Giáo trình Khí cụ điện (Nghề Bảo trì thiết bị cơ điện Cao đẳng)

TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ  GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: KHÍ CỤ ĐIỆN NGHỀ: BẢO TRÌ THIẾT BỊ CƠ ĐIỆN TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số:203/QĐ-CĐDK ngày tháng năm 2022 Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa - Vũng Tàu, năm 2022 (Lưu hành nội bộ) TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng nguyên trích dùng cho mục đích đào tạo tham khảo Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm LỜI GIỚI THIỆU Đất nước Việt Nam công cơng nghiệp hóa - đại hóa, kinh tế đà phát triển, việc sử dụng thiết bị điện, khí cụ điện sản xuất cơng nghiệp đóng vai trị vơ quan trọng Vì vậy, việc tìm hiểu đặc tính, kết cấu, tính tốn lựa chọn cần thiết cho sinh viên học ngành Điện Ngoài ra, việc cập nhật thêm kiến thức công nghệ không ngừng cải tiến nâng cao thiết bị đện vô cần thiết Với vai trị vơ quan trọng xuất phát từ yêu cầu, kế hoạch đào tạo, chương trình mơn học nghề Điện cơng nghiệp Trường Cao đẳng Dầu khí Chúng tơi biên soạn giáo trình Khí cụ điện gồm chương với nội dung sau: Bài 1: Khái niệm cơng dụng khí cụ điện Bài 2: Khí cụ điện đóng cắt Bài 3: Khí cụ điện bảo vệ Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Giáo trình Khí cụ điện biên soạn phục vụ cho cơng tác giảng dạy giáo viên liệu học tập sinh viên Trường Cao đẳng Dầu khí Do chun mơn thời gian có hạn nên khơng tránh khởi thiếu sót, mong nhận ý kiến đóng góp đồng nghiệp bạn đọc để sách có chất lượng cao Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng 06 năm 2022 Tham gia biên soạn Chủ biên: Nguyễn Lê Cương Lê Thị Thu Hường Nguyễn Xuân Thịnh MỤC LỤC DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ DANH MỤC CÁC BẢNG BÀI : KHÁI NIỆM VÀ CÔNG DỤNG CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN 1.1 Khái niệm khí cụ điện : 1.2 Cơng dụng phân loại khí cụ điện : 16 BÀI 2: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐÓNG CẮT 18 2.1 Cầu dao : 19 2.2 Các loại công tắc nút ấn : 22 2.3 Dao cách ly 28 2.4 Máy cắt điện 31 2.5 Áp tô mát (CB) 34 BÀI 3: KHÍ CỤ ĐIỆN BẢO VỆ 41 3.1 Nam châm điện: 42 3.2 Rơle dòng điện, role điện áp 44 3.3 Rơ le nhiệt: (Over Load OL) 51 3.4 Cầu chì: 63 3.5 Thiết bị chống dòng rò: 67 3.6 Biến áp đo lường: 70 BÀI 4: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN 74 4.1 Contactor 75 4.2 Khởi động từ: 79 4.3 Rơle trung gian rơ le tốc độ: 81 4.4 Rơle thời gian: 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 90 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT U: Hiệu điện I: Cường độ dòng điện ΔUcp: Hiệu điện cho phép Rtx: Điện trở tiếp xúc ρ: điện trở suất vật dẫn làm tiếp điểm F : Lực ép lên bề mặt tiếp xúc tiếp điểm bulong, đinh tán lò xo tạo nên N : Số điểm tiếp xúc bề mặt tiếp xúc tiếp điểm δb : Ứng suất chống dập vật liệu làm tiếp điểm a0 : Hệ số điện trở nhiệt θ0 : Nhiệt độ ban đầu cảu tiếp điểm θ: Nhiệt độ tiếp điểm thời điểm xét INA: Cường độ dòng điện định mức nút ấn Itt: Cường độ dịng điện tính tốn UNA: Hiệu điện định mức nút ấn Utt: Hiệu điện tính tốn UđmMC: Hiệu điện định mức máy cắt UđmMạng: Hiệu điện định mức mạng IđmMC: Cường độ dòng điện định mức máy cắt Icb: Cường độ dòng điện INt: Cường độ dòng điện ngắn mạch thời điểm t Scđm: Công suất biểu kiến định mức máy cắt SNt: Công suất cắt ngắn mạch lớn tbv: Là thời gian tác động tín hiệu bảo vệ rơ le