Giáo trình Trang bị điện 1 (Nghề Thí nghiệm điện Trình độ Cao đẳng)

TẬP ĐỒN DẦU KHÍ VIỆT NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG DẦU KHÍ  GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: TRANG BỊ ĐIỆN NGHỀ: THÍ NGHIỆM ĐIỆN TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG (Ban hành kèm theo Quyết định số: 188/QĐ-CĐDK ngày 25 tháng năm 2020 Trường Cao Đẳng Dầu Khí) Bà Rịa - Vũng Tàu, năm 2020 (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 Trang LỜI GIỚI THIỆU Đất nước Việt Nam công cơng nghiệp hố - đại hố, nềnkinh tế đà phát triển Yêu cầu sử dụng điện thiết bị điện ngày tăng Việc trang bị kiến thức hệ thống điện nhằm phục vụ cho nhu cầu sinh hoạt người, cung cấp điện cho thiết bị khu vực kinh thế, khu chế xuất, xí nghiệp cần thiết Với vai trò quan trọng xuất phát từ yêu cầu, kế hoạch đào tạo, chương trình mơn học Trường Cao Đẳng Dầu Khí Chúng tơi biên soạn giáo trình Trang bị điện gồm với nội dung sau: - Bài 1: Khái quát chung hệ thống trang bị điện - Bài 2: Các phần tử điều khiển hệ thống trang bị điện - Bài 3: Tự động khống chế truyền động điện Trong trình biên soạn, chúng tơi tham khảo trích dẫn từ nhiều tài liệu liệt kê mục Danh mục tài liệu tham khảo Chúng chân thành cảm ơn tác giả tài liệu mà chúng tơi tham khảo Bên cạnh đó, giáo trình khơng thể tránh khỏi sai sót định Nhóm tác giả mong nhận ý kiến đóng góp, phản hồi từ quý đồng nghiệp, bạn người học bạn đọc Trân trọng cảm ơn./ Bà Rịa – Vũng Tàu, tháng 06 năm 2020 Tham gia biên soạn Chủ biên: Phạm Văn Cấp Ninh Trọng Tuấn Nguyễn Xuân Thịnh Trang MỤC LỤC BÀI 1: KHÁI QUÁT CHUNG VỀ HỆ THỐNG TRANG BỊ ĐIỆN 13 Đặc điểm hệ thống trang bị điện 14 Yêu cầu hệ thống trang bị điện công nghiệp 14 BÀI 2: CÁC PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN TRONG HỆ THỐNG TRANG BỊ ĐIỆN 17 Các phần tử bảo vệ 18 1.1 Cầu chảy 18 1.2 Rơ le nhiệt 18 Các phần tử điều khiển 18 2.1 Công tắc 18 2.2 Nút ấn 19 2.3 Cầu dao 19 2.4 Bộ khống chế 20 2.5 Công tắc tơ – Khởi động từ 20 2.6 Áp tô mát 21 Rơ le 21 3.1 Rơ le điện từ 21 3.2 Rơ le trung gian 22 3.3 Rơ le dòng điện 22 3.4 Rơ le điện áp 23 3.5 Rơ le thời gian 23 3.6 Rơ le kiểm tra tốc độ 24 Các thiết bị đóng cắt khơng tiếp điểm 24 4.1 Cơng tắc hành trình khơng tiếp điểm (các loại cảm biến vị trí) 24 4.2 Thiết bị đóng cắt khơng tiếp điểm 25 Các phần tử điện từ 25 5.1 Nam châm điện nâng – hạ 25 5.2 Bàn nam châm điện 26 5.3 Ly hợp điện từ 26 BÀI 3: TỰ ĐỘNG KHỐNG CHẾ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN 31 Khái niệm tự động khống chế (TĐKC) 32 Các yêu cầu TĐKC 32 Trang 3 Phương pháp thể sơ đồ điện TĐKC 33 3.1 Phương pháp thể mạch động lực 33 3.2 Phương pháp thể mạch điều khiển 33 3.3 Bảng ký hiệu phần tử sơ đồ TĐKC 34 Các nguyên tắc điều khiển 35 4.1 Nguyên tắc điều khiển theo thời gian 35 4.2 Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ 35 4.3 Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện 36 4.4 Nguyên tắc điều khiển theo vị trí 36 Các mạch mở