Giáo trình khí cụ điện

SỞ LAO ĐỘNG THƯƠNG BINH VÀ XÃ HỘI TỈNH HÀ NAM TRƯỜNG CAO ĐẲNG NGHỀ HÀ NAM GIÁO TRÌNH MƠN HỌC: Khí cụ điện NGÀNH/NGHỀ: Điện cơng nghiệp TRÌNH ĐỘ: Cao đẳng Ban hành kèm theo Quyết định số 835/QĐ- CĐN ngày 31 tháng 12 năm 2021 Trường Cao Đẳng Nghề Hà Nam Hà Nam, năm 2021 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 nhằm phục vụ cho giáo viên sinh viên Trường Cao Đẳng Nghề Hà Nam Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh bị nghiêm cấm Dựa theo giáo trình này, giảng dạy cho trình độ ngành/nghề khác nhà trường LỜI GIỚI THIỆU Khoa điện Trường Cao đẳng nghề Hà Nam tham gia biên soạn giáo trình đào tạo phục vụ cho giảng viên, giáo viên giảng dạy học tập, thực tập học sinh, sinh viên nghề Điện cơng nghiệp Trong tài liệu mơ đun Chun đề khí cụ điện đóng vai trị quan trọng việc đào tạo hình thành kỹ cho học viên, sinh viên theo học Điện công nghiệp Khi biên soạn, cố gắng cập nhật kiến thức có liên quan đến nội dung chương trình đào tạo phù hợp với mục tiêu đào tạo, nội dung lý thuyết thực hành biên soạn gắn với nhu cầu thực tế sản xuất đồng thời có tính thực tiễn cao Nội dung giáo trình biên soạn với dung lượng thời gian đào tạo 30 gồm có: Chương 1: Khái niệm khí cụ điện Chương 2: Khí cụ điện đóng cắt Chương 3: Khí cụ bảo vệ Chương 4: Khí cụ điện điều khiển Trong trình sử dụng giáo trình, tuỳ theo yêu cầu khoa học cơng nghệ phát triển điều chỉnh thời gian bổ sung kiên thức cho phù hợp Trong giáo trình, chúng tơi có đề nội dung thực tập để người học cố áp dụng kiến thức phù hợp với kỹ Mặc dù cố gắng tổ chức biên soạn để đáp ứng mục tiêu đào tạo không tránh khiếm khuyết Rất mong nhận đóng góp ý kiến thầy, giáo, bạn đọc để nhóm biên soạn hiệu chỉnh hoàn thiện Hà Nam, ngày tháng năm 2021 Tham gia biên soạn Chủ biên: Nguyễn Đức Thuận MỤC LỤC CHƯƠNG MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM VÀ CÔNG DỤNG CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN Khái niệm khí cụ điện 1.1 Khái niệm khí cụ điện 1.2 Sự phát nóng khí cụ điện 1.3 Tiếp xúc điện 10 1.4 Hồ quang phương pháp dập tắt hồ quang 13 1.5 Lực điện động 15 Cơng dụng phân loại khí cụ điện 18 2.1 Công dụng khí cụ điện 18 2.2 Phân loại khí cụ điện 18 CHƯƠNG 1: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐĨNG CẮT 20 Cầu dao 20 1.1 Cấu tạo 20 1.2 Nguyên lý hoạt động 20 1.4 Phân loại 21 1.5 Tính chọn cầu dao 21 1.6 Hư hỏng,nguyên nhân hư hỏng cách khắc phục 22 1.7 Sửa chữa cầu dao 22 Các loại công tắc nút điều khiển 22 2.1 Công tắc 22 2.2 Công tắc hộp 23 2.3 Công tắc vạn 24 2.4 Cơng tắc hành trình 24 2.5 Nút điều khiển 25 2.6 Thông số kỹ thuật công tắc nút điều khiển 26 Dao cách ly 26 3.1 Cấu tạo 26 3.2 Nguyên lý hoạt động 28 3.3 Tính chọn dao cách ly 29 3.4 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng biện pháp sửa chữa 29 3.5 Sửa chữa giao cách ly 30 Máy cắt điện 30 4.1 Cấu tạo dầu 30 4.2 Nguyên lý hoạt động 30 4.3 Lựa chọn máy cắt điện 32 4.4 Nguyên nhân hư hỏng biện pháp khác phục 33 4.5 Giới thiệu số máy cắt 34 Aptomat 38 5.1 Cấu tạo aptomat 38 5.2 Nguyên lý hoạt động aptomat 39 5.3 Tính chọn aptomat 41 5.4 Nguyên nhân hư hỏng và cách khắc phục 41 5.5 Một số aptomat thường gặp 41 CHƯƠNG II : KHÍ CỤ ĐIỆN BẢO VỆ 42 Rơle điện từ 42 1.1 Cấu tạo 42 1.2 Nguyên lý hoạt động 42 1.3 Ứng dụng rơle điện từ 43 Rơle nhiệt 43 2.1 Cấu tạo 43 2.2 Nguyên lý hoạt động phân loại 43 2.3 Tính chọn rơle nhiệt 43 2.4 Các nguyên nhân gây hư hỏng cách khác phục 44 2.5 Sửa chữa rơle nhiệt 44 Cầu chì 45 3.1 Cấu tạo 45 3.3 Tính chọn cầu chì 46 3.4 Các nguyên nhân gây hư hỏng cách khắc phục 47 Thiết bị chống dò 48 4.1 Cấu tạo 48 4.2 