tmc: Là thời gian tác động máy cắt Idđm: Cường độ dòng điện ổn định động định mức Ixk: Cường độ dịng điện xung kích idđm: Cường độ dòng điện ổn định động định mức tức thời ixk: Cường độ dịng điện xung kích tức thời Inhđm: Cường độ dòng điện ổn định nhiệt định mức tnhđm: Thời gian ổn định nhiệt định mức I∞: Cường độ dòng điện ổn định nhiệt lâu dài Ttd: Thời gian IRI: Là dòng điện phụ tải mà rơ le cho phép liên tục chạy qua lớn NO : Normal Open, tiếp điểm phụ thường hở NC: Normal Close, tiếp điểm phụ thường đóng Itt dịng điện tính tốn tương ứng với cơng suất Ptt thiết bị tiêu thụ điện Ikđ la dòng điện khởi động lớn phụ tải động điện: Kmm hệ số dòng điện khởi động Iđm dòng điện định mức động điện DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 2.1: Cấu tạo cầu dao .20 Hình 2.2: Cấu tạo má kẹp cầu dao 20 Hình 2.3 Cầu dao đá hai cực tay nắm 21 Hình 2.4 Cầu dao nối đất 21 Hình 2.6 Cơng tắc 23 Hình 2.8: cơng tắc hành trình kiểu nút ấn 24 Hình 2.9: Cơng tắc hành trình kiểu địn .25 Hình 2.10 Nút ấn 27 Hình 2.11: Dao cách ly nhà 29 Hình 2.12: Dao cách ly lắp đặt trời .30 Hình 2.13 : Cấu tạo máy cắt nhiều dầu 31 Hình 2.14: Máy cắt khí SF6 34 Hình 2.17: Máy cắt khơng khí 34 Hình 2.18: Sơ đồ nguyên lý hoạt động CB dòng điện cực đại 37 Hình 2.19: Sơ đồ nguyên lý hoạt động CB điện áp thấp 37 Hình 2.20: Một số loại CB thơng dụng 38 Hình 3.1: Cấu tạo nam châm điên có nắp 42 Hình 3.2: Cấu tạo nam châm điên không nắp 43 Hình 3.2: Phân tích lực hút cuộn dây nam châm điện vật liệu sắt từ 43 Hình 3.3:Nguyên lý cấu tạo rơle điện từ 44 Hình 3.4: Cấu tạo rơle dịng điện 45 Hình 3.5: Rơle dòng cực đại 46 Hình 3.6: Rơle điện áp 46 Hình 3.7: Rơ le điện áp 47 Hình 3.8: Rơ le nhiệt 52 Hình 3.9: Rơ le điện áp 55 Hình 3.10: Đường đặc tính ampe-giây động (1) rơle nhiệt kim loại kép (2) 56 Hình 3.11: Các hình dạng kim loại kép 58 Hình 3.12: Rơle nhiệt pha bảo vệ động .58 Hình 3.13: Cấu tạo rơle nhiệt kim loại kép kiểu ‘đồng tiền’ 59 Hình 3.14: Rơle nhiệt kiểu kín (đặt bên động cơ) 60 Hình 3.15: Hộp rơle điều chỉnh nhiệt độ rơle bảo vệ kiểm kim loại kép dạng đũa (thanh) 60 Hình 3.16: Rơle nhiệt kim loại kép kiểu ống .61 Hình 3.17: Rơle điều chỉnh nhiệt độ khí nén 62 Hình 3.18: Đặc tính A -s rơle nhiệt 63 Hình 3.19: Hình ảnh rơ le nhiệt thực tế .63 Hình 3.20: Cấu tạo cầu chì loại vặn 64 Hình 3.21: Cấu tạo cầu chì loại hộp 64 Hình 3.22: Cấu tạo cầu chì loại kín có chất nhồi 65 Hình 3.23: Hệ thống nhiều cầu chì 67 Hình 3.24: Cầu dao chống giật pha .68 Hình Hình Hình Hình 3.24: Cầu dao chống giật ba pha .69 3.25: Cầu dao chống giật thực tế .69 4.1: Cấu tạo contactor 76 4.2: Nguyên lý hoạt động contactor 77 Hình 4.4: Khởi động từ đơn hai nút nhấn 80 Hình 4.5: Khởi động từ đảo chiều ba nút nhấn 80 Hình 4.6: Một số khởi động từ .81 Hình 4.7: Cấu tạo nguyên lý làm việc rơle trung gian 82 Hình 4.8: Cấu tạo nguyên lý làm việc Rơle thời gian kiểu khí nén .87 Hình 4.9: Cấu tạo nguyên lý làm việc Rơle thời gian kiểu bán dẫn 88 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Ký hiệu xác xuất xảy dạng ngắn mạch Bảng 3.1: Điện áp định mức điện áp tác động rơle 48 Bảng 3.2: Số liệu cuộn dây rơle 48 Bảng 3.3: Điện áp định mức điện áp tác động rơle 49 Bảng 3.4: Số liệu cuộn dây rơle 50 Bảng 3.5: Điện áp định mức điện áp tác động rơle 50 Bảng 3.6: Số liệu cuộn dây rơle 51 Bảng 3.7: Thiết bị chống rò số hãng 68 CHƯƠNG TRÌNH MƠ ĐUN: KHÍ CỤ ĐIỆN Tên mơ đun: Khí cụ điện Mã mơ đun: ELEI53117 Thời gian thực mô đun: 75 giờ; (Lý thuyết: 14 giờ; Thực hành: 58 giờ; kiểm tra: giờ) Số tín chỉ: 03 Vị trí, tính chất mơ đun: Vị trí: Là mơ đun thuộc mơ đun sở chương trình đào tạo Mơn đun dạy trước môn học mô đun: an tồn lao động, mạch điện, học song song với mơn vật liệu điện.và sau hồn thành mơn học chung ngành nghề - Tính chất: Mơn học trang bị kiến thức cấu tạo nguyên lý hoạt động cuả loại khí cụ điện thơng dụng, kỹ sử dụng khí cụ điện mạch thực tế Mục tiêu mô đun: - Về kiến thức: + Nhận dạng phân loại loại khí cụ điện + Trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động loại khí cụ điện thơng dụng + Biết cách lắp khí cụ điện vào số mạch điện Về kỹ + Chọn khí cụ điện theo yêu cầu + Lắp khí cụ điện vào số mạch điện Về lực tự chủ trách nhiệm: + Rèn luyện tính chủ ̣ng, tư khoa ho ̣c, nghiêm túc công việc Nội dung mô đun: 5.1 Chương trình khung: - Mã MH/MĐ/HP Tên mơn học, mơ đun Số tín Thời gian học tập (giờ) Trong Thực hành/ Kiểm tra Tổng thực tập/ Lý số thí nghiệm/ thuyết LT TH tập/ thảo luận COMP64002 Các mơn học chung/đại 23 cương Chính trị COMP62004 Pháp luật 30 18 10 COMP62008 Giáo dục thể chất 60 51 I 465 180 260 17 75 41 29 + Lõi sắt (hay mạch từ) nam châm gồm hai thành phần: Phần cố định, phần nắp di động Lõi thép nam châm có dạng EE, EI hay CI + Lị xo phản lực có tác dụng dẩy phần nắp di động trở vị trí ban đầu ngừng cung cấp điện vào cuộn dây Trạng thái nam châm chưa hút Trạng thái nam châm hút Hình 4.1: Cấu tạo contactor - Hệ thống dập hồ quang điện: Khi contactor chuyển mạch, hồ quang điện xuất làm tiếp điểm bị cháy, mòn dần Vì cần có hệ thống dập hồ quang gồm vách ngăn làm kim loại đặt cạnh bên hai tiếp điểm tiếp xúc nhau, tiếp điểm contactor - Hệ thống tiếp điểm contactor: Hệ thống tiếp điểm liên hệ với phần lõi di động qua phận liên động Tùy theo khả tải dẫn qua tiếp điểm, ta chia tiếp điểm contactor thành hai loại: + Tiếp điểm chính: có khả cho dòng điện lớn qua (từ 10A đến vài nghìn A, ví dụ khoản g 1600A hay 2250A) Tiếp điểm tiếp điểm thường hở đóng lại cấp nguồn vào mạch từ contactor làm mạch từ contactor hút lại + Tiếp điểm phụ: có khả cho dòng điện qua tiếp điểm nhỏ 5A Tiếp điểm phụ có hai trạng thái: Thường đón g thường hở + Tiếp điểm thường đóng loại tiếp điểm trạng thái đóng (có liên lạc với hai tiếp điểm) cuộn dây nam châm contactor trạng thái nghỉ (không cung cấp điện) Tiếp điểm hở contactor trạng thái hoạt động Ngược lại tiếp điểm thường hở Như vậy, hệ thống tiếp điểm thường lắp mạch điện động lực, tiếp điểm phụ lắp hệ thống mạch điện điều khiển Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 76 (dùng điều khiển việc cung cấp điện đến cuộn dây nam châm cảu contactor theo quy định trước) Theo số kết cấu thông thường contactor, tiếp điểm phụ cố định số lượng contactor; nhiên có vài nhà sản xuất bố trí cố định số tiếp điểm contactor; cịn tiếp điểm phụ chế tạo thành khối rời riêng lẻ Khi cần sử dụng ta ghép thêm vào contactor, số lượng tiếp điểm phụ trường hợp bố trí tùy ý 4.1.2 Ngun lý hoạt động: Hình 4.2: Nguyên lý hoạt động contactor Khi cấp nguồn điện giá trị điện áp định mức contactor vào hai đầu cuôn dây quấn phần lõi từ cố định lực từ tạo hút phần lõi từ di động hình thành mạch từ kín (lực từ lớn phản lực lị xo), contactor trạng thái hoạt động Lúc nhờ vào phận liên động lõi từ di động hệ thống tiếp điểm làm cho tiếp điểm đóng lại, tiếp điểm phụ chuyển đổi trạng thái (thường