máy trực tiếp động KĐB3 pha rô to lồng sóc: 36 5.1 Mạch điều khiển động quay chiều 36 5.2 Mạch điều khiển động quay thuận nghịch gián tiếp 37 5.3 Mạch mở máy động vị trí 38 5.4 Mạch điều khiển động làm việc theo chế bắc cầu 39 5.5 Mạch điện điều khiển động theo chế bắc cầu dùng timer 41 5.6 Mạch điều khiển động làm việc theo chế khóa 42 Các mạch mở máy gián tiếp động KĐB pha ro6to lồng sóc 43 6.1 Mạch mở máy phương pháp đổi nối tam giác Y ->∆ 43 6.2 Mạch điện mở máy qua cuộn kháng dùng role thời gian 45 6.3 Mạch mở máy gián tiếp qua máy biến áp tự ngẫu 46 Mạch khóa dừng giới hạn hành trình 47 7.1 Mạch khóa dừng 47 7.2 Mạch khóa dừng 48 7.3 Mạch tự động giới hạn hành trình 49 7.4 Mạch điện tự động giới hạn hành trình có đảo chiều 51 Các khâu bảo vệ liên động TĐKC - TĐĐ 52 8.1 Bảo vệ dòng 52 8.2 Bảo vệ điện áp 53 8.3 Bảo vệ thiếu từ trường 54 8.4 Liên động bảo vệ 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO 79 Trang DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT U I S Q Hiệu điện Cường độ dịng điện Cơng suất biểu kiến Cơng suất phản kháng P A B G R Vr Va VT CT Công suất tác dụng Điện Dung dẫn Điện dẫn Điện trở Voltmet đo giá tri ̣hiệu dụng Voltmet đo giá tri ̣trung bình Biến điện áp Biến dịng điện Trang DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hình thực tế hệ thống vận hành sản xuất nhà máy 14 Hình 1.2: Hình mơ tả dây chuyền vận hành sản xuất 14 Hình 2.1: Cơng tắc điện 19 Hình 2.2: Nút nhấn 19 Hình 2.3: Cầu dao 19 Hình 2.4: Bộ khống chế truyền động 20 Hình 2.5: Contactor 21 Hình 2.6: Aptomat 21 Hình 2.7: Rơle điện từ 22 Hình 2.8: Rơ le trung gian 22 Hình 2.9: Rơ le dòng điện 23 Hình 2.10: Rơ le điện áp 23 Hình 2.11: Rơ le thời gian 24 Hình 2.12 : Rơ le kiểm tra tốc độ 24 Hình 2.13: Cơng tắc hành trình không tiếp điểm 25 Hình 2.14: Transitor NPN PNP 25 Hình 2.15: Cơ cấu nâng hạ 26 Hình 2.16: Bàn nam châm điện 26 Hình 2.17: Bộ ly hợp điện từ 26 Hình 3.1: Hình ảnh mơ tả ký hiệu mạch động lực 33 Hình 3.2: Hình ảnh mơ tả ký hiệu mạch điều khiển 34 Hình 3.3: Mạch điều khiển động quay chiều 36 Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động quay thuận nghịch gián tiếp 37 Hình 3.5: Sơ đồ nguyên lý mạch mở máy động vị trí 39 Trang Hình 3.6: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động làm việc theo chế bắc cầu 40 Hình 3.7: Sơ đồ mạch điều khiển động theo chế bắc cầu dùng Timer 41 Hình 3.8: Sơ đồ nguyên lý mạch điều khiển động làm việc theo chế khóa 42 Hình 3.9: Sơ đồ ngun lý mạch khởi động Y ->∆ 44 Hình 3.10: Sơ đồ nguyên lý mạch điện mở máy qua cuộn kháng dùng role thời gian 45 Hình 3.11: Sơ đồ nguyên lý mạch mở máy qua biến áp tự ngẫu 46 Hình 3.12: Sơ đồ ngun lý mạch khóa dừng 47 Hình 3.13: Sơ đồ nguyên lý mạch khóa dừng 49 Hình 3.14: Sơ đồ nguyên lý mạch điện tự động giới hạn hành trình 50 Hình 3.15: Sơ đồ nguyên lý mạch điện tự động giới hạn hành trình có đảo chiều 51 Hình 3.16: Sơ đồ dùng rơle dịng cực đại bảo vệ tải ngắn hạn 53 Hình 3.17: Sơ đồ có bảo