Nguyên lý hoạt động phân loại 48 4.3.Giới thiệu số thiết bị chống dò thường sử dụng 48 CHƯƠNG III : KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN 49 Công tắc tơ 49 1.1 Cấu tạo 49 1.2 Nguyên lý làm việc 51 1.5 Tính tốn chọn cơng tắc tơ 51 1.4 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng 52 Khởi động từ 52 2.1 Cấu tạo 52 2.2 Tính chọn khởi động từ 53 2.3 Đặc tính kỹ thuật ứng dụng 53 Rơle trung gian rơle tốc độ 54 3.1 Rơle trung gian 54 3.2 Rơle tốc độ 55 3.3 Các nguyên nhân gây hư hỏng cách khắc phục 57 Rơle thời gian 57 4.1 Cấu tạo Rơle thời gian kiểu điện từ 57 4.2 Nguyên lý hoạt động 58 4.3 Giới thiệu số rơle thời gian kiểu điện tử 59 4.4 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng 60 Tài liệu tham khảo 60 GIÁO TRÌNH MƠN HỌC Tên mơn học: Khí cụ điện Mã mơn học: MH11 Vị trí, tính chất, ý nghĩa vai trị mơn học: - Vị trí: Mơn học học sau mơn học: An tồn lao động, Mạch điện, học song song với mơn Vật liệu điện - Tính chất: Là mơn học kỹ thuật sở, thuộc môn học đào tạo nghề bắt buộc - Ý nghĩa vai trò: Giữ vai trị quan trọng chương trình điện cơng nghiệp Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: + Nhận dạng phân loại loại khí cụ điện + Mơ tả cấu tạo trình bày nguyên lý hoạt động loại khí cụ điện đóng cắt, bảo vệ điều khiển thơng dụng - Về kỹ năng: + Chọn sử dụng loại khí cụ điện theo yêu cầu phụ tải + Sửa chữa số hư hỏng thông thường khí cụ điện thơng dụng - Năng lực tự chủ trách nhiệm: + Có khả nhận dạng phân loại loại khí cụ điện đào tạo, có sáng kiến q trình thực chọn lựa khí cụ điện giao, có khả đưa kết luận vấn đề hư hỏng khí cụ điện + Làm việc độc lập làm việc theo nhóm, lựa chọn khí cụ điện điều kiện làm việc thay đổi + Hướng người khác thực việc lựa chọn phân loại khí cụ điện theo yêu cầu cho trước, chịu trách nhiệm cá nhân trách nhiệm nhóm + Đánh giá chất lượng khí cụ điện lựa chọn kết thực thành viên nhóm Nội dung mơ học: CHƯƠNG MỞ ĐẦU: KHÁI NIỆM VÀ CÔNG DỤNG CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN Mã chương: MH 011-00 Giới thiệu: Khí cụ điện thiết bị sử dụng phổ biến công nghiệp đời sống hàng ngày 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 công việc Nội dung chính: Khái niệm khí cụ điện 1.1 Khái niệm khí cụ điện Khí cụ điện (KCĐ) thiết bị điện dùng để: đóng cắt, điều khiển, kiểm tra, tự động điều khiển, khống chế đối tượng điện không điện bảo vệ chung trường hợp cố Khí cụ điện có nhiều chủng loại với chức năng, nguyên lý làm việc kích cỡ khác nhau, dùng rộng rải lĩnh vực sống Trong phạm vi mơn học khí cụ điện này, đề cập đến vấn đề sau: sở lý thuyết, nguyên lý làm việc, kết cấu đặc điểm loại KCĐ dùng ngành điện công nghiệp 1.2 Sự phát nóng khí cụ điện 1.2.1 Khái niệm chung Ở trạng thái làm việc, phận thiết bị điện (TBĐ) như: mạch vòng dẫn điện, mạch từ, chi tiết kim loại cách điện có tổn hao lượng tác dụng biến thành nhiệt Một phần nhiệt làm tăng nhiệt độ TBĐ, phần khác tỏa môi trường xung quanh Ở chế độ xác lập nhiệt, nhiệt độ thiết bị không tăng lên mà đạt trị số ổn định, tồn nhiệt tỏa mơi trường xung quanh Nếu nhiệt độ TBĐ tăng cao cách điện bị già hóa độ bền chi tiết bị suy giảm Khi tăng nhiệt độ vật liệu cách điện lên 80C so với nhiệt độ cho phép chế độ dài hạn tuổi thọ cách điện giảm 50% Với vật liệu dẫn điện thông dụng Cu, tăng nhiệt độ từ 100oC đến 2500C độ bền giảm 40%, độ bền chúng giảm nên lực điện động trường hợp ngắn mạch làm hư hỏng thiết bị Do độ tin cậy thiết bị phụ thuộc vào nhiệt độ phát nóng chúng Trong tính tốn phát nóng TBĐ thường dùng số khái niệm sau : 0: nhiệt độ phát nóng ban đầu, thường lấy nhiệt độ môi trường  : nhiệt