Đang tải... (xem toàn văn)
(NB) Giáo trình Điện kỹ thuật với mục tiêu giúp các bạn có thể hệ thống được kiến thức cơ bản về mạch điện; trình bày được yêu cầu, nhiệm vụ, cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại máy điện dùng trong phạm vi nghề Công nghệ Ô tô; trình bày được công dụng và phân loại các loại khí cụ điện; vẽ được sơ đồ dấu dây, sơ đồ lắp đặt các mạch điện cơ bản; tuân thủ đúng quy định về an toàn khi sử dụng thiết bị điện;...
BỘ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ Xà HỘI TỔNG CỤC GIÁO DỤC NGHỀ NGHIỆP - - GIÁO TRÌNH Mơn học Điện kỹ thuật NGHỀ: CƠNG NGHỆ Ơ TƠ TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP LƯU HÀNH NỘI BỘ MỤC LỤC ĐỀ MỤC TRANG Lời giới thiệu Mục lục Chương 1: Đại cương dòng điện Chương 2: Máy phát điện 27 Chương 3: Động điện 33 Chương 4: Máy biến áp 41 Chương 5: Khí cụ điều khiển bảo vệ mạch điện 48 Tài liệu tham khảo 62 CHƯƠNG TRÌNH MƠN HỌC ĐIỆN KỸ THUẬT Mã số mơn học: MH 07 Thời gian môn học: 45 (Lý thuyết: 45 giờ; Thực hành: giờ) Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Mơn học bố trí giảng dạy song song với môn học/ mô đun sau: MH 08, MH 09, MH 10, MH 11, MH 12, MH13, MH 14, MH 15, MH 16, MH 18, MH 19 - Tính chất: Là môn học kỹ thuật sở bắt buộc - Ý nghĩa: giúp cho sinh viên có kiến thức kỹ thuật điện, góp phần vào học môn chuyên môn điện ô tô tốt hơn, nâng cao hiệu học tập - Vai trị: mơn học trang bị cho sinh viên khái niệm, nguyên lý môn kỹ thuật điện để ứng dụng vào môn học chuyên môn, ứng dụng vào thực tế Mục tiêu môn học: + Hệ thống kiến thức mạch điện, + Trình bày yêu cầu, nhiệm vụ, cấu tạo nguyên lý hoạt động loại máy điện dùng phạm vi nghề Cơng nghệ Ơ tơ, + Trình bày cơng dụng phân loại loại khí cụ điện, + Vẽ sơ đồ dấu dây, sơ đồ lắp đặt mạch điện bản, + Tuân thủ quy định an toàn sử dụng thiết bị điện, + Rèn luyện tác phong làm việc cẩn thận CHƯƠNG 1: ĐẠI CƯƠNG VỀ DÒNG ĐIỆN Mã số chương 1: MH 07 - 01 - Trong trình bày nội dung dịng điện chiều dòng điện điện động xoay chiều Mục tiêu: - Trình bày khái niệm, nguyên lý sản sinh dòng điện chiều, đại lượng định luật mạch điện chiều - Trình bày nguyên lý sản sinh sức điện động xoay chiều đại lượng đăc trưng cho dòng điện xoay chiều - Trình bày ý nghĩa hệ số cơng suất biện pháp nâng cao hệ số công suất - Trình bày sơ đồ đấu nối hệ thống điện xoay chiều ba pha kiểu hình (Y) hình tam giác ( ) mối quan hệ đại lượng pha dây - Tuân thủ quy định, quy phạm kỹ thuật điện Nội dung: MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU Mục tiêu: - Trình bày khái niệm, nguyên lý sản sinh dòng điện chiều, đại lượng định luật mạch điện chiều 1.1 Khái niệm nguyên lý sản sinh dòng điện chiều 1.1.1 Khái niệm mạch điện chiều Dịng điện dịng chuyển động hạt mang điện điện tử, ion Chiều dòng điện quy ước từ dương sang âm (ngược với chiều chuyển động điện tử từ âm sang dương (hình1.1) Dịng chiều dịng có trị số chiều khơng đổi theo thời gian D B A Hình 1.1 Dòng điện chiều 1.1.2 Nguyên lý sản sinh dòng điện chiều Sơ đồ nguyên lý làm việc máy phát điện chiều hình 1.2a Máy gồm có khung dây a b c d có đầu nối với hai phiến góp Khung dây phiến góp quay quanh trục với tốc độ không đổi từ trường hai cực nam châm N-S Các chổi than A, B đặt cố định ln tỳ vào phiến góp Khi phần ứng quay (khung dây abcd quay) từ trường phần cảm (nam châm S-N), dẫn dây quấn phần ứng cắt từ trường phần Hình 1.2 Sơ đồ nguyên lý làm việc máy phát điện chiều a Mô tả nguyên lý máy phát; b SĐĐ máy phát có phần tử; c SĐĐ máy phát có nhiều phần tử cảm, theo định luật cảm ứng điện từ, khung dây cảm ứng suất điện động xoay chiều mà trị số tức thời xác định theo cơng thức: e = Blv (1-1) B: Từ cảm nơi dẫn quét qua (đơn vị: T) l: Chiều dài dây dẫn nằm từ trường (m) v: Tốc độ dài dẫn (m/s) Chiều suất điện động xác định theo quy tắc bàn tay phải Vậy theo hình 1.2a suất điện động dẫn ab nằm cực từ N có chiều từ b đến a, cịn dẫn cd nằm cực S có chiều từ d đến c Nếu nối hai chổi than A B với tải suất điện động khung dây sinh mạch ngồi dịng điện chạy từ chổi than A đến chổi than B Khi phần ứng quay nửa vịng, vị trí phần tử thay đổi, dẫn ab cực S, dẫn cd cực N, suất điện động dẫn đổi chiều Nhờ chổi than đứng yên, chổi A tiếp xúc với phiến góp trên, chổi B tiếp xúc với phiến góp dưới, nên dịng điện mạch ngồi khơng đổi Nhờ cổ góp chổi than, điện áp chổi dòng điện qua tải điện áp dịng điện chiều Nếu máy có phần tử, điện áp điện cực máy phát hình 1.2b Để điện áp lớn đập mạch (hình1.2c) Dây quấn có nhiều phần tử nhiều phiến đổi chiều 1.2 Các định luật đại lượng đặc trưng dòng điện chiều 1.2.1 Các định luật a Định luật Ơm cho đoạn mạch - Nhánh có điện trở: Xét mạch điện trở (hình1.3), biểu thức tính dòng điện qua điện trở: I = U/ R (1-2) U: tính Volt (V) I: Tính Ampe (A) R I U Hình 1.3 Nhánh trở R: Tính Ohm (Ω) Định luật: Cường độ dòng điện đoạn mạch tỷ lệ thuận với hiệu điện tỷ lệ nghịch với điện trở qua đoạn mạch - Nhánh có sức điện động E điện trở R: Xét nhánh có E, R (hình 1.4) Biểu thức tính điện áp U: U = U1 + U2 + U3 + U4 = R1.I - E4 + R2.I + E = (R + R2) I - (E4 - E2) Vậy: U = (R) I - E (1-3) Trong biểu thức (1-3) quy ước dấu sau: Sức điện động E dòng điện I có chiều trùng với chiều điện áp U lấy dấu dương, ngược chiều lấy dấu âm Biểu thức tính dịng điện: U E Nhánh sức điện động R I= (1-4) R Trong biểu thức (1-4) quy ước dấu sau: Sức điện động E điện áp U có chiều trùng với chiều dịng điện lấy dấu dương, ngược lại lấy dấu âm b Định luật Ơm cho tồn mạch Cho mạch điện hình 1.5 I= E Rn Rd Rt Rd Rn E Hình 1.5 (A)(1-5) Trong đó: I: Cường độ dòng điện mạch (A) E: Sức điện động nguồn điện (V) Rn: Điện trở nguồn () Rd: Điện trở dây dẫn () Rt: Điện trở phụ tải () Rd + Rt: Điện trở mạch () Rt I1 R1 R3 A 2 I2 3 R2 E1 I3 1 E2 115v B Hình 1.6 Định luật: Cường độ dịng điện mạch kín tỷ lệ thuận với sức điện động nguồn điện tỷ lệ nghịch với tổng trở toàn mạch VD: Cho mạch điện hình 1.6 Biết E1 = 100 V; I1 = 5A.Tính điện áp UAB dịng điện nhánh I2, I3 Lời giải Tính điện áp UAB: UAB = E1 - R1I1 = 100 - 2.5 = 90 V 90 U Dòng điện I2: I2 = AB = 30 A R2 Dòng điện I3: 90 115 U I3 = AB E3 = - 25 A R3 Dòng điện I3 0, chiều thực dòng điện I3 ngược với chiều vẽ hình c Định luật Kirchoff Định luật cho ta quan hệ dòng điện nút, phát biểu sau: Tổng đại số dịng điện nút khơng Trong quy ước dòng điện tới nút lấy dấu dương, dòng điện rời khỏi nút lấy dấu âm (hình 1.7) Hình 1.7: Dòng điện nút I nút = (1-6) Ở hình 1.7 thì: I1 + (-I2) + (-I3) = d Định luật Kirchoff Định luật cho ta quan hệ sức điện động, dòng điện điện trở mạch vịng khép kín, phát biểu sau: Đi theo mạch vịng khép kín theo chiều tuỳ ý chọn, tổng đại số sức điện động tổng đại số điện áp rơi (sụt áp) điện trở Hình1.8: Mạch vòng dòng điện mạch vòng RI = E (1-7) Quy ước dấu: Các sức điện động, dòng điện có chiều trùng chiều mạch vịng lấy dấu dương, ngược lại lấy dấu âm Ở mạch vịng hình 1.8: R1I1 - R2I2 + R3I3 = E1 - E2 + E3 Hình 1.9: Mạch vịng Ví dụ : Tính dịng điện I3 sức điện động E 1, E2 mạch điện hình 1.9, biết: I2 = 10A; I1 = 4A; R1 = 1; R2 = 2 ; R3 = 5 Lời giải: Áp dụng định luật Kirchoff nút A có: 10 - = 6A Áp dụng định luật Kirchoff cho: Mạch vòng a: E1 = R1I1 + R2I2 = 1.4 + 2.10 = 24V Mạch vòng b: E2 = R3I3 + R2I2 = 5.6 + 2.10 = 50V -I1 + I2 - I3 = I3 = I2 - I1 = 1.2.2 Các đại lượng đặc trưng a Dòng điện Dòng điện i trị số tốc độ biến thiên lượng điện tích q qua tiết diện ngang vật dẫn: i = dq/ds Đơn