Giáo trình khí cụ điện (nghề điện công nghiệp trung cấp)

SỞ GIAO THÔNG VẬN TẢI NAM ĐỊNH TRƯỜNG TRUNG CẤP GIAO THƠNG VẬN TẢI GIÁO TRÌNH MƠN HỌC/MƠ ĐUN: KHÍ CỤ ĐIỆN NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN CƠNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP ( Lưu hành nội bộ) Ban hành kèm theo Quyết định số: 136 /QĐ-TTCGTVT ngày 07 tháng 05 năm 2021 Hiệu trưởng trường Trung cấp GTVT Nam Định Nam Định, năm 2021 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu thuộc loại sách giáo trình nên nguồn thơng tin phép dùng ngun 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 - Môn học Khí cụ điện mơn học bắt buộc chương trình đào tạo Trung cấp nghề Điện cơng nghiệp Tài liệu “Khí cụ điện ” biên soạn theo nội dung chương trình chi tiết mơn “Khí cụ điện” đào tạo trình độ Trung cấp nghề Điện cơng nghiệp - Tài liệu nhằm cung cấp kiến thức khái niệm, cấu tạo, nguyên lý, cách lựa chọn cách sửa chữa, bảo dưỡng sai hỏng thường gặp khí cụ điện thường dùng hệ thống điện điều khiển máy điện - Nội dung tài liệu gồm Bài : Khái niệm khí cụ điện Bài 2: Khí cụ điện đóng cắt Bài 3: Khí cụ điện bảo vệ Bài 4: Khí cụ điện điều khiển - Mặc dù cố gắng trình biên soạn, chắn tài liệu không tránh khỏi khiếm khuyết Tác giả mong nhận góp ý trân thành bạn đọc để tài liệu hoàn thiện Nam Định, ngày 28 tháng 03 năm 2021 Tham gia biên soạn Chủ biên soạn: Đồn Cơng Danh Thành viên tham gia: Nguyễn Công Ánh MỤC LỤC TRANG Lời giới thiệu Mục lục Mơ đun khí cụ điện Bài KHÁI NIỆM VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN Khái niệm khí cụ điện 6 Phân loại cơng dụng khí cụ điện 21 Bài 2: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐĨNG CẮT 24 2.1 Câu dao 24 2.2 Công tắc Nút nhấn 28 10 2.3 Dao cách ly 33 11 2.4 Máy cắt điện 36 12 2.5 Áptơmát 41 13 Bài 3: KHÍ CỤ ĐIỆN BẢO VỆ 47 14 3.1 Nam châm điện 47 15 3.2 Rơle điện từ 51 16 3.3 Rơle nhiệt 55 17 3.4 Cầu chì 60 18 3.5 Thiết bị chống dòng điện rò 66 19 3.6 Máy biến áp đo lường 71 20 Bài 4: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN 75 21 4.1 Contactor 75 22 4.2 Khởi động từ 89 23 4.3 Rơle trung gian rơ le tốc độ 81 24 4.4 Rơle thời gian 83 25 4.5 Bộ khống chế 86 26 Các thuật ngữ chuyên môn 92 27 Tài liệu tham khảo 93 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: Khí cụ điện Mã mơn học: MH12 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học/mơ đun: - Vị trí: Mơ đun học sau mơn học: An tồn lao động; Mạch điện, học song song với mơn học Vật liệu điện - Tính chất: mơn học kỹ thuật sở - Ý nghĩa vai trò môn học: Nội dung môn học nhằm trang bị cho học viên kiến thức kỹ cần thiết cấu tạo, nguyên lý làm việc, đặc tính kỹ thuật ứng dụng, nắm tượng, nguyên nhân hư hỏng cách sữa chữa số khí cụ điện nhằm ứng dụng có hiệu ngành nghề Mục tiêu mô đun Sau học xong mô đun này, học viên có lực: - Về kiến thức: + Nhận dạng phân loại khí cụ điện +Trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động loại khí cụ điện - Về kỹ năng: + Sử dụng thành thạo loại khí cụ điện + Tính, chọn loại khí cụ điện - Năng lực tự chủ chịu trách nhiệm: Rèn luyện tính cẩn thận, xác, ham học hỏi Nội dung mơn học: BÀI 1: KHÁI NIỆM VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN Mã bài: M12-01 Khái niệm khí cụ điện: Giới thiệu : Cùng với phát triển ngành công nghiệp điện thiết bị điện dân dụng, điện công nghiệp khí cụ điện sử dụng ngày tăng lên khơng ngừng Chất lượng khí cụ điện không ngừng cải tiến nâng cao với phát triển cơng nghệ Vì địi hỏi người công nhân làm việc ngành, nghề đặc biệt nghề điện phải hiểu rõ yêu cầu, nắm vững sở lý thuyết khí cụ điện Làm sở để nắm vững cấu tạo, nguyên lý làm việc ứng dụng loại khí cụ điện để khơng ngừng nâng cao hiệu kinh tế tiết kiệm điện sử dụng Nội dung môn học nhằm trang bị cho học viên kiến thức cần thiết sở lý thuyết khí cụ điện nhằm ứng dụng có hiệu ngành nghề Mục tiêu: - Nêu khái niệm, công dụng loại khí cụ điện - Hiểu cách tiếp xúc điện, cách tạo hồ quang điện dập tắt hồ quang điện - Rèn luyện tính nghiêm túc học tập thực cơng việc Nội dung chính: 1.1 Khái niệm 1.1.1 Định nghĩa Khí cụ điện thiết bị