KHÁI NIỆ M V Ề KHÍ C Ụ ĐIỆ N
Khái ni ệ m v ề khí c ụ điệ n
1.1 Khái niệm về khí cụđiện
Khí cụ điện là thiết bị quan trọng trong việc đóng, cắt, điều khiển và bảo vệ lưới điện, mạch điện và máy móc sản xuất Ngoài ra, chúng còn được sử dụng để kiểm tra và điều chỉnh các quá trình không liên quan đến điện.
Khí cụ điện đóng vai trò quan trọng trong nhiều lĩnh vực như nhà máy phát điện, trạm biến áp, và các ngành công nghiệp, nông nghiệp, lâm nghiệp, thủy lợi, giao thông vận tải, và quốc phòng tại Việt Nam Tuy nhiên, do phần lớn khí cụ điện được nhập khẩu từ nhiều quốc gia khác nhau, quy cách không đồng nhất dẫn đến việc bảo quản và sử dụng không hiệu quả, gây hư hỏng và thiệt hại kinh tế Vì vậy, việc nâng cao hiệu quả sử dụng và trang bị kiến thức về bảo dưỡng, bảo quản, cũng như kỹ thuật sửa chữa khí cụ điện phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới là nhiệm vụ quan trọng đối với sinh viên chuyên ngành điện hiện nay.
- Các máy điện gồm máy phát điện, động cơ điện
- Các thiết bị truyền tải điện như đường dây, cáp, thanh góp, sứ cách điện, máy biến áp, kháng điện cũng được xem là thiết bị điện ở nhóm này
- Các thiết bị điện còn lại bao gồm thiết bị đóng cắt, chuyển đổi, khống chế, điều khiển, bảo vệ kiểm tra v.v gọi chung là khí cụđiện
1.2 Sự phát nóng của khí cụđiện
Dòng điện chạy qua vật dẫn làm cho khí cụ điện nóng lên theo định luật Jun-Lenxơ Khi nhiệt độ vượt quá mức cho phép, khí cụ điện có nguy cơ hỏng hóc nhanh chóng, trong khi vật liệu cách điện sẽ bị lão hóa và độ bền cơ khí giảm sút Nhiệt độ cho phép của các bộ phận trong khí cụ điện được trình bày trong bảng 1.1.
Nhiệt độ cho phép ( 0 C) Các vật liệu cách điện chủ yếu
110 Vật liệu không bọc cách điện hay để xa vật cách điện
75 Dây nối tiếp xúc cố định
75 Tiếp xúc hình ngón của đồng và hợp kim đồng
110 Tiếp xúc trượt của đồng và hợp kim đồng
110 Vật không dẫn điện không bọc cách điện
Y 90 Giấy, vải sợi, lụa, phíp, cao su, gỗ và các vật liệu tương tự, không tẩm nhựa Các loại nhựa như: nhựa polietilen, nhựa polistirol, vinyl clorua, anilin
A 105 Giấy, vải sợi, lụa tẩm dầu, cao su nhân tạo, nhựa polieste, các loại sơn cách điện có dầu làm khô
E 120 Nhựa tráng polivinylphocman, poliamit, eboxi Giấy ép hoặc vải có tẩm nhựa phenolfocmandehit (gọi chung là bakelit giấy) Nhựa melaminfocmandehit có chất độn xenlulo
B 130 là loại nhựa polyester có chứa amiăng, mica và thủy tinh với chất độn Sơn cách điện này có dầu làm khô, thích hợp cho các bộ phận không tiếp xúc với không khí Ngoài ra, còn có sơn cách điện alkit và sơn cách điện từ nhựa phenol.
F 155 Sợi amiăng, sợi thủy tinh không có chất kết dính
H 180 Xilicon, sợi thủy tinh, mica có chất kết dính
C Trên 180 Mica không có chất kết dính, thủy tinh, sứ Politetraflotilen, polimonoclortrifloetilen
Tùy thuộc vào chế độ làm việc, khí cụ điện sẽ phát sinh nhiệt độ khác nhau Có ba chế độ làm việc chính: làm việc dài hạn, làm việc ngắn hạn và làm việc ngắn hạn lặp lại.
1.2.2 Ch ế độ ng ắ n h ạ n l ặ p l ạ i: ở chếđộ làm việc ngắn hạn lặp lại thường dùng hệ sốthông dòng điện ĐL% Theo định nghĩa: Đ % 100 100
- tlv là thời gian làm việc
- tng là thời gian nghỉ
- T chu kỳ làm việc Độ chênh nhiệt (còn gọi là độ tăng nhiệt) là hiệu nhiệt độ khí cụ điện và môi trường xung quanh: =− 0
- o: nhiệt độ môi trường xung quanh
Các nước miền ôn đới quy định 350C ở Việt Nam quy định 400C
Sự phát nóng trong các thiết bị điện là kết quả của tổn hao nhiệt, bao gồm tổn hao đồng trong dòng điện một chiều và cả tổn hao đồng lẫn sắt trong dòng điện xoay chiều, cùng với tổn hao phụ Nguồn phát nóng chủ yếu đến từ dây dẫn có dòng điện và lõi thép có từ thông biến thiên Một số thiết bị như cầu chì và chống sét có thể phát nóng do hồ quang, trong khi tổn thất dòng điện xoáy cũng góp phần vào sự phát nóng Quá trình phát nóng đi kèm với việc tỏa nhiệt qua ba hình thức: truyền nhiệt, bức xạ và đối lưu.
1.2.3 Phát nóng c ủ a v ậ t th ể đồ ng ch ấ t ở ch ế độ làm vi ệ c dài h ạ n
Chế độ làm việc dài hạn của khí cụ điện từ được xác định khi thời gian làm việc t lớn hơn t1, trong đó t1 là thời gian để khí cụ đạt nhiệt độ ổn định từ nhiệt độ môi trường Trong chế độ này, phụ tải thường giữ ổn định hoặc thay đổi ít, dẫn đến độ chênh lệch nhiệt độ đạt giá trị nhất định τôđ.
Một vật dẫn đồng chất với tiết diện đều và nhiệt độ ban đầu bằng nhiệt độ môi trường xung quanh sẽ tiêu tốn năng lượng điện khi có dòng điện không đổi đi qua Ban đầu, nhiệt năng chủ yếu tích lũy trong vật dẫn, dẫn đến việc nhiệt độ của nó tăng dần Sau một khoảng thời gian, nhiệt độ vật dẫn sẽ đạt giá trị ổn định τôđ và duy trì ở mức này Quá trình này cho thấy nhiệt độ của vật dẫn tăng nhanh vào đầu, sau đó chậm dần và cuối cùng ổn định.
Chỗ tiếp xúc điện là điểm gặp gỡ của hai hoặc nhiều vật dẫn, cho phép dòng điện truyền từ vật dẫn này sang vật dẫn khác Bề mặt tiếp xúc giữa các vật dẫn được gọi là bề mặt tiếp xúc điện, và đây là một thành phần quan trọng trong các khí cụ điện Trong quá trình hoạt động, khi đóng mở, chỗ tiếp xúc có thể bị nóng lên đáng kể, dẫn đến mài mòn do va đập và ma sát, đặc biệt là do ảnh hưởng của hồ quang có tính chất hủy hoại.
Hình 1-1: Đường đặc tính phát nóng theo thời gian của khí cụ điện ở chế độ dài hạn
Tiếp xúc điện phải thỏa mãn các yêu cầu sau:
- Thực hiện tiếp xúc chắc chắn, đảm bảo.
- Sức bền cơ khí cao.
- Không phát nóng quá giá trị cho phép đối với dòng điện định mức
- ổn định nhiệt và điện động khi có dòng ngắn mạch đi qua
- Chịu được tác dụng của môi trường xung quanh, ở nhiệt độ cao ít bị oxy hoá
Có ba loại tiếp xúc:
- Tiếp xúc cố định: hai vật tiếp xúc không rời nhau bằng bu lông, đinh tán
- Tiếp xúc đóng mở: tiếp điểm của các khí cụ điện đóng mở mạch điện
- Tiếp xúc trượt: Chổi than trượt trên cổ góp, vành trượt của máy điện
Lực ép lên mặt tiếp xúc có thể là bu lông hay lò xo.