vị: Ampe (A) Người ta qui ước chiều dòng điện chạy vật dẫn ngược chiều với chiều chuyển động điện tử (hình 1.10) b Điện áp Tại điểm mạch điện có điện Hiệu điện hai điểm gọi điện áp U, đơn vị Vôn (V) Điện áp hai điểm A B hình 1.11 là: UAB = A - B (1-8) Chiều điện áp quy ước chiều từ điểm có điện cao đến điểm có điện thấp Điện áp hai cực nguồn điện hở mạch (dòng điện I = 0) gọi sức điện động E c Công suất Công suất nguồn sức điện động là: P = E.I (1-9) Công suất mạch là: P = U.I (1-10) Đơn vị cơng suất ốt (W) I Hình 1.10 UAB A B Hình 1.11 E U Hình 1.12 Ký hiệu nguồn sức điện động d Sức điện động E Sức điện động E phần tử lý tưởng, có trị số điện áp U đo hai cực nguồn hở mạch Chiều sức điện động quy ước từ điện thấp đến điện cao (cực âm tới cực dương) (Hình 1.12) Chiều điện áp quy ước từ điện cao đến điện thấp, chiều vẽ hình 1.12 thì: U=E (1-11) e Nguồn dịng điện J Nguồn dịng điện J phần tử lý tưởng có trị số dòng điện R J ngắn mạch cực nguồn (Hình 1.13a) f Điện trở R Điện trở R đặc trưng cho Hình 1.13b vật dẫn mặt cản trở dịng điện chạy Hình 1.13a qua Về tượng lượng, điện trở R đặc trưng cho tiêu tán, biến đổi điện tiêu thụ thành dạng lượng khác nhiệt năng, quang năng, (Hình 1.13b) g Điện cảm L Cho qua cuộn dây L (hình 1.14) dịng điện i, sinh từ thơng móc vịng với cuộn dây là: ψ = N.Ф Điện cảm L cuộn dây định nghĩa là: (1-12) Đơn vị điện cảm H (Henry) Hình 1.14 : Điện cảm Nếu dịng điện i biến thiên theo thời gian t cuộn dây cảm ứng suất điện động tự cảm eL L = const Điện áp rơi điện cảm: (1-14) Công suất cuộn dây nhận: (1-13) 10 Năng lượng từ trường tích luỹ cuộn dây: (1-15) vậy: (1-16) h Hỗ cảm M: Hiện tượng hỗ cảm tượng suất từ trường cuộn dây dòng điện biến thiên cuộn dây khác tạo nên (hình 1.15) hai cuộn dây có liên hệ hỗ cảm Từ thơng móc vịng qua cuộn dây gồm hai thành phần (1-17) đó: Hình 1.15: Hiện tượng hỗ cảm ψ11: từ thơng móc vịng với cuộn dây dịng điện i1 tạo nên ψ12: từ thơng móc vịng với cuộn dây dịng điện i2 tạo nên Tương tự từ thơng móc vịng với cuộn dây 2: (1-18) ψ22: từ thơng móc vịng với cuộn dây dịng điện i2 tạo nên, ψ21: từ thơng móc vịng với cuộn dây dịng điện i1 tạo nên Trường hợp mơi trường tuyến tính ta có: (1-19) (1-20) Với L1, L2 tương ứng hệ số cảm cuộn dây M12 = M21 = M hệ số hỗ cảm hai cuộn dây Thay 1-19 1-20 vào 1-17 1-18 ta được: Hình 1.16: Hai cuộn dây ghép hỗ cảm (1-21) (1-22) 49 phía nối với dây điện nguồn, cực đầu B thường để phía nối với dây điện đến tải Để đảm bảo cắt điện tin cậy thiết bị dùng điện khỏi nguồn điện, chiều dài lưỡi dao phải đủ lớn (lớn 50cm) để an tồn đóng cắt, cần có Hình 5.1: Cấu tạo cầu dao biện pháp dập tắt hồ quang, tốc độ di chuyển lưỡi dao nhanh, thời gian dập tắt hồ quang ngắn, người ta thường làm thêm lưỡi dao phụ có lị xo bật nhanh cầu dao có dịng điện chiều lớn 30A 1.1.4 Nguyên lý hoạt động Cực đầu A thường nối với nguồn điện, cực đầu B thường nối với tải Khi ngắt cầu dao cực A có điện, cực B khơng có điện Khi đóng cầu dao dòng điện từ cực A qua lưỡi dao đến tải Ký hiệu cầu dao cực, cực (hình 5.2) Hình 5.2: ký hiệu cầu dao cực cực 1.2 Áptômát 1.2.1 Công dụng: áptômát thiết bị điện dùng để tự động cắt mạch điện, bảo vệ tải, ngắn mạch, sụt áp, hồ quang dập khơng khí 1.2.2 Phân loại - Phân loại theo kết cấu: loại cực, cực, cực - Phân loại theo thời gian tác động: loại tác động không tức thời, loại tác động tức thời - Phân loại theo chức bảo vệ: loại bảo vệ dòng cực đại, dòng cực tiểu, bảo vệ công suất điện ngược, bảo vệ áp cực tiểu Để thực yêu cầu thao tác chọn lọc bảo vệ, áptơmát phải có khả hiệu chỉnh dòng tác động thời gian tác động 1.2.3 Cấu tạo Sơ đồ ngun lý áptơmát bảo vệ dịng điện cực đại vẽ (hình 5.3) gồm: Móc Cần 50 Cuộn dây Tiếp điểm