Vị trí: Mô đun lắp đặt hệ thống thiết bị điều khiển công nghiệp là môđun đóng vai trò quan trọng trong các môđun đào tạo nghề. Môđun này đòi hỏi học sinh phải có khả năng tư duy, kiên trì nắm vững được kiến thức đã học. Tính chất: Chương trình mô đun Lắp đặt hệ thống thiết bị điều khiển công nghiệp mang tính tích hợp.
GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN Tên mơ đun: Lắp đặt hệ thống thiết bị điều khiển công nghiệp Mã mô đun: MĐ 19 Vị trí tính chất mơ đun: - Vị trí: Mơ đun lắp đặt hệ thống thiết bị điều khiển cơng nghiệp mơđun đóng vai trị quan trọng mơđun đào tạo nghề Mơđun địi hỏi học sinh phải có khả tư duy, kiên trì nắm vững kiến thức học - Tính chất: Chương trình mơ đun Lắp đặt hệ thống thiết bị điều khiển cơng nghiệp mang tính tích hợp Mục tiêu mô đun: - Về kiến thức: + Nêu công dụng, cấu tạo nguyên lý làm việc khí cụ điện đóng cắt điều khiển + Phân tích nguyên lý làm việc phương pháp lắp đặt mạch điện + Trình bày phương pháp kiểm tra, vận hành mach điện - Về kỹ năng: + Đọc vẽ + Lựa chọn khí cụ thiết bị theo vẽ + Lựa chọn thiết bị, dụng cụ phục vụ cho lắp đặt + Lắp đặt mạch điện đạt yêu cầu kĩ thuật, mỹ thuật thời gian + Đo kiểm đánh giá mạch điện vận hành + Bố trí thiết bị hợp lý khoa học - Về lực tự chủ trách nhiệm: + Có khả làm việc độc lập phối hợp làm việc theo nhóm; + Có tinh thần trách nhiêm cầu thị cơng việc; + Rèn luyện tính cẩn thận xác; + Đảm bảo an tồn lao động vệ sinh công nghiệp Nội dung mô đun: BÀI 1: LẮP ĐẶT MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ PHA Mục tiêu: - Nêu công dụng, ký hiệu, cấu tạo nguyên lý làm việc khí cụ điện đóng cắt điều khiển - Phân tích nguyên lý làm việc phương pháp lắp đặt mạch điện - Trình bày phương pháp kiểm tra, vận hành mach điện; - Lắp mạch điện đảm bảo yêu cầu kỹ thuật, mỹ thuật thời gian - Rèn luyện tính cẩn thận, xác khoa học Nội dung chính: Khí cụ điện dùng mạch điện 1.1 Nút ấn 1.1.1 Khái niệm, công dụng phân loại: * Khái niệm: - Nút ấn cịn gọi nút điều khiển, loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt từ xa thiết bị điện từ khác nhau, dụng cụ báo hiệu để chuyển đổi mạch điện điều khiển tín hiệu liên động bảo vệ v.v mạch điện DC điện áp tới 440V mạch điện xoay chiều điện áp đến 500V tần số (50 - 60)Hz - Nút ấn dùng để khởi động, dừng đảo chiều quay động điện cách đóng ngắt mạch cuộn dây hút công tắc tơ, khởi động từ mạch động lực động - Nút ấn thường đặt bảng điều khiển, tủ điện hộp nút ấn - Nút nhấn thường nghiên cứu chế tạo để làm việc mơi trường khơng ẩm ướt, khơng có hố chất bụi bẩn - Nút ấn bền tới 1.000.000 lần đóng cắt khơng tải, 200.000 lần đóng cắt có tải * Cơng dụng: Nút nhấn dùng mạch điều khiển, để lệnh điều khiển mạch hoạt động Nút nhấn thường lắp mặt trước tủ điều khiển * Phân loại: - Theo hình dạng bên ngồi người ta chia nút nhấn làm loại: + Loại hở + Loại bảo vệ + Loại bảo vệ chống nước, chống bụi + Loại bảo vệ chống nổ - Theo yêu cầu điều khiển người ta chia nút nhấn theo loại:1, nút - Theo kết cấu bên nút