐIỆN CD - Nguồn: BCTECH

- Mạch khởi động: Đặt 2 que đo vào 2 đầu dây nguồn của mạch điều khiển, ấn nút M nếu kim chỉ thị giá trị điện trở cuộn dây contactor thì mạch tốt; Nếu kim chỉ R= ∞, ta phải chia mạch [r]

UBND TỈNH BÀ RỊA – VŨNG TÀU

TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ

TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN

Nhằm đáp ứng nhu cầu học tập và nghiên cứu cho giảng viên và sinh viên nghề điện tử công nghiệp trong trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Bà Rịa – Vũng Tàu Chúng tôi đã thực hiện biên soạn tài liệu Trang bị điện này Tài liệu được biên soạn thuộc loại giáo trình phục vụ giảng dạy và học tập, lưu hành nội

bộ trong nhà trường nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm

1

LỜI GIỚI THIỆU

Trang bị điện là mô đun cơ sở dành cho học sinh/ sinh viên ngành điện tử công nghiệp Nội dung của giáo trình được xây dựng trên cơ sở kế thừa những tài liệu đang được giảng dạy tại trường, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa Giáo trình biên soạn ngắn gọn, cơ bản tùy theo tính chất của ngành nghề đào tạo mà nhà trường đang tự điều chỉnh cho phù hợp với xu thế mới Giáo trình gồm 8 bài:

Bài 1: Khái quát về hệ thống trang bị điện

Bài 2: Mạch điều khiển động cơ KĐB 3 pha rôto lồng sóc quay một chiều Bài 3: Mạch điều khiển đảo chiều động cơ KĐB 3 pha rôto lồng sóc

Bài 4: Mạch điện mở máy động cơ KĐB 3 pha rôto lồng sóc bằng phương pháp đổi nối sao- tam giác

Bài 5: Mạch điện điều khiển tuần tự hệ thống động cơ KĐB 3 pha rôto lồng sóc

Bài 6: Mạch điện điều khiển đảo chiều quay động cơ 1 pha

Trong quá trình biên soạn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ các thầy cô và các bạn học sinh- sinh viên để hoàn thiện cuốn sách này

Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày 30 tháng 6 năm 2020

Tham gia biên soạn

Hà Thị Thu Phương

2

MỤC LỤC

BÀI 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG TRANG BỊ ĐIỆN

1 Khái niệm về hệ thống trang bị điện

2 Các yêu cầu của hệ thống trang bị điện

LỒNG SÓC BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỔI NỐI SAO- TAM GIÁC

CƠ KĐB 3 PHA RÔTO LỒNG SÓC

3

GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Trang bị điện

Mã mô đun: MĐ19

Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun:

- Vị trí: Mô đun này thuộc khối kiến thức cơ sở, được học sau khi đã hoàn thành các mô đun an toàn điện, đo lường điện- điện tử, kỹ thuật điện và học trước mô đun PLC cơ bản, lắp đặt hệ thống điện thông minh

- Tính chất: Là mô đun bắt buộc và bổ trợ các kiến thức cần thiết về lĩnh vực điện tử công nghiệp cho người học Trung cấp và Cao đẳng

- Ý nghĩa và vai trò của mô đun: giới thiệu một số khí cụ, thiết bị thường được

sử dụng trong điều khiển động cơ; trình bày các phương pháp điều khiển động

cơ không đồng bộ 3 pha, một pha, động cơ một chiều

Mục tiêu của mô đun:

4

-Về năng lực tự chủ và trách nhiệm:

Người học có khả năng làm việc độc lập hoặc làm nhóm, có tinh thần hợp tác, giúp đỡ lẫn nhau trong học tập và rèn luyện, có ý thức tự giác, tính kỷ luật cao, tinh thần trách nhiệm trong công việc Người học tự đánh giá được kết quả công việc mình theo yêu cầu công việc mà giáo viên đưa ra

Nội dung của mô đun:

5

BÀI 1 : KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG TRANG BỊ ĐIỆN

Giới thiệu:

Khí cụ điện (KCĐ) là những thiết bị dùng để đóng ngắt, điều khiển, kiểm tra,

tự động điều chỉnh, khống chế các đối tượng điện cũng như không điện và bảo

vệ chúng trong các trường hợp sự cố Trong lĩnh vực điều khiển động cơ, khí cụ điện đóng vai trò vô cùng quan trọng

1 Khái niệm về hệ thống trang bị điện

Hệ thống TBĐ-TĐH các máy sản xuất là tổng hợp các thiết bị điện được lắp ráp theo một sơ đồ phù hợp nhằm đảm bảo cho các máy sản xuất thực hiện nhiệm vụ sản xuất

Mục đích:

- Nâng cao năng suất máy

- Đảm bảo độ chính xác gia công

- Rút ngắn thời gian máy

- Thực hiện các công đoạn gia công khác nhau theo một trình tự cho trước

- Các thiết bị điều khiển

Là các khí cụ đúng cắt, bảo vệ, tín hiệu nhằm đảm bảo cho các thiết bị động lực làm việc theo yêu cầu của máy công tác