Theo bề mặt tiếp xúc có ba dạng:
- Tiếp xúc điểm (giữa hai mặt cầu, mặt cầu - mặt phẳng, hình nón - mặt phẳng)
- Tiếp xúc đường (giữa hình trụ - mặt phẳng)
- Tiếp xúc mặt (mặt phẳng - mặt phẳng)
Bề mặt tiếp xúc giữa hai vật dẫn luôn có những điểm lồi lõm nhỏ mà mắt thường không thể nhận thấy Do đó, việc tiếp xúc không diễn ra trên toàn bộ bề mặt mà chỉ tại một số điểm nhất định Những điểm này, với diện tích cực nhỏ, là nơi dẫn điện hiệu quả.
Để đảm bảo tiếp xúc hiệu quả, việc làm sạch bề mặt tiếp xúc là rất quan trọng Sau một thời gian, mọi bề mặt đã được làm sạch sẽ bị phủ một lớp oxy do tác động của không khí Đặc biệt, ở các mối tiếp xúc bằng vàng hoặc bạc, lớp oxy này phát triển chậm hơn.
Để đảm bảo bề mặt tiếp xúc được sạch sẽ, trước tiên cần sử dụng giấy nhám mịn để làm sạch, sau đó lau lại bằng vải Trong trường hợp bề mặt tiếp điểm có dính mỡ hoặc dầu, cần sử dụng axêtôn để làm sạch hiệu quả.
1.3.2 Điệ n tr ở ti ế p xúc c ủ a ti ếp điể m:
Có hai vật tiếp xúc nhau, diện tích tiếp xúc S, điện trở suất chiều dài l như (hình 1-2,a) Lúc đó điện trở hai vật dẫn tính bằng:
I S a - Hình dạng và kích thước
2 b - Đường đặc tính quan hệ điện trở tiếp xúc với lực ép lên tiếp điểm Hình 1-2: Cách tính điện trở tiếp xúc Đường 1 - khi lực ép tăng
1.3.3 C ấ u t ạ o c ủ a ti ế p xúc: a Tiếp xúc cố định:
Trong các dạng tiếp xúc như Hình 1-3, cần lưu ý đến việc sử dụng bu lông thép cho tiếp xúc cố định Những bu lông này không dẫn điện khi xảy ra ngắn mạch, do đó vật dẫn không phải là thép sẽ nóng lên và giãn nở nhiều hơn, gây ra ứng suất lớn cho bu lông Khi nhiệt độ giảm, mối tiếp xúc sẽ yếu đi, vì vậy nên sử dụng đệm vòng đệm lò xo dưới đai ốc để tránh hiện tượng này Đối với tiếp xúc đóng mở và tiếp xúc trượt, rơ le thường sử dụng bạc hoặc pla tin được hàn vào giá tiếp điểm, với kích thước viên tiếp điểm tương ứng với dòng điện cho phép được tham khảo trong Bảng 1-5.
Tiếp điểm rơ le thường dùng hình thức tiếp xúc điểm
Tiếp điểm của các khí cụ có dòng điện trung bình và lớn như bộ khống chế, công tắc tơ và khí cụ điện cao áp thường được mắc song song với tiếp điểm hồ quang Khi tiếp điểm đóng, dòng điện đi qua tiếp điểm làm việc, trong khi khi mở hoặc đóng, hồ quang phát sinh sẽ cháy trên tiếp điểm hồ quang Tiếp điểm hồ quang được chế tạo từ kim loại tốt, giúp bảo vệ tiếp điểm làm việc khỏi sự phá hoại của hồ quang, đảm bảo bề mặt tiếp xúc luôn được an toàn.
Hình 1-3 Hình dạng của một số tiếp xúc cố định Tiếp điểm thường có nhiều dạng khác nhau: hình ngón, bắc cầu, chổi, cắm
Tiếp điểm hình ngón thường được sử dụng trong công tắc tơ, khi đóng, tiếp điểm động sẽ lăn và trượt trên tiếp điểm tĩnh, giúp loại bỏ lớp ô xyt trên bề mặt tiếp điểm.
- Tiếp điểm chổi: gồm những lá đồng mỏng từ 0,1 - 0,2 mm dạng hình chổi xếp lại trượt trên tiếp điểm tĩnh.
- Tiếp điểm kẹp (cắm): dùng ở cầu dao, cầu chì, dao cách ly
Công d ụ ng và phân lo ạ i khí c ụ điệ n
2.1 Công dụng của khí cụđiện
Khí cụ điện được sử dụng phổ biến trong các nhà máy phát điện, trạm biến áp, và nhiều lĩnh vực khác như công nghiệp, nông nghiệp, và giao thông Tuy nhiên, do phần lớn khí cụ điện được nhập khẩu từ nhiều quốc gia, quy cách không đồng nhất dẫn đến việc bảo quản và sử dụng gặp nhiều thiếu sót, gây hư hỏng và thiệt hại kinh tế Vì vậy, việc nâng cao hiệu quả sử dụng, cùng với việc bổ sung kiến thức về bảo dưỡng, bảo quản và sửa chữa khí cụ điện phù hợp với điều kiện khí hậu nhiệt đới là nhiệm vụ quan trọng cho học sinh - sinh viên chuyên ngành điện hiện nay.
- Các máy điện gồm máy phát điện, động cơ điện
- Các thiết bị truyền tải điện như đường dây, cáp, thanh góp, sứ cách điện, máy biến áp, kháng điện cũng được xem là thiết bị điện ở nhóm này
- Các thiết bị điện còn lại bao gồm thiết bị đóng cắt, chuyển đổi, khống chế, điều khiển, bảo vệ kiểm tra v.v gọi chung là khí cụđiện
Có thể phân loại khí cụ điện theo những cách khác nhau
2.2.2 Phân lo ạ i theo công d ụ ng:
- Khí cụ điện dùng để đóng cắt lưới điện, mạch điện(ví dụ: cầu dao, CB,máy ngắt…)
Khí cụ điện là thiết bị quan trọng dùng để khởi động máy móc, điều chỉnh tốc độ, điện áp và dòng điện, bao gồm các loại như công tắc tơ, khởi động từ, bộ khống chế, biến trở và điện trở.
Khí cụ điện là thiết bị quan trọng dùng để duy trì các tham số điện như điện áp, dòng điện, tần số, tốc độ và nhiệt độ ở mức ổn định.
- Khí cụ điện dùng để bảo vệ lưới điện, máy điện (ví dụ: rơ le, CB, cầu chì, ).
- Khí cụ điện đo lường (ví dụ: máy biến dòng, máy biến áp đo lường).
- Khí cụ điện cao thế: được chế tạo để sử dụng ở điện áp định mức lớn hơn 1000V
- Khí cụ điện hạ thế: được chế tạo để sử dụng ở điện áp định mức nhỏ hơn 1000V
2.2.4 Theo lo ại dòng điệ n:
- Khí cụ điện một chiều
- Khí cụ điện xoay chiều
2.2.5 Theo nguyên lý làm vi ệ c:
- Điện từ, cảm ứng, nhiệt, có tiếp điểm, không có tiếp điểm
2.2.6 Theo điề u ki ệ n làm vi ệ c và d ạ ng b ả o v ệ :
Khí cụ điện được thiết kế để hoạt động hiệu quả trong các vùng nhiệt đới và những khu vực có nhiều rung động, như trong môi trường mỏ có khí nổ Chúng cũng phù hợp với các môi trường có chất ăn mòn hóa học, với các loại khí cụ được chia thành hai loại: loại để hở và loại bọc kín, đảm bảo an toàn và độ bền trong mọi điều kiện làm việc.
KHÍ CỤ ĐIỆN ĐÓNG CẮ T
C ầ u dao
Cầu dao là thiết bị điện cơ bản dùng để bật tắt dòng điện một cách thủ công, thường được áp dụng trong các mạch điện với điện áp lên đến 220VDC hoặc 380VAC.
1.2 Cấu tạo và ký hiệu: a Ký hiệu:
Cầu dao 2 ngã 3 pha Cầu dao 1 ngã 2 pha. b Cấu tạo: (hình 2-1)
Trong cầu dao, các bộ phận tiếp xúc đóng vai trò rất quan trọng Tiếp xúc điện được hiểu là điểm gặp gỡ của hai hoặc nhiều vật dẫn, cho phép dòng điện truyền từ vật dẫn này sang vật dẫn khác Bề mặt tiếp xúc giữa các vật dẫn được gọi là mặt tiếp xúc.