nhấn có loại có đèn báo loại khơng có đèn 1.1.2 Cấu tạo a Cấu tạo nút ấn Núm tác động; Hệ thống tiếp điểm; Tiếp điểm thường đóng (NC); 1.1.3 Kí hiệu: b Dạng thực tế nút Tiếp điểm thường mở (NO); Lò xo phục hồi Nút ấn thường mở Nút ấn thường đóng Nút ấn liên động 1.2 Công tắc tơ 1.2.1 Công dụng: - Cơng tắc tơ khí cụ điện dùng để đóng cắt từ xa, tự động tay thông qua nút ấn cho mạch có điện áp đến 500V dịng điện đến 600A - Cơng tắc tơ có hai vị trí trạng thái: Đóng – Cắt - Cơng tắc tơ kết hợp với rơle nhiệt để khống chế mạch điện xoay chiều 1.2.2 Phân loại: Dựa vào kết cấu, nguyên lý truyền động, số cực hay điện áp ta có cách phân loại khác - Phân loại theo nguyên lý truyền động: + Công tắc tơ kiểu điện từ + Công tắc tơ ép + Công tắc tơ thủy lực - Phân theo số cực: + Công tắc tơ cực + Công tắc tơ cực + Công tắc tơ cực - Phân loại theo kết cấu + Cơng tắc tơ kiểu kín + Công tắc tơ kiêu hở + Công tắc tơ DC - Phân loại theo điện áp: + Công tắc tơ AC 1.2.3 Cấu tạo nguyên lý làm việc * Cấu tạo chung: - Cơ cấu điện từ: + Lõi vật liệu sắt từ gồm lõi thép tĩnh lõi thép động (nắp) Lõi thép tĩnh gắn cố định với thân (vỏ) công tắc tơ Lõi thép động gắn với tiếp điểm Trên lõi thép tĩnh gắn với hai vòng ngắn mạch thường làm đồng có tác dụng chống rung cơng tắc tơ làm việc điện áp xoay chiều + Cuộn hút (cuộn dây điện từ): quấn lõi thép tĩnh có điện trở nhỏ so với điện kháng làm việc điện áp xoay chiều điện áp chiều - Hệ thống tiếp điểm: Công tắc tơ có tiếp điểm chính, thường mở (tiếp điểm động lực) cặp tiếp điểm phụ (tiếp điểm mạch điều khiển) Mỗi cặp tiếp điểm phụ gồm: tiếp điểm thường đóng tiếp điểm thường mở Hệ thống tiếp điểm gồm hai phần: Đầu tiếp xúc tĩnh tiếp xúc động gắn với lõi thép động qua cấu truyền động - Hệ thống dập hồ quang đặt đầu tiếp xúc tiếp điểm - Cơ cấu truyền động công tắc tơ tay đòn nối tiếp điểm động lõi thép động, lò xo hồi vị * Nguyên lý làm việc - Khi cuộn hút Công tắc tơ chưa cấp điện lò xo (5) đẩy lõi thép động (4) tách khỏi lõi thép tĩnh (7), cặp tiếp điểm (1) tiếp điểm phụ (3) trạng thái mở, cặp tiếp điểm phụ (2) trạng thái đóng Tiếp điểm 1, gọi tiếp điểm thường mở - Khi có điện áp đặt vào hai đầu cuộn hút, cuộn hút có dịng điện sinh từ thơng móc vịng qua hai lõi thép nối kín mạch từ, xét thời điểm từ thơng qua bề mặt tiếp xúc chiều nên tạo hai thành bề mặt cực trái dấu N-S tạo thành lực từ hút nắp lõi làm tay địn chuyển động, tiếp điểm thường đóng (2) mở tiếp điểm thường mở (1) (3) đóng lại - Khi cắt nguồn cấp cho cuộn hút khơng cịn lực từ hút nắp lõi Nhờ lò xo hồi vị (5) đẩy nắp trở trạng thái ban đầu Tiếp điểm thường mở (1) (3) mở cịn tiếp điểm thường đóng (2) đóng lại Kết luận: Thơng qua việc đóng cắt mạch điện cho cuộn hút Cơng tắc tơ mà ta đóng cắt hàng loạt tiếp điểm có khả chịu dòng điện lớn tức ta dùng Cơng tắc tơ để đóng cắt phụ tải pha thay cho Cầu dao Áptômát mà việc đóng cắt nhẹ nhàng đơn giản Đây đặc điểm bật Cơng tắc tơ 1.2.4 Các thông số kỹ thuật công tắc tơ - Điện áp định mức Uđm: Là điện áp