độ phát nóng  =  - o : độ chênh nhiệt so với nhiệt độ môi trường, vùng ôn đới cho phép  = 350C, vùng nhiệt đới  = 500C Sự phát nóng thiết bị điện cịn tùy thuộc vào chế độ làm việc ơđ = ôđ - o : độ chênh nhiệt độ ổn định 1.2.2 Các dạng tổn hao lượng - Tổn hao chi tiết dẫn điện Năng lượng tổn hao dây dẫn dòng điện i qua thời gian t tính theo cơng thức sau : Điện trở dây dẫn R phụ thuộc vào điện trở suất vật liệu, kích thước dây dẫn, ngồi cịn phụ thuộc vào tần số dịng điện, vị trí dây dẫn : nằm đơn độc hay gần dây dẫn khác có dịng điện qua - Tổn hao phần tử sắt từ Nếu phần tử sắt từ nằm vùng từ trường biến thiên chúng có tổn hao từ trễ dịng điện xoáy tạo - Tổn hao vật liệu cách điện Dưới tác dụng điện trường biến thiên, vật liệu cách điện sinh tổn hao điện mơi 1.2.3 Q trình phát nóng chế độ độ a Chế độ làm việc dài hạn Chế độ làm việc dài hạn chế độ làm việc thiết bị điện với thời gian dài tùy ý ngắn thời gian để nhiệt độ phát nóng đạt tới giá trị ổn định Khi có dịng điện I chạy vật dẫn gây tổn hao công suất P thời gian dt gây nhiệt lượng: Q = P.dt = RI2dt (1.1) Nhiệt lượng hao tổn bao gồm hai phần: + Đốt nóng vật dẫn: Q1= G.C.d (1.2) + Tỏa môi trường xung quanh : Q2= S ..dt (1.3) Ta có phương trình cân nhiệt q trình phát nóng: P.dt = G.C d + S ..dt Trong đó: G : khối lượng vật dẫn (g) (1.4) C : tỉ nhiệt vật dẫn tỏa nhiệt ( J/g)  : độ chênh nhiệt (00C)  : hệ số tỏa nhiệt (W/cm2) d P S  =  +  Ta có phương trình: G.C d t G.C Giải phương trình vi phân với điều kiện t = độ chênh nhiệt ban  S  S − t − t P G C G C  = ( − e ) +  e đầu 0, ta được: S a Đặt T= G.C số thời gian phát nóng : S P =  od độ chênh nhiệt ổn định S  Ta có:  =  od (1 − e − t T ) +  oe − Khi t = mà 0 = thì:  =  od (1 − e Thay t = T vào (2) ta  =   (1 − e t T − t T −T T (1-5) ) ) = 0,632  (1-6) Quá trình nguội thiết bị xảy ta cắt điện nó, nhiệt độ giảm dần đến nhiệt độ mơi trường Ta có phương trình cân nhiệt là: G.C d + S ..dt = Giải phương trình vi phân ta biểu thức thể trình nguội lạnh:  =  od e − t T ( đường hình 1) (1-7) Ở chế độ làm việc dài hạn, thời gian làm việc đủ lớn để  =   thời gian nghỉ đủ dài để  = Vì  (t ) hàm mũ, nên lý thuyết  đạt   (khi phát nóng)  đạt (khi nguội) với thời gian vô Trong thực tế, t  4T coi chế độ làm việc dài hạn, độ tăng nhiệt theo thời gian d dt 2 C h coi chế độ làm việc dài hạn Hình 1.1 Phát nóng lặp lại b Chế độ làm việc ngắn hạn: Chế độ làm việc ngắn hạn chế độ làm việc thiết bị điện với thời gian đủ ngắn để nhiệt độ phát nóng chưa đạt tới giá trị ổn định, sau ngưng làm việc thời gian đủ lớn để nhiệt độ hạ xuống tới nhiệt độ mơi trường Đồ thị làm việc q trình mơ tả hình Nếu thiết bị làm việc với cơng suất P = P1 ứng với chế độ dài hạn, nghĩa  1 nhiệt chênh cho phép thiết bị sau thời gian làm việc t lv, nhiệt chênh đạt    1 , nghĩa thiết bị làm việc non tải Để tận dụng khả mang tải thiết bị, ta nâng công suất làm việc tới P2, cho sau t = tlv, độ phát nóng đạt  =  1 =  cph Vậy chế độ ngắn hạn, thiết bị tải, đặc trưng hệ số tải: P2  Theo công thức : Kp = P =  = 1 Theo dòng điện: K1= K P = t − exp( − lv ) T t − exp( − lv ) T (1-8) (1-9) Từ biểu thức (1-5) (1-8) ta nhận thấy rằng, hệ số tải lớn thời gian làm việc bé số thời gian phát nóng lớn Điều liên quan đến việc chọn thiết bị làm việc chế độ ngắn hạn Trong thực tế tải không lớn(1,5  2)Iđm, phát nóng cầu chì diễn chậm phần lớn nhiệt lượng toả môi trường xung quanh Do cầu chì khơng bảo vệ q tải nhỏ Trị số dịng điện mà dây chảy cầu chì bị đứt đạt tới nhiệt độ giới hạn, gọi dòng điện giới hạn Igh Để dây chảy cầu chì khơng bị đứt dịng điện định mức Iđm, cần đảm bảo điều kiện: Igh > Iđm Mặt khác, để bảo vệ tốt nhạy, dòng điện giới hạn lại phải khơng lớn dịng điện định mức nhiều Do thường cho theo kinh nghiệm: I gh/Iđm = 1,6  đồng: Igh/Iđm = 1,25  1,45 chì: Igh/Iđm = 1,15 hợp kim chì thiếc dịng điện định mức cầu chì lựa chọn (*) cho chạy liên tục qua dây chảy, chỗ phát sóng lớn dây chảy khơng làm cho kim loại bị ơxy hố q mức biến đổi đặc tính bảo vệ; đồng thời nhiệt phát phận bên cầu chì khơng vượt q trị số ổn định 3.2.2 Phân loại Có loại đặt hở có loại đặt kín ( đặt hộp) có loại có thiết bị dập hồ quang (cầu chì ống xenlulơ có khơng có cát tạch anh) 3.3 Tính chọn cầu chì a - Chọn cầu chì theo điều kiện làm việc dài hạn điều kiện mở máy Cầu chì chọn cho làm việc chế độ dài hạn nhiệt độ phát nóng phải nhỏ giá trị cho phép mở máy cầu chì khơng phép cắt mạch điện Dịng điện định mức cầu chì Icc, định nghĩa dịng điện cực đại lâu dài qua dây chảy mà không làm dây chảy bị đứt, giá trị lớn cho phép cầu chì Cầu chì chọn cho Icc cầu chì thoả mãn hai điều kiện sau: I cc  I tt I cc  I kd C đó: - Itt dịng điện tính tốn tương ứng với cơng suất Ptt thiết bị tiêu thụ điện - Ikđ dòng điện lớn phụ tải động điện: + Đối với động điện: I kd = K mm I dm (3-1) Kmm hệ số dòng điện khởi động Iđm dòng điện định mức động điện + Đối với nhiều động đặt tuyến, khởi động riêng lẻ: 46 I kd =  I dm + (k − 1) I dm max (3-2) Iđm tổng dòng điện định mức tất động C bội số dòng điện mở máy động có dịng điện mở máy lớn Iđmmax dòng điện định mức động có dịng điện mở máy lớn Chọn C với giá trị sau: C = 2,5 động có thời gian khởi động ngắn (3  10s), khởi động nhẹ nhàng sau thời gian dài khởi động lại C = 1,6  2,0 động có thời gian khởi động dài (đến 40s), khởi động khó khăn sau thời gian lại khởi động lại Khi cầu chì khởi động nhẹ nhàng, cầu chì có qn tính nhiệt lớn (cịn gọi cầu chì chậm), dịng điện định mức cầu chì Icc xác định dịng điện tính tốn b Chọn cầu chì theo điều kiện bảo vệ chọn lọc Trong hệ thống cung cấp điện từ nguồn đến hộ tiêu thụ, thơng thường dùng nhiều cầu chì hình 3.7 Cầu chì có dịng điện chạy qua tiết diện dây chảy cầu chì đặt gần hộ tiêu thụ Khi có ngắn mạch điểm A, có cầu chì đứt, cầu chì khác phải không cắt Muốn đảm bảo yêu cầu bảo vệ chọn lọc thời gian tác động cầu chì phải nhỏ thời gian làm nóng cầu chì đến nhiệt độ nóng chảy Hình 3.7 ttd  t1 Ngoài ra, lựa chọn kim loại làm dây chảy cần ý điều kiện sau: - Điểm nóng chảy phải thấp - Khối lượng vật liệu cần thiết phải ít, quán tính nhiệt nhỏ có nhiều thuận lợi dập tắt hồ quang 3.4 Các nguyên nhân gây hư hỏng cách khắc phục - Hư hỏng cầu chì thường oxi hóa dây chảy lâu ngày - Khi có cố cần kiểm tra lại mạnh điện sửa chữa cầu chì theo loại -Nội dung cơng tác sữa chữa cầu chì chủ yếu đánh kẹp chặt đầu tiếp xúc, thay dây chảy thay vật liệu làm đầy ống ( có) Khi cầu chì bị bỏng phận thay phần thay toàn 47 Thiết bị chống dò 4.1 Cấu tạo - Bộ phận mạch chống rò vòng xuyến mạch từ loại sắt ferit có độ từ thẩm cao Trên quấn hai cuộn dây (loại pha)  cuộn dây (loại ba pha ba dây ba pha bốn dây), cho có dịng điện qua, từ thơng tổng dịng điện sinh có trị số - Một cuộn cảm biến quấn nhiều vòng dây bé tiếp nhận dòng cảm ứng xuất hiện, cung cấp vào cuộn dây rơle để tác động mở chốt chặn đẩy bật tiếp điểm cắt mạch 4.2 Nguyên lý hoạt động phân loại Nguyên lý làm việc áptơmát chống rị loại ba pha dây (4 cực) Khi khơng có dịng điện rị, tổng dịng điện ba pha dòng điện chạy dây trung tính: IA + IB + IC + IN = Do lõi sắt ferit khơng có từ thơng đầu W2 khơng có tín hiệu Khi xuất dòng điện rò, tổng dòng điện chạy qua BI là: Hình 3.8: Nguyên lý làm việc aptomat IA + IB + IC + IN  Dòng I  tạo nên lõi