Tiếp xúc ở cầu dao là loại tiếp xúc đóng mở, với tiếp điểm dạng kẹp Lưỡi dao được gắn cố định ở một đầu, trong khi đầu còn lại kết nối với tay nắm cầu dao Vật liệu chế tạo cho các vật dẫn và điểm tiếp xúc thường là bạc, đồng, platin, vonfram, niken, và trong một số trường hợp, vàng Bạc nổi bật với khả năng dẫn điện và truyền nhiệt tốt, trong khi platin không có lớp ôxyt và có điện trở tiếp xúc thấp Vonfram có nhiệt độ nóng chảy cao, khả năng chống mài mòn tốt và độ cứng lớn.
Trong đó đồng và đồng thau cùng với những kim loại hoặc hợp kim có nhiệt độ nóng chảy cao là được sử dụng rộng rãi nhất.
Cầu dao có lưỡi dao phụ Hình 2 1: Các bộ phận của cầu dao
Bu lông và vít, được chế tạo từ thép, có chức năng ghép nối các vật liệu cố định với nhau Mỗi cực của cầu dao đều có bu lông hoặc lỗ để kết nối dây điện.
Tay nắm của cầu dao được chế tạo từ vật liệu cách điện tốt như sứ, phíp hoặc mica, trong khi nắp che chắn thường được làm bằng nhựa hoặc phíp Đế cầu dao có thể được làm từ sứ, nhựa hoặc phíp, và một số loại cầu dao còn được trang bị thêm dây chảy (cầu chì) để bảo vệ ngắn mạch, tùy thuộc vào công dụng của từng thiết bị.
Cầu dao hoạt động nhờ lực tác động từ bên ngoài, thường là bằng tay Khi cầu dao được đóng, lưỡi dao sẽ chạm vào ngàm dao, tạo thành mạch điện Ngược lại, khi lưỡi dao rời khỏi ngàm, mạch điện sẽ bị ngắt.
Cầu dao cần đảm bảo ngắt điện tin cậy cho thiết bị, yêu cầu khoảng cách giữa tiếp xúc điện lớn hơn 50mm Sử dụng lưỡi dao phụ và lò xo giúp tăng tốc độ ngắt mạch, nhanh chóng dập hồ quang mà không làm hư hại ngàm dao và lưỡi dao Để đảm bảo tiếp xúc tốt giữa lưỡi dao và ngàm dao, cần giải quyết hai vấn đề quan trọng.
- Bề mặt tiếp xúc phải nhẵn sạch và chính xác
- Lực ép tiếp điểm phải đủ mạnh
Khi lưỡi dao và ngàm dao tiếp xúc tốt, dẫn điện sẽ hiệu quả và nhiệt sinh ra tại điểm tiếp xúc sẽ ít Ngược lại, nếu mặt tiếp xúc kém, điện trở tiếp xúc sẽ cao, dẫn đến việc dòng điện làm nóng mối tiếp xúc và dễ gây hỏng hóc Để giảm điện trở tiếp xúc, việc mạ phủ kim loại lên bề mặt là cần thiết, giúp bảo vệ kim loại chính và cải thiện hiệu suất dẫn điện.
Tiếp điểm đồng hoặc đồng thau thường được mạ bạc, vì mạ thiếc không hiệu quả bằng mạ bạc Khi có dòng điện đi qua, thiếc có thể chảy và bắn ra xung quanh, gây ra hiện tượng chạm chập tiếp theo do nhiệt độ nóng chảy của thiếc thấp hơn so với bạc.
- Nhôm thì ta mạ kẽm
- Kẽm mạ niken nhằm giảm oxy hoá, không chảy hẳn ra ngoài
Để bảo vệ hiệu quả bề mặt kim loại, kim loại mạ cần có điện thế hóa học tương đương với điện thế hóa học của kim loại tiếp điểm, nhằm tăng lực ép F, giảm khe hở và hạn chế độ ăn mòn.
Tay nắm được bố trí ở một bên hay ở giữa hoặc có tay nắm điều khiển được nối dài ra phía trước để thao tác có khoảng cách.
Hoạt động của cầu dao khi ngắn mạch:
Khi quá tải và ngắn mạch, nhiệt độ tại tiếp điểm tăng cao, dẫn đến giảm tính đàn hồi và cường độ cơ khí của tiếp điểm Đối với đồng và đồng thau, nhiệt độ cho phép khi xảy ra ngắn mạch là từ 200 đến 300 độ C, trong khi đối với nhôm, nhiệt độ cho phép là từ 150 đến 200 độ C.
Ta có thể phân biệt 3 trường hợp sau:
Tiếp điểm ở vị trí đóng bị ngắn mạch sẽ nóng chảy và hàn dính lại Kinh nghiệm cho thấy, lực ép lên tiếp điểm càng lớn thì dòng điện cần thiết để làm tiếp điểm nóng chảy và hàn dính cũng càng cao, thường nằm trong khoảng 200 đến 500 N Do đó, việc đảm bảo lực giữ cho tiếp điểm là rất quan trọng.
Trong quá trình đóng bị ngắn mạch, tiếp điểm sẽ sinh ra điện động lực kéo chúng ra xa nhau Tuy nhiên, hiện tượng hàn dính có thể xảy ra do chấn động trong quá trình này.
- Tiếp điểm đang trong quá trình mở bị ngắn mạch: trường hợp này sẽ sinh ra hồ quang làm nóng chảy tiếp điểm và mài mòn mặt tiếp xúc
Tùy theo đặc tính kết cấu và nhu cầu sử dụng của cầu dao mà người ta phân cầu dao theo các loại sau:
Cầu dao được phân loại theo cấu trúc thành các loại 1 cực, 2 cực, 3 cực và 4 cực, với tay nắm có thể ở giữa hoặc bên cạnh Ngoài ra, cầu dao còn được chia thành loại 1 ngã và 2 ngã.
- Theo điện áp định mức: 250V và 500V.
- Theo dòng điện định mức: loại 15, 25, 60, 75, 100, 200, 300, 600, 1000A
- Theo vật liệu cách điện: có loại đế sứ, đế nhựa ba kê lít, đế đá
- Theo điều kiện bảo vệ: có loại không có hộp, loại có hộp che chắn (nắp nhựa, nắp gang, nắp sắt )
Cầu dao được chế tạo theo yêu cầu sử dụng, bao gồm loại có cầu chì bảo vệ và loại không có cầu chì Tại Việt Nam, cầu dao đá thường được sản xuất với 2 cực hoặc 3 cực, không có nắp che chắn, có dòng điện định mức lên tới 600 A và đi kèm với lưỡi dao phụ.
Nút nh ấ n
Nút nhấn, hay còn gọi là nút điều khiển, là một thiết bị điện quan trọng giúp điều khiển và đóng ngắt từ xa các thiết bị điện và dụng cụ báo hiệu khác nhau.
2.2 Ký hiệu: a Nút nhấn đơn b Nút nhấn liên động
2.3 Phân loại, công dụng: a Phân loại:
Phân loại theo kiểu dáng người ta chia ra các loại sau:
- Kiểu hở: thường đặt trên bảng nút nhấn, hộp hay trên mặt tủ điện
- Kiểu bảo vệ: đặt trong vỏ nhựa hoặc vỏ sắt hình hộp chủ yếu chống va đập
- Kiểu bảo vệ chống bụi: chế tạo với vỏ đúc liền bằng nhựa hoặc kim loại nhẹ
- Kiểu chống nước: đặt trong vỏ kín bằng nhựa không cho nước vào
- Kiểu chống nổ: chế tạo với vỏ đặt biệt kín để cho các khí cháy, khí nổ tiếp xúc Theo yêu cầu điều khiển có thể chia làm 2 loại:
- Loại 1 nút: đơn (một cặp thường đóng hoặc thường mở, giống nút nhấn chuông của nhà dân)
- Loại 2 nút: liên động, một cặp thường mở và một cặp thường đóng b Công dụng :
- Nút nhấn dùng để phát tín hiệu cho các bộ phận chấp hành là các khí cụ điện.
- Nút nhấn dùng để thay đổi chế độ làm việc của các hệ thống điện.