vệ điểm khơng cực tiểu 54 Hình 3.18: Sơ đồ bảo vệ thiếu, kích từ động 55 Hình 3.19: Sơ đồ có bảo vệ liên động điện 55 Trang GIÁO TRÌNH MƠ ĐUN: TRANG BỊ ĐIỆN 1 Tên mô đun: Trang bị điện Mã mơ đun: KTĐ19MĐ57 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học/mơ đun: Vị trí: Trang bị điện mô đun chuyên môn nghề, sau học xong MH/MĐ Đo lường điện, Máy điện, Cung cấp điện danh mục môn học/mô đun đào tạo bắt buộc nghề Điện công nghiệp Tính chất: Trang bị điện mơ đun thực hành chuyên môn nghề Mục tiêu môn học/mô đun: Về kiến thức: + Đọc, vẽ phân tích sơ đồ mạch điều khiển dùng rơle công tắc tơ dùng khống chế động pha, động chiều + Phân tích qui trình làm việc yêu cầu trang bị điện cho máy cắt gọt kim loại (máy khoan, tiện, phay, bào, mài ); Về kỹ năng: + Lắp đặt, sửa chữa mạch mở máy, dừng máy cho động pha, pha, động chiều + Lắp đặt, đấu dây vận hành mạch trang bị điện điều khiển máy điện + Vận hành sửa chữa hư hỏng máy sản suất băng tải, Vận hành mạch theo nguyên tắc, theo qui trình định Từ vạch kế hoạch bảo trì hợp lý, đảm bảo an tồn vệ sinh công nghiệp Về lực tự chủ trách nhiệm: + Rèn luyện đức tính cẩn thận, tỉ mỉ, chính xác, tư sáng tạo khoa học Nội dung mơn học/mơ đun: 5.1 Chương trình khung: Thời gian đào tạo (giờ) T T Mã MH, MĐ Tên mơn học, mơ đun Tín Tổn g số Lý thuyế t Thực hành, thí nghiệ m, thảo luận, tập Kiểm tra L T T H I Các môn học chung/đại cương 21 435 157 255 15 MHCB19MH 02 Giáo dục trị 75 41 29 MHCB19MH Pháp luật 30 18 10 Trang 04 MHCB19MH 06 Giáo dục thể chất 60 51 4 MHCB19MH 08 Giáo dục quốc phòng an ninh 75 36 35 2 MHCB19MH 10 Tin học 75 15 58 TA19MH02 Ngoại ngữ 120 42 72 II Các môn học, mô đun chuyên môn ngành, nghề 65 1635 391 1095 27 47 II.1 Môn học, mô đun sở 15 285 152 115 11 7 ATMT19MH0 An toàn vệ sinh lao động 30 26 2 KTĐ19MH1 An toàn điện 30 28 KTĐ19MĐ65 Vẽ điện 30 29 10 KTĐ19MH64 Vật liệu điện 30 28 11 KTĐ19MH7 Cơ sở kỹ thuật điện 45 42 12 KTĐ19MĐ15 Khí cụ điện 45 14 28 13 KTĐ19MĐ49 Thực tập điện 75 14 56 Môn học, mô đun chuyên môn ngành, nghề 50 1350 239 980 16 40 14 KTĐ19MĐ6 Bảo vệ rơ le 75 14 58 15 KTĐ19MĐ14 Đo lường điện 75 14 58 16 KTĐ19MĐ57 Trang bị điện 120 28 87 17 KTĐ19MĐ37 Phần điện nhà máy điện trạm biến áp 45 14 29 1 18 KTĐ19MĐ42 Thí nghiệm mạch nguồn, mạch dịng, mạch áp mạch tín hiệu 90 28 58 2 19 KTĐ19MĐ41 Thí nghiệm khí cụ điện 120 28 87 20 KTĐ19MĐ43 Thí nghiệm máy cắt điện 90 28 58 2 II.2 Trang Bảng chức Sinh viên: Chức đưa STT Chức thành phần mạch điện Đúng Nhấn S1, động M1 chạy, đèn P1 sáng Sau giây, động M1 tắt, động M2 chạy Sau giây, động M2 tắt, động M3 chạy Sau giây, động M3 tắt Nhấn S0, tắt hệ thống Thử nghiệm hoạt động nút dừng khẩn cấp ESTOP Ghi Sai Bài tập 3: THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT TỦ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ PHA 3.1 MÔ TẢ CÔNG VIỆC: Thiết kế hệ thống điều khiển động khởi động với yêu cầu sau: Nhấn S1, động M1 chạy, sau giây, động M1 dừng, động M2 chạy, sau giây, động M2 dừng, động M3 