Đề cương bài giảng: Trang bị điện - điện tử

Đề cương giảng Trang bị điện - điện tử LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, lĩnh vực sản xuất kinh tế quốc dân, điện khí hố, khí hố tự động hố liên quan chặt chẽ với Đòi hỏi kỹ sư điện, kỹ sư khí cần trang bị kiến thức phần tử điều khiển, phần tử bảo vệ khâu bảo vệ Các nguyên tắc điều khiển tự động truyền động điện hệ thống trang bị điện điện tử nhóm náy cắt kim loại Giáo trình trang bị điện - điện tử biên soạn với nội dung cô đọng, đầy đủ theo u cầu chương trình mơn học trang bị điện - điện tử, nhằm cung cấp cho sinh viên chuyên ngành điện nghiên cứu môn mọc dễ dàng hiệu Ngồi dùng làm tài liệu tham khảo cho sinh viên ngành khí hàn, khí chế tạo bạn đọc Tài liệu lưu hành nội trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật Hưng Yên Giáo trình qua chỉnh sửa tái lần khơng thể tránh khỏi sai sót, Nhóm biên soạn chúng tơi mong nhận đóng góp ý kiến bạn đọc, em sinh viên đồng nghiệp để giáo trình hồn thiện Hưng Yên, ngày 01 tháng 01 năm 2008 Nhóm biên soạn Biên soạn: Trần Văn Chương - Đỗ Tuấn Khanh - Trần Thị Ngoạt Đề cương giảng Trang bị điện - điện tử MỤC LỤCC LỤC LỤCC Chương 1: Các phần tử điều khiển khâu bảo vệ điển hình 1.1 Các phần tử bảo vệ 1.1.1 Cầu chảy 1.1.2 Rơle nhiệt 1.1.3 Áptomát 1.2 Các phần tử điều khiển 1.2.1 Công tắc 1.2.2 Nút ấn 1.2.3 Cầu dao 1.2.4 Bộ khống chế 1.2.5 Công tắc tơ 1.3 Rơle 1.3.1 Rơle điện tử 1.3.2 Rơle trung gian 1.3.3 Rơle dòng điện, rơle điện áp 1.3.4 Rơle thời gian 1.4 Các khâu bảo vệ điển hình 1.4.1 Ý nghĩa bảo vệ 1.4.2 Bảo vệ ngắn mạch 1.4.3 Bảo vệ tải Chương 2: Các nguyên tắc điều khiển tự động truyền động điện 2.1 Khái niệm chung 2.2 Các nguyên tắc điều khiển hệ thống truyền động điện kiểu hở 2.2.1 Nguyên tắc điều khiển theo thời gian 2.2.2 Nguyên tắc điều khiển theo tốc độ 2.2.3 Nguyên tắc điều khiển theo dòng điện 2.2.4 Nguyên tắc điều khiển theo hành trình 2.3 Nguyên tắc điều khiển truyền động điện kiểu kín 2.3.1 Khâu phản hồi âm điện áp 2.3.2 Khâu phản hồi âm tốc độ 2.3.3 Khâu phản hồi âm dịng có ngắt 2.4 Một số sơ đồ điều khiển động điện Chương 3: Trang bị điện nhóm máy cắt kim loại(MCKL) 3.1 Yêu cầu chung trang bị điện MCKL 3.2 Trang bị điện máy tiện 3.3 Trang bị điện máy bào giường 3.4 Trang bị điện máy doa 3.5 Trang bị điện máy mài Biên soạn: Trần Văn Chương - Đỗ Tuấn Khanh - Trần Thị Ngoạt 10 11 13 14 15 17 18 19 22 25 26 27 30 32 33 37 40 48 55 58 Đề cương giảng Trang bị điện - điện tử CHƯƠNG 1: CÁC PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN VÀ CÁC KHÂU BẢO VỆ ĐIỂN HÌNH 1.1 Các phần tử bảo vệ 1.1.1 Cầu chì: Là loại khí cụ dùng để bảo vệ cho thiết bị điện tránh lưới điện khỏi dòng điện ngắn mạch Bộ phận cầu chì dây chảy Dây chảy thường làm vật liệu có nhiệt độ nóng chảy thấp; Với dây chảy mạch có dịng điện làm việc lớn, làm vật liệu có nhiệt độ nóng chảy cao tiết diện nhỏ thích hợp Dây chảy thường dây tiết diện trịn chì, kẽm, hợp kim chì thiếc, nhơm hay đồng dập, cắt theo hình dạng hình 1.1 Dây chảy kẹp chặt vít vào đế cầu chì, có nắp cách điện để tránh hồ quang bắn tung tóe xung quanh dây chảy đứt Hình 1.1 Một số hình dạng dây chảy Hình 1.2 Đặc tính A-s dây chảy Đặc tính dây chảy đặc tính thời gian – dòng điện A – s đường hình 1.2 Dịng điện qua dây chảy lớn, thời gian chảy đứt nhỏ Để bảo vệ đối tượng cần bảo vệ với dòng điện mạch, dây chảy phải đứt trước đối tượng bị phá huỷ Do đó, đường đặc tính A – s dây chảy phải nằm đặc tính đối tượng cần bảo vệ (đường 1) Thực tế dây chảy thường có đặc tính đường CC Như miền tải lớn, đường thấp đường cầu chì bảo vệ đối tượng Ngược lại miền tải Hình 1.3 Kí hiệu cầu nhỏ, cầu chì khơng bảo vệ đối tượng, trường hợp dịng chì sơ đồ điện tải nhỏ, phát nóng dây chảy toả môi trường chủ yếu nên không đủ làm chảy dây Biên soạn: Trần Văn Chương - Đỗ Tuấn Khanh - Trần Thị Ngoạt Đề cương giảng Trang bị điện - điện tử Trị số dòng điện mà dây chảy đứt gọi dòng điện giới hạn Rõ ràng cần có Igh >Iđm để dây chảy khơng bị đứt làm việc với dịng điện định mức Đối với dây chảy chì: Đối với dây chảy hợp kim chì thiếc: Đối với dây chảy đồng: I gh I dm I gh I dm I gh I dm 1,25 1,45 1,15 1,6 2 1.1.2 Rơ le nhiệt Rơ le nhiệt phần tử dùng để bảo vệ thiết bị điện khỏi bị tải Nguyên lý cấu tạo rơ le nhiệt biểu diễn hình 1.4 Mạch lực cần bảo vệ tải mắc nối tiếp với phần tử đốt nóng Khi có dịng điện q tải chạy qua, phần tử đốt nóng nóng lên tảo nhiệt xung quanh Băng kép bị đốt nóng cong lên trên, rời khỏi địn đầu đòn xoay quay sang phải kép cách điện Tiếp điểm thường đóng mở ra, cắt mạch điều khiển đối tượng cần bảo vệ Hình 1.4 Nguyên lý cấu tạo làm việc rơle nhiệt Khi cố giải quyết, băng kép nguội cong xuống tì lên đầu đòn xoay nên tiếp điểm khơng tự động đóng lại Muốn rơle trở trạng thái ban đầu ta ấn nút ấn hồi phục để đẩy đòn xoay quay thuận chiều kim đồng hồ đầu tự băng kép tụt xuống giữ địn xoay vị trí đóng tiếp điểm Đặc tính thời gian dịng điện (A-s): Dịng điện q tải lớn thời gian tác động rơle nhiệt ngắn Trong thực tế sử dụng, dòng điện định mức rơle nhiệt thường chọn dòng điện định mức động điện cần bảo vệ tải, sau chỉnh định giá trị dòng điện tác động là: Itđ = (1,2 – 1,3)Iđm Tác động rơle nhiệt bị ảnh hưởng môi trường xung quanh, nhiệt độ môi trường xung quanh tăng, rơle nhiệt rác động sớm nghĩa dịng điện tác động giảm Khi cần phải hiệu chỉnh lại Itđ Biên soạn: Trần Văn Chương - Đỗ Tuấn Khanh - Trần Thị Ngoạt Đề cương giảng Trang bị điện - điện tử RN a) b) I/Iđm 1.1.3 Áp tơ mát: Hình 1.6: Ký hiệu rơle nhiệt Phầntựtửđộng đốt nóng, Áptơmát khitính cụ điện đóngdịng mạch tay cắt mạnh có cố như: Hình 1.5:làĐặc thời gian b