- Nút nhấn dùng để thông báo tin tức
Nút nhấn có 2 chế độ làm việc trên mạch điện: duy trì và không duy trì
Có hai chế độ hoạt động cho các thiết bị: chế độ duy trì và không duy trì Trong chế độ duy trì, thiết bị sẽ tự động hoạt động khi người dùng tác động ngắn vào nút nhấn và sau đó bỏ tay ra, yêu cầu phối hợp với rơ le trung gian hoặc công tắc tơ Ngược lại, trong chế độ không duy trì, thiết bị chỉ hoạt động khi người dùng giữ tay trên nút nhấn; khi bỏ tay ra, thiết bị sẽ dừng lại ngay lập tức.
Nút nhấn được gắn liền trên các bảng điều khiển, với máy hoặc để cách biệt khi cần điều khiển từ xa.
Nút nhấn được chế tạo làm việc nơi không ẩm ướt, không có khí ăn mòn hóa học, không có bụi
2.4 Cấu tạo và nguyên lý làm việc: a Cấu tạo: Gồm: - Tiếp điểm tĩnh
Nút nhấn thường mở, nút nhấn thường đóng và nút nhấn liên động là ba loại nút nhấn phổ biến trong hệ thống điều khiển điện Nút nhấn thường mở hoạt động bằng cách thay đổi trạng thái từ mở sang đóng khi có lực tác động, tạo thành mạch kín để phát tín hiệu điều khiển Ngược lại, nút nhấn thường đóng sẽ mở mạch khi có lực tác động, ngắt tín hiệu điều khiển Đối với nút nhấn liên động, khi tác động xảy ra, tiếp điểm thường đóng mở trước, sau đó tiếp điểm thường mở đóng lại, tạo ra một chuỗi thay đổi trạng thái Khi không còn lực tác động, tất cả các nút nhấn sẽ trở lại trạng thái ban đầu.
Nút nhấn kiểu hở và kiểu bảo vệ có khả năng chịu dòng điện lên đến 5A và điện áp tối đa 600V, với khả năng thao tác đóng cắt lên tới 100.000 lần.
Theo qui định về màu của các nhà sản xuất:
- Màu đỏ: màu để dừng hệ thống
- Màu xanh: màu để khởi động hệ thống
Công t ắ c
3.1 Định nghĩa, ký hiệu: a Định nghĩa:
Công tắc là thiết bị điện được sử dụng để đóng cắt dòng điện hoặc thay đổi kết nối mạch điện một cách thủ công, thường được áp dụng trong các mạng điện có công suất nhỏ.
Công tắc 1 cực Công tắc đảo chiều Công tắc hành trình
Theo hình dạng bên ngoài, người ta chia công tắc làm ba loại:
Theo công dụng người ta chia công tắc ra các loại:
- Công tắc đóng ngắt trực tiếp.
- Công tắc chuyển mạch (hay công tắc vạn năng).
- Công tắc một pha dùng trong điện sinh hoạt
3.3 Cấu tạo, nguyên lý hoạt động:
Nhìn chung là dạng tiếp xúc đóng mở, tiếp xúc điểm và các vật dẫn thường được làm bằng đồng a Công tắc hộp: (hình 2-2 a, b, c, d, e)
Hình 2-2 Công tắc hộp a Hình dạng chung; b Mặt cắt (vị trí đóng); c Mặt cắt (vị trí ngắt)
Các tiếp điểm tĩnh 3 được gắn trên vành nhựa bakêlit cách điện 2, có đầu vặn vít lộ ra ngoài hộp Các tiếp điểm động 4 được lắp trên trục và cách điện với trục, nằm trong các mạch khác nhau tương ứng với các vành 2 Khi trục quay đến vị trí thích hợp, một số tiếp điểm động sẽ tiếp xúc với các tiếp điểm tĩnh, trong khi số khác sẽ tách rời Việc chuyển dịch các tiếp điểm động diễn ra nhờ cơ cấu cơ khí với núm vặn 5 Bên cạnh đó, lò xo phản kháng trong vỏ hộp giúp tạo ra sức bật nhanh, dập tắt hồ quang một cách hiệu quả.
Công tắc hộp được thiết kế với hình dạng tương tự ở Việt Nam, Liên Xô, Đức và Pháp, mặc dù có sự khác biệt nhỏ về cấu trúc Các kiểu bảo vệ và kiểu kín cũng là những yếu tố quan trọng trong thiết kế này.
Hình 2-2 Công tắc hộp b Công tắc vạn năng (hình 2-3 a, b)
Gồm các đoạn riêng lẽ cách điện với nhau và lắp trên cùng một trục Các tiếp điểm
Công tắc vạn năng 1 và 2 hoạt động bằng cách xoay vành cách điện 3 lồng trên trục 4 Khi vặn công tắc, tay gạt sẽ chuyển đổi giữa các vị trí khác nhau, làm cho các tiếp điểm của từng đoạn đóng hoặc ngắt theo yêu cầu.
Công tắc vạn năng là thiết bị được thiết kế với kiểu tay gạt, có thể có các vị trí cố định hoặc được trang bị lò xo giúp tự động trở về vị trí ban đầu (vị trí 0) Hình dạng chung của công tắc này và mặt cắt ngang của nó đều mang lại sự tiện lợi trong việc sử dụng và lắp đặt.
2 Tiếp điểm động Hình 2-3: Công tắc vạn năng
Công tắc hộp là thiết bị quan trọng thường được sử dụng làm cầu dao tổng cho các máy công cụ, cho phép đóng mở trực tiếp các động cơ điện có công suất nhỏ và kiểm soát các mạch điện tự động hiệu quả.
Có khi dùng thay đổi chiều quay của động cơ hoặc đổi cách đấu cuộn dây sta to của động cơ từ sao kép ra tam giác
Công tắc vạn năng là thiết bị quan trọng trong việc đóng ngắt và chuyển đổi mạch điện cho các cuộn dây hút của công tắc tơ và khởi động từ Thiết bị này được sử dụng trong các mạch điện điều khiển với điện áp lên đến 440V cho dòng một chiều và 500V cho dòng xoay chiều tần số 50Hz.
Công tắc một pha dùng trong lưới điện sinh hoạt để đóng mở đèn Thường được chôn trong tường hay để trên bảng điện b Công tắc hành trình
+ Cấu tạo trong: giống như nút nhấn liên động, gồm một cặp tiếp điểm thường đóng và một cặp tiếp điểm thường mở, cơ cấu truyền động
Công tắc hành trình là thiết bị quan trọng trong việc đóng mạch điện điều khiển cho các hệ thống truyền động điện và tự động hóa Nó hoạt động dựa vào vị trí cữ gạt tại các cơ cấu chuyển đổi cơ khí, giúp tự động điều khiển hành trình làm việc và ngắt điện ở cuối hành trình, đảm bảo an toàn cho quá trình vận hành.
Ví dụ: Giới hạn khẩu độ đóng và mở cửa, giới hạn hướng dịch chuyển của ba lăng điện, giới hạn điểm đến của thang máy
Dao cách ly (DS: disconnecting Switch)
4.1 Cấu tạo và nguyên lý làm việc a Dao cách ly thường dùng chung với máy cắt
Hình 2.5: Các bộ phận của cách ly
1 - Sứcách điện 2 - lưỡi dao 3 - Ngàm cốđịnh
4 - Dây dẫn 5- Hệ thống truyền động
Dao cách ly là thiết bị tương tự như cầu dao hạ thế, nhưng được thiết kế cho điện áp cao với các phụ kiện lớn hơn Chức năng chính của dao cách ly là đóng và cắt mạch điện khi không có dòng điện, giúp cách ly các bộ phận của mạch điện khỏi các phần có điện để thuận tiện cho việc sửa chữa Đặc biệt, dao cách ly không có bộ phận dập hồ quang.
Dao cách ly có nhiều loại:
- Theo số cực: có dao một cực, dao 3 cực
- Theo nơi đặt: có dao đặt trong nhà và dao đặt ngoài trời
Dao cách ly được chia thành hai loại chính: dao đặt ngang và dao đặt đứng Việc thao tác dao cách ly có thể thực hiện bằng sào cách điện hoặc thông qua bộ truyền động kết nối với trục truyền động Quá trình đóng cắt dao cách ly có thể được thực hiện bằng tay, sử dụng động cơ hoặc các thiết bị trang bị khác Ngoài ra, còn có loại dao cách ly nối đất (dao tiếp đất) để đảm bảo an toàn trong các hệ thống điện.