chạy, sau giây động M3 dừng Nhấn S0 để dừng động Yêu cầu: Lập kế hoạch, thiết kế, lắp đặt, đo kiểm tra, vận hành hệ thống 3.2 DANH MỤC VẬT TƯ, THIẾT BỊ: STT Số lượng Chủng loại Thông số Ghi Trang 65 10 11 3.3 BẢN VẼ THIẾT KẾ: 3.3.1 Sơ đồ bố trí: 3.3.2 Mạch động lực: Trang 66 3.3.3 Mạch điều khiển: Trang 67 Trang 68 Trang 69 HƯỚNG DẪN AN TOÀN: - Các thao tác trình đấu nối lắp đặt ln đảm bảo khơng có điện - Trước vận hành thử hệ thống phải kiểm tra nguy hại từ bên ngồi hư hỏng nhìn thấy được, hỏng lớp cách điện Những thay đổi phù hợp với an toàn phải thực lặp tức - Điện áp vận hành phải tắt trước kết nối phần tử điện với cáp thí nghiệm 3.4 CÁC BƯỚC THỰC HIỆN CƠNG VIỆC: 3.4.1 Mơ tả ngun lý hoạt động mạch điện: 3.4.2 Thực công việc lắp đặt mạch điện: - Bước 1: Gá lắp hộp nối thiết bị lên bảng điện - Bước 2: Gá lắp loại kẹp cáp - Bước 3: Cắt dây, Tuốt vỏ luồn dây dẫn - Bước 4: Cố định dây dẫn với kẹp Trang 70 - Bước 5: Đấu nối dây dẫn theo sơ đồ: - Bước 6: Kiểm tra lại tồn mạch điện - Bước 7: Đóng nắp đậy hộp nối 3.5 ĐO, KIỂM TRA VÀ VẬN HÀNH MẠCH: 3.5.1 Kiểm tra đo lường: 5.1.1 Đo thông mạch dây dẫn an toàn: Cầu nối PE → Nguồn cấp (Ổ cắm CEE) Cầu nối PE → Tủ điện Cầu nối PE → Cánh cửa tủ điện/ Khung lắp đặt Cầu nối PE → Đế gắn xuống đáy tủ điện Cầu nối PE → Nguồn điện Giá trị đo Giá trị cho phép Đạt Không đạt Ghi Đo điện trở cách điện pha: Giá trị đo Giá trị cho phép Đạt Không đạt Ghi Đạt Không đạt Ghi Đạt Không đạt Ghi L1, L2 L2, L3 L1, L3 L1, N L2, N L3, N L1, PE L2, PE L3, PE N, PE Thử nghiệm bảo vệ tự động cắt điện RCD: Bảo vệ an toàn tiếp xúc trực tiếp (bảo vệ chạm tay) Trang 71 3.5.2 Kiểm tra vận hành chức mạch điện: Bảng chức STT Chức thành phần mạch điện Sinh viên: Chức đưa Đúng Nhấn S1, động M1 chạy, đèn P1 sáng Sau giây, động M1 tắt, động M2 chạy Sau giây, động M2 tắt, động M3 chạy Sau giây, động M3 tắt Nhấn S0, tắt hệ thống Thử nghiệm hoạt động nút dừng khẩn cấp ESTOP Ghi Sai Bài tập 4: THIẾT KẾ, LẮP ĐẶT TỦ ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ PHA ĐẢO CHIỀU QUAY KẾT HỢP SAO/ TAM GIÁC 4.1 MÔ TẢ CÔNG VIỆC: - Sơ đồ mạch động lực kết hợp mạch đảo chiều động mạch khởi động tam giác động pha + Dùng MCB 3P để đóng cắt nguồn điện tay bảo vệ ngắn mạch cho mạch động lực + Sử dụng contactor K1 K2, contactor K1 nối đầu dây động với nguồn Và contactor K2 nối đảo thứ tự pha, cụ thể đổi thứ tự pha với pha + Rơ le nhiệt nối tiếp với contactor K1 K2 bảo vệ tải co động quay thuận hay nghịch, chạy tam giác Contactor K3 đấu dây chạy chế độ nên tiếp điểm nối chụm lại điểm, tiếp điểm nối với đầu dây cuối động Còn đầu dây đầu động nối vào đuôi rơ le nhiệt Contactor K4 thực đấu dây chế độ tam giác, tiếp điểm contactor nối với đầu dây đầu động cơ, tiếp điểm nối với đầu cuối cuộn dây động Sao cho đầu cuộn dây nối với cuối cuộn dây cụ thể mạch U2 nối với W2, V1 nối với U2, W1 nối với V2 4.2 DANH MỤC VẬT TƯ, THIẾT BỊ: Trang 72 STT Số lượng Chủng loại Thông số Ghi 10 11 4.3 BẢN VẼ THIẾT KẾ: 4.3.1 Sơ đồ bố