BÀI GIẢNG LÝ THUYẾT KHÍ CỤ ĐIỆN - LÊ NGỌC TẤN pptx

Đặc tính volt-amper của hồ quang ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như dòng điện, chiều dài hồ quang, vật liệu làm tiếp điểm và môi trường cháy của hồ quang.. Do hồ quang chỉ phát sinh khi lớn

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HUẾ

TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HUẾ

KHOA ĐIỆN TỔ BỘ MÔN: CUNG CẤP ĐIỆN

TẬP BÀI GIẢNG

TẬP BÀI GIẢNG

MÔN: LÝ THUYẾT KHÍ CỤ ĐIỆN

MÔN: LÝ THUYẾT KHÍ CỤ ĐIỆN

(LƯU HÀNH NỘI BỘ) Người dạy: Lê Ngọc Tấn

Huế, tháng 6 năm 2012

Lời tựa

Lời tựa

Do trình độ và thời gian soạn còn nhiều hạn chế, nên trong tập liệu này vẫn còn rất nhiều sai

xót rất mong sự đóng góp giúp đỡ của các thầy cô

Chân thành cám ơn | Tài liệu tham khảo Tài liệu tham khảo

* Tài liệu chính:

* Tài liệu chính:

1 Khoa Điện - Trường CĐCN Huế, Giáo trình Khí cụ điện, lưu hành nội bộ

2 Phạm Văn Chới, Khí cụ điện, NXB Khoa học KT

3 Giáo trình khí cụ điện, NXB Giáo dục, 2002

* Tài liệu tham kh

* Tài liệu tham khảo:ảo:ảo:

1 Lê Thành Bắc, Giáo trình thiết bị điện, NXB Khoa học KT

2 Khí cụ điện & thiết bị tiêu thụ điện hạ áp, NXB Khoa học KT

3 Tô Đằng - Nguyễn Xuân Phú, Sử dụng và sữa chữa khí cụ điện hạ thế, 2007

CHƯƠNG 1CHƯƠNG 1 LÝ THUYẾT CƠ SỞ K LÝ THUYẾT CƠ SỞ KHÍ CỤ ĐIỆN HÍ CỤ ĐIỆN HÍ CỤ ĐIỆN 1.1 Khái niệm, phân loại và các yêu cầu cơ bản của khí cụ điện

1.1 Khái niệm, phân loại và các yêu cầu cơ bản của khí cụ điện

- Nhóm KCĐ đóng cắt

Chức năng chính của nhóm này là đóng cắt tự động hoặc bằng tay lưới điện, mạch điện

ở chế độ làm việc khác nhau Các KCĐ đóng cắt gồm cầu dao, dao cách ly, dao phụ tải, máy cắt tự động (áptomát), cầu chì, các bộ chuyển đổi nguồn

Đặc điểm của nhóm KCĐ đóng cắt là tần số thao tác thấp (thỉnh thoảng mới phải thao tác) Do đó, tuổi thọ về thao tác của chúng thường không cao (đến khoảng hàng chục ngàn lần đóng cắt)

Dao cách ly dùng để đóng cắt dòng không tải của mạch điện, máy biến áp, đường dây Dao phụ tải dùng để đóng cắt mạch điện khi có tải

Cầu chì, máy cắt dùng để tự động cắt mạch điện khi bị sự cố như ngắn mạch, quá tải

- Nhóm KCĐ dùng để hạn chế dòng điện, điện áp

Nhóm này có chức năng hạn chế dòng điện, điện áp trong mạch không tăng quá cao khi bị sự cố

Kháng điện dùng để hạn chế dòng ngắn mạch

Van chống sét dùng để hạn chế điện áp

- Nhóm KCĐ dùng để mở máy, điều khiển

Nhóm này gồm các loại KCĐ như các bộ mở máy, bộ khống chế, điện trở mở máy, contactor, khởi động từ… Đặc điểm của nhóm này là tần số thao tác cao (có thể lên tới 1500 lần/giờ) Vì vậy, tuổi thọ về thao tác của chúng cao (có thể tới hàng triệu lần đóng cắt)

- Nhóm KCĐ kiểm tra, theo dõi

Nhóm này có chức năng kiểm tra, theo dõi sự làm việc của các đối tượng và biến đổi các tín hiệu không điện thành tín hiệu điện Nó gồm các loại rơle, các bộ cảm biến… Đặc điểm của nhóm này là công suất thấp, thường được nối mạch ở thứ cấp để biến đổi, truyền tín hiệu

- Nhóm KCĐ biến đổi dòng điện, điện áp

Nhóm này gồm máy biến dòng điện và máy biến điện áp, với chức năng biến đổi dòng điện, điện áp cao (hoặc thấp) thành dòng điện, điện áp có trị số thích hợp, an toàn cho việc

đo lường, điều khiển, bảo vệ

b Theo nguyên lý làm việc

KCĐ được chia theo các nhóm với nguyên lý như: điện từ, điện động, điện cơ, từ điện, nhiệt, có tiếp xúc và không tiếp xúc

c

c Theo nguồn điện

KCĐ được chia theo nguồn điện mà nó hoạt động như: KCĐ một chiều và KCĐ xoay chiều

d Theo độ lớn của điện áp làm việc

Dựa vào điện áp làm việc của khí cụ điện, người ta chia làm các loại sau:

- KCĐ hạ áp: làm việc với điện áp dưới 1000V

- KCĐ trung áp: làm việc với điện áp từ 1000V đến 36KV

- KCĐ cao áp: làm việc với điện áp từ 36KV đến 400KV

- KCĐ siêu cao áp: làm việc với điện áp trên 400KV

e Theo điều kiện môi trường

Dựa vào môi trường làm việc chia làm các loại như: KCĐ làm việc trong nhà, KCĐ làm việc ngoài trời, KCĐ làm việc trong môi trường dễ cháy nổ…

Tóm lại, tuỳ theo chức năng và điều kiện làm việc, các KCĐ có các yêu cầu cụ thể, riêng biệt, nhưng yêu cầu cơ bản nhất vẫn là các yêu cầu về kỹ thuật và kinh tế

1.1.3 Các yêu cầu cơ bản của khí cụ điện

1.1.3 Các yêu cầu cơ bản của khí cụ điện

- KCĐ phải đảm bảo sử dụng lâu dài với các thông số định mức Nghĩa là được sử dụng ở dòng điện, điện áp, tần số… không được vượt quá trị số cho phép

- KCĐ phải ổn định nhiệt và ổn định điện động Vật liệu phải chịu nóng tốt và có cường độ cơ khí cao, vì khi bị quá tải hay ngắn mạch, dòng điện lớn, phát sinh nhiệt cao có thể làm hư hỏng hay biến dạng KCĐ

- Vật liệu cách điện phải tốt để khi xảy ra quá điện áp trong phạm vi cho phép, KCĐ không bị hư hỏng

- KCĐ phải đảm bảo làm việc được chính xác, an toàn, song phải gọn nhẹ, rẻ tiền và dễ gia công, lắp ráp, kiểm tra và sửa chữa

- Ngoài ra, KCĐ phải làm việc ổn định ở các điều kiện khí hậu và môi trường yêu cầu

1

1.2222 HỒ QUANG ĐIỆN HỒ QUANG ĐIỆN HỒ QUANG ĐIỆN

Hồ quang điện là sự phóng điện mạnh và duy trì trong chất khí, nó đạt giá trị dòng điện tương đối lớn và điện áp rơi trên thân hồ quang tương đối nhỏ