động Lò xo kéo Lò xo Cần phần ứng 1.2.4 Nguyên lý làm việc Ở trạng thái bình thường, sau đóng điện áptơmát giữ trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc khớp với Hình 3: Cấu tạo áp tơ mát cần cụm với tiếp điểm động Khi mạch điện tải hay ngắn mạch, dòng điện chạy qua cuộn dây lớn, lực hút điện từ tăng lên thắng lực lò xo kéo phần ứng xuống làm nhả móc 1, cần tự do, tiếp điểm động áptômát mở lực lị xo 7, mạch điện bị cắt 1.3 Cơng tắc điện 1.3.1 Công dụng: Công tắc điện loại thiết bị điện đóng, cắt dịng điện tay đơn giản sử dụng nhiều hệ thống điện xoay chiều, chiều chiếu sáng gia đình, tơ, máy kéo Hình 5.4: Cơng tắc cực, cực 1.3.2 Phân loại Công tắc cực, cực, nhiều cực 1.3.3 Cấu tạo Hình 5.4A: Cấu tạo cơng tắc cực; Hình 5.4 B: Cấu tạo cơng tắc cực 1.3.4 Nguyên lý làm việc - Công tắc hai cực (hình 5.4A):Khi bật cơng tắc K mở cắt điện từ a khơng nối với b Khi đóng cơng tắc K A nối với B - Cơng tắc cực ( hình 5.4B): Khi đóng cơng tắc K sang trái, a nối với c, không nối với b Khi đóng cơng tắc sang phải c nối với b, khơng nối với a Hình 5.5: Cơng tắc nhiều cực Ngồi cịn có loại cơng tắc nhiều cực (hình 5.5) sử dụng phù hợp với yêu cầu sử dụng 1.4 Nút ấn 1.4.1 Công dụng Là thiết bị điện để điều khiển từ xa (có khoảng cách) đóng cắt tự động mạch điện (mạch điện động điện, ) Hình 5.6: Cấu tạo ký hiệu nút ấn thường mở 51 1.4.2 Phân loại Có hai loại nút ấn: nút ấn thường mở nút ấn thường đóng 1.4.3 Cấu tạo nguyên lý làm việc a Nút ấn thường mở: - Cấu tạo: Trên (hình 5.6) cấu tạo ký hiệu nút ấn thường hở (mở) Tiếp điểm động Tiếp điểm cố định Lò xo đẩy Ký hiệu tiếp điểm thường mở - Hoạt động: Khi ấn nút theo chiều mũi tên tiếp điểm đóng lại, nối mạch điện Khi bỏ tay ra, nhờ lò xo phản, tiếp điểm lại trở vị trí ban Hình 5.7: Cấu tạo ký hiệu đầu hở mạch nút ấn thường đóng b Nút ấn thường đóng: - Cấu tạo: Trên (hình 5.7) cấu tạo ký hiệu nút ấn thường đóng, gồm: Tiếp điểm động Tiếp điểm cố định Lò xo đẩy Ký hiệu tiếp điểm thương đóng - Hoạt động: Khi ấn nút theo chiều mũi tên tiếp điểm hở ra, cắt mạch điện Khi bỏ tay ra, nhờ lò xo phản, tiếp điểm trở vị trí ban đầu thường đóng 1.5 Bộ khống chế 1.5.1 Khái niệm khống chế truyền động điện Khống chế truyền động điện thực chất thay đổi thông số mạch điện cấp cho động theo quy luật để làm thay đổi chế độ làm việc động theo yêu cầu 1.5.2 Các chức hệ thống khống chế truyền động điện - Đóng cắt: trình đưa phần tử động lực vào khỏi mạch điện thay đổi trạng thái làm việc hệ thống truyền động cầu dao, áptômát, công tắc tơ, khởi động từ, nút ấn, cơng tắc hành trình, khống chế huy, - Khống chế: nhằm bảo vệ q trình đóng cắt xảy thời điểm, trình tự yêu cầu Để thiết bị làm việc với tốc độ, dịng điện, mơ men, thời gian, trình tự 52 theo u cầu quy trình cơng nghệ địi hỏi Các khí cụ khống chế bao gồm: loại rơ le điện áp, dòng điện, tốc độ, thời gian, cơng tắc hành trình, - Bảo vệ: nhằm đảm bảo an toàn cho người thiết bị trình sản xuất Chức bảo vệ khí cụ bảo vệ thực như: cầu chì, áp tơ mát, rơ le nhiệt, rơ le dịng điện, điện áp, 1.5.3 Các yêu cầu hệ thống khống chế truyền động - Phù hợp với quy trình cơng nghệ: động truyền động phải có đặc tính cơ, đặc tính điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính cấu sản xuất mà dẫn động Khai thác triệt để mặt công suất, hiệu suất - Kết cấu đơn giản, tác động tin cậy - Thuận tiện, linh hoạt điều khiển - Đơn giản cho kiểm tra phát cố - Tác động phân minh lúc bình thường lúc có cố - An toàn yêu cầu khác 1.5.4 Các bước khống chế truyền động điện - Tự động điều chỉnh trình mở máy trình đưa tốc độ động từ n = đến tốc độ làm việc theo yêu cầu máy sản xuất cho dòng điện mở máy nhỏ, mô men mở máy lớn - Tự động điều chỉnh q trình làm