Dao cách ly nối đất có cấu tạo tương tự như dao cách ly thông thường được sử dụng với máy cắt, nhưng phụ kiện tiếp đất không yêu cầu cách điện tốt, vì vậy dao cách ly nối đất có kích thước nhỏ gọn hơn.
Dao cách ly nối đất được đóng khi cần sửa các mạng điện
4.2 Tính chọn dao cách ly:
Dao cách ly được lựa chọn theo các điều kiện định mức và được kiểm tra theo điều kiện ổn định lực điện động và ổn định nhiệt:
➢ Điện áp định mức (kV):
➢ Dòng điện ổn định lực điện động: i max i max I xk
➢ Dòng điện ổn định nhiệt trong thời gian: t ôđn
Hình 2.6 Dao cách ly odn gh odn t
4.3 Dao cách ly đặc biệt Được chế tạo đặc biệt và kèm chung với cầu chì khi cầu chì đứt nó tự ngã ra và nhân viên kiểm tra dễ dàng nhìn thấy
Cầu chì một pha là thiết bị lắp đặt sau sơ cấp của trạm biến áp phụ tải có công suất dưới 1000kVA, nhằm bảo vệ chống lại các sự cố như quá tải ở phía thứ cấp và ngắn mạch trong cuộn dây của máy biến áp Đây là loại cầu chì trung áp đơn giản, giúp cắt mạch một cách chính xác và an toàn.
Dao cắt phụ tải là thiết bị điện được sử dụng để ngắt và kết nối dòng điện phụ tải Với thiết kế gọn nhẹ và chi phí thấp, thiết bị này dễ dàng vận hành Dao cắt phụ tải bao gồm hai phần chính: bộ phận đóng cắt điều khiển bằng tay và cầu chì.
Nguyên tắc dập hồ quang trong dao cắt phụ tải là sử dụng khí và hơi trong buồng dập để làm nguội và thổi tắt hồ quang Dao cắt phụ tải chỉ có khả năng đóng cắt dòng điện phụ tải, không thể cắt được dòng điện ngắn mạch Để xử lý dòng điện ngắn mạch, người ta sử dụng cầu chì trong hệ thống dao cắt phụ tải.
Hình 2.8 Dao cắt phụ tải Hinh 2.7: Dao cách ly đặc biệt (Cầu chì tự rơi, FCO (fuse cut out))
Máy c ắt điệ n
5.1 Công dụng và phân loại a Công dụng:
Máy cắt điện là thiết bị quan trọng trong mạng điện áp cao, có chức năng đóng cắt dòng điện phụ tải và ngắt dòng điện ngắn mạch Với điện áp từ 3 đến 35KV và hơn nữa, máy cắt phải xử lý hồ quang mạnh mẽ, có thể đạt nhiệt độ lên tới 10.000 độ C do mật độ dòng điện hồ quang rất lớn Cấu tạo của máy cắt cần đảm bảo khả năng dập tắt hồ quang hiệu quả Mặc dù máy cắt là thiết bị đáng tin cậy, nhưng giá thành cao nên thường được sử dụng ở những vị trí quan trọng Dựa trên cấu tạo, máy cắt điện cao áp được phân loại thành máy cắt điện dầu, máy cắt điện không khí và dao phụ tải.
Căn cứvào phương pháp dập hồquang, người ta chia ra:
- Máy cắt dầu: loại ít dầu, loại nhiều dầu
- Máy cắt SF6 (khí ê lê gat) v.v
Máy cắt điện nhiều dầu hoạt động dựa trên nguyên tắc dập tắt hồ quang trong môi trường chất lỏng, thường là dầu biến áp Khi hồ quang xuất hiện, nhiệt độ cao khiến dầu bốc hơi và sôi mạnh, tạo ra áp suất lớn Áp lực khí từ dầu làm cho dầu bị xáo trộn mạnh, từ đó giúp làm nguội và dập tắt hồ quang Có hai loại máy cắt dầu: máy cắt nhiều dầu và máy cắt ít dầu.
Hình 2.9: Cấu tạo máy cắt điện nhiều dầu loại đơn giản
Thùng 17 có nắp đậy kín, trong thùng đổ dầu khoáng Tiếp điểm tĩnh 3 được nối với dây dẫn điện Tiếp điểm động 1 được điều khiển bởi thanh truyền động 20 Khi tiếp điểm động di chuyển lên, sẽđóng mạch điện, Khi tiếp điểm động di chuyển xuống sẽ cắt mạch điện
Dập hồ quang là quá trình khi cắt mạch điện, tạo ra hồ quang do nhiệt độ cao làm nóng dầu Khi dầu bốc hơi, nó phân tích và sinh ra khí, giúp hồ quang hấp thụ nhiệt lượng nguội, từ đó dẫn đến việc tắt hồ quang hiệu quả.
Trong máy cắt ít dầu, dầu khoáng chỉ dùng để dập hồ quang, không làm nhiệm vụ cách điện như ở máy cắt nhiều dầu
Dập hồ quang là quá trình xảy ra khi cắt mạch điện, trong đó hồ quang làm nóng dầu và tạo ra khí áp suất lớn do buồng dập hồ quang được bít kín Khi tiếp điểm động di chuyển, khe ngang sẽ mở ra, cho phép buồng hơi áp suất cao phun ra, kéo dài hồ quang và cuối cùng làm tắt nó.
Hinh 2.10:Máy cắt ít dầu
1 Thanh ngang tiếp điểm động; 13 ống chỉ mức dầu;
2 Hơi dầu; 14 Tấm lót cách điện;
3 Đầu tiếp xúc tỉnh; 15 Dầu;
4 ống tháo dầu;5 ống thông khí; 16 Van tháo dầu;
6 Khoang chưa khí; 17 Vỏ thùng;
7 Thanh truyền của bộ phận truyền động; 18 Lò xo;19 ổ đỡ;
8 Trục quay;9 Sứ ra; 20 Thanh truyền;21 Thanh truyền động;
10 Nắp gang;11 Mũ ốc; 21 Thanh truyền động;22 Thanh ngang;
12 Vòng đệm; 23 Thanh cách điện
Nguyên tắc dập hồ quang trong máy cắt không khí là sử dụng luồng khí áp suất lên tới 20 atmotphe để dập tắt hồ quang Luồng không khí có thể được thổi dọc hoặc ngang, giúp làm nguội nhanh chóng và ngắt đứt hồ quang hiệu quả.
Máy cắt này có cấu trúc tương tự như máy cắt trước, nhưng khác biệt ở buồng dập hồ quang, được mô tả trong hình vẽ Hồ quang trong buồng này được thổi bởi khí áp suất cao, dẫn đến việc hồ quang bị kéo dài và sau đó tắt.
Bộ tiếp điểm nằm trong môi trường chân không Hồ quang bị tắt ngay, không duy trì được
Máy cắt khí dùng khí SF6 làm môi trường dập tắt hồ quang điện.
Áp-tô-mát
6.1 Công dụng và yêu cầu a Công dụng:
- áp tô mat là loại khí cụ điện dùng để đóng cắt có tải, điện áp đến 600V dòng điện đến 1000A
- áp tô mát sẽ tự động cắt mạch khi mạch bị sự cố ngắn mạch, quá tải, kém áp
Áp tô mát, hay còn gọi là máy cắt không khí, cho phép thao tác với tần số lớn nhờ có buồng dập hồ quang, giúp dập tắt hồ quang trong không khí.
Các yêu cầu đối với áp tô mat như sau:
Chế độ làm việc của áp tô mát cần đảm bảo là dài hạn, cho phép dòng điện định mức chạy qua trong thời gian không giới hạn Đồng thời, mạch điện của áp tô mát phải có khả năng chịu đựng dòng điện lớn trong trường hợp xảy ra ngắn mạch, ngay cả khi các tiếp điểm đã đóng hoặc đang trong trạng thái đóng.
Hinh 2.12: Dập tắt hồ quang bằng luồng khí
Áp tô mát cần phải ngắt được dòng điện ngắn mạch với trị số lớn, có thể lên tới vài chục KA Sau khi ngắt dòng điện ngắn mạch, áp tô mát phải hoạt động hiệu quả ở trị số dòng điện định mức.