đóng mở ra, thường mở đóng lại) trì trạng thái Khi ngưng cấp nguồn cho cuộn dây contactor trạng thái nghỉ, tiếp điểm trở trạng thái ban đầu Các ký hiệu dung để biểu diễn cho cuộn dây (nam châm điện) contactor tiếp điểm Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 77 a Hình 4.3: Một số loại contactor thường gặp Các thông số contactor: Điện áp định mức: Điện áp định mức contactor U đ m điện áp mạch điện tương ứng mà tiếp điểm phải đóng ngắt, điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây nam châm điện cho mạch từ hút lại Cuộn dây hút làm việc bình thường điện áp giới hạn (85 – 105)% điện áp định mức cuộn dây Thông số ghi nhã đặt hai đầu cuộn dây contactor, có cấp định mức: 110V, 220V, 440V chiều 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều Dòng điện định mức: Dòng điện định mức contactor I đ m dòng điện định mức qua tiếp điểm chế độ làm việc lâu dài, thời gian contactor trạng thái đóng khơng q Dịng điện định mức contactor hạ áp thơng thường có cấp sau: 10A, 20A, 25A, 40A, 60A, 75A, 100A, 150A, 250A, 300A, 600A Nếu contactor đặt tủ điện dịng điện định mức phải lấy thấp 10% làm mát kém, dòng điện cho phép qua contactor phải lấy thấp chế độ làm việc dài hạn Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 78 Khả cắt khả đóng:Khả cắt contactor điện xoay chiều đặt bội số lên đến 10 lần dòng điện định mức với phụ tải điện cảm Khả đóng: contactor điện xoay chiều dùng để khởi động động điện cần phải có khả đóng từ đến lần I đ m Tuổi thọ contactor:Tuổi thọ contactor tính số lần đóng mở, sau số lần dóng mở contactor bị hỏng không dùn g Tần số thao tác:Là số lần đóng cắt contactor Có cấp: 30, 100, 120, 150, 300, 600, 1200, 1500 lần/h Tính ổn định lưc điện động:Tiếp điểm contactor cho dòng điện lớn qua (10 lần dịng định mức) mà lực điện động khơn g làm tách rời tiếp điểm contactor có tính ổn định lực điện động Tính ổn định nhiệt:Contactor có tính ổn định nhiệt nghĩa có dịng điện ngắn mạch chay qua khoảng thời gian cho phép, tiếp điểm khơng bị nóng chảy hàn dính lại 4.2 Khởi động từ: 4.2.1 Cấu trúc khởi động từ Khởi động từ loại khí cụ điện dùng để điều khiển từ xa việc đóng ngắt, đảo chiều bảo vệ tả i (nếu lắp thêm rơ le nhiệt) Khởi động từ có contactor gọi khởi động từ đơn thường đóng – ngắt động điện Khởi động từ có hai contactor gọi khởi động từ kép dùng để thay đổi chiều quay động gọi khởi động từ đảo chiều Muốn bảo vệ ngắn mạch phải lắp thêm cầu chì Khởi động từ thường phân chia theo: - Điện áp định mức cuộn hút: 36V, 127V, 220V, 380V, 500V Kết cấu bảo vệ chống tác động môi trường xung quanh: hở, bảo vệ, chống bụi, nước, nổ… Khả làm biến đổi chiều quay động điện: không đảo chiều quay đảo chiều quay - Số lượng loại tiếp điểm: Thường hở, thường đóng 4.2.2 Nguyên lý hoạt động khởi động từ Khởi động từ đơn hai nút nhấn: Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 79 Hình 4.4: Khởi động từ đơn hai nút nhấn Khi cung cấp điện áp cho cuộn dây nhấn nút khởi động M, cuộn dây contactor có điện hút lõi thép di động mach từ khép kín lại; làm đóng tiếp điểm để khởi động động đóng tiếp điểm phụ thường hở để trì mạch điều khiển buông tay khỏi nút nhấn khởi động Khi nhấn nút dừng D, khởi động từ bị ngắt điện, tác dụng lực lò xo nén làm phần lõi từ di động trở vị trí ban đầu; tiếp điểm trở trạng thái thường mở Động dừng hoạt động Khi có cố tải động cơ, rơ le nhiệt tác động làm ngắt mạch điện cuộn dây, ngắt khởi động từ dừng động điện - Khởi động từ đảo chiều ba nút nhất: Hình 4.5: Khởi động từ đảo chiều ba nút nhấn Khi nhấn nút nhấn M T , cuộn dây contactor T có điện hút lõi thép di động mạch từ khép kín lại; làm đóng tiếp điểm T để khởi động Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 80 động quay theo chiều thuận đóng tiếp điểm phụ thường hở T để trì mạch điều khiển bng tay khỏi nút nhấn M T Để đảo chiều quay động cơ, ta nhấn nút M N , cuộn dây contactor T điện, cuộn dây contac tor N có điện hút lõi thép di động mạch từ khép kín lại; làm đóng tiếp điểm N, lúc mạch động lực đảo hai dây ba pha điện làm cho động đảo chiều quay ngược lại tiếp điể m phụ thường hở N để trì mạch điều khiển bng tay khỏi nút khởi động M N Quá trình đảo chiều quay lặp lại Khi ấn nút dừng D, khởi động từ N (hoặc T) bị ngắt điện, động dừng hoạt động Khi có cố tải động cơ, rơ le nhiệt thao tác làm ngắt mạch điện cuộn dây, làm ngắt khởi động từ dừng động điện Hình 4.6: Một số khởi động từ 4.3 Rơle trung gian rơ le tốc độ: 4.3.1 Cấu tạo nguyên lý hoạt động Rơle trung gian Ký hiệu: Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 81 Rơle trung gian dùng nhiều sơ đồ bảo vệ hệ thống điện sơ đồ điều khiển tự động Do có số lượng tiếp điểm lớn, từ đến tiếp điểm, vừa thường đóng vừa thường mở, nên rơle trung gian dùn g để truyền tín hiệu khả đóng, ngắt số lượng tiếp điểm rơle khơng đủ để chia tín hiệu từ rơle đến nhiều phận khác sơ đồ mạch điện điều khiển Trong bảng mạch điều khiển dùng linh kiện điện tử (tranzistor vi mạch IC ) rơle trung gian thường dùng làm phần tử đầu để truyền tính hiệu cho phận mạch phía sau, đồng thời cách ly điện áp khác phần điều khiển phía sau, đồng thời cách ly điện áp khác phần điều khiển (thường điện chiều, điện áp thấp: 9V, 12V,…) với phần chấp hành thường điện xoay chiều, điện áp lớn: 220V, 380V - Rơle trung gian thực chất Rơle điện từ đơn giản dùng nhiều sơ đồ bảo vệ hệ thống điện sơ đồ điều khiển tự động thoogn tin liên lạc Rơle trung gian thường có nhiều tiếp điểm thường mở thường đóng Nguồn cấp cho cuộn hút điện mộ t chiều thường 6V, 12V, 24V, 36V, 48V Nguồn cấp cho cuộn hút điện áp xoay chiều thường 110V, 220V, 380V Nguyên lý làm việc: Khi cấp dòng điện cho cuộn dây hút biến lõi thép trở thành nam châm điện có lực thắng sức căng lò xo hút phần ứng làm cho cặp tiếp điểm thường đóng mở ra, thường mở đóng lại Khi cắt dòng điện vào cuộn dây hút nhờ lò xo kéo tiếp điểm phần ứng trở lại trạng thái ban đầu Hình 4.7: Cấu tạo n guyên lý làm việc rơle trung gian 4.3.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động Rơle tốc độ : Cấu tạo nguyên lý làm việc rơle tốc độ kiểu cảm ứng: Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 82 Hình 4.7: Cấu tạo nguyên lý làm việc Rơle tốc độ kiểu cảm ứng Rơle gồm phần chính: Roto, Stato, hệ thống tiếp điểm Roto có dạng trục quay, có gắn nam châm vĩnh cửu Roto nối với trục quay thiết bị làm việc Stato gồm lồn g sóc đồng đặt lõi thép dẫn từ (tương tự Roto lòng sóc độn g khơng đồng bộ) Trên vỏ Stator có gắn cần tác động Khi trục thiết bị công tác quay, roto rơle quay theo, từ trường nam châm vĩnh cửu quay cắt ngang dẫn Stato Trong lồng sóc xuất dịng điện cảm ứng Tác dụng dòng cảm ứng với từ trường quay khe hở Stato Roto tạo moomen quay tỉ lệ thuận với tốc độ roto Khi tốc độ roto đạt đến tốc độ tác động, moomen quay stato đủ lớn làm dịch chuyển stato cần tác động thực đóng, mở tiếp điểm rơle 4.4 Rơle thời gian: 4.4.1 Cấu tạo: Trong hệ thống điều khiển tự động, bảo vệ thường gặp trường hợp cần có khoảng thời gian thời điểm tác động hai hay nhiều thiết bị, trọng tự động hóa trình sản xuất, nhiều phải tiến hành thao tác cách khoảng thời g ian xác định Để tạo nên khoảng thời gian cần thiết đó, người ta dùng rơle thời gian Như vậy, định nghĩa rơle thời gian rơle có đặc tính: Khi có tín hiệu vào rơle sau khoảng thời gian xác định, rơle phát tín hiệu đầu (cịn gọi rơle thời gian hay trễ) Ký hiệu: Cuộn dây rơle thời gian: - Tiếp điểm: Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 83 Tiếp điểm thường đóng Hoặc Tiếp điểm thường mở Hoặc Tiếp điểm thường mở, đóng chậm, mở nhanh Hoặc Tiếp điểm thường đóng, mở chậm, đóng nhanh Hoặc Những yêu cầu chung rơle thời gian bao gồm: Khả trì thời gian ổn định, xác, tin cậy, khơng phụ thuộc vào dao động điện áp nguồn cung cấp, tần số, nhiệt độ điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, độ rung…); - Công ngắt hệ thống tiếp điểm đủ lớn; - Công suất tiêu thụ nhỏ; Kết cấu, sử dụng đơn giản; Hầu tất loại, rơle trở trạng thái đầu tín hiệu điện đầu vào 0, không yêu cầu hệ số nhả cao Trong sơ đồ tự động điều khiển, nhiều có tần số thao tác cao nên yêu cầu độ bền chống mài mòn cao từ đến 10.10 lần thao tác Thời gian tạo trễ chậm từ 0,25 giây trở lên, tới hàng lâu Các rơle thời gian điện tử cho phép hẹn (nhớ) khoặc lập trình Cấu trúc chung rơle thời gian gồm phận sau: Bộ phận động lực: có chức nhận tín hiệu vào lượng điện, biến đổi thành lượng thích hợp cho phận tạo thời gian hoạt động Bộ phận động lực nam châm điện, động điện, biến đổi điện: biến áp, chỉnh lưu… Bộ tạo thời gian: có chức kéo dài thời gian trễ rơle Bộ phận làm việc theo nhiều nguyên lý khác như: điện tử, khí, khí nén, thủy lực, điện tử … Căn vào tạo thời gian trễ mà có tên rơle tươn g ứng Ví dụ rơle thời gian điện từ, rơle thời gian thủy lực, rơle thwoif gi an điện tử… Bộ phận đầu ra: Rơle phát tín hiệu thay đổi trạng thái đóng, mở tiếp điểm Ngồi rơle cịn có phận điều chỉnh thời gian tác động (thời gian trễ) rơle phận hiển thị thời gian dạng kim dạn g chữ số Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 84 * Rơle thời gian điện từ: a Cấu tạo: Kết cấu rơle thời gian kiểu điện từ hình sau Mạch từ gồm lõi 1, nắp đệm phi từ tính (thường đồng mỏng 0,1mm) Lõi sắt bắt chặt lên bảng điện nhờ đế nhôm Trên đế lắp hệ thống tiếp điểm Nam châm điện chiều có lõi làm thép armkơ Nhánh phải có tiết diện trịn để chế tạo lắp ráp cuộn dây thuận tiện Nhánh phải có tiết diện hình chữ nhật, nhờ tăng chiều dài chỗ tiếp xúc lõi nắp từ phần chuyển động, tăng độ bền chống mài mịn cạnh quay Trên nhánh trái có lắp vịn g ngắn mạch có dạng ống trụ rỗng 8, tiết diện lớn, làm vật liệu dẫn điện tốt đồng nhơm Bộ phận trì thời gian rơle làm việc theo nguyên lý điện từ, trê n sở sử dụng dòng điện cảm ứng xuất ống dẫn điện trụ rỗng từ thông cuộn dây sinh mạch từ biến thiên Theo định luật Lenxơ, dịng điện cảm ứng có chiều cho từ thơng sinh chống lại biến thiên (tăng hay giảm ) từ thơng Do vậy, tốc độ tăng hay giảm từ thơng cuộn dây đóng hay ngắt điện chậm Có nghĩa thời gian tác động thời gian nhả rơle tăng lên Muốn có thời gian nhả chậm hơn, từ dẫn khe hở khơng khí làm việc khe hở phụ thuộc lớn, bề mặt tiếp xúc lõi nắp nam châm điện phải mài nhẵn Đế đúc nhơm rơle cịn đóng thêm vai trị vòng ngắn mạch phụ để tăng thời gian nhả chậm Trong vật liệu từ lý