trí: 4.3.2 Mạch động lực: Trang 73 4.3.3 Mạch điều khiển: Trang 74 HƯỚNG DẪN AN TOÀN: - Các thao tác q trình đấu nối lắp đặt ln đảm bảo khơng có điện - Trước vận hành thử hệ thống phải kiểm tra nguy hại từ bên ngồi hư hỏng nhìn thấy được, hỏng lớp cách điện Những thay đổi phù hợp với an toàn phải thực lặp tức - Điện áp vận hành phải tắt trước kết nối phần tử điện với cáp thí nghiệm 4.4 THỰC HIỆN CƠNG VIỆC: Trang 75 4.4.1 Mô tả nguyên lý hoạt động mạch điện: 4.4.2 Thực công việc lắp đặt mạch điện: - Bước 1: Gá lắp hộp nối thiết bị lên bảng điện - Bước 2: Gá lắp loại kẹp cáp - Bước 3: Cắt dây, Tuốt vỏ luồn dây dẫn - Bước 4: Cố định dây dẫn với kẹp - Bước 5: Đấu nối dây dẫn theo sơ đồ: - Bước 6: Kiểm tra lại toàn mạch điện - Bước 7: Đóng nắp đậy hộp nối 4.5 ĐO, KIỂM TRA VÀ VẬN HÀNH MẠCH: 4.5.1 Kiểm tra đo lường: Đo thơng mạch dây dẫn an tồn: Giá trị đo Giá trị cho phép Đạt Không đạt Ghi Cầu nối PE → Nguồn cấp (Ổ cắm CEE) Cầu nối PE → Tủ điện Cầu nối PE → Cánh cửa tủ điện/ Khung lắp đặt Cầu nối PE → Đế gắn xuống đáy tủ điện Cầu nối PE → Nguồn điện Trang 76 Đo điện trở cách điện pha: Giá trị đo Giá trị cho phép Đạt Không đạt Ghi Đạt Không đạt Ghi Đạt Không đạt Ghi L1, L2 L2, L3 L1, L3 L1, N L2, N L3, N L1, PE L2, PE L3, PE N, PE Thử nghiệm bảo vệ tự động cắt điện RCD: Bảo vệ an toàn tiếp xúc trực tiếp (bảo vệ chạm tay) 4.5.2 Kiểm tra vận hành chức mạch điện: Bảng chức STT Chức thành phần mạch điện Chức đưa Đúng Ghi Sai Chức bảo vệ nối đất hoạt hoạt động tốt Chức bảo vệ gián tiếp CB, RCD hoạt động tốt Nhấn S1, K1cos điện, động M1 thuận chế độ (Y) Sau giây, động M1 chuyển sang chế độ tam giác (∆) Trang 77 Nhấn S0 (OFF) để dừng động Nhấn S2, K2 có điện động M1 chạy nghịch chế độ (Y) Sau giây, động M1 chuyển sang chế độ tam giác (∆) Nhấn S0, để dừng động Thử nghiệm hoạt động nút dừng khẩn cấp ESTOP Trang 78 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Vũ Quang Hồi, Trang bị điện - điện tử máy gia công kim loại, NXB Giáo dục 1996 [2] Vũ Quang Hồi, Trang bị điện - điện tử công nghiệp, NXB Giáo dục 2000 [3] Bùi Quốc Khánh, Hồng Xn Bình, Trang bị điện – điện tử tự động hóa cầu trục cần trục, Nxb KHKT 2006 [4] Bùi Quốc Khánh Nguyễn Thị Hiền Nguyễn Văn Liễn, Truyền động điện, Nxb KHKT 2006 [5] Nguyễn Đức Lợi, Giáo trình chuyên ngành điện tập 1,2,3,4, NXB Thống kê Trang 79 ... 50 13 50 239 980 16 40 14 KT? ?19 MĐ6 Bảo vệ rơ le 75 14 58 15 KT? ?19 M? ?14 Đo lường điện 75 14 58 16 KT? ?19 MĐ57 Trang bị điện 12 0 28 87 17 KT? ?19 MĐ37 Phần điện nhà máy điện trạm biến áp 45 14 29 1 18... KT? ?19 MH1 An toàn điện 30 28 KT? ?19 MĐ65 Vẽ điện 30 29 10 KT? ?19 MH64 Vật liệu điện 30 28 11 KT? ?19 MH7 Cơ sở kỹ thuật điện 45 42 12 KT? ?19 M? ?15 Khí cụ điện 45 14 28 13 KT? ?19 MĐ49 Thực tập điện 75 14 56... KT? ?19 MĐ46 Thí nghiệm thiết bị đo lường điện 12 0 28 87 22 KT? ?19 MĐ47 Thí nghiệm thiết bị trạm biến áp 10 5 14 87 23 KT? ?19 MĐ44 Thí nghiệm rơ le bảo vệ 75 14 58 24 KT? ?19 MĐ45 Thí nghiệm thiết bị điện quay 12 0