Để nâng cao tính ổn định nhiệt và điện động của thiết bị điện, việc hạn chế sự phá hoại do dòng điện ngắn mạch là rất quan trọng Điều này yêu cầu áptômát phải có thời gian đóng cắt ngắn Để đạt được điều này, cần kết hợp lực thao tác cơ học với thiết bị dập hồ quang bên trong áptômát Bên cạnh đó, áptômát cũng phải có khả năng điều chỉnh trị số dòng điện tác động và thời gian tác động để thực hiện thao tác bảo vệ có chọn lọc.
- Theo kết cấu người ta chia áp tô mát ra 3 loại : một cực, hai cực và ba cực
- Theo thời gian thao tác người ta chia áp tô mát ra làm 2 loại:
+ Loại tác động tức thời (nhanh)
+ Loại tác động không tức thời
Áp tô mát được phân loại theo công dụng bảo vệ, bao gồm áp tô mát cực đại theo dòng điện, cực tiểu theo dòng điện, cực tiểu theo điện áp và áp tô mát dòng điện ngược Trong một số trường hợp cần bảo vệ tổng hợp, loại áp tô mát vạn năng sẽ được sử dụng để đáp ứng yêu cầu bảo vệ cả cực đại theo dòng điện và cực tiểu theo điện áp.
6.3 Cấu tạo và nguyên lý làm việc:
6.3.1 C ấ u t ạ o chung a Tiếp điểm: áp tô mát thường được chế tạo có 2 cấp tiếp điểm (chính và hồ quang), hoặc 3 cấp tiếp điểm (chính, phụ và hồ quang) Khi đóng mạch tiếp điểm hồquang đóng trước tiếp theo là tiếp điểm phụ và sau cùng là tiếp điểm chính Khi cắt mạch thì ngược lại tiếp điểm chính mở trước rồi tiếp điểm phụ và sau cùng là tiếp điểm hồquang Như vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang do đó bảo vệ được tiếp điểm chính để dẫn điện Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làm hỏng tiếp điểm chính Tiếp điểm thường được làm bằng hợp kim gốm chịu được hồ quang như: Ag - W,
Trong quá trình dập hồ quang, có hai kiểu thiết bị phổ biến được sử dụng để đảm bảo hiệu quả trong mọi chế độ làm việc của lưới điện, bao gồm kiểu nửa kín và kiểu hở Các hợp kim như Cu - W và Cu - Ni thường được áp dụng trong các thiết bị này để tối ưu hóa khả năng dập hồ quang.
+ Kiểu nửa kín được đặt trong vỏ kín của áp tô mát có lỗ thoát khí Loại này có dòng giới hạn cắt không quá 50 KA
+ Kiểu hở: được dùng khi dòng điện cắt lớn hơn 50 KA hoặc điện áp lớn hơn 1kV.
Trong buồng dập hồ quang, người ta sử dụng các tấm thép xếp thành lưới ngăn để chia nhỏ hồ quang thành nhiều đoạn, giúp việc dập tắt hồ quang trở nên hiệu quả hơn Cơ cấu truyền động có vai trò quan trọng trong việc cắt áp tô mát.
Truyền động cắt áp tô mát có hai phương pháp chính: điều khiển bằng tay và điều khiển bằng điện từ Phương pháp điều khiển bằng tay thường được áp dụng cho các áp tô mát có dòng điện định mức không vượt quá 600A, trong khi điều khiển bằng điện từ, sử dụng nam châm điện, thích hợp cho các áp tô mát với dòng điện lớn hơn, lên đến 1000A.
Hình 2.21 (a) cơ cấu điều khiển áp tô mát cắt bằng nam châm điện có những khớp tự do
Khi hoạt động bình thường mà không gặp sự cố, hai tay đòn (2) và (3) được kết nối chắc chắn do tâm xoay O nằm thấp hơn đường nối giữa hai điểm O1 và O2 Giá đỡ (5) giữ cho hai tay đòn không bị gập lại, và chúng ta gọi điểm O là vị trí chết.
Khi có sự cố, phần ứng (6) của nam châm điện (7) bị hút đập vào hệ thống tay đòn
Điểm O sẽ thoát khỏi vị trí chết khi cao hơn đường nối O1O2, khiến tay đòn (2) và (3) không còn nối cứng Các tiếp điểm nhanh chóng mở ra nhờ tác động của lò xo kéo tiếp điểm Để đóng áp tô mát lại, cần phải kéo tay đòn.
(4) xuống phía dưới như (hình 2.21 c), sau đó mới đóng vào được d Móc bảo vệ
Móc bảo vệ quá tải, hay còn gọi là bảo vệ quá dòng điện, có chức năng bảo vệ thiết bị điện khỏi tình trạng quá tải Để đảm bảo hiệu quả, đường thời gian – dòng điện của móc bảo vệ phải nằm dưới đường đặc tính của thiết bị cần bảo vệ Thông thường, hệ thống điện từ và rơ le nhiệt được sử dụng làm móc bảo vệ, và chúng thường được lắp đặt bên trong áp tô mát.
Móc kiểu điện từ hoạt động bằng cách kết nối cuộn dây với mạch điện chính Khi dòng điện vượt quá giới hạn cho phép, phần ứng sẽ bị hút, khiến móc va chạm vào khớp rơi tự do, mở tiếp điểm của áp tô mat Để điều chỉnh lực kháng, người dùng có thể thay đổi vị trí của vít.
Hinh 2.21: Cơ cấu truyền động của áptomat xo, ta có thể điều chỉnh được giá trị dòng điện tác động Để giữ thời gian trong bảo vệ kiểu điện từ, người ta thêm một cơ cấu giữ thời gian (ví dụbánh xe răng như trong cơ cấu đồng hồ)
Móc kiểu rơ le nhiệt đơn giản có cấu trúc tương tự như rơ le nhiệt với phần tử đốt nóng nối tiếp với mạch điện chính, sử dụng tấm kim loại kép giãn nở để mở tiếp điểm của áp tô mát khi xảy ra quá tải Tuy nhiên, nhược điểm của loại này là quán tính nhiệt lớn, không thể ngắt dòng điện khi có hiện tượng ngắn mạch, chỉ bảo vệ được dòng điện ngắn mạch Do đó, thường kết hợp cả móc bảo vệ kiểu điện từ và móc kiểu rơ le nhiệt trong một áp tô mát, loại này thường được sử dụng cho áp tô mát có dòng điện định mức lên đến 600A.
• Móc bảo vệ sụt (còn gọi là bảo vệ điện áp thấp) cũng thường dùng kiểu điện từ Cuộn dây mắc song song với mạch điện chính
6.3.2 Áp tô mát b ả o v ệ quá dò ng điệ n ( Ng ắ n m ạ ch)
Hình 2.22: NGUYÊN LÝ CẤU TẠO ATM BẢO VỆ QUÁ DÒNG a Cấu tạo
1,11 Lò xo 2 Bộ phận tiếp xúc 3,5,7 Tay đòn 4 Móc răng
6 Trục quay 8 Mạch từtĩnh Rơ le dòng điện 9 Cuộn dây rơ le
10 Mạch từ động Rơ le dòng điện b Nguyên lý làm việc
Lúc mạng điện bình thường, các chi tiết ở vịtrí như hình vẽ, mạch được đóng kín.
KH Í C Ụ ĐIỆ N B Ả O V Ệ
Nam châm điệ n
Trong ngành điện công nghiệp, nam châm được ứng dụng rất nhiều trong mọi lĩnh vực
Có 2 loại chính: nam châm vĩnh cửu và nam châm điện:
- Nam châm vĩnh cửu làm bằng vật liệu sắt từ cứng, có từ dư và lực giữ từ lớn
- Nam châm điện có lõi làm bằng vật liệu sắt từ có độ từ thẩm lớn, được từ hóa bởi dòng điện đi qua cuộn dây quấn trên lõi
Vật liệu sắt từ phân làm ba loại:
Sắt từ mềm có lực giữ từ nhỏ và độ từ thẩm tương đối lớn, giúp giảm tổn hao từ trễ nhờ vào đường cong từ trễ hẹp Loại sắt này thường được sử dụng làm mạch từ cho các máy điện và thiết bị điện từ xoay chiều cũng như một chiều.