dùng để đóng, cắt, điều khiển, điều chỉnh bảo vệ lưới điện, mạch điện, máy điện máy móc sản xuất Ngồi dùng để kiểm tra điều chỉnh q trình khơng điện khác 1.1.2 Các u cầu khí cụ điện Khí cụ điện phải thỏa mãn yêu cầu sau: + Khí cụ điện phải đảm bảo sử dụng lâu dài với thông số kỹ thuật định mức Nói cách khác dịng điện qua vật dẫn không vượt trị số cho phép khơng làm nóng khí cụ điện nhanh hỏng + Khí cụ điện ổn định nhiệt ổn định điện động Vật liệu phải chịu nóng tốt có cường độ khí cao q tải hay ngắn mạch, dịng điện lớn làm khí cụ điện hư hỏng biến dạng + Vật liệu cách điện phải tốt để xẩy điện áp phạm vi cho phép khí cụ điện khơng bị chọc thủng + Khí cụ điện phải đảm bảo làm việc xác, an tồn song phải gọn nhẹ, rẻ tiền, dễ gia công, dễ lắp ráp, kiểm tra sữa chữa + Ngoài khí cụ điện phải làm việc ổn định điều kiện môi trường yêu cầu 1.2 Sự phát nóng khí cụ điện 1.2.1 Khái niệm Dịng điện chạy vật dẫn làm khí cụ điện nóng lên (theo định luật Jun-Lenxơ) Nếu nhiệt độ vợt giá trị cho phép, khí cụ điện nhanh hỏng, vật liệu cách điện nhanh hoá già độ bền khí giảm nhanh chóng Nhiệt độ cho phép phận khí cụ điện cho bảng sau:(bảng 1.1) Bảng 1-1: Cấp cách Nhiệt độ Các vật liệu cách điện chủ yếu điện cho phép (0C) 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 đồng hợp kim đồng 110 Tiếp xúc trượt đồng hợp kim đồng 120 Tiếp xúc má bạc 110 Vật không dẫn điện không bọc cách điện Y 90 Giấy, vải sợi, lụa, phíp, cao su, gỗ 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, loại sơn cách điện có dầu làm khô E 120 Nhựa tráng polivinylphocman, poliamit, eboxi Giấy ép vải có tẩm nha phenolfocmandehit (gọi chung bakelit giấy) Nhựa melaminfocmandehit có chất độn xenlulo Vải có tẩm poliamit Nhựa poliamit, nhựa phênol - phurol có độn xenlulo B 130 Nhựa polieste, amiăng, mica, thủy tinh có chất độn Sơn cách điện có dầu làm khơ, dùng phận khơng tiếp xúc với khơng khí Sơn cách điện alkit, sơn cách điện từ nhựa phenol Các loại sản phẩm mica (micanit, mica màng mỏng) Nhựa phênol-phurol có chất độn khống Nhựa eboxi, sợi thủy tinh, nhựa melamin focmandehit, amiăng, mica,hoặc thủy tinh có chất độn F 155 Sợi amiăng, sợi thủy tinh khơng có chất kết dính H 180 Xilicon, sợi thủy tinh, mica có chất kết dính C Trên 180 Mica khơng có chất kết dính, thủy tinh, sứ Politetraflotilen, polimonoclortrifloetilen Tùy theo chế độ làm việc mà khí cụ điện phát nóng khác Có ba chế độ làm việc: làm việc dài hạn, làm việc ngắn hạn làm việc ngắn hạn lặp lại 1.2.2 Chế độ ngắn hạn lặp lại: Ở chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại thường dùng hệ số thơng dịng điện ĐL% Theo định nghĩa: Đ L% = t lv t 100 = lv 100 t lv + t ng T Trong đó: - tlv thời gian làm việc - tng thời gian nghỉ - T chu kỳ làm việc Độ chênh nhiệt  (còn gọi độ tăng nhiệt) hiệu nhiệt độ khí cụ điện mơi trường xung quanh:  =  −  Trong đó: -  : nhiệt độ khí cụ điện -  o: nhiệt độ môi trường xung quanh o o Các nước miền ôn đới quy định  o = 35 C Việt Nam quy định  o = 40 C Sự phát nóng tổn hao nhiệt định Đối với KCĐ chiều tổn hao đồng, KCĐ xoay chiều tổn hao đồng sắt Ngồi cịn có tổn hao phụ Nguồn phát nóng KCĐ là: dây dẫn có dịng điện chạy qua, lõi thép có từ thơng biến thiên theo thời gian Cầu chì, chống sét số KCĐ khác phát nóng hồ quang Ngồi cịn phát nóng tổn thất dịng điện xốy Bên cạnh q trình phát nóng có q trình tỏa nhiệt theo ba hình thức: truyền nhiệt, xạ đối lưu 1.2.3 Phát nóng vật thể đồng chất chế độ làm việc dài hạn  t  od t ođ 0 t1 t  t1 t Hình 1-1 Đường đặc tính phát nóng theo thời gian khí cụ điện chế độ dài hạn Chế độ làm việc dài hạn chế độ khí cụ làm việc thời gian t > t 1, t1 thời gian phát nóng khí cụ điện từ nhiệt độ mơi trường xung quanh đến nhiệt độ ổn định (hình 1-1) với phụ tải khơng đổi hay thay đổi Khi độ chênh lệch nhiệt độ đạt tới trị số định tôđ Một vật dẫn đồng chất, tiết diện đặn có nhiệt độ ban đầu nhiệt độ mơi trường xung quanh Giả thiết dịng điện có giá trị không đổi bắt đầu qua vật dẫn: Từ lúc vật dẫn tiêu tốn lượng điện để chuyển thành nhiệt làm nóng vật dẫn Lúc đầu, nhiệt tỏa mơi trường xung quanh mà chủ yếu tích lũy