Các trạng thái làm việc của thiết bị động lực được đặc trưng bằng:

6

+ Tốc độ làm việc của các động cơ điện hay của máy công tác

+ Dòng điện phần ứng hay dòng điện phần cảm của động cơ điện

+ Mômen phụ tải trên trục động cơ

Tuỳ theo quá trình công nghệ yêu cầu mà động cơ truyền động có các chế độ công tác khác nhau Khi động cơ thay đổi chế độ làm việc, các thông số trên có thể có giá trị khác nhau

Việc chuyển chế độ làm việc của động cơ truyền động được thực hiện tự động nhờ hệ thống điều khiển

Như vậy: Hệ thống khống chế truyền động điện là tập hợp các khí cụ điện

và dây nối được lắp ráp theo một sơ đồ nào đó nhằm đáp ứng việc việc điều khiển, khống chế và bảo vệ cho phần tử động lực trong quá trình làm việc theo yêu cầu công nghệ đặt ra

- Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị trong quá trình sản xuất

2 Các yêu cầu của hệ thống trang bị điện

2.1 Các chức năng chính của hệ thống trang bị điện

- Đóng cắt: Là quá trình đưa phần tử động lực vào hoặc ra khỏi mạch điện

để thay đổi trạng thái làm việc của hệ thống truyền động

Chức năng đóng cắt do các khí cụ đóng cắt thực hiện, các thiết bị đúng cắt bao gồm:

• Cầu dao, áp tômát

- Khống chế: Nhằm đảm bảo cho quá trình đúng cắt xảy ra đúng thời điểm,

đúng trình tự yêu cầu Nhờ chức năng khống chế của hệ thống mà thiết bị động lực sẽ làm việc với tốc độ, dòng điện, mô men,thời gian, trình tự theo yêu cầu

của quy trình công nghệ đòi hỏi

Chức năng khống chế do các khí cụ khống chế thực hiện, các khí cụ khống chế bao gồm:

- Bảo vệ: Nhằm đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị trong quá trình

sản xuất Chức năng bảo vệ do các khí cụ bảo vệ thực hiện Các khí cụ bảo vệ bao gồm cầu chì, áp tômat, rơ le nhiệt, rơle dòng điện, điện áp, công tắc cực hạn

2.2 Các yêu cầu của hệ thống trang bị điện

- Phù hợp nhất với quy trình công nghệ: Đây là yêu cầu quan trọng nhất

của hệ thống khống chế vì hệ thống khống chế được hình thành từ yêu cầu công nghệ Một hệ thống khống chế được gọi là "phù hợp nhất với quy trình công

nghệ" phải có các đặc điểm sau:

+ Động cơ điện truyền động phải có đặc tính cơ và đặc tính điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất mà nó dẫn động

+ Động cơ phải có được các chế độ công tác cần thiết đáp ứng được đòi hỏi của máy công tác

Khi đó hệ thống truyền động sẽ được khai thác triệt để nhất về mặt công suất, hiệu suất, nâng cao được hiệu quả kinh tế- kỹ thuật của phương án lựa chọn

- Kết cấu đơn giản, tác động tin cậy

Tính đơn giản được thể hiện:

+ Kết cấu của thiết bị đơn giản

+ Sử dụng ít chủng loại thiết bị Số lượng thiết bị là ít nhất

+ Số lượng và chiều dài dây nối là ít nhất

Tính tin cậy được thể hiện:

+ Thiết bị phải có thống số và đặc tính làm việc ít biến đổi theo thời gian và điều kiện môi trường

+ Thiết bị co tuổi thọ về cơ, điện, tần số đúng cắt phù hợp với đặc tính của máy công tác

- Thuận tiện, linh hoạt trong điều khiển

Tính linh hoạt: Một hệ thống điều khiển được coi là linh hoạt khi nó nhanh chóng và dễ dàng:

+ Chuyển từ chế độ điều khiển bằng tay sang điều khiển tự động, bán tự động

và ngược lại

8

+ Chuyển từ khối làm việc sang khối dự phòng và ngược lại

+ Chuyển từ quy trình làm việc này sang quy trình làm việc khác

Tính thuận tiện: Tính thuận tiện trong điều khiển nghĩa là:

+ Từ một chỗ có thể điều khiển được nhiều đối tượng

+ Từ nhiều chỗ điều khiển được một đối tượng

- Đơn giản cho kiểm tra và phát hiện sự cố

Quá trình hoạt động của hệ thống kỹ thuật nói chung cũng như hệ thống truyền động điện nói riêng có thể xảy ra các chế độ làm việc không mong muốn hoặc sự cố Các chế độ này thường gây thiệt hại về nhiều mặt Do đó khi xuất hiện các chế độ này cần nhanh chóng loại bỏ để giảm thiểu những thiệt hại do chúng mang lại Việc thiết kế và xây dựng hệ thống phải làm sao cho cho nhân viên vận hành có các xử lý đúng đắn trong quá trình làm việc đồng thời giúp cho nhân viên sửa chữa thuận tiện cho việc bảo dưỡng, thay thế và nhanh chóng phát hiện ra các phần mạch bị sự cố