việc trì thơng số theo trình tự tính sẵn - Tự động điều chỉnh q trình hãm dừng máy, nhằm đẩy nhanh trình dừng máy để cao suất máy 1.5.5 Khống chế truyền động điện theo dòng điện a Nội dung nguyên tắc: + Dòng điện mạch phần ứng động xác định trạng thái mang tải động phản ánh trạng thái khởi động hay hãm động + Trong trình khởi động hay hãm dòng điện cần phải nhỏ trị số cho phép + Trong trình làm việc cần trì dịng điện số theo u cầu q trình cơng nghệ Như ta cần có rơ le dịng điện thiết bị làm việc có tín hiệu đầu vào dịng điện để khống chế hệ thống theo yêu cầu nói Khi dòng điện phần ứng đạt giá trị ngưỡng xác định điều chỉnh phát tín hiệu điều khiển hệ thống chuyển đến trạng thái làm việc theo yêu cầu b Sơ đồ ứng dụng: Khâu khởi động động chiều kích thích nối tiếp dùng điện trở phụ mạch phần ứng: Hình 5.8 gồm: + K, K1: cơng tắc tơ 53 + M: nút ấn thường mở + D: nút ấn thường đóng + RI: tiếp điểm thường đóng + RK: rơ le khố + RI: Rơ le dòng điện chọn theo điều kiện + Dòng điện tác động (dòng điện hút): Itđ < I1 + Dòng điện nhả: I nhả < I2 + I1, I2: xác định từ điều kiện khởi động + Rơ le RK gọi rơ le khoá, chọn theo điều kiện: thời gian tác động riêng RK lớn thời gian tác động riêng RI + Kết hợp điều kiện chọn cuaRI, RK đảm bảo cho điện trở phụ tham gia vào trình khởi động - Hoạt động: Hình 5.8: Khâu khởi động động chiều kích từ nối tiếp, khống chế theo dòng điện Khi ấn nút M, động nối vào mạch qua điện trở phụ Khi tốc độ động tăng, dòng điện phần ứng, giảm đến trị số nhả RI, tiếp điểm thường đóng RI đóng Cơng tắc tơ K1 có điện, ngắn mạch điện trở phụ để động tăng tốc đến tốc độ làm việc 1.6 Công tắc tơ 1.6.1 Công dụng: Công tắc tơ điện từ loại thiết bị điện đóng cắt điện từ xa, tự động nút ấn mạch điện có tải điện áp đến 500V, dịng điện đến 600A 1.6.2 Phân loại - Phân loại theo dòng điện, cơng tắc tơ điện có cấp dịng điện thông dụng 10, 20, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 250, 350, 600A - Phân loại theo điện áp định mức cơng tắc làm việc: + Dịng chiều có loại: 110V, 220V, 440V + Dịng xoay chiều có loại: 127V, 220V, 380V, 500V 54 1.6.3 Cấu tạo, ngun lý làm việc Cơng tắc tơ điện có hai vị trí: đóng cắt Tiếp điểm giữ trạng thái đóng nhờ có dịng điện cuộn dây hút (cuộn điều khiển) cấu điện từ Trên hình 5.9 vẽ sơ đồ nguyên lý chung công tắc tơ điện từ Công tắc tơ điện từ có phận sau: - Cơ cấu điện từ - Hệ thống tiếp điểm -Hệ thống tiếp điểm phụ -Hệ thống dập hồ quang Trong sơ đồ hình 5.9 ta thấy phận bản: cấu điện từ cấu truyền động Cơ cấu truyền động gồm hệ thống tay đòn tiếp điểm động Cơ cấu truyền động phải có kết cấu hợp lý để giảm thời gian thao tác đóng, cắt, tăng lực ép tiếp Hình 5.9: Cấu tạo cơng tắc điện điểm giảm đựoc tiếng kêu va đập Cơ cấu điện từ Cơ cấu điện từ công tắc tơ gồm có mạch từ cuộn dây hút Mạch từ công tắc tơ điện xoay chiều lõi thép ghép thép kỹ thuật điện có chiều dày từ 0,35mm đến 0,5mm để giảm tổn hao sắt từ dịng điện xốy Mạch từ có dạng hình chữ E chữ U, gồm phần: phần tĩnh (1) ghép chặt cố định phần động (2) nắp gọi phần ứng nối với tiếp điểm (3) qua hệ thống tay địn (4) Cuộn dây hút (5) có điện Hình 5.10: Sơ đồ ký hiệu cơng tắc tơ trở bé so với điện kháng Khi điện thường mở thường đóng có dịng điện qua cuộn hút, lực 55 điện từ hút nắp (phần động 2), thơng qua hệ thống tay địn, đóng tiếp điểm (3), trì vị trí đóng mạch điện cơng tắc điện (Hình 5.9) Ngun lý làm việc cơng tắc điện chiều tương tự trên, thường khác hình dáng kết cấu mạch từ tới tiếp điểm Công tắc điện chiều thường dùng mạch từ kiểu xupáp, có tiếp điểm động bắt chặt vào nắp Ngồi ra, sử dụng dịng điện chiều, nên mạch từ thường làm sắt từ mềm, cuộn dây thường có dạng hình trụ trịn, quấn sát vào lõi, lõi