mạch điện tương ứng mà tiếp điểm phải đóng/cắt, có cấp: 110V, 220V, 440V chiều 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều Cuộn hút làm việc bình thường điện áp giới hạn từ 85% đến 105% Uđm - Dòng điện định mức Iđm: Là dịng điện qua tiếp điểm chế độ làm việc gián đoạn - lâu dài, nghĩa chế độ thời gian công tắc tơ trạng thái đóng khơng lâu q Cơng tắc tơ hạ áp có cấp dịng thơng dụng: 10, 20, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 250, 300, 600A) Nếu đặt cơng tắc tơ tủ điện dịng điện định mức phải lấy thấp 10% làm mát kém, làm việc dài hạn chọn dịng điện định mức nhỏ - Khả cắt khả đóng: Là dịng điện cho phép qua tiếp điểm cắt đóng mạch Ví du:̣ cơng tắc tơ xoay chiều dùng để điều khiển động khơng đồng ba pha lồng sóc cần có khả đóng u cầu dịng điện ( ¸7)Iđm Khả cắt với cơng tắc tơ xoay chiều phải đạt bội số khoảng 10 lần dòng điện định mức tải cảm - Tuổi thọ cơng tắc tơ: Tính số lần đóng mở (sau số lần đóng mở cơng tắc tơ khơng dùng tiếp tục nữa, hư hỏng độ bền khí bền điện) - Độ bền khí: xác định số lần đóng cắt khơng tải, tuổi thọ khí từ 10 đến 20 triệu lần Cũng hầu hết thiết bị điện hạ áp, chi tiết động khởi động từ làm việc khơng có dầu mỡ bơi trơn, tức làm việc khơ Do phải chọn vật liệu bị mịn ma sát khơng bị gỉ Ngày người ta thường dùng kim loại - nhựa có độ bền chịu mịn cao, bền gấp 200 lần độ mòn kim loại - kim loại - Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền chịu mài mòn khởi động từ thường là: + Kiểu kết cấu (cách bố trí phận bản) + Phụ tải riêng (tỉ tải) chỗ có ma sát va đập + Hệ thống giảm chấn động nam châm Chọn khởi động từ, sử dụng vận hành chế độ, làm tăng tuổi thọ Đối với khởi động từ kiểu thông dụng, cần phải đảm bảo: + Làm bụi ẩm nước + Lựa chọn phù hợp với công suất chế độ làm việc động + Lắp đặt đúng, ngắn, không để khởi động từ bị rung, kêu đáng kể Độ bền chịu mài mịn khí khởi động từ đạt tới 10.106 lần thao tác đóng/cắt - Độ bền điện: xác định số lần đóng cắt có tải định mức, công tắc tơ đạt khoảng triệu lần Độ mòn tiếp điểm điện lớn khởi động từ mở máy động điện không đồng rotor lồng sóc, hồ quang điện sinh tiếp điểm động dập vào tiếp điểm tĩnh bị chấn động bật trở lại Lúc dòng điện qua khởi động từ - lần dịng điện định mức, hồ quang điện tương ứng với dịng điện Kết nghiên cứu, thí nghiệm với nhiều kiểu khởi động từ khác cho thấy giảm thời gian chấn động tiếp điểm, độ bền chịụ mòn chúng tăng lên rõ rệt Trong chế tạo khởi động từ ngày người ta thường dùng kết cấu tiếp điểm bắc cầu để giảm bé thời gian chấn động thứ nhất, đồng thời làm tiếp điểm động có trọng lượng bé tăng cường lò xo nén ban đầu lên tiếp điểm Giảm thời gian chấn động thứ hai cách đặt nệm lò xo vào lõi thép tĩnh đồng thời với việc nâng cao độ bền chịu mài mòn nam châm điện Tình trạng bề mặt làm việc tiếp điểm ảnh hưởng rõ rệt đến mức độ mài mòn Điều thường xảy qúa trình sử dụng chất lượng sửa chữa bảo dưỡng tiếp điểm Hiện tượng cong vênh, nghiêng bề mặt tiếp điểm làm tiếp xúc xấu dẫn tới giảm nhanh