Khi thiết kế và xây dựng hệ thống nên bố trí thiết bị theo các quy tắc:

+ Bố trí thiết bị thành nhóm theo từng cụm chức năng của sơ đồ

+ Các nhóm khác nhau được cung cấp từ cầu dao, cầu chì riêng

+ Các cụm quan trọng phải có tín hiệu báo về tình trạng làm việc bình thường hay sự cố của chúng bằng âm thanh, ánh sáng

+ Các thiết bị phải thường xuyên kiểm tra bảo dưỡng phải được bố trí ở chỗ thuận tiện cho xem xét, tháo lắp thay thế, sửa chữa

+ Đặt ký hiệu và số hiệu đầu nối của dây dẫn

+ Sử dụng các dây dẫn với màu sắc khác nhau

- Tác động phân minh lúc bình thường cũng như khi có sự cố:

Hoạt động của mạch phải tốt cả khi vận hành bình thường cũng như khi có sự

cố Không được tạo ra các mạch giả khi có sự hoạt đông không bình thường của mạch Mạch phải được thiết kế đảm bảo sao cho khi nhân viên vận hành tthao tác nhầm, không để gây ra sự cố

- Kích thước và giá thành nhỏ nhất

Kích thước và giá thành của hệ thống điều khiển ảnh hưởng đáng kể đến kích thước và giá thành của máy Do đó việc tính toán, thiết kế hệ thống truyền động phải được chú trọng nhưng phải đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật, chắc chắn và tính mỹ thuật cho cả máy

- An toàn và các yêu cầu khác

An toàn cho người và thiết bị trong quá trình khai thác, vận hành thiết bị là yêu cầu quan trọng Khi thiết kế và xây dựng hệ thống cần dự kiến đến các chế

độ làm việc xấu và sự cố để có các phương án bảo vệ cần thiết, đồng thời phải

có các biện pháp đảm bảo an toàn cho người vận hành và những người liên quan Ngoài các biện pháp kỹ thuật phải có cả các biện pháp quản lý như hệ

3 Một số khí cụ thường dùng

3.1 Các khí cụ thường dùng trong hệ thống trang bị điện

Khí cụ điện là thiết bị dùng để đóng cắt, bảo vệ, điều khiển, điều chỉnh các lưới điện, mạch điện, các loại máy điện và các máy trong quá trình sản xuất Khí cụ điện làm việc lâu dài trong các mạch dẫn điện, nhiệt độ của khí cụ điện tăng lên gây tổn thất điện năng dưới dạng nhiệt năng và đốt nóng các bộ phận dẫn điện và cách điện của khí cụ Vì vậy khí cụ điện làm việc được trong mọi chế độ khi nhiệt độ của các bộ phận phải không quá những giá trị cho phép làm việc an toàn lâu dài

Khí cụ điện được phân ra các loại sau:

- Khí cụ điện dùng để đóng cắt các mạch điện:Cầu dao, Máy cắt, Aptômat…

- Khí cụ điện dùng để điều khiển: Công tắc tơ, Khởi động từ, Bộ khống chế chỉ huy…

-Dùng để bảo vệ ngắn mạch của lưới điện: Cầu chì, Aptômat, Các loại máy cắt, Rơle nhiệt…

3.1.1 Cầu dao

Cầu dao là một khí cụ điện dùng để đóng cắt mạch điện bằng tay, được sử dụng trong các mạch điện có nguồn dưới 500V, dòng điện định mức có thể lên tới vài KA

Khi thao tác đóng ngắt mạch điện, cần đảm bảo an toàn cho thiết bị dùng điện Bên cạnh đó cần có biện pháp dập tắt hồ quang điện, tốc độ di chuyển lưỡi dao càng nhanh thì hồ quang kéo dài càng nhanh, thời gian dập tắt hồ quang càng ngắn Vì vậy khi đóng cắt mạch điện cầu dao cần phải đóng cắt một cách dứt khoát

Thông thường cầu dao được bố trí đi cùng với cầu chì để bảo vệ ngắn mạch cho mạch điện

a Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của cầu dao

Cấu tạo:

Phần chính của cầu dao là lưỡi dao và hệ thống kẹp lưỡi được làm bằng hợp kim của đồng, ngoài ra bộ phận nối dây cũng làm bằng hợp kim đồng

10

Hình 1.1: Cấu tạo cầu dao

Các cầu dao đơn giản như hình1.1 thường dùng để đóng cắt mạch điện công suất nhỏ, dòng điện cỡ vài chục Ampe

Nguyên lý làm việc của cầu dao có lưỡi dao phụ

Khi đóng mạch điện ta kéo tay gạt (5) lên, lưỡi dao phụ số (4) sẽ tiếp xúc với ngàm (3) trước, sau đó đến lượt lưỡi dao chính (6)