- Loại sắt từ cứng: có từ dư và lực giữ từ lớn, thường được sử dụng làm nam châm vĩnh cửu
- Loại từ điện môi: là loại có tính chất trung gian giữa vật liệu sắt từ và không sắt từ
Từ điện môi, được chế tạo từ bột sắt từ có độ từ thẩm lớn và ổn định, có tổn hao từ trễ thấp Loại vật liệu này thường được ứng dụng trong các thiết bị điện hoạt động ở tần số cao trong ngành công nghiệp vô tuyến điện.
Trong giáo trình này, chúng ta chỉ nghiên cứu đến nam châm điện
Nam châm điện là một bộ phận rất quan trọng của khí cụ điện Nó hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ.
Nam châm điện được dùng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: tự động hóa, các loại rơ le, công tăc tơ,
Trong công nghiệp, nó được dùng ở cần trục để nâng các tấm kim loại
Trong truyền động điện, nó được dùng ở các bộ ly hợp, các van điện từ,
Trong sinh hoạt hàng ngày, nam châm điện được ứng dụng rộng rãi như: chuông điện, loa điện,
- Mạch từ động (Nắp nam châm)
- Mạch từ tĩnh( Thân nam châm)
Trong thực tế, ta thường gặp hai loại sau: a Loại có nắp chuyển động:
- Cấu tạo: gồm có cuộn dây, lõi sắt từ (phần cố định và phần di động) Hình 3-1 b Loại không có nắp:
- Cấu tạo: gồm cuộn dây và lõi sắt từ Đối với loại này, các vật liệu sắt thép bị hút được xem như là nắp
MẠCH TỪ ĐỘNG (NẮP NAM CHÂM)
MẠCH TỪ TĨNH (THÂN NAM CHÂM)
CUỘN DÂY NAM CHÂM ĐƯỜNG SỨC
Hình 3.1 Nam châm loại có nắp chuyển động
1.2.2 Nguyên lý làm vi ệ c (cho c ả hai lo ạ i):
Nam châm điện hoạt động dựa trên nguyên tắc điện từ, khi dòng điện I đi qua cuộn dây có N vòng quấn, sẽ tạo ra từ trường Vật liệu sắt từ trong từ trường này sẽ bị từ hóa và phân cực Từ thông xuyên qua vật liệu sắt từ theo đường khép kín, với cực bắc (N) là nơi từ thông thoát ra và cực nam (S) là nơi từ thông đi vào.
Cực tính của vật liệu sắt từ trái ngược với cực tính của cuộn dây, dẫn đến việc vật liệu này bị cuốn hút về phía cuộn dây nhờ vào lực hút điện từ F.
Khi lực F đạt giá trị lớn hơn hoặc bằng lực phản hồi của lò xo, tức là dòng điện I đạt giá trị dòng điện tác động (I = Itd), nắp từ sẽ bắt đầu di chuyển về phía thân từ Quá trình di chuyển của nắp từ 2 sẽ diễn ra với tốc độ tăng dần do khe hở không khí (δ) bị giảm đi.
Khi dòng điện trong cuộn dây được đổi chiều, từ trường cũng sẽ thay đổi chiều Vật liệu sắt từ sau khi được từ hóa sẽ có cực tính khác với cực tính của cuộn dây, dẫn đến việc vật liệu sắt từ vẫn bị hút về phía cuộn dây Do đó, khi lõi từ của cuộn dây có dòng điện, từ trường sẽ khiến nắp bị từ hóa và hút nắp về phía lõi.
Khi dòng điện trong cuộn dây giảm xuống mức mà lực F không còn đủ mạnh để vượt qua lực phản hồi của lò xo, nắp từ sẽ bị kéo rời và các mặt cực từ sẽ trở về vị trí ban đầu Giá trị dòng điện tại thời điểm nắp từ bắt đầu rời khỏi mặt cực được gọi là dòng điện trở về (Itv) hay dòng điện nhả.
Tỷ số: td tv tv I k = I gọi là hệ số trở về
1.3 Ứng dụng nam châm điện:
Nam châm điện được sử dụng rộng rãi trong các thiết bị nâng hạ, giúp tăng cường hiệu suất và độ an toàn trong quá trình vận chuyển hàng hóa Ngoài ra, nó còn đóng vai trò quan trọng trong các thiết bị phanh hãm, đảm bảo sự kiểm soát chính xác trong các hệ thống cơ khí Hơn nữa, nam châm điện cũng được áp dụng trong các cơ cấu truyền lực chuyển động, như bộ ly hợp, để tối ưu hóa khả năng hoạt động của máy móc.
Thường được dùng nhiều trong các cần trục, đặc biệt là trong các nhà máy chế tạo cơ khí và luyện kim
Nam châm điện nâng hạ bao gồm một cuộn dây quấn trên lõi sắt từ, được bảo vệ bởi một lớp nhựa bên ngoài Mặt cực được gắn chặt vào lõi nam châm bằng bu lông, trong khi dây dẫn mềm cung cấp điện áp cho cuộn dây Phần dưới của cuộn dây được bảo vệ bởi vành làm từ vật liệu không dẫn từ, như thép măng gan cao cấp.
Lực nâng của nam châm điện tùy thuộc loại tải trọng cần di chuyển: b Nam châm điện phanh hãm:
Thiết bị hãm thường được sử dụng để kiểm soát chuyển động của các bộ phận như cần trục và trục chính của máy công cụ Trong số nhiều kết cấu thiết bị hãm, nam châm điện kiểu guốc phanh, kiểu băng và kiểu đĩa là những loại phổ biến nhất Các thiết bị hãm này thường được chia thành hai loại chính.
- Nam châm điện hãm có hành trình dài.
- Nam châm điện có hành trình ngắn. c Bộ ly hợp điện từ:
Nam châm điện sử dụng dòng điện một chiều kết hợp với đĩa ma sát để truyền chuyển động quay trong bộ ly hợp hoặc để phanh hãm chính xác trong máy công cụ Có hai loại nam châm điện: loại một phía và loại ly hợp hai phía.
Bộ ly hợp điện từ đã trở thành giải pháp phổ biến trong những năm gần đây, giúp tự động hóa quá trình điều khiển hoạt động và dừng các bộ phận cơ khí trong máy móc gia công cắt gọt kim loại, tất cả đều sử dụng một động cơ điện duy nhất.
Lưu ý: Khi sử dụng bộ ly hợp cần thực hiện kiểm tra định kỳ ba tháng một lần gồm:
- Kiểm tra độ mòn của chổi than, vành trượt.
- Kiểm tra cách điện của cuộn dây.
- Kiểm tra khe hở không khí
Rơle điệ n t ừ
1/ Thân rơ le(Mạch từ tĩnh)
2/ Nắp rơ le(Mạch từ động) 3/ Cuộn dây rơ le(Cuộn hút)
6/ Tiếp điểm thường mỡ 7/ Vòng ngắn mạch
HÌNH 3-6 CÁU TẠO CỦA RƠ LE ĐIỆN TỪ U
2.2 Ký hiệu: a Cuộn dây: b Tiếp điểm:
Sự làm việc của rơ le điện từ dựa trên nguyên tắc lực điện từ (lý luận tương tự nguyên lý nam châm điện):
Khi cuộn dây hút 3 được cấp điện, nó sẽ tạo ra một từ trường, khiến lực từ hút nắp rơ le 2 để khép kín mạch từ Hệ thống tiếp điểm sẽ thay đổi trạng thái, trong đó tiếp điểm thường đóng sẽ mở ra và tiếp điểm thường mở sẽ đóng lại.
Khi cuộn dây hút 3 ngừng hoạt động, lò xo phản hồi 4 sẽ đưa nắp rơ le 2 trở về vị trí ban đầu, giúp các tiếp xúc quay lại trạng thái ban đầu để sẵn sàng cho lần hoạt động tiếp theo.
2.4 Biện pháp chống rung cho rơ le điện từ:
Biện pháp hiệu quả để giảm rung động cho nắp rơ le 2 là bố trí vòng ngắn mạch trên mạch từ của phần tĩnh Vòng ngắn mạch này được cấu tạo từ dây dẫn bằng đồng, có tiết diện tròn hoặc chữ nhật, bao quanh một phần tiết diện của trụ giữa hoặc hai trụ bìa của lõi sắt tĩnh.