chóng độ bền chịu mịn tiếp điểm Để giảm ảnh hưởng tượng này, người ta thường chế tạo tiếp điểm động có đường kính bé tiếp điểm tĩnh chút có dạng mặt cầu Vật liệu làm tiếp điểm dòng điện bé (nhỏ 100A) khởi động từ cỡ nhỏ thường làm bột bạc nguyên chất Còn khởi động từ cỡ lớn (dòng điện lớn 100A) thường làm bột gốm kim loại hỗn hợp bạc - cađimi ơxít (mã hiệu COK 15) bạc - niken - Tần số thao tác Số lần đóng cắt thời gian bị hạn chế phát nóng tiếp điểm hồ quang Có cấp: 30, 100, 120, 150, 300, 600, 1.200 đến 1.500 lần giờ, tùy chế độ công tác máy sản xuất mà chọn cơng tắc tơ có tần số thao tác khác - Tính ổn định lực điện động Cho phép dịng lớn qua tiếp điểm mà lực điện động gây không làm tách rời tiếp điểm Quy định dòng thử lực điện động gấp 10 lần dòng định mức - Tính ổn định nhiệt Cơng tắc tơ có tính ổn định nhiệt tức có dịng ngắn mạch chạy qua khoảng thời gian cho phép tiếp điểm khơng bị nóng chảy bị hàn dính 1.2.5.Các u cầu Cơng tắc tơ: - Hệ thống tiếp điểm Yêu cầu hệ thống tiếp điểm phải chịu độ mài mòn điện chế độ làm việc nặng nề, có tần số thao tác đóng cắt lớn, điện trở tiếp xúc tiếp điểm công tắc tơ Rtx thường tiếp xúc đường (tiếp điểm hình ngón kiểu bắc cầu) - Ngun lí làm việc hệ thống dập hồ quang Ta xét vài kết cấu dập hồ quang phổ biến: Thiết bị dập hồ quang công tắc tơ chiều Trong công tắc tơ chiều thường dùng phương pháp dập hồ quang từ trường Hệ thống chia làm ba loại : + Hệ thống có cuộn dây dập hồ quang nối nối tiếp (thường sử dụng có nhiều ưu điểm như: chiều thổi từ khơng đổi dịng điện thay đổi chiều chiều từ trường thay đổi theo Ngồi có sụt áp cuộn dây dập hồ quang nhỏ) + Hệ thống có cuộn dây dập hồ quang nối song song (loại dùng nhiều nhược điểm như: chiều lực tác dụng vào hồ quang phụ thuộc chiều dòng tải, cách điện cuộn dập lớn đấu song song với nguồn, cố ngắn mạch gây sụt áp hiệu dập giảm nhiều) +Hệ thống dùng nam châm điện vĩnh cửu (về chất gần giống cuộn dây mắc song song có ưu điểm sau: khơng tiêu hao lượng để tạo từ trường, giảm tổn hao cho công tắc tơ, khơng gây phát nóng cho cơng tắc tơ, dịng điện bé loại sử dụng rộng rãi) 1.2.6 Ký hiệu: Hoặc Cuộn dây K Tiếp điểm K1 , K2 , K3 Tiếp điểm phụ K4 , K5 , K6 ,K7 1.3 Rơle nhiệt 1.3.1 Công dụng Rơle nhiệt loại khí cụ tự động đóng, cắt tiếp điểm nhờ co dãn nhiệt kim loại Trong mạch điện cơng nghiệp thường dùng để bảo vệ tải cho động điện Khi rơle nhiệt lắp với côngtắctơ gọi khởi động từ Cánh tay đòn Tiếp điểm thường đóng Tiếp điểm thường thường mở Điều chỉnh vít Thanh lưỡng kim Vít bắt dây Phần tử đốt nóng Cần gạt Hình: Cấu tạo Rơ le nhiệt 1.3.2 Cấu tạo - Thanh lưỡng kim gồm kim loại có hệ số dãn nở nhiệt khác gắn chặt ép sát vào Thông thường để bảo vệ phụ tải cần lưỡng kim - Dây đốt nóng (phần tử đốt nóng) làm nhiệm vụ tăng cường nhiệt độ cho lưỡng kim Một số rơle dùng phương pháp đốt nóng trực tiếp nên khơng có phận - Cơ cấu đóng ngắt (lẫy tác động) nhận lượng trực tiếp từ co giãn lưỡng kim để đóng, ngắt tiếp điểm Hầu hết rơle nhiệt dùng sử dụng cấu để cách ly điện tiếp điểm lưỡng kim số rơle nhiệt dùng thiết bị gia dụng khơng sử dụng cấu mà lưỡng kim thường gắn trực tiếp với tiếp điểm 1.3.3 Nguyên lý làm việc: Ta xét nguyên lý làm việc rơle nhiệt bảo vệ cho động pha nguyên lý làm việc thể hình vẽ sau: Nguyên lý làm việc rơle nhiệt - Ấn nút điều khiển PB1, cuộn hút cơngtắctơ K cấp điện, đóng tiếp điểm cấp điện cho động M làm việc Ở chế độ định mức khơng tải dịng điện qua động khơng vượt q dịng điện định mức nên nhiệt lượng dây đốt nóng mức bình thường nhiệt độ lưỡng kim(5) bình thường Thanh lưỡng kim chưa bị cong, tiếp điểm thường đóng(2) thường mở(3) rơle nhiệt chưa tác động, động hoạt động bình thường - Khi động M bị tải dòng điện qua động vượt dòng điện định mức làm cho nhiệt lượng dây đốt nóng(7) tăng lên, nhiệt độ lưỡng kim tăng cao Do lưỡng kim chế tạo từ hai kim loại có hệ số giãn nở khác ép sát vào nhau, kim loại bên phía phải lưỡng kim có hệ số giãn nở nhiệt nhiều nên làm lưỡng kim bị cong bên trái Khi lưỡng kim bên trái đẩy cần gạt (8) sang trái tác động vào đòn bẩy(1) mở tiếp điểm thường đóng(2) ngắt điện mạch điều khiển, cuộn hút cơngtắctơ bị ngắt điện, tiếp điểm K1 mở bảo vệ an toàn cho động - Muốn điều khiển tiếp điểm đóng cắt mức độ khác ta điều chỉnh vít (4) để tăng giảm lực căng lò xo ép vào đòn bẩy(1) 1.3.4 Các thông số kỹ thuật cách lựa chọn rơle nhiệt Khi lựa chọn rơle nhiệt mạch điện ta cần ý thơng số sau: - Dịng điện định mức(Iđm): Đây dòng điện lớn mà rơle nhiệt làm việc thời gian lâu dài(A) - Dòng tác động (dòng ngắt mạch): dòng điện lớn trước rơle tác động để tiếp điểm chuyển trạng thái Để bảo vệ động dịng điện tác động điều chỉnh sau: Iđc=(1,1÷1,2)Iđm 1.3.5 Kí hiệu Rơ le nhiệt: Loại phần tử Loại phần tử Loại 3phần tử Phần tử đốt nóng rơle nhiệt kiểu kim loại kép Loại trực tiếp Loại gián tiếp Điều khiển động quay chiều 2.1 Điều khiển động quay chiều vị trí 2.1.1 Sơ đồ nguyên lý A O A O Ap1 Ap21 K D M RLN K RLN K CLV CKĐ Mạch điện động lực Mạch điện điều khiển 2.1.2 Công dụng thiết bị mạch điện - Áp tô mát : Đóng cắt mạch điện - Cơng tắc tơ K: đóng cắt điện cho động - Bộ nút ấn đó: + D: Nút ấn điều khiển dừng động + M: nút ấn điều khiển khởi động động - Rơ le nhiệt: bảo vệ tải động 2.1.3 Nguyên lý hoạt động - Đóng áp tô mát cấp nguồn cho mạch điện - Tác động nút ấn M: cuộn hút công tắc tơ K (5-2) có điện, tiếp điểm K(3-5) đóng lại để trì điện mạch điều khiển; đồng thời tiếp điểm công tắc tơ K mạch động lực đóng lại, cấp nguồn cho động hoạt động - Tác động nút ấn D: cuộn hút công tắc tơ K (5-2) điện, tiếp điểm thường mở công tắc tơ K mở ra, động điện, động dừng - Khi xảy cố tải, phần tử đốt nóng rơ le nhiệt giãn nở, tác động làm tiếp điểm thường đóng rơ le nhiệt RLN(2-0) mở cắt điện vào cuộn hút công tắc tơ K, tiếp điểm thường mở công tắc tơ K mở ra, động dừng làm việc bảo vệ an toàn - Khi xảy cố ngắn mạch hay thấp áp, áp tô mát tác động, ngắt điện cấp cho mạch, động dừng bảo vệ an toàn 2.2 Điều khiển động quay chiều hai vị trí 2.2.1 Sơ đồ nguyên lý