Tiếp điểm thường đóng có điện rơle nhiệt tải, ngắt mạch, sụt áp nút ấn phục hồi Đôi kỹ thuật sử dụng áp tô mát đóng cắt khơng thường xun mạch điện làm việc chế độ bình thường Kết cấu áptomát đa dạng chia theo chức bảo vệ: áptomát dòng điện cực đại, áp tomát dòng điện cực tiểu, áptomát điện áp thấp, áptomát công suất ngược Hình 1.7 trình bày nguyên lý làm việc áptomát dòng điện cực đại dùng để bảo vệ mạch điện tải ngắn mạch Hình 1.8 Ký hiệu áptomát sơ đồ điện Hình 1.7 Aptomát dịng điện cực đại Sau đóng tay, áptomát cấp điện cho mạch cần bảo vệ Lúc mấu chốt đầu cần đòn móc vào để giữ tiếp điểm động tì vào tiếp điểm tĩnh Khi dòng điện vượt trị số định aptomat qua lực căng lò xo 3, cuộn điện từ nối tiếp với mạch lực đủ lực, thắng lực cản lò xo hút nắm từ động 2, làm cần quay nhả móc chốt Lị xo kéo rời tiếp điểm động khỏi tiếp điểm tĩnh để cắt mạch Chỉnh định dịng điện cực đại nhiều cách chẳng hạn qua chỉnh lực căng lò xo tăng theo dòng điện cực đại mà aptomat phải cắt Biên soạn: Trần Văn Chương - Đỗ Tuấn Khanh - Trần Thị Ngoạt Đề cương giảng Trang bị điện - điện tử 1.2 Các phần tử điều khiển 1.2.1 Cơng tắc Cơng tắc khí cụ đóng – cắt tay tác động khí lưới điện hạ áp Cơng tắc có loại thường hở thường kín, có loại dùng để đóng cắt trực tiếp mạch chiếu sáng hay mạch động lực có cơng suất nhỏ, có loại dùng mạch điều khiển Hình dáng, cấu tạo cơng tắc đa dạng song nguyên lý đề có tiếp điểm động tĩnh mà vị trí cơng tắc tiếp điểm động tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh, cịn vị trí khác tiếp điểm động rời khỏi tiếp điểm tĩnh Do vậy, mạch điện nối thơng bị cắt tuỳ theo vị trí cơng tắc Số tiếp điểm loại công tắc nhiều khác tuỳ theo mục đích sử dụng Việc đóng cắt tiếp điểm theo ngun tắc khí khác nhau: có loại lẫy, có loại xoay CT a) NO NC b) Hình 1.9 Ký hiệu tiếp điểm cơng tắc sơ đồ điện a) Tiếp điểm công tắc b) tiếp điểm cơng tắc hành trình Cơng tắc hành trình lắp đặt vị trí hành trình hệ thống TĐĐ để đóng, cắt mạch điều khiển Nó dùng để điều khiển truyền động điện theo vị trí để bảo vệ, đảm bảo an tồn cho chuyển động cuối hành trình 1.2.2 Nút ấn Nút ấn ( nút bấm, nút điều khiển) dùng để đóng – cắt mạch lưới điện hạ áp Nút ấn thường dùng để điều khiển rơle, cơng tắc tơ, chuyển đổi mạch tín hiệu, bảo vệ sử dụng phổ biến nút ấn mạch điều khiển động để mở máy, dừng đảo chiều quay Hình 1.10 trình bày kết cấu số nút ấn kí hiệu chúng vẽ điện Hình 1.10 Nguyên lý cấu tạo ký hiệu nút ấn (thường mở, thường đóng, nút bấm kép) Biên soạn: Trần Văn Chương - Đỗ Tuấn Khanh - Trần Thị Ngoạt Đề cương giảng Trang bị điện - điện tử Một số loại nút ấn thường đóng dùng mạch bảo vệ mạch dừng cịn có chốt khố, bị ấn nút tự giữ trạng thái bị ấn Muốn xoá trạng thái này, phải xoay nút góc 1.2.3 Cầu dao Cầu dao khí cụ đóng - cắt mạch điện tay lưới hạ áp