thép nóng trường hợp điện xoay chiều Hệ thống tiếp điểm Hệ thống tiếp điểm gồm tiếp điểm thường hở (mở) (ở trạng thái hở) tiếp điểm thường đóng (ở trạng thái đóng) chưa có tác động cuộn dây điều khiển (cuộn hút) Trên (hình 5.10a) vẽ vị trí tiếp điểm thường hở, thường đóng khơng có dịng điện vào cuộn dây điều khiển (hình 5.10b) vẽ ký hiệu cuộn dây công tắc tơ điện K tiếp điểm thường hở, tiếp điểm thường đóng KHÍ CỤ BẢO VỆ MẠCH ĐIỆN Mục tiêu - Giải thích sơ đồ trình bày ngun lý hoạt động khí cụ bảo vệ mạch điện 2.1 Cầu chì Cầu chì loại thiết bị điện dùng để bảo vệ thiết bị điện mạch điện tránh dòng điện (chủ yếu dòng điện ngắn mạch) Trong mạng điện ta thường thấy cầu chì bảo vệ dây điện cáp, bảo vệ đồ dùng điện gia đình, bảo vệ máy biến áp, động điện, Hai phần tử cầu chì là: dây chảy thiết bị dập hồ quang (phần tử dập hồ quang thường gặp cầu chì cao áp) Dây chảy phần tử quan trọng nhất, để cắt mạch điện có cố cách tin cậy, dây chảy cần thoả mãn số yêu cầu sau: - Khơng bị ơxy hố - Dẫn điện tốt - Nhiệt độ nóng chảy tương đối thấp - Kim loại vật liệu - Quán tính nhiệt phải nhỏ Để giảm nhiệt độ tác động, người ta thường dùng biện pháp: - Dùng dây dẹt có chỗ thắt lại để giảm tiết diện - Dùng dây tròn, số đoạn hàn thêm số vảy kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp 56 Cấu tạo cầu chì có loại sau: loại hở, loại vặn, loại hộp, loại kín khơng có cát thạch anh, loại kín ống có cát thạch anh Cầu chì có đặc điểm đơn giản, kích thước bé, khả cắt (bảo vệ) lớn giá thành thấp, nên ngày ứng dụng rộng rãi 2.2 Rơ-le 2.2.1 Rơ le điện từ Rơle điện từ loại rơle điện cơ, làm việc theo nguyên lý điện từ Xét rơle điện từ có cấu tạo (hình 5.11) Khi cho dòng điện I vào cuộn dây nam châm điện 1, nắp nam châm điện chịu lực hút điện Fđt Khi dòng điện I lớn dòng điện tác động Iđt lực điện từ Fđt lớn lực Hình 5.11: Rơ re điện từ Flịxo lị xo 4, làm đóng tiếp điểm Khi dịng điện I nhỏ dòng điện trở Itv, lực Flòxo lớn lực điện từ Fđt rơle nhả, cắt tiếp điểm Nhược điểm rơle điện từ công suất tác động tương đối lớn, độ nhạy thấp Hiện người ta sử dụng vật liệu sắt từ để tăng độ nhạy rơle 2.2.2 Rơ le nhiệt Rơle nhiệt dùng để bảo vệ động điện mạch điện khỏi bị tải Rơle nhiệt không tác động tức thời theo trị số dịng điện, cần có thời gian để phát nóng Thời gian làm việc khoảng vài giây đến vài phút Rơle nhiệt có nguyên lý làm việc dựa vào tác dụng nhiệt dòng điện Loại rơle nhiệt thường gặp có phần tử phiến kim loại kép, cấu tạo từ kim loại, có hệ số giãn nở bé có hệ số giãn nở lớn Khi đốt nóng dịng điện I, dùng trực tiếp cho dòng điện qua dây điện trở bao quanh (hình 5.12) sơ đồ cấu tạo rơle nhiệt Bộ phận đốt nóng đầu đấu nối tiếp với mạch điện thiết bị cần bảo vệ (tự động cắt điện) Khi dịng điện chạy Hình 5.12: Rơ le nhiệt mạch tăng lên mức quy định (động điện bị tải) nhiệt lượng toả làm cho phiến kim 57 loại kép cong lên phía (về phía kim loại có hệ số giãn nở nhỏ) Nhờ lực kéo lò xo 5, đòn bẩy quay mở tiếp điểm 2, làm cho mạch điện tự động cắt điện Khi phận đốt nóng nguội đi, kim loại kép hết cong, ấn nút đưa rơle nhiệt vị trí cũ, tiếp điểm đóng 2.2.3 Hộp đấu dây Hình 5.13: Hộp đấu dây Sơ đồ cấu tạo Hộp đấu dây (hình 5.13): thường chữa hộp kín thép để tránh mưa, gió Bên có cầu đấu điện vào, thiết bị đóng, cắt, điện áptômát, cầu dao, cầu chảy, thiết bị đo đếm điện cầu đấu điện Độ lớn hộp phụ thuộc vào số cầu nối thiết bị đóng cắt 3.MẠCH ĐIỀU KHIỂN MÁY PHÁT ĐIỆN Mục tiêu - Giải thích sơ đồ trình bày nguyên lý hoạt động mạch điều khiển máy phát điện Nội dung Để truyền động cho cấu sản xuất có phạm vi điều chỉnh tốc độ rộng, người ta dung mạch điện tổng hợp hai phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ: thay đổi từ thông thay đổi điện áp đặt lên phần ứng động cơ, sơ đồ hình 5.14 hệ thống máy phát - động đơn giản gọi tắt hệ thống F - Đ a) Giới thiệu sơ đồ nguyên lý: Trong sơ đồ: - DTr: động truyền lực, dùng để cung cấp động lực cho hệ thống: kéo máy phát máy kích từ Nó động điện áp đồng không đồng - F: Máy phát điện chiều, dùng cung cấp điện trực tiếp cho động - Đ: Động điện chiều đối tượng phảI điều chỉnh tốc độ dùng kéo cấu sản suất - CCSX: cấu sản suất, phụ tải động Đ - FX: máy kích từ, máy phát điện tự kích từ có từ dư lớn cung cấp điện cho cuộn dây kích từ máy phát động điện chiều - CKF, CKĐ, CKK: cuộn dây kích từ máy phát điện, động điện máy kích từ 58 - Rkf , RkĐ , Rkk: điện trở mạch kích từ máy phát điện, động điện máy kích từ - CD: cầu dao hai lá, có hai vị trí đóng mạch dùng để đảo chiều điện áp đặt lên cuộn dây kích từ máy phát b Khởi động hệ thống Việc khởi động Hình 5.14: Sơ đồ mạch điều khiển hệ thống F - Đ máy phát động tiến hành theo thứ tự sau đây: Trước hết khởi động động truyền ĐTr, ĐTr quay làm F FK quay rotor máy kích từ quay, dẫn qt qua từ trường tạo sức điện động điện áp ban đầu U K bé, ví dụ phân cực hình vẽ Điện áp UK tạo dịng điện kích từ IKK chạy mạch cuộn 0kk kích từ trở lại cho K Nhờ mà điện áp UK lớn lên dần đạt trị số định mức nhờ điện áp UK mà cn dây kích từ động CXĐ dòng điện IKĐ chạy qua Lúc cầu dao CD hở mạch Sau đóng cầu dao CD tăng dần dịng điện kích từ máy phát IKI dòng điện máy phát lớn lên dòng Iư tăng dần Do động Đ tốc độ đạt trị số định Quá trình khởi động kết thúc c) Điều chỉnh tốc độ Dựa vào phương pháp đặc tính tốc độ động điện chiều U R ω § = § - I § (3-1 KΦ § KΦ § U§ = EF –IRF ω§ = Trong đó: R +R EF - I F § KΦ § KΦ§ (3-2) (3-3) EF - sức điện động máy phát điện RưĐ , RưF - điện trở mạch cuộn dây phần ứng động điện máy phát điện ω0 = EF KΦ § Tốc độ khơng tải lý tưởng hệ thống 59 Qua phương trình 3-2 ta thấy muốn điều chỉnh tốc độ động phương pháp thay đổi điện áp đặt lên phần ứng (UĐ) ta phải thay đổi EF , thay đổi địên trở RKF mạch cuộn dây kích từ Ví dụ giảm tốc độ động cơ, ta tăng RKF , IKF giảm, F giảm; EF giảm nghĩa 0 giảm Nếu muốn có tốc độ động lớn tốc độ (tốc độ tốc độ động đường đặc tính ứng với UĐ = Uđm đ = đm) Cho máy phát điện phát điện áp định mức giảm dần từ thông Đ động tức tăng trị số điện trở RKĐ mạch cuộn dây kích từ động MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ ĐIỆN Mục tiêu - Giải thích sơ đồ trình bày nguyên lý hoạt động mạch điều khiển động điện 4.1 Mạch khởi động từ đơn 4.1.1 Sơ đồ Khởi động từ loại thiết bị điện dùng để điều khiển đóng cắt từ xa, đảo chiều quay bảo vệ tải (nếu có mắc thêm rơle nhiệt) cho động ba pha rotor lồng sóc Loại khởi động từ có cơng tắc tơ gọi khởi động từ đơn, thường dùng để điều khiển đóng cắt động điện Khởi động từ có hai cơng tắc tơ gọi khởi động từ kép, dùng để khởi động điều khiển đảo chiều quay động điện Muốn khởi động từ bảo vệ ngắn mạch phải mắc thêm cầu chì Trên (hình 5.15) vẽ sơ đồ dùng khởi động từ đơn để đóng cắt điều khiển động điện Trên sơ đồ ký hiệu sau: - A, B, C, O mạch ba pha dây - CC cầu chì - 1RN, 2RN hai rơle Hình 15 nhiệt đặt pha Mạch khởi động từ đơn đóng ngắt động điện 1- Mạch động lực; 2- Mạch điều khiển - K cuộn dây cơng tắc tơ có bốn tiếp điểm thường mở (K1, K2, K3 mạch động lực, K4 mạch điều khiển) - D nút ấn thường đóng (nút dừng máy) - M nút ấn thường mở (nút mở máy) 60 4.1.2 Hoạt động - Mở máy: ấn nút mở máy M, dòng điện từ pha C qua cầu chì, qua D, M, K, tiếp điểm thường đóng 1RN, 2RN rơle nhiệt , trung tính O, cuộn dây K có điện, đóng tiếp điểm K1, K2, K3 cung cấp điện cho động Đồng thời đóng tiếp điểm K4 để tự khoá nút M (bỏ tay ấn nút M mạch điện trì qua tiếp điểm K4) - Muốn