Do đặc điểm phóng điện trên hồ quang cũng phải tuân thủ những nguyên tắc cơ bản của sự phóng điện về điều kiện điện áp và môi trường

1.2222.1 1 1 Đặc tính phóng điện trong chất khí.Đặc tính phóng điện trong chất khí.Đặc tính phóng điện trong chất khí

Phóng điện trong chất khí là toàn bộ các hiện tượng dẫn đến sự xuất hiện dòng điện xuyên qua khoảng cách khí dưới tác dụng của điện trường Hình 1.12 biểu diễn quan hệ giữa dòng và áp qua các giai đoạn phát triển phóng điện của một khoảng cách không khí giữa hai điện trường Sự phóng điện trong không khí gồm các giai đoạn như sau:

Hình 1.12 Đặc tính phóng điện trong không khí

Sự dẫn điện trong chất khí là sự phóng điện giữa các điện cực khi điện áp đạt tới một giá trị nhất định Quan sát sự phóng điện giữa dòng điện phóng và điện áp giữa hai điện cực với một khoảng cách nhất định chúng ta thấy:

- Ở đoạn OA: tương ứng với sự phóng điện duy trì do các hạt mang điện gây ra từ sự ion hoá tự nhiên, đoạn này dòng điện tăng tuyến tính với điện áp

- Đoạn AB: có sự phát sinh các ion hoá do sự va đập trong quá trình di chuyển của các ion Dòng điện hầu như không tăng theo điện áp vì các hạt điện tích sinh ra từ hiện tượng ion hoá tự nhiên đều tái hợp tại điện cực

- Đoạn BC: tương ứng với sự phóng điện chọc thủng trong môi trường khí khi công suất nguồn đủ lớn, dòng điện đạt vài mA Sự chọc thủng bây giờ là sự phóng điện lạnh

- Đoạn CD: tương ứng với sự tăng nhanh của dòng điện so với điện áp và phát sinh hiện tượng với sự phóng điện là các tia sáng như tia lửa, gọi là tia lửa điện Tia lửa điện có mật độ dòng nhỏ, điện áp trên hai cực rất cao khoảng vài trăm Volt

- Tại điểm D: sự phóng điện mạnh khoảng 0,1A và điện áp sụt theo dòng điện phóng một cách nhanh chóng Đó là quá trình hình thành sự phóng điện hồ quang (mật độ dòng điện lớn, điện áp nhỏ khoảng vài chục Votl)

- Đoạn DE: tương ứng với hiện tương phóng tia lửa điện nếu công suất nguồn nhỏ và hồ quang chỉ thực sự phát sinh khi công suất nguồn và cường độ điện trường đủ lớn

1

1.2222.2 2 2 Quá trình hình thành và đặc điểm của hồ quang điện.Quá trình hình thành và đặc điểm của hồ quang điện.Quá trình hình thành và đặc điểm của hồ quang điện

a Đồi với tiếp điểm có dòng nhỏ.Đồi với tiếp điểm có dòng nhỏ.Đồi với tiếp điểm có dòng nhỏ

Ban đầu khoảng cách tiếp điểm rất bé, Do đó điện trường đặt lên điện cực rất cao Nếu đạt E > 3.107 V/m dẫn đến phát xạ electron tự do Khi mật độ electron phát xạ lớn có thể phát sinh hồ quang từ sự phóng điện

C

D

E

f.f.f.f Đối với tiếp điểm có dòng lớn Đối với tiếp điểm có dòng lớn Đối với tiếp điểm có dòng lớn

Lúc mở tiếp điểm lực ép tiếp điểm giảm Tiết diện tiếp xúc thực tế nhỏ dần dẫn tới mật độ dòng điện tăng cao khoảng vài trăm A/mm2 Sự phát nóng do mật độ cao làm kim loại tại điểm tiếp xúc chảy lỏng thành giọt Khi các tiếp điểm tiếp tục rời xa nhau giọt chất lỏng bị kéo căng thành các cầu chất lỏng Nhiệt độ tiếp xúc càng tăng cao dẫn đến chất lỏng kim loại bốc hơi và quá trình phát nóng rất nhanh gây nổ cùng sự ion hóa phát triển nhanh do điện trường lớn dẫn đến hình thành hồ quang Quá trình này thường kéo theo sự mài mòn tiếp điểm

g

g Đặc điểm của hồ quang điện.Đặc điểm của hồ quang điện.Đặc điểm của hồ quang điện

Hồ quang điện là sự phóng điện mạnh và duy trì trong chất khí nó đạt giá trị dòng điện tương đối lớn và điện áp trên thân hồ quang tương đối nhỏ Có thể nêu ra một số đặc điểm đặc biệt của hồ quang là:

- Giữa hai điện cực hình thành luồng sáng chói loà và có phân biệt rõ ràng

- Nhiệt độ hồ quang rất cao 5.000 ÷ 50.000 0K

- Mật độ dòng rất lớn từ 10 – 106 A/cm2

1

1.2222.3 3 3 Tính chất chung củTính chất chung củTính chất chung của hồ quang.a hồ quang.a hồ quang

Sự phân bố điện áp trên toàn bộ chiều dài

hồ quang không đều Chiều dài hồ quang có thể

phân thành 3 đoạn:

- Vệt Cathode: chiếm một khoảng cách

rất bé tính từ điện cực cathode có chiều dài ∆l

vào khoảng 106m và điện áp rơi ∆UC vào

khoảng (10 ÷ 20)V và không phụ thuộc chiều

dài hồ quang, điện trường ở đây rất lớn (107 ÷

108 V/m) Vệt cathode có thể làm kim loại nóng

chảy, vệt sáng chói lòa Chủ yếu nhiệt độ sinh

ra do sự va đập giữa các điện tích e phát xạ từ

cathode và khối ion dương di chuyển về điện cực này

- Vệt anode: có độ dài khoảng 10-6m có điện áp rơi ∆UA ≈ ∆UC khoảng (10 ÷ 20V) Sự hình thành các vệt anode là do các điện tích e- tập trung về quanh anode và e- giải phóng nhiệt luợng của mình tích luỹ trong quá trình di chuyển Vệt anode cũng sáng chói loà như vệt cathode và nhiệt độ ở đây còn cao hơn ở cathode

Hình 1.13 quá trình ion hoá do hồ quang sinh ra

Hình 1.14 phân bố điện áp hồ quang

- Thân hồ quang: khoảng sáng còn lại giữa hai vệt chói sáng ở điện cực được gọi là thân hồ quang.Thân hồ quang có điện trường vào khoảng (1.000 ÷ 5.000 )V/m Điện áp thân hồ quang là phần còn lại của điện áp hồ quang sau khi trừ đi điện áp rơi trên 2 vệt điện cực Từ hình 1.14 cũng cho thấy do cường độ điện trường phân bố không đồng nhất trên chiếu dài của hồ quang, làm cho quá trình cháy của hồ quang phức tạp hơn Trong thực tế để dễ dàng dập tắt hồ quang, người ta dùng phương pháp phân bố lại hồ quang bằng các vách ngăn kim loại

Ở hồ quang ngắn 2 vệt anode và cathode chiếm gần hết điện áp và chiều dài hồ quang nên phần thân hồ quang gần như không còn phân biệt rõ Hồ quang ngắn:

Un = ∆UA + ∆UC (∆Uth ≈ 0) Đối với hồ quang ngắn các điều kiện cháy và dập tắt hồ quang được xác định chủ yếu bởi các hiện tượng xảy ra ở các điện cực

Ở hồ quang dài 2 vệt sáng chói nhỏ chiếm ở 2 phía đầu điện cực, còn vệt sáng kéo dài giữa hai vệt chói lòa gọi là thân hồ quang, chiều dài thân hồ quang chiếm hầu hết chiều dài hồ quang Đối với hồ quang dài các điều kiện duy trì và dập tắt hồ quang được xác định chủ yếu do môi trường cháy ở thân hồ quang

Người ta phân biệt hồ quang ngắn, dài phụ thuộc vào điện áp hồ quang so với điện áp rơi trên các phần của hồ quang, hoàn toàn không do khoảng cách hình học

1

1.2222.4 4 4 Đặc tính voltĐặc tính voltĐặc tính volt amper của hồ quang.amper của hồ quang.amper của hồ quang

Đặc tính V-A của hồ quang biểu diễn quan hệ giữa dòng điện và điện áp của hồ quang

U = f(i) như hình 1.15 Đặc tính V-A của hồ quang có một số đặc điểm sau:

Hình 1.15 Đặc tính Volt – ampe của hồ quang xoay chiều

- Tồn tại giới hạn điện áp mà ở đó hồ quang bật cháy xác định được gọi là Uc Nếu nguồn thấp hơn Uc thì sự phóng điện hồ quang không thể xảy ra

- Đường đặc tính của hồ quang không tuyến tính, không đồng nhất ở hai chiều tăng giảm Ở chiều giảm dòng qua hồ quang điện áp tăng trở lại, nhưng giới hạn điện áp giữa hai điện cực khi hồ quang tắt thấp hơn giới hạn cháy gọi là Ut

- Đặc tính hồ quang phụ thuộc vào khoảng cách giữa hai điện cực, khi khoảng cách tăng đường đặc tính tăng cao tồn tại Uc và Ut cao hơn

- Đặc tính hồ quang còn phụ thuôïc đặc tính môi trường vật lý giữa hai điện cực, khi cường độ khử ion càng mạnh thì đường đặc tính càng nâng cao hơn

Đặc tính volt-amper của hồ quang ảnh hưởng bởi nhiều yếu tố như dòng điện, chiều dài hồ quang, vật liệu làm tiếp điểm và môi trường cháy của hồ quang Tất cả quan hệ này được biểu diễn qua hệ thức Ayrton:

Uhq= A + Bl + (C + Dl)/ iaT (1.68)

trong đó: A,B,C,D là những hệ số phụ thuộc vào vật liệu tiếp điểm

B,D còn phụ thuộc vào môi trường cháy

a: là hệ số nhiệt

T:là nhiệt độ 0K

Ta có thể xem xét một vài giá trị A,B, C, D của một số vật liệu môi truờng cháy không khí tự nhiên

1.2222.5 5 5 Dập tắt hồ quang điện của dòng điện một chiều.Dập tắt hồ quang điện của dòng điện một chiều.Dập tắt hồ quang điện của dòng điện một chiều

a Điều kiện cháy và dập tắt của hồ quang.Điều kiện cháy và dập tắt của hồ quang.Điều kiện cháy và dập tắt của hồ quang

Xét hồ quang sinh ra và bị dập tắt trong tiếp điểm như mạch điện với nguồn điện DC như hình 1.16

Phương trình cân bằng điện áp có dạng như sau:

Khi hồ quang cháy ổn định: di/dt = 0

Từ các phương trình trên, xây dựng đồ thị điển hình mạch điện hồ quang (hình 1.17)

Đường 1 u = f(i) = const Đường 2 u = f(i) = u- iR Đường 3 uh = f(i) Vùng gạch chéo là vùng di/dt:

Dấu ( + ) vùng di/dt > 0, Dấu ( – ) vùng di/dt < 0

Hai đường 2, 3 có thể không giao nhau, tiếp xúc nhau hay giao cắt nhau tại hai điểm A,

B

Khi hồ quang cháy ổn định di/dt = 0 và hai đường 2, 3 cắt nhau tại hai điểm A, B

Xét tại điểm A:

Xét tại điểm A:

Nếu iA biến thiên một lượng +∆i → Ldi/dt > 0 làm cho dòng điện trong mạch hồ quang tăng từ iA → iB

Nếu iA giảm một lượng -∆i sẽ dẫn tới di/dt < 0 làm cho dòng điện trong mạch càng giảm hơn và giảm về 0, đồng thời uh > u – iR

Hình 1.16 sơ đồ mạch

Hình 1.17

Từ nhận xét trên ta thấy A là điểm cháy không ổn định của hồ quang và điều kiện tắt của hồ quang là i giảm về 0 và u – iR ≤ uh

Xét tại điểm B

Xét tại điểm B:

Nếu iB tăng một lượng +∆i → Ldi/dt < 0 làm dòng giảm trở lại iB

Nếu iB giảm một lượng -∆i sẽ dẫn tới Ldi/dt > 0 làm dòng I tăng trở lại iB

Từ nhận xét trên ta thấy điểm B là điểm cháy ổn định của hồ quang

Do đó điều kiện cháy ổn định của hồ quang là hai đường 2, 3 phải cắt nhau và chỉ có điểm B là cháy ổn định mà thôi

Khi hồ quang cháy ổn định di/dt = 0 và hai đường 2, 3 tiếp xúc nhau tại điểm C

Xét tại điểm C:

Xét tại điểm C:

Hai đường 2, 3 tiếp xúc nhau và hai vùng Ldi/dt đều có giá trị âm vì uh > u – IR Nếu vì lý do nào đó mà iC tăng một lượng +∆i→ Ldi/dt < 0 sẽ làm dòng i giảm về giá trị iC của hồ quang

Nếu vì lý do nào đó mà iC giảm một lượng -∆i → Ldi/dt < 0 lại làm giảm dòng i về 0 và hồ quang bị tắt

Từ nhận xét trên, ta thấy điểm C gọi là điểm tới hạn Tại đây nếu đường 3 thay đổi hạ xuống cắt đường 2 sẽ duy trì hồ quang ổn định tại B và nếu làm cho đường 3 nâng lên không tiếp xúc nữa sẽ không thể sinh ra hồ quang được vì uh > u – iR

Vậy u – iR ≤ uh là điều kiện tắt của hồ quang Điều này đồng nghĩa với việc làm giảm dòng i → 0 trong điều kiện đạt tới chế độ tới hạn và điểm tới hạn

Tóm lại:

Tóm lại:

- Với mạch chỉ có R: điều kiện để tắt hồ quang là uhồ quang = u0 điện áp nguồn

(uhồ quang được tính bởi công thức quan hệ điện áp hồ quang)

- Với mạch điện có R và L khi dòng i dần về 0, iR = 0, còn Ldi/dt < 0 thì điều kiện dập tắt hồ quang là:

Hình 1.18

Hình 1.19 sự phục hồi điện áp khí dập tắt hồ

quang

h

h Hiện tượng quá điện áp khi dập tắtHiện tượng quá điện áp khi dập tắtHiện tượng quá điện áp khi dập tắt hồ quang điện DC hồ quang điện DC hồ quang điện DC