sắt ferit BI từ thông cuộn dây W2 cảm ứng suất điện động E2 Sức điện động E2 khuếch đại so sánh E2 đủ lớn truyền tín hiệu đến cấu điều khiển cấu tác động, cắt phụ tải khỏi lưới điện Điện trở R nút ấn thử tạo dòng điện để kiểm tra chế độ làm việc thiết bị 4.3.Giới thiệu số thiết bị chống dò thường sử dụng - Rơle bảo vệ điện áp thấp - Rơle bảo vệ điện áp cao - Rơle trống dị điện CÂU HỎI ƠN TẬP Câu 1: Trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động thiết bị chống dị? Câu 2: Trình bày cấu tạo, phân loại nguyên lý hoạt động cầu chì? Câu 3: Trình bày cấu tạo, phân loại nguyên lý hoạt động rơle nhiệt? 48 CHƯƠNG III : KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN Mã chương: KCĐ MH11- 04 Giới thiệu: Khí cụ điện điều khiển thiết bị có cấu tạo ứng dụng thực tế Mục tiêu : - Trình bày cấu tạo nguyên lý hoạt động loại khí cụ điện điều khiển thường dùng công nghiệp dân dụng - Sử dụng thành thạo khí cụ điện điều khiển nói trên, đảm bảo an tồn cho người thiết bị theo TCVN - Tính chọn loại khí cụ điện điều khiển thông dụng theo yêu cầu kỹ thuật cụ thể - Tháo lắp, phán đoán sửa chữa hư hỏng loại khí cụ điện điều khiển đạt thông số kỹ thuật dảm bảo an tồn Nội dung chính: Cơng tắc tơ 1.1 Cấu tạo Các cực đấu dây tiếp điểm phụ thường đóng Các cực đấu dây tiếp điểm phụ thường mở Cực đấu dây tiếp điểm cơng tắc tơ Hình 4.2: Cấu tạo công tắc tơ Hai đầu cuộn dây 49 Phần nắp di động Lò xo phản lực Cuộn dây Lõi thép Vỏ nhựa Cuộn dây (cuộn hút) Mạch từ phần cảm Mạch từ phần øng Lò xo phản lực Các tiếp điểm Các tiếp điểm phơ Hình 4.3: mặt cắt dọc Contactor Hình 4.4: Các phận Contactor - Mạch từ: lõi thép có hình dạng EI UI Nó gồm tơn silic, có chiều dày 0,35mm 0,5mm ghép lại để tránh tổn hao dịng điện xốy Mạch từ thường chia làm hai phần, phần keph chặt cố định (phần tĩnh), phần lại nắp (phần động) nối với hệ thống tiếp điểm qua hệ thống tay địn - Cuộn dây: cuộn dây có điện trở bé so với điện kháng Dòng điện cuộn dây phụ thuộc vào khe hở khơng khí nắp lõi thép cố định Vì vậy, khơng phép cho điện vào cuộn dây nắp mở Cuộn dây làm việc tin cậy (hút phần ứng) điện áp cung cấp cho nằm phạm vi (85100)% Uđm - Hệ thống tiếp điểm: + Theo khả dịng tải: Tiếp điểm chính: Chỉ có Contactor chính, 100% tiếp điểm thường mở, làm việc mạch động lực, dịng điện qua lớn (10 ÷ 2250)A Tiếp điểm phụ: có thường đóng thường mở, dịng điện qua tiếp điểm nhỏ từ 1A đến khoảng 10A, làm việc mạch điều khiển + Theo nhiệm vụ làm việc: Tiếp điểm thường đóng tiếp điểm thường mở: (xem phần Rơle) 50 - Cơ cấu truyền động: phải có kết cấu cho giảm thời gian thao tác đóng ngắt tiếp điểm, nâng cao lực ép tiếp điểm giảm tiếng va dập 1.2 Nguyên lý làm việc Sự làm việc Contactor điện từ dựa nguyên tăc lực điện từ, ta cung cấp điện áp U = (85÷100)% Uđm vào cuộn dây, sinh từ trường, từ trường tạo lực từ có lực lớn lực kéo lị xo hệ thống truyền động Nó hút lõi sắt phần động để khép kín mạch từ Hệ thống tiếp điểm thay đổi trạng thái Nếu điều kiện bình thường (khi cuộn dây chưa có điện), tiếp điểm đóng cho điện vào cuộn dây, tiếp điểm mở Ngược lại, điều kiện bình thường (khi cuộn dây chưa có điện), tiếp điểm mở cho điện vào cuộn dây, tiếp điểm đóng lại Hình 4.5: Quá trình chuyển động hệ thống tiếp điểm Contactor trước sau có điện 1.5 Tính tốn chọn cơng tắc tơ - Dựa vào dịng điện định mức tải vào tính chất phụ tải làm việc gián đoạn hay liên tục vào dãy dòng điện, điện áp định mức Contactor từ ta lựa chọn Contactor cho thích hợp - Đặc tính kỹ thuật phạm vi ứng dụng Contactor có nhiều loại đa dạng thường sử dụng contactor điện xoay chiều thường dùng tần số cơng nghiệp (50 Hz) contactor