vật dẫn, nhiệt độ vật dẫn bắt đầu tăng dần lên sau thời gian đạt tới giá trị ổn định tôđ giữ giá trị Như nhiệt độ vật dẫn tăng nhanh theo thời gian đến lúc chậm dần đến ổn định Nhiệt lượng tiêu tốn khoảng thời gian dt theo định luật Jun-Lenxơ: Pdt = I Rdt , Ws Với: P - công suất tác dụng, W I - giá trị dòng điện hiệu dụng, A R - điện trở vật dẫn, W * Phương trình cân nhiệt là: Pdt = CMd + S dt Trong đó: CMd  : phần tích lũy đốt nóng vật dẫn aS  dt: phần toả môi trường xung quanh C: tỉ nhiệt vật dẫn M: khối lượng vật dẫn, kg  : độ chênh nhiệt độ (0C) so với môi trường xung quanh  : hệ số toả nhiệt W/m2, oC S: diện tích toả nhiệt vật dẫn, m2 1.1 Tiếp xúc điện Theo cách hiểu thông thường, chỗ tiếp xúc điện nơi gặp gỡ chung hai hay nhiều vật dẫn để dòng điện từ vật dẫn sang vật dẫn khác Bề mặt tiếp xúc vật dẫn gọi bề mặt tiếp xúc điện Tiếp xúc điện phần quan trọng khí cụ điện Trong thời gian hoạt động đóng mở, chỗ tiếp xúc phát nóng cao, mài mịn lớn va đập ma sát, đặc biệt hoạt động có tính chất hủy hoại hồ quang Tiếp xúc điện phải thỏa mãn yêu cầu sau: - Thực tiếp xúc chắn, đảm bảo - Sức bền khí cao - Khơng phát nóng q giá trị cho phép dòng điện định mức - Ổn định nhiệt điện động có dịng ngắn mạch qua - Chịu tác dụng môi trường xung quanh, nhiệt độ cao bị oxy hố Có ba loại tiếp xúc: - Tiếp xúc cố định: hai vật tiếp xúc không rời bulông, đinh tán - Tiếp xúc đóng mở: tiếp điểm khí cụ điện đóng mở mạch điện - Tiếp xúc trượt: Chổi than trượt cổ góp, vành trượt máy điện Lực ép lên mặt tiếp xúc bulơng hay lị 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 theo dạng có mặt phẳng lồi lõm nhỏ mà mắt thường thấy Tiếp xúc hai vật dẫn không thực toàn bề mặt mà có vài điểm tiếp xúc thơi Đó đỉnh có bề mặt cực bé để dẫn dịng điện qua Muốn tiếp xúc tốt phải làm mối tiếp xúc Sau thời gian định, bề mặt làm khơng khí bị phủ lớp oxy mối tiếp xúc vàng hay bạc, lớp oxy chậm phát triển Thông thường, bề mặt tiếp xúc làm giấy nhám mịn sau lau lại vải Nếu bề mặt tiếp điểm có dính mỡ dầu phải làm axêtơn 1.3.1 Điện trở tiếp xúc tiếp điểm: Có hai vật tiếp xúc nhau, diện tích tiếp xúc S, điện trở suất  chiều dài l (hình 1-2,a) Lúc điện trở hai vật dẫn tính bằng: Rl =  l S R() S I Vật dẫn Vật dẫn l/2 l/2 F(N) a - Hình dạng kích thước 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 - lực ép tăng Đường - lực ép giảm Khi dòng điện qua hai vật dẫn đó, điện trở tổng R lớn R hai mặt vật dẫn dù có làm đến xuất lớp oxy làm tăng điện trở gọi Rtx điện trở tiếp xúc hai vật dẫn Rtx tính: Rtx = R − R1 = k Fm Trong đó: + k - hệ số phụ thuộc vào r s (với s ứng suất biến dạng vật liệu hay gọi hệ số chống dập nát) đồng thời trạng thái mặt tiếp xúc + m - phụ thuộc vào dạng tiếp điểm số lượng điểm tiếp xúc + F- Lực ép lên tiếp điểm 10 Ngắn mạch dây dẫn chất lượng cách điện xấu ngắn mạch dây dẫn vịng dây quấn đặt giao mà khơng có lót cách điện Đứt dây quấn Điện áp tăng cao điện áp định mức cuộn dây Cách điện cuộn dây bị phá hỏng bị va đập khí Cách điện cuộn dây bị phá hủy cuộn dây bị q nóng tính tốn thơng số quấn lại sai điện áp cuộn dây bị nâng cao quá, lõi thép hút khơng hồn tồn, điều chỉnh khơng hành trình lõi thép Do nước êmunxi, muối, dầu, khí hóa chất…của môi trường xâm thực làm chọc thủng cách điện vịng dây 4.1.5 Sửa chữa khí cụ điện điều khiển Biện pháp sửa chữa: Lựa chọn khí cụ điện cho cơng suất dịng điện, điện áp chế độ làm việc tương ứng Kiểm tra sửa chữa nắn thẳng, phẳng giá đỡ tiếp điểm, điều chỉnh cho trùng khớp hoàn toàn tiếp điểm động tỉnh Contactor Kiểm tra lại lò xo tiếp điểm động xem có bị méo, biến dạng hay đặt lệch tâm khỏi chốt giữ Phải điều chỉnh lực ép tiếp điểm (có thể dùng lực kế để kiểm tra) Thay tiếp điểm kiểm tra thấy tiếp điểm bị mòn bị rỗ cháy hỏng nặng Đặc biệt điều kiện làm việc có đảo chiều hay hãm ngược, tiếp điểm thường hư hỏng mài mòn nhanh đặc biệt tiếp điểm động Kiểm tra loại trừ nguyên nhân bên gây hư hỏng cuộn dây quấn lại cuộn dây theo mẫu tính tốn lại cuộn dây điện áp công suất tiêu thụ yêu cầu Khi quấn lại cuộn dây, cần làm công nghệ kỹ thuật quấn dây, yếu tố quan trọng để đảm bảo độ bền tuổi thọ cuộn dây 4.2 Khởi động từ: 4.2.1 Cấu tạo: Khởi động từ khí cụ điện điều khiển gián tiếp từ xa Được ứng dụng mạch điện: Khởi động động cơ; đảo chiều quay động có bảo vệ tải cho động nguyên lý rơle nhiệt Có thể hiểu cách đơn giản: Khởi động từ thiết bị hợp thành Contactor thiết bị bảo vệ chuyên dùng (thường rơle nhiệt) để đóng cắt cho động cho mạch điện có cố Căn vào điều kiện làm việc Khởi động từ Trong chế tạo người ta thường dùng kết cấu tiếp điểm bắc cầu (có chỗ ngắt mạch pha cỡ nhỏ 25A Không cần dùng thiết bị dập hồ quang Kết cấu Khởi động từ bao gồm phận: Tiếp điểm động chế tạo kiểu bắc cầu có lị xo nén tiếp điểm để tăng lực tiếp xúc tự phục hồi trạng thái ban dầu Giá đỡ tiếp điểm làm đồng thau, tiếp điểm thường làm bàng bột gốm kim loại Nam châm điện chuyển động thường có mạch từ hình E – I, gồm lõi thép tĩnh lõi thép phần ứng (động) nhờ có lị xo Khởi động từ tự vị trí ban đầu Vòng chập mạch đặt đầu mút mạch rẽ lõi thép tĩnh, lõi thép phần 79 ứng nam châm điện lắp liền với giá đỡ động cách điện có mang tiếp điểm động lo xo tiếp điểm Giá đỡ cách điện thường làm bakêlít chuyển động rãnh dẫn hướng thân nhựa đúc Khởi động từ 4.2.2 Tính chọn lắp đặt: Hiện động điện KĐB pha rơto lồng sóc có cơng suất từ (0,6  100) KW sử dụng rộng rãi nước ta Để vận hành chúng người ta dùng Khởi động từ Do để việc lựa chọn Khởi động từ thuận tiện nhà sản xuất cho biết dòng điện định mức Khởi động từ cho công suất động điện mà Khởi động từ điều khiển ứng với cấp điện áp khác Đôi cịn hướng dẫn cơng suất lớn cơng suất nhỏ động điện mà Khởi động từ làm việc điện áp định mức khác Cũng theo trị số dòng điện định mức động điện chế độ làm việc mà chọn Khởi động từ Khởi động từ lựa chọn theo điều kiện định mức tiếp điểm Contactor, điện áp định mức cuộn dây hút chế độ bảo vệ rơle nhiệt lắp khởi động từ Iđm KĐT  Iđm UKĐT = Ulưới Do yêu cầu giảm chấn động đảm bảo độ tin cậy làm việc khởi động từ cần ý điều kiện lắp đặt: Lắp chiều qui định tư làm việc khởi động từ Gá lắp cứng vững, không gây rung động đóng cắt Đảm bảo hoạt động linh hoạt cấu khí, khởi động từ kép có khóa chéo địn gánh khí Đảm bảo độ tiếp điểm, rãnh trượt nắp tự động để chống tiếp xúc hở mạch từ (cuộn hút tải bị nóng cháy) Trước sử dụng Contactor khởi động từ, cần thiết phải kiềm tra thông số điều kiện phụ tải phải phù hợp với yêu cầu nêu 4.2.3 Độ bền điện tiếp điểm: Độ bền chịu mài mòn điện tiếp điểm định tuổi thọ tiếp điểm, yếu tố để ảnh hưởng đến mài mòn tiếp điểm là: Kết cấu tiếp điểm thân Contactor Công nghệ sản xuất tiếp điểm Quá trình sử dụng, vận hành, bảo quản sữa chữa Một yếu tố khách quan để đảm bảo tuổi thọ cho Contactor khởi động từ phải đảm bảo phạm vi sử dụng vận hành bảo quản sữa chữa Nhất khởi động từ làm việc chế độ khắc nghiệt (môi trường nhiều bụi bẩn, nhiều khí ăn mịn hóa học, động khởi động đóng ngắt liên tục ) 4.2.4 Đặc tính kỹ thuật ứng dụng Khởi động từ có tuổi thọ cao đạt từ triệu đến triệu lần thao tác Khởi động từ điều khiển động điện từ (0,6  810) KW làm việc tin cậy điện áp lưới giới hạn từ (85  105)% Uđm Khi điện áp lưới hạ thấp đến (35  40)% trị số định mức Khởi động từ ngắt tin cậy 80 Khởi động từ sử dụng rộng rãi để điều khiển từ xa việc đóng, cắt đảo chiều quay động điện KĐB rơto lồng sóc 4.3 Rơle trung gian rơ le tốc độ 4.3.1 Rơ le trung gian: Rơle trung gian khí cụ điện dùng để khuếch đại gián tiếp tín hiệu tác động mạch điều khiển hay bảo vệ Trong mạch điện, rơle trung gian thường nằm hai rơle khác (vì điều nên có tên trung gian) a Cấu tạo: Cuộn dây hút rơle trung gian thường cuộn dây điện áp khơng có khả điều chỉnh giá trị điện áp Do vậy, yêu cầu quan trọng rơle trung gian độ tin cậy tác động Phạm vi giá trị điện áp làm việc rơle trung gian thường Uđm +15% Hệ thống tiếp điểm phụ thuộc vào loai rơ le có tiếp điểm phụ khơng có tiếp điểm chính, tiếp điểm thường nhỏ giống b Nguyên lý hoạt động: Nguyên lý hoạt động rơ le trung gian dựa nguyên lý điện từ Khi đưa điện áp xoay chiều thích hợp vào hai đầu cuộn dây rơ le phần cảm hút phần ứng làm đóng, mở hệ thống tiếp điểm Khi cắt dịng điện cuộn dây ro le tiếp