Cầu dao khí cụ điện phổ biến dân dụng công nghiệp dùng mạch công suất nhỏ với số lần đóng cắt nhỏ Khi ngắt cầu dao, thường xẩy hồ quang mạnh Để dập tắt hò quang nhanh, cần phải kéo lưới dao khỏi kẹp nhanh Tốc độ kéo tay nhanh nên người ta làm thêm lưỡi dao phụ hình 1.12 Lưỡi dao phụ lưỡi dao kẹp kẹp lúc đầu dẫn điện Khi ngắt điện tay kéo lưỡi dao trước lưới dao phụ bị kẹp lại kẹp Lò xo bị kéo căng tới mức bật nhanh, kéo lưỡi dao phụ khỏi kẹp Do vậy, hồ quang bị kéo dài nhanh bị dập tắt thời gian ngắn Hình 1.11 Cầu dao cực Hình 1.12 Cầu dao có lưỡi dao phụ Hình 1.13 Ký hiệu cầu dao sơ đồ điện Cầu dao cực, hai cực ba, bốn cực đóng ngả đóng ngả Cầu dao phân loại theo điện áp (250V, 500V ), theo dòng điện (5A, 10A, ) có loại hở, có loại có hộp bảo vệ, Cầu dao thường dùng kết hợp với cầu chì để bảo vệ ngắn mạch Biên soạn: Trần Văn Chương - Đỗ Tuấn Khanh - Trần Thị Ngoạt Đề cương giảng Trang bị điện - điện tử 1.2.4 Bộ khống chế Bộ khống chế khí cụ dùng để điều khiển gián tiếp (qua mạch điều khiển) điều khiển trực tiếp (qua mạch động lực) thiết bị điện Bộ khống chế điều khiển gián tiếp gọi khống chế từ hay khống chế huy Bộ khơng chế điều khiển trực tiếp cịn gọi khống chế động lực Bộ khống chế khí cụ đóng - cắt đồng thời nhiều mạch (điều khiển điều khiển lẫn động lực) nhờ tay quay hay vô lăng quay để điều khiển trình mở máy, điều chỉnh tốc độ, đảo chiều, hãm điện Bộ khống chế chia theo dòng điện chiều xuay chiều tuỳ theo cấu tạo cịn có khống chế hình trống hay khống chế hình cam Hình 1.14 Bộ khống chế hình trống: a Cấu tạo, b Sơ đồ tiếp điểm Hình 1.14 trình bày nguyên lý cấu tạo khống chế hình trống, tang trống1 có trục quay đựơc quay vị trí nhờ vơ lăng Trên tang trống có gắn đoạn vành trượt (vành tiếp xúc động) Các vành vối với nối Do mà má đồng tiếp xúc tĩnh gắn 11 nối liền mạch qua hai vành tiếp xúc động góc quay tương ứng Vị trí quay đĩa chia độ cố định 12 Sơ đồ nối tiếp điểm cho hình 1.14b Các dấu chấm rõ vị trí khống chế mà tiếp điểm tương ứng nối thông Những tiếp điểm khơng có dấu chấm tiếp điểm bị mở Ví dụ như: hình 1.14b tiếp điểm 9.10 nối thơng vị trí 3,0,1,2,3‘ Bộ khống chế hình trống có kết cấu cồng kềnh, phức tạp chương trình đóng ngắt tiếp điểm khơng thay đổi Bộ khống chế hình cam khắc phục phần nhược điểm Hình 1.15 cho kết cấu khống chế hình cam Bộ khống chế hình cam chồng đĩa cam có trục quay vng Các đĩa cam có biên Biên soạn: Trần Văn Chương - Đỗ Tuấn Khanh - Trần Thị Ngoạt Đề cương giảng Trang bị điện - điện tử dạng cam khác tuỳ theo chương trình đóng cắt Khi quay trục 4, đĩa cam tiếp xúc với bánh lăn Bánh lăn tỳ sát với đĩa cam nhờ lực ép lị xo thơng qua cần có trục quay Ở phần khuyết cam tiếp điểm động tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh mạch ab nối thông Ở phần lồi cam bánh lăn bị đẩy sang phải, nén