Khi ngắt mạch điện, ta kéo tay gạt (5) xuống, lưỡi dao chính sẽ di chuyển khỏi ngàm trước, làm cho lò xo (7) bị kéo căng, đồng thời lưỡi dao phụ (4) cũng di chuyển và tách khỏi ngàm, nhưng nhờ có lực căng của lò xo (7) nên lưỡi dao phụ tách khỏi ngàm một cách dứt khoát, mạch điện được cắt đột ngột, hạn chế được sự phát sinh của hồ quang

Hình 1.2: Cấu tạo cầu dao có lưỡi dao phụ Cầu dao cắt nhanh:

11

Khi thao tác trên cầu dao, nhờ vào lưỡi dao và hệ thống kẹp lưỡi mạch điện được đóng ngắt trong quá trình ngắt mạch, cầu dao thường xảy ra hồ quang điện tại đầu lưỡi dao và điểm tiếp xúc trên hệ thống kẹp lưỡi Người sử dụng cần phải kéo lưỡi dao ra khỏi kẹp nhanh để dập tắt hồ quang

Để giúp cho việc ngắt mạch điện bằng cầu dao một cách nhanh chóng và dứt khoát người ta bố trí thêm lưỡi dao phụ như sơ đồ nguyên lý cấu tạo hình 1.2

Bộ phận chính của nó gồm: Giá đỡ (1), đế cách điện (2), tiếp xúc tĩnh - ngàm (3), lưỡi dao phụ (4), tay gạt (5), lưỡi dao chính (6), lò xo bật nhanh (7)

Ngoài ra, người ta còn trang bị thêm cho cầu dao hệ thống bảo vệ ngắn mạch điện Với cầu dao công suất nhỏ thường trang bị các dây chảy bằng đồng hoặc chì, còn các cầu dao công suất lớn thường trang bị cầu chì ống, bên trong có chứa cát và dây chảy, lớp cát này có tác dụng tản nhiệt và chặn hồ quang, bảo vệ cho vỏ sứ khỏi bị nứt vỡ khi có hiện tượng ngắn mạch

-Theo công dụng người ta chia ra làm 2 loại sau:

• Cầu dao đóng cắt thông thường: dùng đóng cắt phụ tải công suất nhỏ

• Cầu dao cách ly: thường dùng đóng cắt dòng không tải cho các phụ tải trung bình và lớn

-Theo điện áp định mức: 250V, 400V

-Theo dòng điện định mức: dòng điện định mức của cầu dao được cho trước bởi nhà sản xuất (thường là loại 10A, 15A, 20A, 25A, 30A, 60A, 75A, 100A, 150A, 200A,

-Theo điều kiện bảo vệ:

• Cầu dao có nắp

• Cầu dao không có nắp (thường được đặt trong hộp hay tủ điều khiển) -Theo yêu cầu sử dụng

• Cầu dao có cầu chì bảo vệ ngắn mạch

• Cầu dao không có cầu chì bảo vệ

12

Ký hiệu cầu dao không có cầu chì bảo vệ

Ký hiệu cầu dao có cầu chì bảo vệ

Hình 1.3: Một số hình ảnh về cầu dao

c Cách lựa chọn cầu dao

Chọn cầu dao theo dòng điện định mức và điện áp định mức: Gọi Itt là dòng điện tính toán của mạch điện Unguồn là điện áp nguồn của lưới điện sử dụng

Iđm cầu dao = Itt

Uđm cầu dao = Unguồn

3.1.2 Cầu chì

a Khái niệm và yêu cầu

Cầu chì là một loại khí cụ điện dùng để bảo vệ thiết bị và lưới điện tránh sự

cố ngắn mạch, 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

Các tính chất và yêu cầu của cầu chì:

- Cầu chì có đặc tính làm việc ổn định, không tác động khi có dòng điện

mở máy và dòng điện định mức lâu dài đi qua

13

- Đặc tính A – s của cầu chì phải thấp hơn đặc tính của đối tượng bảo vệ

- Khi có sự cố ngắn mạch, cầu chì tác động phải có tính chọn lọc

- Việc thay thế cầu chì bị cháy phải dễ dàng và tốn ít thời gian

b Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cấu tạo: Cầu chì bao gồm các thành phần sau:

sự già hoá hay phá 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: Người

ta phân thành hai giai đoạn khi xảy ra sự phá huỷ cầu chì:

- Quá trình tiền hồ quang (tp)

- Quá trình sinh ra hồ quang (ta)

Hình 1 4: Tác động của cầu chì

Giản đồ thời gian của quá trình phát sinh hồ quang

Trong đó:

t0: Thời điểm bắt đầu sự cố

tp: Thời điểm chấm dứt giai đoạn tiền hồ quang

tt: Thời điểm chấm dứt quá trình phát sinh hồ quang

Quá trình tiền hồ quang: Giả sử tại thời điểm t0 phát sinh sự quá dòng, trong khoảng thời gian tp làm nóng chảy cầu chì và phát sinh ra hồ quang