điểm trở trạng thái ban đầu Bộ tiếp xúc (hệ thống tiếp điểm) rơle trung gian thường có số luợng tương đối lớn, thường lớn nhiều so với rơle dòng điện, rơle điện áp loại rơle khác Rơle trung gian làm việc mạch điều khiển nên có tiếp điểm phụ mà khơng có tiếp điểm Cường độ dòng điện qua tiếp điểm c Tính chọn ro le trung gian: Khi tính chọn rơ le trung gian ta cần ý điểm sau: - Điện áp định mức rơ le: Uđm = Umạng - Dòng điện định mức: Iđm role > Itt ( Itt dịng điện tính tốn mạch) - Số lượng tiếp điểm - Loại tiếp điểm thường đóng thường mở - Cắn vào nhu cầu sử dụng kết hợp với điểm để chọn loại rơ le có thơng số thích hợp d Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng: Hư hỏng tiếp điểm: Nguyên nhân: Lực ép tiếp điểm không đủ Giá đỡ tiếp điểm không phẳng, cong, vêng Bề mặt tiếp điểm bị oxy hóa xâm thực môi trường làm việc Do hậu việc xuất dòng điện ngắn mạch dây pha với đất phía sau rơ le Hư hỏng cuộn dây: Nguyên nhân: Ngắn mạch cục vòng dây cách điện xấu 81 Ngắn mạch dây dẫn chất lượng cách điện xấu ngắn mạch dây dẫn vịng dây quấn đặt giao mà khơng có lót cách điện Đứt dây quấn Điện áp tăng cao điện áp định mức cuộn dây Cách điện cuộn dây bị phá hỏng va đập khí Hư hỏng chân cắm vào đế rơ le Nguyên nhân: Do người sử dụng không cẩn thận tháo, lắp rơ le khỏi đế rơ le Do chân rơ le bị cong nên không khớp với lỗ đế e Sửa chữa rơ le: Biện pháp sửa chữa: - Lựa chọn rơ le phải dòng điện, điện áp chế độ làm việc tương ứng - Kiểm tra sửa chữa nắn thẳng, phẳng giá đỡ tiếp điểm, điều chỉnh cho trùng khớp hoàn toàn tiếp điểm động tĩnh rơ le - Kiểm tra lại độ đàn hồi giá đỡ tiếp điểm để đảm bảo lực ép lên tiếp điểm - Kiểm tra loại trừ nguyên nhân bên gây hư hỏng cuộn dây quấn lại cuộn dây theo mẫu tính tốn lại cuộn dây điện áp công suất tiêu thụ yêu cầu - Khi quấn lại cuộn dây, cần làm cơng nghệ kỹ thuật quấn dây, yếu tố quan trọng để đảm bảo độ bền cuộn dây 4.3.2 Rơle tốc độ: a Cấu tạo: Rơle tốc độ dùng nhiều mạch điện hãm ngược động không đồng bộ, nguyên lý cấu tạo hình vẽ 1 Trục Rơle Nam châm vĩnh cửu ống trụ quay tự Thanh dẫn Cần đẩy Hệ thống tiếp điểm Thanh thép đàn hồi 10 Tiếp điểm N S   10 Hình 4.5: Nguyên lý cấu tạo rơle tốc độ PKC Trục rơle tốc độ nối đồng trục với rôto động với máy cần khống chế Trên trục có lắp nam châm vĩnh cửu làm hợp kim Fe - Ni có dạng hình trụ trịn Bên ngồi nam châm có trụ quay tự làm thép mỏng ghép lại, mặt trụ có xẻ rãnh đặt dẫn ghép mạch với giống rơto lồng sóc Trụ quay tự do, trụ có lắp tiếp điểm động 10 82 b Nguyên lý hoạt động: Khi động điện máy quay, trục quay theo làm quay nam châm 2, từ trường nam châm cắt dẫn cảm ứng sức điện động dịng điện cảm ứng lồng sóc, sinh momen làm trụ quay theo chiều quay động Khi trụ quay, cần đẩy tùy theo hướng quay rơto động điện mà đóng (hoặc mở ) hệ thống tiếp điểm thông qua thép đàn hồi Khi tốc độ động giảm xuống gần không, sức điện động cảm ứng giảm tới mức làm mômen không đủ để cần đẩy thép Hệ thống tiếp điểm trở vị trí bình thường 4.4 Rơle thơi gian: 4.4.1 Cấu tạo rơ le thời gian điện từ: Rơle thời gian khí cụ tạo trì hỗn hệ thống tự động Việc trì thời gian cần thiết truyền tín hiệu từ rơle đến rơle khác yêu cầu cần thiết hệ thống tự động điều khiển Rơle thời gian hệ thống bảo vệ tự động thường dùng để trì thời gian tải, thiếu áp giới hạn thời gian cho phép Về cấu tạo, rơle thời gian điện từ chiều khác với rơle thời gian điện từ xoay chiều Do vậy, nguyên tắc tác động, chúng khác Đối với rơle thời gian xoay chiều thường hợp rơle dòng điện, rơle điện áp rơle trung gian (nhiều rơle trung gian) với cấu thời gian Các cấu thời gian cấu khí, cấu khí nén, cấu lò xo kiểu đồng hồ Ngày nay, cấu thời gian Board mạch điện tử phức tạp Đối với rơle thời gian chiều, thường dùng theo nguyên lý cảm ứng điện từ để tạo cấu trì thời gian Thường cấu ống đồng để chống lại suy giảm từ thông mạch từ theo định luật cảm ứng điện từ Việc điều chỉnh thời gian trì rơle thời gian thường thực cấu thời gian, mà không chỉnh định đại lượng tác động Ngày nay, rơle thời gian cấu tạo với cấu trúc điện tử phức tạp kết hợp với rơle trung gian Có hai loại ứng