lò xo hai tiếp điểm 1,2 rời xa nhau, mạch ab bị cắt Hình 1.15 khống chế hình cam Bộ khống chế hình cam có tần số đóng cắt lớn (vài ngàn lần/giờ) khống chế hình trống (vài trăn lần/giờ) thao tác dứt khốt khống chế hình trống lực tiếp xúc khoẻ Lựa chọn khống chế phải vào điện áp định mức mạch thao tác quan trọng dòng điện cho phép qua tiếp điểm chế độ làm việc liên tục ngắn hạn lặp lại(liên quan đến tần số đóng - cắt/giờ) Trị số dịng điện tiếp điểm khống chế động lực thường chọn với hệ số dự trữ 1,2 dòng điện chiều: Và 1,3 dòng xoay hiều: I 1,2 I 1,3 P 10 , ( A) U P 3U 10 , ( A) Trong P cơng suất động điện (kW), U điện áp định mức nguồn cung cấp 1.2.5 Cơng tắc tơ Cơng tắc tơ khí cụ điện điều khiển từ xa dùng để đóng cắt mạch điện động lực điện áp tới 500V dịng điện tới vài trăm, vài nghìn A Tuỳ theo dịng điện sử dụng, cơng tác tơ chia loại chiều loại xoay chiều Phần tử công tác tơ cuộn hút điện từ K hệ thốgn tiếp điểm Khi cuộn K có điện, lò xo kéo cần C mở tiếp điểm động lực (tiếp điểm chính)a,b,c tiếp điểm phụ 1, đóng tiếp điểm phụ Các tiếp điẻm 1, a,b,c, gọi tiếp điểm thường mở Tiếp điểm gọi tiếp điểm thường đóng Biên soạn: Trần Văn Chương - Đỗ Tuấn Khanh - Trần Thị Ngoạt Đề cương giảng Trang bị điện - điện tử Khi cấp điện cho cuộn K, miếng sắt Fe bị hút, kéo lị xo LX cần C đóng tiếp điểm a,b, mở tiếp điểm Tuỳ theo mục đích sử dụng mà tiếp điểm nối vào mạch lực hay mạch điều khiển cách thích hợp Hình 1.16 Ngun lý cấu tạo công tắc tơ 1.3 Rơ le: Rơ le loại khí cụ điện dùng để đóng – cắt mạch điều khiển, mạch bảo vệ, để liên kết khối điều khiển khác nhau, thực thao tác lơgic theo q trình cơng nghệ Rơ le có nhiều loại với nguyên lý làm việc chức khác Các rơ le phân loại theo số cách sau: - Theo nguyên lý làm việc có: Rơ le điện từ, rơ le từ điện, rơ le điện động, rơ le cảm ứng, rơ le nhiệt, rơle quang, rơ le điện tử - Theo đại lượng điện đầu vào có: Rơle dịng điện, rơ le điện áp, rơ le công suất, - rơ le tổng trở, rơ le tần số, rơle lệch pha Theo địn điện có rơle chiều, rơle xoay chiều Theo nguyên lý tác động cấu chấp hành có: rơle tiếp điểm rơle khơng tiếp điểm Theo trị số chiều đại lượng đầu vào có: rơle cực đại, rơle cực tiểu, rơle sai lệch, rơle hướng - Theo cách mắc có cầu thu(một cuộn hút rơle điện từ) vào mạch, rơ le chia ra: rơle sơ cấp (cơ cấu thu nối thẳng vào mạch)và rơle thứ cấp (cơ cấu thu nối vào mạch qua biến áp,biến dòng hay điện trở) 1.3.1 Rơle điện từ Rơle điện tử loại rơle đơn giản dùng rộng rãi Rơle làm việc dựa nguyên lý điện từ kết cấu, tương tự cơng tắc tơ đóng, cắt mạch điện điều khiển, không trực tiếp dùng mạch lực Hình 1.17a trình bày nguyên lý kết cấu rơle điện từ chiều kiểu lề Cuộn nam châm điện quấn quanh lõi sắt Hai đầu dây cuộn nối hai chấu cắm Biên soạn: Trần Văn Chương - Đỗ Tuấn Khanh - Trần Thị Ngoạt 10