tưởng, sau ngắt điện cuộn dây, từ thông lõi giảm đến giá trị dư Ф d Giá trị Ф d vật liệu kích thước mạch từ định Lực khử từ nhỏ, mật độ từ thông dư B d nhỏ, từ thông dư Ф d bé thời gian nhả chậm rơle lớn Thời gian nhả chậm mạch từ bão hịa tính theo cơng thức: Trong W số vòng ống ngắn mạch, thường W = 1; R điện trở vòng ngắn mạch: Điện trở phụ R phụ thuộc vào điện trở suất ρ vật liệu kích thước chiều dài trung bình vịng l, tiết diện ngang s, hệ số nhiệt điện trở α nhiệt độ làm việc θ vịng, ảnh hưởng tới thời gian nhả chậm rơle Ngoài vật liệu có độ từ thẩm cao đoạn chưa bão hịa đường cong từ hóa cho thời gian nhả chậm lớn Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 85 Trong điều kiện giống nhau, thời gian nhả chậm từ thông ban đầu Ф o định, giá trị đường cong từ hóa trạng thái đóng định Vì dịng điện cuộn dây điện áp tỉ lệ thuận với nên tươn g quan từ thông điện áp Ф(u) tỷ lệ tỷ lệ khác Khi mạch từ chưa bão hòa, điện áp định mức, giá trị Ф o phụ thuộc nhiều vào giá trị điện áp nguồn Khi thời gian chậm phụ thuộc theo điện áp đặt vào cuộn dây Trong sơ đồ truyền động điện, điện áp đặt lên cuộn dây thường thấp định mức Do đó, thời gian nhả chậm nh ỏ Ф o nhỏ Để tạo thời gian nhả chậm không phụ thuộc vào điện áp nguồn, mạch từ phải bão hòa từ cao Trong vài loại rơle, điện áp sụt đến 50% không ảnh hưởng đến thời gian nhả chậm Muốn thời gian nhả chậm ổn định, thời gian cấp điện cho cu ộn dây phải đủ lớn để từ thông đạt đủ đến giá trị xác lập Ф o Thời gian gọi thời gian nạp (hay thời gian chuẩn bị) Nếu thời gian nạp không đủ, thời gian nhả chậm sễ bị giảm Thời gian nạp vào khoảng giây Nhiệt độ môi trường ảnh hưởng đến thời gian nhả chậm Nhiệt độ tăng làm thời gian nhả chậm giảm, giảm đến 50% Chịu ảnh hưởng nhiệt độ nhược điểm loại rơle Điều chỉnh thời gian làm việc rơle: Có thể điều chỉnh thời gian tác động rơle cách thay đổi lực căng lò xo nhả (hình 3) Nếu tăng lực lị xo, làm tăng lực hút ban b đầu dẫn đến tăng thời gian tác động Nhưng trạng thái mở nam châ m điện, số thời gian điện từ nam châm điện nhỏ, nên thời gian nhả chậm hút nhỏ, khoảng 0,2 giây Khi cần thời gian nhả chậm lớn giây phải dùng rơle chế độ nhả Lcs điều chỉnh thời gian nhả chậm cách sau: - Thay đổi lực lị xo tách nắp 11 (hình 3) Đầu lị xo tựa vào miếng lót 14 chốt 15 vặn chặt lên n ắp Đầu lò xo truyền lực lên chốt 12 tự di chuyển lỗ nắp Đầu lò xo truyền Rơle thời gian kiểu khí nén: Cấu tạo: Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 86 Hình 4.8: Cấu tạo nguyên lý làm việc Rơle thời gian kiểu khí nén Khung từ (lõi sắt) Phần ứng (nắp)3 Buồng khí Tiếp điểm Tiếp điểm.6 Mang cao su.7 Khung chuyền động8 Bảng nhựa.9 Lò xo10 Lò xo.11 Lỗ hút khơng khí12 Ví điều chỉnh.13 Van chiều 14 Tay đòn (thanh truyền động) 15 Cuộn hút 4.4.2 Nguyên lý hoạt động: Khi cấp điện vào cuộn dây 15 nắp bị hút phía lõi sắt Đòn 14 nối chặt với nắp đồng thời chuyển động Bảng nhựa tì vào địn 14 bng lỏng tác dụng lị xo rơi dần xuống phía Bảng nhựa nối chặt với màng cao su nên màng mỏ ng bị kéo xuống Buồng khí phía màng tăng thể tích, áp suất khơng khí giả m xuống khí bên ngồi qua lỗ 11 vào (lỗ lớn khơng khí vào nhanh) tiếp điểm đóng (đóng sơm) Khi cắt dòng điện nhờ phản lực lò xo 0, đòn 14, bảng màng cao su đồng thời bị kéo phía khơng khí buồng qua van 13 ngồi Khi vặn vít 12 để điều chỉnh lượng khơng khí vào lỗ 11 điều chỉnh thời gian đóng cảu cặp tiếp điểm nhanh hay chậm Cịn khơng khí màng có tác