dụng rộng rãi thực tế: Hình 4.6: Cấu tạo rơle thời gian kiểu điện từ cuộn dây ống đồng ngắn mạch Nắp phần ứng Lò xo Vít điều chỉnh Tiếp điểm Lá đồng điều chỉnh khe hở 83 4.4.2 Nguyên lý hoạt động rơle thời gian kiểu điện từ: Lõi thép hình chử U, bên phải quấn cuộn dây (1), bên trái ống đồng ngắn mạch Khi đưa điện áp vào đầu cuộn dây tạo nên từ thông  mạch sinh lực từ nắp (3) hút chặt vào phần cảm làm hệ thống tiếp điểm(6) đống lại Khi cuộn dây điện, từ thông  giảm dần Trong ống đồng xuất dịng điện cảm ứng tạo nên từ thơng chống lại giảm từ thông  ban đầu Kết từ thông tổng mạch không bị triệt tiêu sau điện Do từ thông mạch cịn nên tiếp điểm trì trạng thái đóng thêm khoảng thời gian mở Vít (5) dùng điều chỉnh độ căng lị xo, đồng mỏng (7) dùng điều chỉnh khe hở nắp phần cảm Hai phận có tác dụng điều chỉnh thời gian tác động Rơle 4.4.3 Giới thiệu số rơle thời gian điện tử * On-delay: Trì hoản thời gian đóng mạch Hình 4.7 Một số dạng On-delay hảng ANLY - Đài Loan Tóm tắt nguyên lý làm việc Timer On-delay: - Khi đặt vào cuộn dây Timer On-delay (Board mạch điện tử Chân 7, hình 4-10) điện áp định mức: + Các tiếp điểm thường (1-3 1-4, hình 4.10) Timer thay đổi trạng thái tức thời (giống tiếp điểm rơle điện từ), 1-3 đóng lại 1-4 mở + Các tiếp điểm Timer (8-5 8-6, hình 4.10) sau khoảng thời gian (bằng khoảng thời gian chỉnh định chọn trước, tính từ lúc cuộn dây có điện) thay đổi trạng thái, 8-5 mở 8-6 đóng lại - Sau tiếp điểm Timer chuyển trạng thái, hệ thống hoạt động bình thường - Khi ta ngưng cấp điện cho cuộn dây Timer Các tiếp điểm trở trạng thái ban đầu (như hình 4.10) Cách kiểm tra Timer: - Chỉnh Timer 10s - Cho điện áp định mức vào đầu cuộn dây, Timer có đèn LED sáng: + Dùng VOM đo thông mạch: • Đo chân 8-5 (kêu) chân 8-6 (khơng kêu): Chưa kết luận 84 • Nếu ngược lại 8-5 (không kêu), 8-6 (kêu) 8-5 (kêu), 8-6 (kêu) 8-5 (không kêu), 8-6 (không kêu): Hư + Sau 10s (trên Timer có LED sáng), dùng thơng mạch đo lại, nếu: • 8-5 (kêu), 8-6 (khơng kêu): Hư • 8-5 (khơng kêu), 8-6 (kêu): Tốt * Off-delay: Trì hỗn thời gian mở mạch Hình 4.8 Một số dạng OFF-delay hảng ANLY - Đài Loan Tóm tắt nguyên lý làm việc Timer Off-delay: - Khi đặt vào cuộn dây Timer On-delay (Board mạch điện tử Chân 7, hình 4.12) điện áp định mức: + Các tiếp điểm thường (1-3 1-4, hình 4.12) Timer thay đổi trạng thái tức thời (giống tiếp điểm rơle điện từ), 1-3 đóng lại 1-4 mở + Các tiếp điểm Timer (8-5 8-6, hình 4.12) thay đổi trạng thái tức thời, 85 mở 8-6 đóng lại Timer hoạt động bình thường - Khi ta ngưng cấp điện cho cuộn dây Timer Các tiếp điểm thường (1-3 1-4) trở trạng thái ban đầu tiếp điểm Timer trạng thái làm việc khoảng thời gian thời gian chỉnh định trở trạng thái ban đầu (như hình 4.12) * Ký hiệu: 85 4.4.4 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng Hiện tượng hư hỏng: - Hư hỏng tiếp điểm thường tiếp điểm thời gian bị ngắn mạch phía sau rơ le - Các tiếp điểm thời gian hoạt động không bị nổ đứt bo mạch điện tử đến chân hư hỏng bo mạch điện tử 4.5 Bộ khống chế 4.5.1 Công dụng phân loại: * Công dụng: Trong máy móc cơng nghiệp người ta sử dụng rộng rãi khơng chế để làm khí cụ điều khiển thiết bị điện Bộ không chế chia làm khống chế động lực (còn gọi tay trang) để điều khiển trực tiếp khống chế huy để điều khiển gián tiếp Bộ khống chế loại thiết bị chuyển đổi mạch điện tay gạt hay vô lăng quay Điều khiển trực tiếp gián tiếp từ xa thực chuyển đổi mạch phức tạp để điều khiển khởi động, điều chỉnh tốc độ, đảo chiều, hãm điện máy điện thiết bị điện Bộ khống chế động lực (còn gọi tay trang) dùng để điều khiển trực tiếp động điện có cơng suất bé trung bình chế độ làm việc khác nhằm đơn giản hoá thao tác cho người vận hành Bộ khống chế huy dùng để điều khiển gián tiếp động điện có cơng suất lớn, chuyển đổi mạch điện điều khiển cuộn dây cơng tắc tơ, khởi động từ Đơi dùng đóng cắt trực tiếp động điện có cơng suất bé, nam châm điện thiết bị điện khác Bộ khống chế huy truyền động tay động chấp hành Bộ khống chế động lực dùng để thay đổi trị số điện trở đấu mạch điện Về nguyên lý khống chế huy khơng khác khống chế động lực