Dòng điện tiền hồ quang

Dòng điện trong quá trình hồ quang

Dòng điện phỏng đoán hồ quang

t

14

điện Khoảng thời gian này phụ thuộc vào giá trị dòng điện tạo nên do sự cố

và sự cảm biến của cầu chì

Quá trình phát sinh hồ quang: Tại thời điểm tp hồ quang sinh ra cho đến thời điểm t0 mới dập tắt toàn bộ hồ quang Trong suốt quá trình này, năng lượng sinh ra do hồ quang làm nóng chảy các chất làm đầy tại môi trường hồ quang sinh ra; điện áp ở hai đầu cầu chì hồi phục lại, mạch điện được ngắt ra

c Phân loại, ký hiệu, công dụng

Cầu chì dùng trong lưới điện hạ thế có nhiều hình dạng khác nhau, trong sơ

đồ nguyên lý ta thường ký hiệu cho cầu chì theo một trong các dạng sau:

Hình 1 5:Ký hiệu của cầu chì trên sơ đồ

Cầu chì có thể chia thành hai dạng cơ bản, tùy thuộc vào nhiệm vụ:

+ Cầu chì loại g: Cầu chì dạng này chỉ có khả năng ngắt mạch, khi có sự

cố hay quá tải hay ngắn mạch xảy ra trên phụ tải

+ Cầu chì loại a: Cầu chì dạng này chỉ có khả năng bảo vệ duy nhất trạng thái ngắn mạch trên tải

Muốn phân biệt nhiệm vụ làm việc của cầu chì, ta cần căn cứ vào đặc tuyến Ampe – giây (là đường biểu diễn mô tả mối quan hẹ giữa dòng điện qua cầu chì

và thời gian ngắt mạch của cầu chì)

Gọi: ICC: Giá trị dòng điện ngắn mạch IS: Giá trị dòng điện quá tải

Với cầu chì loại g: Khi có dòng ICC qua mạch nó phải ngắt mạch tức thì,

và khi có dòng IS qua mạch cầu chì không ngắtm ạch tức thì mà duy trì một khoảng thời gian mới ngắt mạch (thời gian ngắt mạch và giá trị dòng IS tỉ

lệ nghịch với nhau)

Do đó nếu quan sát hai đặc tính Ampe – giây của hai loại cầu chì a và g; ta nhận thấy đặc tính Ampe – giây của cầu chì loại a nằm xa trục thời gian (trục tung) và cao hơn đặc tính Ampe – giây của cầu chì loại g

Hình 1 6:Đặc điểm Ampe giây, đặc tính của cầu chì

15

d Các đặc tính điện áp của cầu chì

- Điện áp định mức là giá trị điện áp hiệu dụng xoay chiều xuất hiện ở hai

đầu cầu chì (khi cầu chì ngắt mạch), tần số của nguồn điện trong phạm vi

48Hz đến 62Hz

- Dòng điện định mức là giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều mà

cầu chì có thể tải liên tục thường xuyên mà không làm thay đổi đặc tính của nó

- Dòng điện cắt cực tiểu là giá trị nhỏ nhất của dòng điện sự cố mà dây chì có

khả năng ngắt mạch Khả năng cắt định mức là giá trị cực đại của dodngf điện

CB (CB được viết tắt từ danh từ Circuit Breaker), CB là khí cụ điện dùng

đóng ngắt mạch điện (một pha, ba pha); có công dụng bảo vệ quá tải, ngắn

mạch, sụt áp

b Yêu cầu về chế độ làm việc của CB

Chọn CB phải thoả mãn ba yêu cầu sau:

- Chế độ làm việc ở định mức của CB phải là chế độ làm việc dài hạn, nghĩa

là trị số dòng điện định mức chạy qua CB lâu tuỳ ý Mặt khác, mạch dòng điện

của CB phải chịu được dòng điện lớn (khi có ngắn mạch) lúc các tiếp điểm của

nó đã đóng hay đang đóng

- CB phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn, có thể vài chục KA Sau

khi ngắt dòng điện ngắn mạch, CB đảm bảo vẫn làm việc tốt ở trị số dòng điện

định mức

- Để nâng cao tính ổn định nhiệt và điện động của các thiết bị điện, hạn chế

sự phá hoại do dòng điện ngắn mạch gây ra, CB phải có thời gian cắt bé Muốn

Dòng điện ngắn mạch

Dòng điện

sử dụng

Dòng điện định mức

Dòng điện cắt cực tiểu

Dòng điện cắt giới hạn

Khả năng cắt định mức Các đặc tính của cầu chì

vệ được tiếp điểm chính để dẫn điện Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm chính Tiếp điểm của áptômát thường làm bằng hợp kim gốm chịu được hồ quang như Ag-W; Cu-W; Ni, …

Hộp dập hồ quang:

Để CB dập được hồ quang trong tất cả các chế độ làm việc của lưới điện, người ta thường dùng hai kiểu thiết bị dập hồ quang là: kiểu nửa kín và kiểu hở Kiểu nửa kín được đặt trong vỏ kín của áptômát và có lỗ thoát khí Kiểu này có dòng điện giới hạn cắt không quá 50kA Kiểu hở được dùng khi giới hạn dòng điện cắt lớn hơn 50kA hoặc điện áp lớn hơn 1000V (cao áp)

Trong buồng dập hồ quang thông dụng, người ta dùng những tấm thép xếp thành lưới ngăn, để phân chia hồ quang thành nhiều đoạn ngắn thuận lợi cho việc dập tắt hồ quang

17

Cùng một thiết bị dập tắt hồ quang, khi làm việc ở mạch điện xoay chiều điện

áp đến 500V, có thể dập tắt được hồ quang của dòng điện đến 40kA; nhưng khi làm việc ở mạch điện một chiều điện áp đến 440V, chỉ có thể cắt được dòng điện đến 20kA

Cơ cấu truyền động cắt CB :

Truyền động cắt CB thường có hai cách: bằng tay và bằng cơ điện (điện từ, động cơ điện) Điều khiển bằng tay được thực hiện với các CB có dòng điện định mức không lớn hơn 600A Điều khiển bằng điện từ (nam châm điện) được ứng dụng ở các CB có dòng điện lớn hơn (đến 1000A) Để tăng lực điều khiển bằng tay người ta còn dùng một tay dài phụ theo nguyên lý đòn bẩy Ngoài ra còn có cách điều khiển bằng động cơ điện hoặc khí nén

Móc bảo vệ:

CB tự động cắt nhờ các phần tử bảo vệ - gọi là móc bảo vệ

Móc bảo vệ quá tải: (còn gọi là quá dòng điện) để bảo vệ thiết bị điện khỏi bị quá tải, đường thời gian – dòng điện của móc bảo vệ phải nằm dưới đường đặc

tính của đối tượng cần bảo vệ Người ta thường dùng hệ thống điện từ và rơle nhiệt làm móc bảo vệ đặt bên trong CB

Móc kiểu điện từ có cuộn dây mắc nối tiếp với mạch điện chính Khi dòng điện vượt quá trị số cho phép thì phần ứng bị hút và móc sẽ dập vào khớp rơi tự

do, làm tiếp điểm của CB mở ra Điều chỉnh vít để thay đổi lực kháng của lò xo,

ta có thể điều chỉnh được trị số dòng điện tác động Để giữ thời gian trong bảo

vệ quá tải kiểu điện từ, người ta thêm một cơ cấu giữ thời gian (ví dụ bánh xe răng như trong cơ cấu đồng hồ)

Móc kiểu rơle nhiệt đơn giản hơn cả, có kết cấu tương tự như rơle nhiệt có phần tử phát nóng đấu nối tiếp với mạch điện chính, tấm kim loại kép dãn nở làm nhả khớp rơi tự do để mở tiếp điểm của áptômát khi có quá tải Kiểu này có thiếu sót là quán tính nhiệt lớn nên không ngắt nhanh được dòng điện tăng vọt khi có ngắn mạch, do đó chỉ bảo vệ được dòng điện quá tải

Vì vậy người ta thường sử dụng tổng hợp cả móc kiểu điện từ và móc kiểu rơle nhiệt trong CB Loại này thường được dùng ở áptômát có dòng điện định mức đến 600A

Móc bảo vệ sụt áp: (còn gọi là bảo vệ điện áp thấp) cũng thường dùng kiểu

điện từ Cuộn dây mắc song song với mạch điện chính

d Nguyên lý hoạt động

Sơ đồ nguyên lý của CB dòng điện cực đại

Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện, CB được giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc 2 khớp với móc 3 cùng một cụm với tiếp điểm động Bật CB

18

ở trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện 5 và phần ứng 4 không hút Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ ở nam châm điện 5 lớn hơn lực lò xo 6 làm cho nam châm điện 5 sẽ hút phần ứng 4 xuống làm bật nhả móc 3, móc 2 được thả tự do, lò xo 1 được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm của CB được mở ra, mạch điện bị ngắt

Hình 1.8: Sơ đồ CB dòng điện cực đại

- Sơ đồ nguyên lý CB điện áp thấp:

- Bật CB ở trạng thái ON, với điện áp định mức nam châm điện 11 và phầnứng 10 hút lại với nhau

- Khi sụt áp quá mức, nam châm điện 11 sẽ nhả phần ứng 10, lò xo 9 kéo móc8 bật lên, móc 7 thả tự do, thả lỏng, lò xo 1 được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm của CB được mở ra, mạch điện bị ngắt

Hình1.9 : Sơ đồ CB điện áp thấp

Tuỳ theo công dụng bảo vệ, người ta chia CB ra các loại: CB cực đại theo dòng điện, CB cực tiểu theo điện áp, CB dòng điện ngược

Hình 1.10 : Một số loại CB trên thị trường

Cách lựa chọn CB:

Khi lựa chọn CB ta cần chú ý đến các thông số kỹ thuật chính như sau:

- Dòng điện định mức của CB Iđm (A) Đây là dòng điện lớn nhất cho phép

CB làm việc trong thời gian lâu dài mà không bị tác động (không bị ngắt) Dòng điện này không được nhỏ hơn dòng điện tính toán của phụ tải

- Dòng điện bảo vệ ngắn mạch của CB Inm (A) Đây là dòng điện nhỏ nhất (tác động trong thời gian rất ngắn) đủ để làm cho CB tự ngắt Chỉ những CB có kết cấu ngắt kiểu điện từ mới có các thông số này Đối với CB loại này khi chọn

để đóng ngắt động cơ thì dòng điện này không được nhỏ hơn dòng khởi động động cơ (Inm > Ikđ)

- Dòng điện bảo vệ quá tải của CB Iqt (A): dòng điện này có thể điều chỉnh

20

được nhờ các vít điều chỉnh đặt bên trong CB Thông thường nhà chế tạo đã chỉnh định sẵn và gắn keo, trong một số trường hợp ta có thể chỉnh lại theo giá trị sau

Iqt = (1,1 ÷ 1,2).Itt

- Điện áp làm việc của CB: (điện áp định mức của CB) Điện áp này được chọn phụ thuộc vào điện áp của lưới điện mà CB sử dụng

- Số cực của CB: loại 1 cực, hai cực hay ba cực

3.1.4 Rơ le nhiệt (Over Load OL)

a Khái niệm và cấu tạo

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

Phần tử phát nóng 1 được đấu nối tiếp với mạch động lực bởi vít 2 và ôm phiến lưỡng kim 3 Vít 6 trên giá nhựa cách điện 5 dùng để điều chỉnh mức độ uốn cong đầu tự do của phiến 3 Giá 5 xoay quanh trục 4, tuỳ theo trị số dòng điện chạy qua phần tử phát nóng mà phiến lưõng kim cong nhiều hay ít, đẩy vào vít 6 làm xoay giá 5 để mở ngàm đòn bẩy 9 Nhờ tác dụng lò xo 8, đẩy đòn bẩy 9 xoay quanh trục 7 ngược chiều kim đồng hồ làm mở tiếp điểm động 11 khỏi tiếp điểm tĩnh 12 Nút nhấn 10 để Reset Rơle nhiệt về vị trí ban đầu sau khi phiến lưỡng kim nguội trở về vị trí ban đầu

Hình1.13: Cấu tạo của rơ le nhiệt

b Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý chung của Rơle nhiệt là dựa trên cơ sở tác dụng nhiệt làm dãn nở phiến kim loại kép Phiến kim loại kép gồm hai lá kim loại có hệ số giãn nở khác nhau (hệ số giãn nở hơn kém nhau 20 lần) ghép chặt với nhau thành một phiến bằng phương pháp cán nóng hoặc hàn Khi có dòng điện quá tải đi qua, phiến lưỡng kim được đốt nóng, uốn cong về phía kim loại có hệ số giãn

nở bé, đẩy cần gạt làm lò xo co lại và chuyển đổi hệ thống tiếp điểm phụ

21

Để Rơle nhiệt làm việc trở lại, phải đợi phiến kim loại nguội và kéo cần Reset của Rơle nhiệt

Hình1.14: Ký hiệu của rơ le nhiệt trên sơ đồ nguyên lý

c Phân loại rơle nhiệt

Theo kết cấu Rơle nhiệt chia thành hai loại: Kiểu hở và kiểu kín

Theo yêu cầu sử dụng: Loại một cực và hai cực

Theo phương thức đốt nóng:đốt nóng trực tiếp và đốt nóng gián tiếp:

- Đốt nóng trực tiếp: Dòng điện đi qua trực tiếp tấm kim loại kép Loại này có cấu tạo đơn giản, nhưng khi thay đổi dòng điện định mức phải thay đổi tấm kim loại kép, loại này không tiện dụng

- Đốt nóng gián tiếp: Dòng điện đi qua phần tử đốt nóng độc lập, nhiệt

22

lượng toả ra gián tiếp làm tấm kim loại cong lên Loại này có ưu điểm là muốn thay đổi dòng điện định mức ta chỉ cần thay đổi phần tử đốt nóng Nhược diểm của loại này là khi có quá tải lớn, phần tử đốt nóng có thể đạt đến nhiệt độ khá cao nhưng vì không khí truyển nhiệt kém, nên tấm kim loại chưa kịp tác độc mà phần tử đốt nóng đã bị cháy đứt

- Đốt nóng hỗn hợp: Loại này tương đối tốt vì vừa đốt trực tiếp vừa đốt gián tiếp Nó có tính ổn định nhiệt tương đối cao và có thể làm việc ở bội số quá tải lớn

d Chọn lựa rơle nhiệt

Đặc tính cơ bản của Rơle nhiệt là quan hệ giữa dòng điện phụ tải chạy qua và thời gian tác động của nó (gọi là đặc tính thời gian – dòng điện, A - s)