Khi nắp của nam châm được hút sát vào thân nam châm, điện áp cung cấp cho cuộn dây giảm, dẫn đến dòng điện và giá trị từ thông trong mạch cũng giảm theo Điều này làm giảm lực hút của nam châm Nếu điện áp tiếp tục giảm đến mức lực hút nhỏ hơn phản lực của lò xo, hiện tượng rung của nắp nam châm sẽ xuất hiện trở lại.
Rơle nhiệ t
3.1 Khái niệm và công dụng:
Rơ le nhiệt là thiết bị điện quan trọng giúp bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi tình trạng quá tải, thường được sử dụng kết hợp với công tắc tơ Thiết bị này hoạt động hiệu quả ở điện áp xoay chiều lên đến 500V và tần số 50Hz Một số mẫu rơ le nhiệt mới có dòng điện định mức lên đến 150A, cho phép sử dụng trong lưới điện một chiều với điện áp tối đa 440V.
Rơ le nhiệt được lắp đặt trong tủ điện và trên bảng điện, trước hoặc sau bộ phận bắt dây dẫn Với quán tính nhiệt lớn, rơ le nhiệt không phản ứng ngay lập tức với trị số dòng điện mà cần thời gian để phát nóng, dẫn đến việc nó chỉ tác động sau vài giây đến vài phút khi có sự cố Do đó, rơ le nhiệt không phù hợp để bảo vệ ngắn mạch.
Thường khi dùng rơ le nhiệt bảo vệ quá tải, ta phải dùng kèm cầu chì loại "aM" để bảo vệ ngắn mạch
3.3 Nguyên lý làm việc: a Cấu tạo nguyên lý
4 Vít chỉnh dòng điện tác động
Hình 3-13 Cấu tạo nguyên lý củaRơ le nhiệt b.Nguyên lý làm việc
Rơ le nhiệt hoạt động dựa trên nguyên lý tác dụng nhiệt của dòng điện Hiện nay, rơ le nhiệt với phiến kim loại kép được ứng dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực.
Rơ le này hoạt động dựa trên sự khác biệt về hệ số giãn nở dài của hai loại kim loại khi bị đốt nóng Phần tử chính của rơ le là phiến kim loại kép, được cấu tạo từ hai tấm kim loại: một tấm invar (H36, chứa 36% Ni và 64% Fe) có hệ số giãn nở dài nhỏ, và một tấm đồng thau hoặc thép Crôm-Niken có hệ số giãn nở dài lớn, thường lớn hơn 20 lần Hai tấm kim loại này được ghép chặt với nhau bằng phương pháp cán nóng hoặc hàn, tạo thành một phiến gọi là phần tử đốt nóng hay lưỡng kim nhiệt.
Khi quá tải, dòng điện qua phần tử đốt nóng gia tăng, dẫn đến việc làm nóng phiến kim loại kép Sự khác biệt về độ giản nở nhiệt giữa hai loại kim loại, kết hợp với việc chúng bị gắn chặt ở hai đầu, khiến thanh kim loại kép bị uốn cong về phía kim loại có độ giản nở nhỏ hơn.
Sự phát nóng có thể do dòng điện trực tiếp đi qua phiến kim loại hoặc gián tiếp qua điện trở đốt nóng đặt bao quanh phiến kim loại
Rơ le nhiệt bao gồm hai mạch độc lập: mạch động lực cho phép dòng điện phụ tải đi qua và mạch điều khiển dùng để đóng ngắt cuộn dây của công tắc tơ.
- Xảy ra sự cố quá tải:
Ilv = Iqt> Iđm Đi qua thanh lưỡng kim và dây đốt nóng
=> Nhiệt độ trên dây đốt nóng và thanh lưỡng kim tăng cao
=> Thanh lưỡng kim bị cong vềphía trái đẩy cần gạt sang trái tác động và đòn bẩy
=> Mở tiếp điểm thường đóng, đóng tiếp điểm thường mở
=> Ngắt điện khỏi mạch bảo vệ an toàn cho thiết bị
3.4 Phân loại và ký hiệu: a Phân loại:
* Theo phương thức đốt nóng, người ta chia làm 3 loại:
- Đốt nóng trực tiếp: dòng điện đi trực tiếp qua phiến kim loại kép
- Đốt nóng gián tiếp:đòng điện đi qua điện trởđặt bao quanh phiến kim loại
Hệ thống đốt nóng hỗn hợp mang lại hiệu quả cao nhờ vào khả năng đốt trực tiếp và gián tiếp Với tính ổn định nhiệt vượt trội, hệ thống này có thể hoạt động ở bội số quá tải lớn, lên đến 12-15 Iđm.
Theo yêu cầu sử dụng, người ta chia làm 2 loại:
- Một cực: bảo vệ ở mạng một pha
- Hai hoặc ba cực: bảo vệ ở mạng xoay chiều ba pha b Ký hiệu: c Đặc tính bảo vệ của rơle nhiệt
- Đặc tính bảo vệ của rơle nhiệt là quan hệ giữa thời gian tác động t và dòng điện tác động I t = f (I)
Khi I < Iđmrơle không hoạt động do nhiệt độ thấp và độ chuyển dời của kim loại kép nhỏ, lực cần thiết chưa được tạo ra, vì vậy tiếp điểm vẫn giữ nguyên trạng thái Khi dòng điện tăng lên, thời gian tác động sẽ giảm.
C ầ u chì
4.1 Khái quát và công dụng:
Cầu chì là thiết bị bảo vệ điện (KCĐ) quan trọng, giúp ngăn chặn các hư hỏng cho thiết bị điện và lưới điện do dòng điện ngắn mạch gây ra Đây là loại KCĐ phổ biến và đơn giản, thường được sử dụng để bảo vệ đường dây, máy biến áp, động cơ điện và mạng điện trong các hộ gia đình.
Khi mạch điện bị quá tải lớn và kéo dài, cầu chì sẽ hoạt động nhưng không nên dựa vào tính năng này, vì điều này có thể làm giảm tuổi thọ của thiết bị và gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đường dây điện.
Cầu chì là thiết bị bảo vệ điện (KCĐ) thiết yếu, giúp ngăn chặn hư hại cho thiết bị điện và lưới điện khỏi dòng điện ngắn mạch Đây là loại KCĐ phổ biến và dễ sử dụng, thường được áp dụng để bảo vệ đường dây, máy biến áp, động cơ điện, cũng như mạng điện trong gia đình.
Khi mạch điện bị quá tải lớn và kéo dài, cầu chì sẽ bị ảnh hưởng, nhưng không nên để cầu chì phát huy tính năng này thường xuyên, vì điều này có thể làm giảm tuổi thọ của thiết bị và gây ảnh hưởng nghiêm trọng đến đường dây điện.
Dòng điện trong mạch làm cho dây chảy nóng lên theo định luật Joule-Lenz Khi dòng điện qua mạch ở mức bình thường và nhiệt lượng sinh ra không vượt quá giới hạn chịu đựng của dây, mạch sẽ hoạt động ổn định.
Khi xảy ra ngắn mạch hoặc quá tải lớn, dòng điện có thể tăng cao đột ngột, gây ra nhiệt lượng lớn Nhiệt lượng này sẽ làm dây dẫn bị chảy và đứt, từ đó cắt mạch điện và bảo vệ thiết bị khỏi hư hỏng.
Trong mạng điện hạ thế và trung thếthường sử dụng các loại cầu chì sau: a Cầu chì loại gG:
Cầu chì loại này cung cấp bảo vệ hiệu quả chống lại tình trạng quá tải và ngắn mạch Theo tiêu chuẩn, có hai loại dòng qui ước: dòng không nóng chảy và dòng nóng chảy Dòng qui ước không nóng chảy Inf là giá trị dòng mà cầu chì có thể chịu đựng mà không bị nóng chảy trong một khoảng thời gian nhất định.
Dòng qui ước nóng chảy If là giá trị dòng gây ra hiên tượng nóng chảy trước khi kết thúc khoảng thời gian qui định
Bảng 8: Dòng chảy và không chảy của cầu chì
Dòng qui ước không chảy Inf
Dòng qui ước chảy If
Thời gian qui ước (giờ) gG gM
400