Chỉ có hệ thống tiếp điểm bé, nhẹ, nhỏ sử dụng mạch điều khiển * Phân loại: ❖ Theo kết cấu người ta chia khống chế làm khống chế hình trống khống chế hình cam ❖ Theo nguyên lý sử dụng người ta chia khống chế làm khống chế điện xoay chiều khống chế điện chiều 4.5.2 Cấu tạo nguyên lý hoạt động khống chế hình trống Trên trục bọc cách điện người ta bắt chặt đoạn vành trượt đồng có cung dài làm việc khác Các đoạn dùng làm vành tiếp xúc động xếp góc độ khác Một vài đoạn vành nối điện với sẵn bên Các tiếp xúc tĩnh có lị xo đàn hồi (cịn gọi chổi tiếp xúc) kẹp chặt cán cố định bọc cách điện chổi tiếp xúc tương ứng với đoạn vành trượt phận quay Các chổi tiếp xúc có vành cách điện với nối trực tiếp với mạch điện bên Khi quay trục đoạn vành trượt tiếp xúc mặt với chổi tiếp xúc thực chuyển đổi mạch cần thiết mạch điều khiển 86 Hình 4.9: Bộ khống chế hình trống a Hình dạng chung b Bộ phận bên Trục quay Vành trượt đồng Các tiếp xúc tỉnh Trục cố định 4.5.3 Cấu tạo nguyên lý hoạt động khống chế hình cam: Hình dạng chung khống chế hình cam trình bày hình vẽ 4.10 Trên trục quay người ta bắt chặt hình cam Một trục nhỏ có vấu có lị xo đàn hồi ln ln đẩy trục vấu tỳ hình cam Các tiếp điểm động bắt chặt giá tay gạt, trục quay, làm xoay hình cam 2, trục nhỏ có vấu khớp vào phần lõm hay phần lồi hình cam, làm đóng mở tiếp điểm Hình 4.10: Bộ khống chế hình cam Trục quay Các tiếp điểm tĩnh Hình cam Các tiếp điểm động Trục nhỏ có vấu Lị xo đàn hồi 87 4.5.4 Một số thông số kỹ thuật khống chế Bộ khống chế hình cam có tần số thao tác lớn nhiều so với khống chế hình trống (hơn 1000 lần / giờ), khống chế động điện xoay chiều chiều công suất lớn (tới 200 kW) Tiếp điểm động tiếp xúc dạng lăn, dùng rộng rãi khống chế công suất lớn, cặp tiếp điểm cịn có hộp dập hồ quang Bộ khống chế hình trống tần số thao tác bé tiếp điểm động tĩnh có hình dạng tiếp xúc trượt dễ bị mài mịn Các thông số định mức khống chế động lực kiểu cho hệ số thông điện ĐL% = 40% tần số thao tác không lớn 600 lần / Các khống chế động lực để điều khiển động điện xoay chiều ba pha rơto dây quấn có cơng suất 100 kW (ở 380V), động điện chiều có cơng suất 80 kW (ở 440V), có trọng lượng xấp xỉ 90 kg Các khống chế cỡ bé dùng để điều khiển động điện xoay chiều có cơng suất bé (11- 30)kW có trọng lượng xấp xỉ 30 kg Bộ khống chế huy sản xuất ứng với điện áp 500V, tiếp điểm có dịng điện làm việc liên tục đến 10A, dòng điện ngắt chiều phụ tải điện cảm đến 1,5A điện áp 220V 4.5.5 Tính chọn khống chế Để lựa chọn khơng chế ta vào: - Dịng điện cho phép qua tiếp điểm chế độ làm việc liên tục chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại (tần số thao tác giờ) - Điện áp định mức nguồn cung cấp Khi chọn dòng điện I qua tiếp điểm ta vào công suất định mức (Pđm ) động tính I theo cơng thức: + Đối với động điện chiều I = 1,2 Pdm 10 , A U Trong đó: - Pđm công suất động điện chiều, kW - U điện áp nguồn cung cấp V + Đối với động điện xoay chiều: I = 1,3 Pdm 3U 10 , A Trong đó: - Pđm công suất động điện xoay chiều, kW - U điện áp nguồn cung cấp V - Dòng điện định mức khống chế hình trống có cấp:25; 0; 50; 100; 150; 300A làm việc liên tục dài hạn Còn làm việc ngắn hạn lặp lại dịng điện định mức chọn cao Khi tăng tần số thao tác ta phải chọn dung lượng khống chế cao Khi điện áp nguồn thay đổi, dung lượng khống chế thay đổi theo, chẳng hạn khống chế có dung lương 100kW điện áp 220V, sử dụng điện áp 380V dùng tới cơng suất 60kW 4.5.6 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng + Bộ khống hình trống: 88 Hư hỏng vành trượt đồng: ma sát bề mặt, bụi bẩn, bị cong, vênh, bị cháy, bị dính … Hư hỏng trục quay vít bị chờn, bị hỏng ren … Hư hỏng tiếp xúc tĩnh ma sát bề mặt với vành trượt đồng, bụi bẩn, tính đàn hồi … Hư hỏng trục tiếp xúc tĩnh bị tác động môi trường, nhiệt độ làm việc, cách điện bị già hóa + Bộ khống chế hình cam: Hư hỏng tiếp điểm tĩnh tiếp điểm động: bị cháy, bị dính, bị cong, bị vênh khơng trùng khớp tiếp điểm động tiếp điểm tĩnh … Hư hỏng bề mặt tiếp xúc hình cam ma sát, bụi bẩn Hư hỏng phận truyền động ốc vít bị mịn, bị hỏng, … Hư hỏng lị xo đàn hồi đặt