Khi hồ quang tắt, dòng điện trong mạch giảm dần về giá trị 0 Khi đó, điện áp có xu hướng tăng lên tới giá trị điện áp nguồn, quá trình này gọi là quá trình phục hồi điện áp Tuy nhiên khi tăng từ Uh đến U0 tùy thuộc vào tốc độ suy giảm dòng điện và giá trị tự cảm L mà mạch có thể xảy ra quá điện áp:

Điều này có nghĩa là điện áp xuất hiện trên hai điện cực hồ quang lớn hơn giá trị điện áp nguồn

- Đường 3 đồ thị điện áp đặt lên phụ tải R-L

- Đường 2 đồ thị dòng điện hồ quang

- Đường 1 đồ thị điện áp hồ quang đặt trên hai điện cực tiếp điểm

vcđ: vận tốc chuyển động của tiếp điểm

τ: thời gian mà dòng điện giảm từ giá trị đang làm việc về tới 0 hay là thời gian dập tắt hồ quang

1

1.2222.6 6 6 Dập tắt hồ quang điện của dòng điện xoay chiều Dập tắt hồ quang điện của dòng điện xoay chiều Dập tắt hồ quang điện của dòng điện xoay chiều

Đối với dòng điện AC hình sin, dòng điện trong mạch không ngừng thay đổi trong mỗi chu kỳ về cả độ lớn và cả chiều dòng điện Vì vậy, khi phân tích hồ quang điện AC ta phải xét đặc tính động của hồ quang, nghĩa là xét cả ở góc phần tư thứ nhất và góc phần tư thứ ba của đồ thị khi dòng điện, điện áp đổi chiều

Như đã biết, quá trình sinh ra hồ quang xuất hiện khi ngắt mạch điện Với mạch điện xoay chiều, dòng điện và điện áp không trùng pha với nhau là do có sự có mặt của tổng trở Z của tải Để thuận lợi, ta có thể xem xét từ hai trường hợp đặc biệt:

Tải thuần trở, dòng điện và điện áp trùng pha

Tải thuần kháng, dòng điện và điện áp lệch pha 90o

a Xét với tải thuần trở (xem như l = const) Xét với tải thuần trở (xem như l = const) Xét với tải thuần trở (xem như l = const)

Hồ quang tải thuần trở:

Để đơn giản ta xét thời điểm t = 0 khi bắt đầu ngắt mạch điện cũng là lúc dòng điện và điện áp qua điểm 0

Do hồ quang chỉ phát sinh khi lớn hơn giới hạn Uc nên trong khoảng thời gian t1 đầu chu kỳ, điện áp hồ quang tăng dần theo đúng như điện áp của nguồn và dòng điện hồ quang là dòng phóng điện qua hai tiếp điểm ngắt mạch tăng rất ít theo điện áp

Chấm dứt thời gian t1, điện áp đặt lên hai tiếp điểm đạt tới Uc, dẫn đến phát sinh hồ quang, làm đường điện áp hồ quang giảm xuống như đặc tính hồ quang, dòng điện hồ quang tăng theo sự tăng của nguồn

Ở gần cuối bán kỳ đầu, điện áp nguồn giảm xuống và dòng điện hồ quang giảm theo Truớc đó, dòng Ihồ quang giảm dần và Uhq tăng dần tới Ut. Khi tới thời điểm t= π⁄ω - t2, điện áp đặt trên 2 tiếp điểm và dòng hồ quang giảm xuống giới hạn, dòng và điện áp hồ quang giảm dần về 0 theo điện áp nguồn

i.i.i.i Xét với tàXét với tàXét với tài thuần kháng: i thuần kháng: i thuần kháng:

Trong trường hợp này, dòng điện trong mạch lệch pha so với điện áp nguồn 1 góc π/2 Giả sử hồ quang đang cháy tại thời điểm t = 0, trong mạch có dòng điện là ihq Tại thời điểm t

= π /2ω, dòng điện trong mạch giảm xuống 0 Lúc này, điện áp nguồn đang đạt giá trị cao nhưng ngược lại với hướng dòng điện lúc trước đó, hồ quang bùng cháy lại sau thời gian t1

phụ thuộc điện áp phục hồi và tần số dao động riêng của mạch Thông thường, tần số dao động riệng này cao hơn rất nhiều so với tần số của nguồn Vì những lý do đó nên thời gian nghỉ của hồ quang rất ngắn và điện áp phát cháy lại của hồ quang cũng thấp Do đó với tải thuần cảm rất thuận lợi cho hồ quang cháy bền vững Vì vậy, khi cần thiết phải duy trì hồ quang điện AC, người ta thường mắc nối tiếp với điện cực các phần tử có L cao

Hình 1.20 hồ quang khi tải thuần trở

Trong thực tế, các tải AC không đơn thuần là thuần trở hay thuần cảm mà kết hợp cả 2 yếu tố trở và cảm nên ta xác định trị số cosϕ của tải Trong đó ϕ là góc lệch pha giữa dòng điện và điện áp, nên sự cháy lại của hồ quang ở các chu kỳ tiếp theo được xác định khi điện áp phục hồi Ufh đủ đánh thủng độ bền điện của môi trường giữa 2 điện cực Ub

j.j.j.j Năng lượng hồ quang điện xoay chiều: Năng lượng hồ quang điện xoay chiều: Năng lượng hồ quang điện xoay chiều:

Về nguyên lý hồ quang AC có thể bị dập tắt bởi phương pháp sau:

- Hồ quang bị dập tắt cưỡng bức trong 1 thời gian rất ngắn Trong trường hợp này mạch điện xảy ra các hiện tượng gắn liền với sự cưỡng bức, dòng hạ xuống trị số 0 gần như

ở hồ quang DC Do vậy, luôn xuất hiện hiện tượng quá áp như đã nghiên cứu ở phần hồ quang DC

- Hồ quang coi như bị dập tắt nếu tạo được điều kiện để nó không phát sinh trở lại trong nửa chu kỳ tiếp theo, vì tại thời điểm hồ quang tắt dòng điện đi qua trị số 0 Do vậy, năng lượng điện từ dự trữ trong mạch cũng bằng 0 Quá điện áp trong trường hợp này là do điện dung của mạch điện Trong trường hợp xấu nhất, biên độ điện áp giữa các điện cực có thể bằng 2 lần điện áp phục hồi Như vậy, đối với các thiết bị đóng ngắt hạ áp, quá điện áp lớn nhất ∆U ở tải thuần kháng cũng không lớn hơn 2 U

Năng lượng hồ quang được tính:

0

.

n t

hq U Ri i dt

Với n là số lượng bán kỳ trong khoảng thời gian cháy của hồ quang Khác với dòng DC,

ở đây toàn bộ năng lượng điện từ được đưa trở về nguồn

Với trường hợp (a), dòng được ngắt trước khi qua trị số 0 thì 1 phần năng lượng điện từ sẽ không được đưa trở về nguồn mà cung cấp cho hồ quang

Do đo,ù đứng trên quan điểm năng lượng mà xét thì ngắt mạch dòng AC dễ hơn ngắt mạch dòng DC cùng một công suất

1

1.2222.7 7 7 dập tắt hồ quang dập tắt hồ quang dập tắt hồ quang

a Yêu cầu:Yêu cầu:Yêu cầu:

Hình 1.21 hồ quang khi tải thuần cảm

Hồ quang phải được dập tắt trong khu vực hạn chế với thời gian ngắn nhất, tốc độ mở tiếp điểm phải lớn mà không làm hư hỏng các bộ phận của khí cụ điện Đồng thời, năng lượng hồ quang phải đạt giá trị bé nhất Nhiệt do hồ quang phải được tiêu tán nhanh, điện trở hồ quang phải tăng nhanh Việc dập tắt hồ quang không được kéo theo quá điện áp nguy hiểm, tiếng kêu nhỏ và ánh sáng không quá mạnh Thiết bị dập hồ quang phải gọn nhẹ dễ lắp đặt và giá thành thấp

k

k Biện pháp: Biện pháp: Biện pháp:

Làm tiêu tán nhiệt lượng của hồ quang:

- Dùng từ trường thổi hồ quang chuyển động nhanh

- Dùng khí hay dàn thổi dập hồ quang

- Dùng khe hở hẹp để hồ quang cọ sát vào vách tấm giải nhiệt

Tăng độ dài của hồ quang:

- Tạo thành chân không không gian hồ quang

- Phát sinh khí khử ion để dập tắt hồ quang

Thay đổi điện áp hồ quang bằng cách phân hồ quang thành nhiều hồ quang ngắn nhờ các vách kim loại

Thường thì áp dụng đồng thời nhiều biện pháp để dập hồ quang hiệu quả hơn

Cụ thể như sau:

- Kéo dài hồ quang bằng biện pháp cơ khí: Đây là phương pháp khá đơn giản Khoảng cách giữa các đầu tiếp xúc tăng nhanh, hồ quang bị kéo dài, không khí bị hồ quang đốt nóng bốc lên, làm hồ quang bị thổi lên phía trên Lúc đó, ở hai phần hồ quang sẽ xuất hiện tác dụng tương hỗ (lực điện động), đẩy và làm đứt hồ quang

- Phương pháp thổi bằng từ trường: Người ta đặt cuộn dây thổi từ cạnh 2 đầu tiếp xúc nối tiếp với dòng điện trong mạch, lực điện từ sẽ kéo và thổi tắt hồ quang

- Phương pháp thổi bằng cách sinh khí và khí nén: Khe hở sinh ra hồ quang đặt trong một hộp chế tạo bằng vật liệu sinh khí Khi hồ quang phát sinh, thành hộp bị đốt nóng ra sinh khí áp suất cao thổi dập tắt hồ quang

- Phương pháp chia nhỏ hồ quang bằng cách tử: Đặt khe hở sinh hồ quang trong một hộp khí, phía trong hộp có đặt các tấm thép chịu nhiệt Khí trong hồ quang phát sinh dưới áp lực của không khí bị đốt cháy đẩy hồ quang vào sâu trong các tấm cách tử, bị chia nhỏ, làm nguội và dập tắt

- Phương pháp dập tắt hồ quang trong môi trường dầu biến áp, áp dụng máy cắt nhiều dầu và

ít dầu

- Phương pháp dập tắt hồ quang bằng khí nén, áp dụng máy cắt khí nén

- Phương pháp dập tắt hồ quang bằng khí SF6, áp dụng máy cắt khí SF6

- Phương pháp dập tắt hồ quang bằng chân không, áp dụng máy cắt chân không

**** CÁC TIÊU CHUẨN COCÁC TIÊU CHUẨN COCÁC TIÊU CHUẨN CÓ LIÊN QUAN ĐẾN KHÙ LIÊN QUAN ĐẾN KHÙ LIÊN QUAN ĐẾN KHÍ CỤ ĐIỆN.Í CỤ ĐIỆN.Í CỤ ĐIỆN

Tiêu chuẩn IEC IEC IEC (International Electrotechnical Committee): tiêu chuẩn kỹ thuật điện của thế giới

Tiêu chuẩn ANSI ANSI ANSI và CSA CSA CSA (American and canadian National Standard Institute): tiêu chuẩn của Mỹ

Tiêu chuẩn NEMA NEMA NEMA và CEMA CEMA CEMA (National Electrical Manufacturer Association): tiêu chuẩn của hiệp hội công nghiệp sản xuất sản phẩm điện

Tiêu chuẩn CENELECCENELECCENELEC (European Committee): tiêu chuẩn của Châu Âu

Tiêu chuẩn UTEUTEUTE (French Committee): tiêu chuẩn của nước Pháp

1

1.3333 LỰC ĐIỆN ĐỘNG.LỰC ĐIỆN ĐỘNG.LỰC ĐIỆN ĐỘNG

1

1.3333.1 1 1 Tổng quan Tổng quan Tổng quan

Lực điện động (LĐĐ) là lực sinh ra khi vật dẫn mang dòng điện đặt trong từ trường Lực đó tác dụng lên vật dẫn và có xu hướng làm thay đổi hình dáng vật dẫn để từ thông xuyên qua mạch vòng có giá trị cực đại

Như chúng ta đã biết khi dòng điện chuyển động trong vật dẫn thì luôn luôn sinh ra xung quanh nó từ trường chuyển động Từ trường này có thể tác dụng với tất cả vật dẫn dòng điện nằm trong vùng ảnh hưởng của nó và từ trường này cũng tác dụng ngay với chính dòng điện sinh ra nó Lực tác dụng do dòng điện và từ trường sinh ra này đều được gọi là lực điện động

Chiều của lực điện động được xác định bằng quy tắc bàn tay trái hay bằng nguyên lý chung: chiều của lực tác dụng lên vật dẫn mang dòng điện là chiều biến đổi hình học hình

dạng của mạch vòng dẫn điện sao cho từ thông mắc vòng qua nó tăng lên nghĩa là tăng vùng diện tích nơi có từ cảm B đi qua

Hình 1.4: lực điện động do hai vật dẫn có dòng điện cùng chiều và ngược chiều Trong điều kiện làm việc bình thường, dòng điện chạy trong vật dẫn không lớn lắm, lực điện động không gây nên biến dạng các chi tiết mang dòng điện Nhưng khi có sự cố ngắn mạch, các LĐĐ này sẽ rất lớn gây biến dạng vật thể mang điện làm ảnh hưởng đến điều kiện làm việc cho phép của khí cụ điện Do vậy nghiên cứu và tính toán lực điện động là rất cần thiết cho việc thiết kế và sử dụng hiệu quả khí cụ điện

1

1.3333.2 2 2 Tính toán lực điện động khi các vật dẫn mang dòng DC.Tính toán lực điện động khi các vật dẫn mang dòng DC.Tính toán lực điện động khi các vật dẫn mang dòng DC

Có thể tính lực điện động bằng hai phương pháp Phương pháp thứ nhất dùng định luật Biot-Savart-Laplace hoặc dùng định luật bảo toàn năng lượng

a Phương pháp thứ nhất dùng định luật BiotPhương pháp thứ nhất dùng định luật BiotPhương pháp thứ nhất dùng định luật Biot SavartSavartSavart Laplace.Laplace.Laplace

Trong trường hợp chung nhất có thể xem LĐĐ được sinh ra khi có sự tác động tương hỗ giữa dòng điện và từ trường Theo định luật Biot-Savart-Laplace, vi phân LĐĐ tác dụng lên dòng điện i trên chiều dài của đoạn dl nằm trong từ trường có từ cảm B được xác định bởi tích vectơ dl và vectơ B:

B x l id f

b, Phương pháp tính lực điện động theo định luật cân bằng năng lượng Phương pháp tính lực điện động theo định luật cân bằng năng lượng Phương pháp tính lực điện động theo định luật cân bằng năng lượng