có số lượng tiếp điểm (1÷5) tiếp điểm thơng dụng contactor có kết cấu cực + Dịng điện định mức tiếp điểm dịng điện dùng chế độlàm việc gián đoạn – liên tục với chu kỳ giờ, thời gian đóng cắt bé Thời gian đóng (0,08 ÷ 0,1s), thời gian nhả (0,03 ÷ 0,04s) + Phạm vi ứng dụng: tuỳ theo giá trị dòng điện mà Contactor phải làm việc lúc bình thường hay cắt mà người ta dùng sở khác nhau, phạm vi sử dụng phụ thuộc vào: loại hộ tiêu thụ cần kiểm tra: động Rơto lồng sóc hay rơto dây 51 Những điều kiện thực đóng mở, q trình khởi động nặng, nhẹ, đảo chiều hãm vv… Tóm lại, Contactor có phạm vi sử dụng đa dạng, sử dụng với dòng điện xoay chiều, chiều, sử dụng với động có hệ số cos cao động có cos nhỏ, động Rơto lồng sóc động rơto dây quấn 1.4 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng 1.4.1 Hiện tượng hư hỏng tiếp điểm Nguyên nhân: * Chọn không cơng suất khí cụ điện: chẳng hạn dịng điện định mức, điện áp tần số thao tác khí cụ điện khơng với thực tế vv… * Lực ép tiếp điểm không đủ * Giá dỡ tiếp điểm không phẳng, cong, vênh (nhất loại tiếp điểm bắc cầu) hoạc lắp ghép lệch * Bề mặt tiếp điểm bị ơxy hố xâm thực mơi trường làm việc (có hố chất ẩm ướt vv…) * Do hậu việc xuất dòng điện ngắn mạch pha với “đất” dịng ngắn mạch hai pha phía sau contactor, khởi động từ vv… 1.4.2 Hiện tượng hư hỏng cuộn dây (cuộn hút) Nguyên nhân: * Ngắn mạch cục cuộn dây cách điện xấu * Ngắn mạch dây dẫn chất lượng cách điện xấu ngắn mạch dây dẫn vòng 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 * Cách điện cuộn dây bị phá huỷ cuộn dây bị q nóng tính tốn thơng số quấn lại sai điện áp cuộn dây bị nâng cao, lõi thép hút khơng hồn tồn, điều chỉnh khơng hành trình lõi thép * Do nước êmunxi, muối, dầu, khí hố chất… mơi trường âm thực làm chọc thủng điện vòng dây Khởi động từ 2.1 Cấu tạo Căn vào điều kiện làm việc khởi động từ, chế tạo người ta thường dùng kết cấu tiếp điểm bắc cầu (có hai 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 52 nén tiếp điểm để tăng lực tiếp xúc tự phục hồi trạng thái ban đầu Giá đỡ tiếp điểm làm đồng thau, tiếp điểm thường làm 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 ứng nam châm điện lắp liền với giá đỡ động cách điện có manh tiếp điểm động lò xo tiếp điểm Giá đỡ cách điện thường làm bakêlít chuyển động rảnh dẫn hướng thân nhựa đúc khởi động từ 2.2 Tính chọn khởi động từ Động điện khơng đồng rơto lồng sóc làm việc liên tục hay không tuỳ thuộc đáng kể vào mức độ tin cậy khởi động từ Tương tự contactor khí cụ đóng cắt bảo vệ khác mạch điện, khởi động từ phải đảm bảo yêu cầu sau: a Tiếp điểm phải có độ bền chiu mịn cao b Khả đóng cắt cao c Thao tác đóng cắt dứt khốt d Tiêu thụ điện e Bảo vệ tin cậy trạng thái tải động f Đảm bảo điều kiện khởi động hãm động 2.3 Đặc tính kỹ thuật ứng dụng a Khởi động từ đơn Hình 4.8: Mạch khởi động từ đơn b Khởi động từ kép 53 A B C N AT D KT MN KN KT KN MN KN RN KT RN KT KN Đ Hình 4.9: Mạch khởi động từ kép Rơle trung gian rơle tốc độ 3.1 Rơle trung gian a Khái niệm chung 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 thường mở, nên rơle trung gian dùng 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 (transistor, vi mạch tổ hợp IC…) rơle trung gian thường dùng làm phần tử đầu để truyền tín hiệu cho phận mạch phía sau, đồng thời cách ly điện áp khác phần điều khiển (thường điện chiều,điện áp thấp: 9V, 12V, 24V…) với phần chấp hành (thường điện xoay chiều,điện áp lớn: 220V, 380V) b Phân loại - Theo nguồn điện có loại rơle trung gian chiều rơle trung gian xoay chiều - Theo yêu cầu sử dụng: rơle le sử dụng lĩnh vực hệ thống điện, rơle sử dụng tự động điều khiển - Theo thời gian tác động: có loại tác động nhanh, loại tác động chậm c Cấu tạo 54 Hình 4.10: Cấu tạo chung rơle chung gian 3.2 Rơle tốc độ 3.2.1 Khái niệm chung Đại lượng đầu vào rơle tốc độ quay thiết bị làm việc Đại lượng trạng thái đóng, mở tiếp điểm Khi tốc độ quay vượt trị số định, rơle tác động Có nhiều loại rơle tốc độ làm việc theo nguyên lý khác nhau: Rơle tốc độ kiểu ly tâm; rơle tốc độ kiểu điện tử; rơle tốc độ kiểu máy phát 3.2.2 Cấu tạo, nguyên lý làm việc a Rơle tốc độ kiểu ly tâm (cơ khí) Nguyên lý cấu tạo làm việc rơle hình 4.12 Trên trục quay cố định hệ thống ly tâm gồm văng lò xo kéo 3: Khi trục đứng yên quay với tốc độ nhỏ tốc độ tác động, lò xo kéo làm văng tỳ lên đĩa cách điện Hệ thống tiếp điểm mở hệ thống tiếp điểm đóng Khi tốc độ quay trục đạt đến trị số tác động, lực ly tâm văng đủ lớn, Hình 4.12 Rơle tốc độ kiểu ly tâm thắng lực kéo lò xo, làm văng 1- Trục quay; 2- Quả văng ly tâm; khơng tỳ vào đĩa Lị xo nén 3- Lò xo kép; 4- Giá tiếp điểm động; đẩy đĩa dịch chuyển theo hướng dọc 5- Tiếp điểm thường mở; trục làm đóng tiếp điểm mở tiếp 6- Tiếp điểm thường đóng điểm Điều chỉnh độ căng lị xo kéo thay đổi trị số tốc độ tác 55 động rơle Rơle thường dùng để ngắt cuộn mở máy động không đồng pha khởi động tụ Tốc độ tác động rơle thường từ 0,7 đến 0,8 tốc độ định mức động b Rơle tốc độ kiểu cảm ứng (điện) Nguyên lý cấu tạo làm việc rơle hình 3.39 Rơle gồm ba phần chính: Rơto, stato hệ thống tiếp điểm Rơto có dạng trục quay, có gắn nam châm vĩnh cửu Rôto nối với trục quay thiết bị làm việc Stato gồm lồng sóc đồng đặt lõi thép dẫn từ (tương tự rôto lồng sóc động khơng đồng bộ) Trên vỏ stato có gắn cần tác động Khi trục thiết bị công tác quay, rôto 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 rôto tạo mômen lực làm quay stato rơle Mômen quay tỉ lệ thuận với tốc độ rôto Khi tốc độ rôto (tức tốc độ trục quay thiết bị công tác) đạt đến tốc độ tác động, mômen quay stato đủ lớn làm dịch chuyển stato cần tác động thực đóng, mở tiếp điểm rơle 1- Trục quay; 2- Nam châm vĩnh cửu; 3- Lồng sóc; 4- Lõi thép stato; 5- Cần tác động; 6- Hệ thống tiếp điểm Hình 4.13 Rơle tốc độ kiểu cảm ứng c Rơle tốc độ kiểu máy phát Rơle có cấu tạo tương tự loại Trên rơto có lắp nam châm vĩnh cử Trên lõi thép stato có đặt cuộn dây (một pha ba pha) Khi trục máy công tác quay, trục rôto rơle quay theo, làm từ trường nam châm vĩnh cửu quay Do đó, cuộn dây stato xuất điện áp cảm ứng tỉ lệ thuận với tốc độ quay Rơle làm việc máy phát điện đồng bộ, có kích từ nam châm vĩnh cửu Khi tốc độ quay đạt đến trị số chỉnh định trước, điện áp cuộn dây 56 stato đủ lớn làm rơle điện từ (nối đầu rơle) tác động Hệ thống tiếp điểm chuyển trạng thái đóng, mở Rơle làm việc đến tốc độ 3600vòng/phút Sơ đồ nguyên lý rơle tốc độ loại hình 4.14 1- Trục quay; 2- Nam châm vĩnh cửu; 3- Cuộn dây stato; 4- Bộ xử lý tín hiệu đầu Hình 4.14: Rơle tốc độ kiểu máy phát 3.3 Các nguyên nhân gây hư hỏng cách khắc phục Nguyên nhân: * Ngắn mạch cục cuộn dây cách điện xấu * 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 * Cách điện cuộn dây bị phá huỷ cuộn dây bị nóng tính tốn thơng số quấn lại sai điện áp cuộn dây bị nâng cao, lõi thép hút khơng hồn tồn, điều chỉnh khơng hành trình lõi thép * Do nước êmunxi, muối, dầu, khí hố chất… mơi trường âm thực làm chọc thủng điện vòng dây Rơle thời gian 4.1 Cấu tạo Rơle thời gian kiểu điện từ Kết cấu rơle thời gian kiểu điện từ hình 4.16 57 Mạch từ gồm lõi 1,nắp đệm phi từ tính (thường đồng mỏng 0,1mm) Lõi sắt bắt chặt lên bảng điện nhờ đế nhơm Trên đế cịn lắp hệ thống tiếp điểm Nam châm điện chiều có lõi làm thép armkơ Nhánh