khơng vị trí, độ đàn hồi lò xo giảm kim loại bị mỏi … Câu hỏi nghiệm lựa chọn: Đọc kỹ câu hỏi, chọn ý trả lời tô đen vào thích hợp cột bên TT Nội dung câu hỏi a b c d 4.1 Điện áp định mức tiếp điểm Contactor là: a Là điện áp đặt vào đầu cuộn dây Contactor b Điện áp mạch điện tương ứng với tiếp điểm phải đóng cắt c Là điện áp đặt vào đầu cuộn dây tiếp điểm Contactor d Cả a b sai 4.2 Contactor phân loại theo nguyên lý truyền động có: a Contactor kiểu điện từ, kiểu ép, kiểu thủy lực b Contactor kiểu điện chiều, Contactor điện xoay chiều c Contactor điện từ d Câu a b 4.3 Khởi động từ phân loại theo: a Điện áp định mức cuộn dây hút, số lượng loại tiếp điểm thường đóng, thường mở b Kết cấu bảo vệ chống tác động môi trường xung quanh c Khả làm biến đổi chiều động điện d Cả a, b c 4.4 Trong mạch cần lấy tín hiệu, cuộn dây rơ le trung gian mắc: a Song song b Nối tiếp c Hỗn hợp d Cả a, b c 89 □? □? □? □? □? □? □? □? □? □? □? □? □? □? □? □? 4.5 Công dụng khống chế hình cam: a Chuyển đổi mạch điện tay gạt, hay vô lăng quay b Điều khiển trực tiếp gián tiếp từ xa chuyển đổi mạch điên phức tạp c Điều khiển, khởi động, điều chỉnh tốc, đảo chiều, hãm điện máy điện thiết bị điện d Cả , b c 4.6 Bộ khống chế huy dùng để: a Điều khiển gián tiếp động điện có cơng suất lớn b Chuyển đổi mạch điện điều khiển, cuộn dây Contactor, khởi động từ c Điều khiển trực tiếp động điện có cơng suất nhỏ trung bình d Câu a b 4.7 Lực hút rơle điện từ phụ thuộc vào: a Kích thước lõi thép b Điện trở cuộn dây c Dòng điện qua phần cảm khe hở khơng khí d Tất 4.8 Bộ khống chế (bộ chuyển đổi) có công dụng: a Điều khiển khởi động, hãm dừng, điều chỉnh máy điện thiết bị điện; b Chỉ dùng Điều chỉnh tốc độ đảo chiều; c Chỉ dùng hãm động hãm ngược; d Đóng cắt, điều khiển bảo vệ động 4.9 Loại rơle thời gian On-delay dùng để: a Trì hoản thời gian đóng mạch b Trì hoản thời gian cắt mạch c Tăng nhanh thời gian đóng mạch d Tăng nhanh thời gian cắt mạch □? □? □? □? □? □? □? □? □? □? □? □? □? □? □? □? □? □? □? □? Bài tập thực hành: Thực hành tháo, lắp, bảo dưỡng, sửa chữa, quan sát cấu tạo, nguyên lý hoạt động công tắc tơ, khởi động từ, rơ le trung gian, rơ le thời gian, khống chế I Mục tiêu: - Tháo lắp, phán đốn sửa chữa hư hỏng cơng tắc tơ, khởi động từ, rơ le trung gian, rơ le thời gian, khống chế đảm bảo kỹ thuật an toàn II Dụng cụ, vật liệu - Các loại kìm, tuốc nơ vít, loại cờ lê, bút thử điện, đồng hồ vạn - Một số loại khí cụ điện như; cơng tắc tơ, khởi động từ, rơ le trung gian, rơ le thời gian, khống chế 90 III Nội dung thực hành - Thao tác sử chữa: - Mở nắp - Tháo cuộn dây quan sát mắt thường xem cuộn dây có bị cháy không dùng đồng hồ megomét kiểm tra cách điện, cuộn dây bị cháy phải quấn lại cuộn dây - Điều chỉnh tiếp điểm cho trùng khớp hoàn toàn với nhau, dùng giấy ráp vệ sinh tiếp điểm - Kiểm tra đàn hồi lị xo 91 CÁC THUẬT NGỮ CHUN MƠN CÁC TỪ VIẾT TẮT ĐKB AC DC KCĐ const CD CC KĐT N, O CTT RN RTh RU RI RTr RTĐ TCVN FCO IEC 158-1 động không đồng ĐIện xoay chiều ĐIện chiều Khí cụ điện Constane (khơng đổi, cố định) cầu dao đIện Cầu chì Khởi động từ Dây trung tính Cơng tắc tơ Rơ-le nhiệt Rơ le thời gian Rơ le điện áp Rơ le dòng điện Rơ le trung gian Rơ le tốc độ Tiêu chuẩn Việt Nam Fure Cut Out Tiêu chuẩn quốc tế (IEC: International Electrotechnical Commission) 92 TÀI LIỆU THAM KHẢO Khí cụ Điện - Kết cấu, sử dụng sửa chữa Nguyễn Xuân Phú, NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 1998 Sổ tay lựa chọn tra cứu thiết bị điện từ 0.4-500 KV NGÔ HỒNG QUANG Thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn IEC Thiết kế hệ thống điện NGUYỄN HOÀNG VIỆT - NXB ĐẠI HọC QUốC GIA TPHCM Các trang web: WWW.CADIVI.COM WWW.DIENQUANG.COM WWW.VIHEM.COM.VN Vật liệu điện - Nguyễn Xuân Phú NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 1998 Kỹ Thuật Điện - Đặng Văn Đào NXB Giáo Dục, 1999 Cung cấp điện Nguyễn Xuân Phú, NXB Khoa học Kỹ thuật , 1998 Thiết kế điện dự toán giá thành K.B Raina, s.k.bhattcharya (Phạm Văn Niên dịch), NXB Khoa Học Kỹ Thuật, 1996 10.Tính tốn phân tích hệ thống điện Đỗ Xn Khơi, NXB Khoa học Kỹ thuật , 2001 93