Hiện tượng phát sinh LĐĐ là hiện tượng biến đổi năng lượng điện từ tích trong mạch điện thành cơ năng

Lực điện động là lực cơ học Định nghĩa lực cơ học là sự biến đổi cơ năng trên 1 đoạn chuyển dịch Từ đó định nghĩa lực điện động là sự biến đổi của năng lượng điện từ trên 1 đoạn dịch chuyển của mạch điện

const I

M

dx

dW F

=

Trong đó: WM: năng lượng điện từ của mạch điện ( Ws )

dx: đoạn dịch chuyển của mạch điện

Biết rằng năng lượng điện từ trong 1 mạch điện:

I I L

với: I: cường độ dòng điện (A)

L: điện cảm của mạch (H)

Φ: từ thông trong mạch (Vs)

Từ đó, ta cóù:

)(.2

1.2

1 2

N dx

d I dx

dL I

Trường hợp có 2 mạch điện:

)( 2

1.2

1

2 1 2 2 2 1 2

I

trong đó: I1, I2: cường độ dòng chảy trong mạch 1 và 2

L1, L2: điện cảm trong mạch 1 và 2

M: hỗ cảm giữa mạch 1 và 2

Lực điện động sẽ là:

dx

dM I I dx

dL I dx

dL I

2 1 2

2

1

2

1

++

1

1.3333.3 3 3 Tính toán lực điện động khi các vật dẫn mang dòng điện AC.Tính toán lực điện động khi các vật dẫn mang dòng điện AC.Tính toán lực điện động khi các vật dẫn mang dòng điện AC

Tất cả các công thức xét ở phần trên đối với dòng DC đều đúng khi ta áp dụng tính với dòng điện AC nhưng phải chú ý rằng giá trị i được tính ở đây là giá trị tức thời của dòng xoay chiều LĐĐ sẽ đạt giá trị lớn nhất khi i = Imax = 2 I Do vậy LĐĐ ở dòng AC sẽ lớn hơn khi dẫn dòng DC

a Dòng điện AC một pha:Dòng điện AC một pha:Dòng điện AC một pha:

Khi chỉ xét hình sin điều hoà: i(t) = Im.sinω.t

Công thức tổng quát:

F =

2

.2.Cos2 t F

(1.46) Lực tác động trung bình:

T

m CI I C dt F

T 0

2 2

2

1

(1.47) Đồ thị (hình 1.5), LĐĐ theo giá trị tức

thời cho ta thấy lực F biến đổi tuần hoàn có giá trị từ (0 ÷Fm) và có tần số gấp 2 lần tần số dòng điện Với tần số này tác động cơ khí sẽ gây ra tiếng ồn

Khi xe

Khi xét dòng AC có chứa thành phần không chu kỳ: ùt dòng AC có chứa thành phần không chu kỳ: ùt dòng AC có chứa thành phần không chu kỳ:

Khi đóng ngắt mạch điện, sét đánh hay xảy ra sự cố trên lưới điện như ngắn mạch bất ngờ thì lúc này ngoài thành phần chu kỳ sin điều hoà còn có thành phần không chu kỳ làm cho giá trị dòng điện đặc biệt là giá trị Im tăng vọt Giá trị dòng điện lúc này tuỳ thuộc vào thời điểm xảy ra sự cố so với thời điểm mà thành phần chu kỳ đi qua điểm 0 Nó đặc biệt lớn khi thời điểm xảy ra sự cố đúng thời điểm π/ω của chu kỳ sin điều hòa Đó chính là trường hơp LĐĐ nặng nề nhất cần phải xét đến Hình 1.6 trình bày dạng dòng điện ngắn mạch

Hình 1.5 đồ thị của lực điện động và dòng điện

Hình 1.6 đồ thị lực điện động và dòng điện không chu kỳ

T m

=

− ω π

Hệ số Kxk phụ thuộc vào công suất nguồn điện, vị trí đặt của thiết bị và hình dạng của lưới điện, giá trị R và L của mạch Thiết bị càng gần nguồn thì hệ số Kxk càng lớn Trong tính toán ta thường chấp nhận giá trị Kxk = 1,8 Do

vậy:

Fxk = C(Ixkmax)2 = C (1,8)2I2

m = 3,24 CI2

Như vậy khi có thành phần không chu kỳ thì LĐĐ

sẽ lớn gấp 3,24 lần so với dòng biến thiên điều

hòa và lớn gấp 6,48 lần so với dòng DC cùng

điều kiện Khi xảy ra sự cố ngắn mạch, dòng

ngắn mạch đã rất lớn gấp hàng chục lần định

mức, nếu tính tới thành phần xung kích thì dòng

còn lớn hơn nữa gấp cả trăm lần Iđm Do vậy, khi

xét LĐĐ để tính tóan cho an toàn thiết bị chúng

ta phải tính đến điều kiện có dòng xung kích này

b,

b, Dòng điện xoay chiều ba pha:Dòng điện xoay chiều ba pha:Dòng điện xoay chiều ba pha:

Các dây dẫn bo

Các dây dẫn bố trí trên mặt phẳng song song: á trí trên mặt phẳng song song: á trí trên mặt phẳng song song:

Dòng điện 3 pha lệch nhau 120 0:

F13 : LĐĐ giữa pha 1 và pha 3

Hình 1.7

Đối với dây pha 1:

Đối với dây pha 1:

0 0

2 1

t t

Sin t Sin I a

Khi đó các cực trị của hàm F1 sẽ tương ứng với ωt = -150 và ωt = 750

Tại ωt = 750 lực lúc đó cực đại sẽ có giá tri (-) tương ứng lực đẩy:

Đối với dây pha 3:

Đối với dây pha 3: kết quả có dạng ngược lại pha 1

Lực đẩy ứng với giá trị (+): F1 = 0,805 C.I2

m

Lực hút ứng với giá trị (-): F1 = - 0,055 C.I2

m

Đối với dây pha 2:

Đối với dây pha 2:

F MAX = 0,866.C.I2

Các dây dẫn bố trí trên đỉnh tam giác đều:

Các dây dẫn bố trí trên đỉnh tam giác đều:

Lực điện động tác dụng lên dây 1 được phân tích thành 2 thành phần:

Trong đó:

Hình 1.8 đồ thị lực điện động 3 pha bố trí trên đỉnh tam giác đều

F1x = F12x + F13x = C.I m2.Sin(ω.t).[Sin(ω.t−1200)+Sin(ω.t−2400) ]cos300

.)