dụng cản trở chuyển động Tiếp điểm đóng chậm mở tức thời cịn tiếp điểm đóng mở tức thời Rơle thời gian kiểu khí nén Liên Xô cũ PBП 72 -3 điện áp 220V, tần số 50Hz điều chỉnh thời gian trì từ ,4 đến 180s Rơle thời gian kiểu bán dẫn: a Cấu tạo hình: Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 87 Hình 4.9: Cấu tạo nguyên lý làm việc Rơle thời gian kiểu bán dẫn Transistor T 2N714, BL182, … có độ khuếch đại cao để xung khởi động nhanh thời gian dài Transistor T khơng u cầu cao chất lượng dùng C1061 tương đương - Tụ điện C=2000μF; 2,5V để phóng nạp quy đinh thời gian cho - Điện trở R = 1kΩ để bảo vệ T - Điện trở R = 5kΩ Biến trở V R = 2,5 MΩ (có thể dùng nhiều điện trở đấu nối tiếp Rơle thành nhiều nấc nấc vài kΩ để dùng công tắc) Điốt Đ để bảo vệ cho Rơle R Rơle R dùng điện điều khiển 12V chiều, dòng điện qua tiếp điểm Rơle tùy thuộc vào dòng điện thiết bị điện mà điều khiển Nguồn chiều 12V cho Rơle ta phải dùng biến áp nhỏ 220V/12V qua chỉnh lưu b Nguyên lý làm việc: Dựa vào phóng nạp tụ C ấn nút M tụ C nạp khoảng vài giây T1 thơng làm cho T2 thơng, Rơle hút, đóng mạch cho thiết bị cần điều khiển làm việc Thời gian trì phụ thuộc vào thời gian phóng tụ C biến trở V R Khi điện áp cịn 0,2V (với bóng Ge) đến 0,5V (Với bóng Si) T1 khơng làm việc dẫn tới T2 ngừng dẫn Rơle R khơng hút để đóng mạch cho thiết bị điện cần điều khiển làm việc  TÓM TẮT NỘI DUNG BÀI 4: 4.1 Contactor 4.2 Khởi động từ 4.3 Rơ le trung gin rơ le tốc độ Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 88 4.4 Rơ le thời gian  CÂU HỎI CỦNG CỐ BÀI 4: Câu A B C D Câu A B C D Câu A B C D Câu A B C D Câu A B C D Bộ phận nam châm điện contactor khơng có thành phần đây? Cuộn dây Mạch từ Lị xo Tiếp điểm Phát biểu Sai nói tiếp điểm Contactor? Có khả cho dịng điện lớn qua Là tiếp điểm thường hở Có hệ thống dập hồ quang Là tiếp điểm thường đóng Tần số thao tác contactor là? Khả đóng cắt dịng điện contacror Số lần đóng mở contactor mà khơng làm contactor hỏng Số lần đóng cắt contactor Là tần số điện áp đặt vào cuộn dây contactor Chọn đáp án Khởi động từ là: Khí cụ điện dùng để điều khiển từ xa việc đóng ngắt động Khí cụ điện dùng để điều khiển từ xa việc đảo chiều động Cả A B Khơng có đáp án Cơ cấu trung gian làm nhiệm vụ rơle? Tiếp nhận tín hiệu đầu vào biến đổi thành đại lượng cần thiết Tiếp nhận tín hiệu từ khối tiếp thu biến đổi thành đại lượng cần thiết cho rơ le tác động Phát tín hiệu cho mạch điều khiển Hiển thị giá trị đầu vào Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 89 TÀI LIỆU THAM KHẢO Cung cấp điện TS Ngô Hồng Quang - NXB Giáo dục 2004 Khí cụ điện kết cấu sửa chữa Nguyễn Xuân Phú -Tô Đằng, NXB khoa học kỹ thuật 1998 Phần điện nhà máy điện TS Đào Quang Thạch, TS Phạm Văn Hoà, trạm biến áp NXB khoa học kỹ thuật Tài liệu tham khảo Trang 90 ... chương trình mơn học nghề Điện cơng nghiệp Trường Cao đẳng Dầu khí Chúng tơi biên soạn giáo trình Khí cụ điện gồm chương với nội dung sau: Bài 1: Khái niệm cơng dụng khí cụ điện Bài 2: Khí cụ điện. .. đóng cắt Bài 3: Khí cụ điện bảo vệ Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Giáo trình Khí cụ điện biên soạn phục vụ cho công tác giảng dạy giáo viên liệu học tập sinh viên Trường Cao đẳng Dầu khí Do chun mơn... niệm cơng dụng khí cụ điện Trang 15 I Dịng Hồ Quang Hình 1.11 : Dập tắt hồ quang điện dầu biến áp 1.2 Công dụng phân loại khí cụ điện : 1.2.1 Cơng dụng khí cụ điện : Khí cụ điện thiết bị dùng để