Lựa chọn đúng Rơle là sao cho đường đặc tính A – s của Rơle gần sát đường đặc tính A – s của đối tượng cần bảo vệ Nếu chọn thấp quá sẽ không tận dụng được công suất của động cơ điện, chọn cao quá sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị cần bảo vệ

Trong thực tế, cách lựa chọn phù hợp là chọn dòng điện định mức của Rơle nhiệt bằng dòng điện định mức của động cơ điện cần bảo vệ, Rơle sẽ tác động ở giá trị (1,2 ÷ 1,3)Iđm Bên cạnh, chế độ làm việc của phụ tải và nhiệt độ môi trường xung quanh phải được xem xét

Hình1.15: Đặc tuyến bảo vệ của RN

Hình1.16: Ký hiệu của rơ le dòng trên sơ đồ nguyên lý

3.1.6 Rơ le trung gian

Rơle trung gian được dùng rất nhiều trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện và các sơ đồ điều khiển tự động Do có số lượng tiếp điểm lớn, vừa có tiếp điểm thường mở và tiếp điểm thường đóng Có các loại rơle trung gian một chiều và rơle xoay chiều

Hình 1.17 :cấu tạo của rơ le trung gian

Tương tự như contactor tuy nhiên rơle trung gian chỉ có tiếp điểm phụ (cường

độ dòng điện <5A) không có tiếp điểm chính Nên chỉ dùng để điều khiển

Ký hiệu: i=1,2,3,…… n

Phân loại: Dựa vào số lượng chân của rơ le có các loại sau:

24

+ Loại đế tròn 11 chân: Gồm 3 cặp tiếp điểm thường hở và 3 cặp tiếp điểm thường đóng

Hình1.18: Tiếp điểm của rơ le 11 chân

+ Loại đế vuông 14 chân: Gồm 4 tiếp điểm thường hở và 4 tiếp điểm thường đóng

Hình1.19: Tiếp điểm của rơ le 14 chân Chú ý:

+ Rơle trung gian không dùng để cấp nguồn động lực

+ Mỗi tiếp điểm chỉ sử dụng cho một mục đích, không dùng chung

3.1.7 Contactor

a Khái niệm

Contactor là một khí cụ điện dùng để đóng ngắt các tiếp điểm, tạo liên lạc trong mạch điện bằng nút nhấn Như vậy khi sử dụng Contactor ta có thể điều khiển mạch điện từ xa có phụ tải với điện áp đến 500V và dòng là 600A (vị trí điều khiển, trạng thái hoạt động của Contactor rất xa vị trí các tiếp điểm đóng ngắt mạch điện)

Phân loại Contactor tuỳ theo các đặc điểm sau:

- Theo nguyên lý truyền động: ta có Contactor kiểu điện từ (truyền điện bằng lực hút điện từ), kiểu hơi ép, kiểu thuỷ lực Thông thường sử dụng Contactor kiểu điện từ

- Theo dạng dòng điện: Contactor một chiều và Contactor xoay chiều

b.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Cấu tạo

Contactor được cấu tạo gồm các thành phần: Cơ cấu điện từ (nam châm

25

điện), hệ thống dập hồ quang, hệ thống tiếp điểm (tiếp điểm chính và phụ)

+ Nam châm điện: Nam châm điện gồm có các thành phần:

- Cuộn dây dùng tạo ra lực hút nam châm

- Lõi sắt (hay mạch từ) của nam châm gồm hai phần: Phần cố định và phần nắp di động Lõi thép nam châm có thể có dạng EE, EI hay dạng CI

- Lò xo phản lực có tác dụng đẩy phần nắp di động trở về vị trí ban đầu khi ngừng cung cấp điện vào cuộn dây

+Hệ thống dập hồ quang điện:

Khi Contactor chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm các tiếp điểm bị cháy, mòn dần Vì vậy cần có hệ thống dập hồ quang gồm nhiều vách ngăn làm bằng kim loại đặt cạnh bên hai tiếp điểm tiếp xúc nhau, nhất là ở các tiếp điểm chính của Contactor

+Hệ thống tiếp điểm của Contactor:

Hệ thống tiếp điểm 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 cuẩ Contactor 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 điể thường

hở đóng lại khi cấp nguồn vào mạch từ của Contactor làm mạch từ Contactor hút lại

- Tiếp điểm phụ: Có khả năng cho dòng điện đi qua các tiếp điểm 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 Contactor ở trạng thái hoạt động Ngược lại là tiếp điểm thường hở

Như vậy, hệ thống tiếp điểm chính thường được lắp trong mạch điện động lực, còn các tiếp điểm phụ sẽ lắp trong hệ thống mạch điều khiển (dùng điều khiển việc cung cấp điện đến các cuộn dây nam châm của các Contactor theo quy trình định trước)

Nguyên lý hoạt động của Contactor:

Khi cấp nguồn điện bằng giá trị điện áp định mức của Contactor vào 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 ở trạng thái hoạt động Lúc này nhờ vào bộ phận liên động về cơ giữa lõi từ di