cắt động (dừng máy) ta ấn nút D, cuộn dây công tắc tơ K điện, Các tiếp điểm K1, K2, K3, K4 hở ra, động cắt khỏi nguồn điện - Bảo vệ động cơ: cầu chì CC bảo vệ ngắn mạch, hai rơle nhiệt bảo vệ tải 4.2 Sơ đồ mạch khởi động từ kép 4.2.1 Sơ đồ (hình 5.16) Các phận tương tự loại khởi động từ đơn KT,KN: tiếp điểm thường đóng RN1, RN2: rơ le nhiệt 4.2.2 Hoạt động Quay thuận: Ấn nút cơng tắc KT có điện đóng động vào lưới quay ngược, ấn nút MN, công tắc tơ KN có điện đóng động vào lưới đảo thứ tự hai ba pha điện áp đặt vào stator Các tiếp điểm thường đóng K T KN Đầu liền đầu để bảo vệ ngắn mạch hai pha, Hình 5.16: Mạch khởi động từ kép đóng ngắt bảo đảm muốn đảo chiều động điện quay động phải ấn nút dừng D, bảo vệ tải dùng rơ le nhiệt, ngắn mạch dùng cầu chì CC1, CC2 61 Câu hỏi ơn tập mơn học Nêu khái niệm mạch điện chiều? Nguyên lý sản sinh dịng điện chiều? Trình bày nội dung nội dung định luật đại lượng đặc trưng dịng điện chiều? Trình bày nguyên lý sinh dòng điện xoay chiều? đại lượng đặc trưng dòng điện xoay chiều? biểu diễn đại lương xoay chiều đồ thị véc tơ? Nêu ý nghĩa hệ số công suất? cách nâng cao hệ số cơng suất/ Trình bày ngun lý sinh dịng điện xoay chiều ba pha? Trình bày cách đấu dây mạch điện xoay chiều ba pha nguồn phụ tải theo sơ đồ hình sao? quan hệ dòng điện dây dòng điện pha đối xứng? Trình bày cách đấu dây mạch điện xoay chiều ba pha nguồn phụ tải theo sơ đồ hình tam giác? quan hệ dịng điện dây dòng điện pha? Nêu nhiệm vụ, yêu cầu phân loại máy phát điện? Trình bày cấu tạo nguyên lý làm việc máy phát điện chiều, máy phát điện xoay chiều? sơ đồ lắp máy phát điện xoay chiều ba pha? 9.Nêu nhiệm vụ, yêu cầu phân loại động điện? 10 Trình bày cấu tạo nguyên lý làm việc động điện chiều? nêu trị số định mức động điện chiều? 11 Trình bày cấu tạo nguyên lý làm việc động điện không đồng pha, ba pha? sơ đồ lắp động ba pha hệ thống điện? 12 Nêu nhiệm vụ, yêu cầu phân loại máy biến áp? 13 Trình bày cấu tạo nguyên lý làm việc máy biến áp pha? ký hiệu máy biến áp pha? 14 Trình bày cấu tạo nguyên lý làm việc máy biến áp ba pha? cách dây máy biến áp ba pha? nêu tỷ số biến áp cách đấu dây? 15 Trình bày sơ đồ lắp đặt máy biến áp pha, máy biến áp ba pha? 16 Nêu công dụng, phân loại, cấu tạo nguyên lý hoạt động cầu dao, áp tômát, công tắc điện, nút ấn, công tăc tơ? 17 Trình bày nguyên lý hoạt động ứng dụng rơ le điện từ rơ le nhiệt? 18 Trình bày nguyên lý hoạt động mạch điều khiển máy phát động cơ? 19.Trình bày nguyên lý hoạt động mạch điều khiển động điện? 62 Tài liệu tham khảo Khoa khí (2004), Giáo trình Kỹ thuật điện, Trường cao đẳng nghề khí nơng nghiệp Tổng cục dạy nghề (2012), Giáo trình Kỹ thuật điện, Tổng cục dạy nghề Lê Thị Thanh Hoàng (2008), Giáo trình kỹ thuật điện, nhà xuất Đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh PGS.TS Đặng Văn Hào, PGS-TS Lê Văn Doanh (2010), Giáo trình kỹ thuật điện, nhà XB Giáo dục Hoàng Ngọc Văn (1999), Giáo trình điện tử, đại học quốc gia thành phố Hồ Chí Minh trường Đại học sư phạm kỹ thuật Lê Thị Hồng Thắm (2009), Giáo trình Kỹ thuật Điện tử, thành phố Hồ Chí Minh 63 ... M ( 3-2 ) đó: M mô men điện từ 36 Pđt = M = PN n Iư = Eư Iư 60a ( 3-3 ) Từ công thức ( 3-3 ) quan hệ công suất điện từ với mô men điện từ trao đổi lượng máy điện Công suất điện từ chuyển công suất... 18, MH 19 - Tính chất: Là môn học kỹ thuật sở bắt buộc - Ý nghĩa: giúp cho sinh viên có kiến thức kỹ thuật điện, góp phần vào học môn chuyên môn điện ô tô tốt hơn, nâng cao hiệu học tập - Vai trị:... = UXI = U.I.sin ( 2-9 ) Nhìn ( 2-8 ) thấy rõ công suất phản kháng gồm: Công suất phản kháng điện cảm QL: QL = XLI2 ( 2-1 0) Công suất phản kháng điện dung QC: QC = XCI2 ( 2-1 1) c Công suất biểu kiến