phải có tiết diện tròn để chế tạo lắp ráp cuộn dây thuận tiện Nhánh trái Hình 4.16 Rơle thời gian điện từ có tiết diện chữ nhật,nhờ tăng 1- Lõi thép mạch từ; 2- Nắp; 3chiều dài chỗ tiếp xúc lõi nắp từ phần chuyển động,do tăng Đệm phi từ tính; 4- Bảng lắp đặt rơle; độ bến chống mài mòn 5- Đế nhôm; 6- Hệ thống tiếp điểm; 7Cuộn dây; 8- ống trụ rỗng; 9- Lò xo cạnh quay Trên nhánh trái có lắp vịng ngắn mạch có dạng ống trụ rỗng nhỏ; 10- Vít điều chỉnh lực lị xo nhả; 8,tiết diện tốt đồng nhôm 11- Lị xo tách nắp; 12- Chốt đẩy nắp; 13- Vít điều chỉnh lực tách nắp Bộ phận trì thời gian rơle làm việc theo nguyên lý điện từ, 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, dòng 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 phải lớn, bề mặt tiếp xúc lõi nắp nam châm điện phải mài nhẵn 4.2 Nguyên lý hoạt động - 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 0,25giây trở lên, tới hàng lâu Các rơle thời gian điện tử cho phép hẹn (nhớ) lập trình Ví dụ rơle thời gian điện từ, rơle thời gian điện tử, rơle thời gian thuỷ lực v.v… - Bộ phận đầu ra: Rơle phát tín hiệu thay đổi trạng thái đóng, tiếp điểm 58 Ngồi rơle cịn có phận điều chỉnh thời gian tác động (thời gian trễ) rơle phận hiển thị thời gian dạng kim dạng chữ số Ký hiệu rơle thời gian sơ đồ mạch điện hình 4.1 Hình 4.15 Ký hiệu rơle thời gian a- Cuộn dây; b- Tiếp điểm thường mở, đóng chậm; c- Tiếp điểm thường đóng, mở chậm 4.3 Giới thiệu số rơle thời gian kiểu điện tử Rơle thời gian điện tử rơle thời gian có cấu tạo làm việc dựa linh kiện điện tử như: đèn điện tử chân không, transistor, điốt, thyristor, mạch tổ hợp IC… Hình 4.17 trình bày nguyên lý làm việc rơle thời gian dùng đèn điện tử nguồn điện chiều kiểu đơn giản Khi đóng khố K, tụ điện C nạp điện áp U với cực tính âm Vì điện áp U0 lớn điện áp phóng Up đèn ba cực, nên lúc đèn bị khố Trong mạch anơt khơng có dịng điện, rơle trạng thái nhả Khi mở khoá K, tụ điện C bắt đầu phóng điện qua điện trở R Điện áp U từ từ giảm theo hàm mũ tắt dần Điện lưới đèn từ từ trở nên dương Sau thời gian điện đạt đến giá trị điện áp lưới tác động, đèn chuyển sang chế độ mở Dịng điện mạch anốt tăng lên, làm rơle điện từ tác động, tiếp điểm đầu rơle đóng Ta nói rơle thời gian tác động (chế độ đóng chậm) Hình 4.17 Rơle thời gian điện tử a- Sơ đồ nguyên lý; b- Đặc tính thời gian t(U0) 59 Thời gian tác động rơle phụ thuộc vào số thời gian (quán tính điện) mạch RLC: t td = RC ln U0 U td (4-5) Trong đó: ttđ - thời gian tác động rơle; U0 - điện áp nguồn điều khiển; Utđ - điện áp lưới đèn rơle tác động Nếu R C có trị số lớn, thời gian chậm tăng Loại rơle có thời gian chậm (trễ) đến vài phút Khi thời gian chậm lớn, độ xác rơle giảm Điều chỉnh thời gian chậm cách thay đổi trị số điện trở R 4.4 Hư hỏng nguyên nhân gây hư hỏng Khi sử dụng rơle có rát nhiều nguyên nhân dẫn tới hư hỏng + Cuộn dây bị cháy cập sai nguồn ta phải quấn lại cuộn dây theo thông số cũ + Thời gian chỉnh định khơng xác mạch R-C ta phải thay biến trở + Tiếp điển trễn khơng có tác dụng ta phải thay rơle tiếp điểm - Tiếp điểm bị cong vênh: đo liền mạch tiếp xúc CÂU HỎI ÔN TẬP Câu 1: Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động khống chế hình trống? Câu 2: Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động rơle tốc độ kiểu ly tâm? Câu 3: Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động contactor? Tài liệu tham khảo - Tủ lạnh gia đình máy điều hịa nhiệt độ - Nguyễn Xuân Tiến – NXB khoa học kỹ thuật năm 1984 - Khí cụ điện –kết cấu, sử dụng sửa chữa – Nguyễn Xuân Phú, NXB khoa học khỹ thuật năm 1998 - Kỹ thuật điện- Đặng Văn Đào NXB giáo dục năm 1998 60