.(

F MAX = 0,866.C.I2

Khi xét đến dòng 3 pha có chứa thành phần không chu kỳ, trong cả hai trường hợp ta phải xét thêm hệ số xung kích Kxk :

Fmax = 3.C.I2(1,8)2 = 5,61.C.I2 (1.63) 1

1.4444 SỰ PHÁT NÓNG TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN SỰ PHÁT NÓNG TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN SỰ PHÁT NÓNG TRONG KHÍ CỤ ĐIỆN

Tất cả các thiết bị điện đều được cấu tạo bởi các chi tiết có các đặc tính cơ, hoá, lý khác nhau Khi chúng hoạt động dưới tác dụng của điện trường và từ trường thì ngay trong các chi tiết như mạch vòng dẫn điện, mạch từ, vật liệu cách điện … đều xuất hiện các tổn hao công suất Tất cả các tổn hao này đều chuyển hóa thành nhiệt năng làm cho nhiệt độ thiết bị nóng lên Nếu nhiệt độ vượt quá giá trị cho phép, khí cụ điện sẽ nhanh hỏng, vật liệu cách điện mau hoá già và độ bền cơ khí của kim loại giảm đi nhanh chóng

Nhiệt độ cho phép của các bộ phận trong khí cụ điện tham khảo ở bảng sau:

Các bộ phận của khí cụ điệnCác bộ phận của khí cụ điện Nhiệt độ cho phépNhiệt độ cho phép

Vật liệu không dẫn điện không bọc cách điện 110

Vật liệu dẫn điện có bọc cách điện:

Cấp cách điện A Cấp cách điện E Cấp cách điện B Cấp cách điện F Cấp cách điện H Cấp cách điện C

1

1.4444.1 1 1 Quá trình phát nóng ở chế độ quá độ.Quá trình phát nóng ở chế độ quá độ.Quá trình phát nóng ở chế độ quá độ

Tất cả các tổn hao đã xét ở phần trên đều chuyển thành nhiệt năng ở ngay trong thiết

bị điện và được xét là nguồn nhiệt nội tại Nguồn nhiệt nội tại này sẽ làm vật thể nóng lên lan truyền trong các chi tiết thiết bị và toả ra môi trường xung quanh theo qui luật lan tỏa từ nơi nhiệt độ cao sang vùng nhiệt độ thấp

Xem xét chi tiết tổn hao bên trong nó như vật thể độc lập có nguồn nhiệt nội tại Ta thấy năng lượng nhiệt do tổn hao trong thời gian dt một phần làm tăng nhiệt độ của vật và một phần khác toả ra môi trường bởi biểu thức:

P dt = c M dτ + KT S τ dt (1.1) Trong đó:

τ = θ -θ0: chênh lệch nhiệt giữa thiết bị và môi trường ( 0 C )

S: diện tích tỏa nhiệt (m2 )

c: nhiệt dung riêng của vật thể( Ws / 0 C.kg)

KT: hệ số tỏa nhiệt (W / m2 0C )

M: khối lượng của thiết bị (Kg)

P: công suất tổn hao của thiết bị (W)

Biểu thức trên được viết lại như sau:

t T

C

T

=

= : hằng số thời gian phát nóng (s)

Nếu khi bắt đầu làm việc, nhiệt độ của thiết bị bằng nhiệt độ môi trường, nghĩa là

τ = 0 thì:

tg T dt

C

P

T

T T

Thay t = T vào (1.6) ta được τ = τ∞

Như vậy, hằng số thời gian nhiệt T là quãng thời gian làm việc để nhiệt độ đạt tới giá trị xác lập nếu không có quá trình tỏa nhiệt Nếu có cả quá trình tỏa nhiệt, thay t = T vào (1.4) ta có:

Người ta phân ra ba chế độ làm việc của thiết bị điện tuỳ theo thời gian làm việc và độ tăng nhiệt τ : dài hạn, ngắn hạn và ngắn hạn lặp lại

a Quá trình phát nóng ở chế độ làm việc dài hạn:Quá trình phát nóng ở chế độ làm việc dài hạn:Quá trình phát nóng ở chế độ làm việc dài hạn:

Ở chế độ làm việc dài hạn, thời gian làm việc đủ lớn để τ = τ∞ và thời gian nghỉ đủ dài để τ = 0 Vì τ(t) là hàm mũ, nên về lý thuyết khi phát nóng τ đạt đến τ∞ với thời gian vô cùng Trong thực tế, nếu t≥4T thì có thể coi là chế độ làm việc dài hạn, hoặc độ tăng nhiệt theo thời gian ≤2

dt

dτ (0C/h) cũng có thể coi đó là chế độ làm việc dài hạn Đồ thị quan hệ τ(t) ở chế độ dài hạn cho ở hình 1.1

Hình 1.1 Mối quan hệ τ(t) ở chế độ dài hạn

b,

b, Quá trình phát nóng ở chế độ làm việc ngắn hạn:Quá trình phát nóng ở chế độ làm việc ngắn hạn:Quá trình phát nóng ở chế độ làm việc ngắn hạn:

Chế độ làm việc ngắn hạn là chế độ làm việc với thời gian làm việc chưa đủ lớn để độ tăng nhiệt chưa dạt đến giá trị xác lập τ∞, còn thời gian nghỉ đủ dài để nhiệt độ của thiết bị giảm bằng nhiệt độ môi trường Đồ thị của quá trình này được mô tả ở hình 1.2

Hình 1.2 Mối quan hệ τ(t) ở chế độ ngắn hạn

Các thiết bị được thiết kế làm việc với dòng điện và công suất định mức ở chế độ dài hạn liên tục với thời gian t1 ứng với độ chênh nhiệt là τ1∞ =τcp (độ chênh nhiệt cho phép) Ở chế độ làm việc ở chế độ ngắn hạn thì thời gian làm việc là tlv < t1 nên độ chênh nhiệt làτ <τ∞, nghĩa là thiết bị làm việc còn non tải Để tận dụng khả năng mang tải của thiết bị,

ta có thể tăng công suất của thiết bị tới P’sao cho sau thời gian tlv thì độ phát nóng đạt

τ ’=τ =1∞ τcp Như vậy, ở chế độ làm việc ngắn hạn, thiết bị có thể làm việc quá tải và đặc trưng bằng hệ số nâng công suất hoặc nâng dòng điện như sau:

Công suất ở chế độ định mức:

P

lv

n dm n

exp1

1

1

τ

Hệ số nâng dòng điện khi làm việc ngắn hạn:

K

lv P

I

exp1

Từ (1.11) và (1.12) ta thấy rằng, hệ số nâng của tải càng lớn khi thời gian làm việc càng bé và hằng số thời gian phát nóng càng lớn Điều này liên quan đến việc chọn thiết bị khi làm việc ở chế độ ngắn hạn

c,

c, Quá trình phát nóngQuá trình phát nóngQuá trình phát nóng ở chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại ở chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại ở chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại

Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại, mỗi chu kỳ được đặc trưng bởi thời gian làm việc và thời gian nghĩ của thiết bị:

ng lv

ck t t

Thời gian làm việc trong mỗi chu kỳ chưa đủ lớn nên nhiệt độ phát nóng chưa đạt đến giá trị xác lập và thời gian nghỉ chưa đủ dài nên nhiệt độ chưa hạ tới nhiệt độ môi trường Sau khoảng thời gian thì độ chênh nhiệt dao động ở giữa hai mức τ max và τ min xác lập, còn gọi là trị số “xác lập giả định” Đồ thị tăng nhiệt trong chế độ làm việc ngắn hạn lập lại được trình bày ở hình 1.3

Hình 1.3 Mối quan hệ τ(t) ở chế độ ngắn hạn lặp lại

Ở chu kỳ đầu:

τ − = ta có công thức sau:

T t T t

exp1

P K

lv ck

exp1

Hệ số nâng dòng điện:

T t T

t K

K

lv

ck P

exp1

1.3.2 Chế độ phát nóng khi ngắn mạch:Chế độ phát nóng khi ngắn mạch:Chế độ phát nóng khi ngắn mạch:

Đây là chế độ đáp ứng khi xảy ra sự cố ngắn mạch Ở chế độ này thời gian xảy ra rất nhanh tnm < 0.05T, dòng ngắn mạch rất lớn, gấp cả chục lần dòng định mức, nhiệt lượng sinh

ra chỉ đốt nóng thiết bị và không kịp tỏa ra môi trường Quá trình đốt nóng như vậy gọi là quá trình đoạn nhiệt, nghĩa là toàn bộ nhiệt lượng do thiết bị hấp thụ chứ không tỏa ra môi trường xung quanh Quá trình này chỉ xảy ra trong thời gian vài giây và nhiệt độ phát nóng cho phép lớn hơn rất nhiều so với chế độ định mức dài hạn Phương trình cân bằng nhiệt có dạng:

trong đó: R là điện trở của dây dẫn, được tính theo công thức:

với: KPh : hệ số tổn hao phụ tính đến hiệu ứng mặt ngoài và hiệu ứng gần

ρ0 : điện trở suất của vật liệu ở 00C

αT : hệ số nhiệt điện trở của vật liệu làm dây dẫn

θ : nhiệt độ của thiết bị

l : chiều dài dây dẫn

q : tiết diện của dây dẫn

CT : nhiệt dung của thiết bị

c0 : nhiệt dung riêng của vật liệu ở 00C

β : hệ số nhiệt của nhiệt dung riêng

M : khối lượng của vật dẫn, có thể tính theo công thức:

γ : khối lượng riêng của vật liệu làm dây dẫn

V = q.l : thể tích vật dẫn

Thay các đại lượng trên vào (1.23) ta được:

( α θ) θρ

θβγ

d K

c dt q

i

T ph

1

.1

0

0 2

d K

c dt

q

i

T ph

θ

θθαρ

θβγ

0

1

.1

0 0

0 2

I

nm nm nm

nm = : mật độ dòng điện khi ngắn mạch

Aθnm , Aθ : trị số của tích phân vế phải của (1.28)

Nếu biết nhiệt độ ngắn mạch cho phép và nhiệt độ ban đầu của thiết bị, dựa vào (1.29)

ta tìm được dòng ngắn mạch cho phép ứng với thời gian ngắn mạch tnm Độ bền nhiệt của thiết bị điện là khả năng chịu đựng dòng ngắn mạch trong thời gian ngắn mạch cho trước mà nhiệt độ phát nóng của thiết bị không vượt quá nhiệt độ phát nóng cho phép khi ngắn mạch Thông thường tnm được qui định là 1, 3, 5 và 10 giây

Nếu biết Inm 1 và tnm 1 , ta có thể suy ra Inm 2 và thời gian tnm 2 theo quan hệ:

2 2 2 1 2

1.nm nm nm

Khi ngắn mạch, nếu kể cả tác dụng nhiệt của thành phần không chu kỳ của dòng điện thì việc tính toán sẽ khá phức tạp Phương pháp thường dùng để tính ảnh hưởng của thành phần không chu kỳ là dùng thời gian ngắn mạch ảo:

f nm

t

nm I t i

với: I : là trị hiệu dụng của dòng ngắn mạch chu kỳ nm

tf : thời gian ngắn mạch ảo

β , mà I’’ là trị số hiệu dụng của dòng ngắn mạch siêu quá độ Còn tf2 là thành phần không tương ứng với dòng không chu kỳ:

tf2 = 0,005 (β’’)2 1.4

1.4 TIẾP XÚC ĐIỆN TIẾP XÚC ĐIỆN TIẾP XÚC ĐIỆN

1.4

1.4.1.1.1 Các khái niệm căn bản Các khái niệm căn bản Các khái niệm căn bản

Tiếp xúc điện là nơi nối tiếp tiếp giáp giữa hai vật dẫn khác nhau cho phép dòng điện

đi từ vật dẫn này sang vật dẫn khác

Bề mặt vật dẫn ở nơi tiếp giáp nối tiếp gọi là bề mặt tiếp xúc Dòng diện đi từ vật dẫn này sang vật dẫn khác không được thực hiện trên toàn bộ bề mặt tiếp xúc mà chỉ đi qua những điểm mà ở đó hai bề mặt thực sự tiếp xúc nhau Tổng bề mặt thực sự tiếp xúc nhau thực sự có dòng điện chạy qua gọi là diện tích tiếp xúc thực tế

Các chi tiết, phần tử thực hiện nhiệm vụ tiếp xúc điện được gọi là tiếp điểm

Do bề mặt tiếp xúc dù công nghệ chế tạo có hoàn hảo thì thực chất vẫn là bề mặt gồ ghe,à lồi lõm nên khi hai mặt tiếp xúc nhau thì nhiều nhất chúng chỉ tiếp xúc nhau tại 3 đỉnh lồi của bề mặt Do vậy, diện tích tiếp xúc thực tế rất bé và mật độ dòng qua điểm tiếp xúc sẽ vô cùng lớn Các vật liệu làm tiếp điểm đều có tính biến dạng đàn hồi

Lực tác động lên hai tiếp điểm làm cho các điểm tiếp xúc thực tế bị nén biến dạng

Hình 1.9 hình ảnh tiếp xúc và mật độ

dòng điện qua các đỉnh tiếp xúc Hình 1.10 diện tích tiếp xúc thật

gây tăng diện tích tiếp xúc thực tế nơi dòng điện chảy qua, lực đó gọi là lực ép tiếp điểm 1.4

1.4.2 2 2 Phân loại.Phân loại.Phân loại

Phân loại tiếp xúc điện có thể theo tính chất làm việc của tiếp xúc, có 3 loại căn bản dựa trên cấu tạo là:

- Tiếp xúc cố định còn gọi là nối cứng

- Tiếp xúc đóng mở tiếp xúc của các tiếp điểm điều khiển đóng mở dòng điện

- Tiếp xúc trượt là loại tiếp xúc mà bề mặt tiếp xúc thay đổi trong quá trình làm việc Ngoài ra ngưới ta có phân loại theo đặc điểm bề mặt tiếp xúc:

- Tiếp xúc điểm: hai mặt chỉ tiếp xúc nhau tại 1 điểm

- Tiếp xúc đường: hai bề mặt tiếp xúc nhau ít nhất tại hai điểm hay các điểm thẳng hàng

- Tiếâp xúc mặt: hai bề mặt tiếp xúc ít nhất tại 3 điểm không thẳng hàng

1.4

1.4.3 3 3 Vật liệu làm tiếp điểm Vật liệu làm tiếp điểm Vật liệu làm tiếp điểm

Vật liệu kỹ thuật điện dùng làm các tiếp điểm cần phải thỏa mãn các điều kiện sau:

- Có sức bền cơ khí và độ cứng tốt

- Có điện dẫn suất và nhiệt dẫn suất lớn

- Có sức bền đối với sự ăn mòn do tác nhân ngoài

- Có độ bền hồ quang, nhiệt độ nóng chảy và hóa hơi cao

- Dễ gia công, giá thành hạ

Bên cạnh những điều kiện trên vật liệu phải còn thỏa mãn những điều kiện khác tùy thuộc vào dạng tiếp điểm

Đối với tiếp điểm cố định:

- Phải có sức bền cơ khí nén để có thể chịu áp suất lớn

- Phải có điện trở ổn định trong thời gian làm việc lâu dài

Đối với tiếp điểm đóng mở:

- Phải có sức bền đối với sự hao mòn, do tác động cơ khí khi đóng mở

- Phải có sức bền đối với sự tác động của hồ quang điện

- Không bị hàn dính

Đối với tiếp điểm trượt:

- Phải có sức bền đối với sự mài mòn cơ khí do ma sát

Bản chất của vật liệu có ảnh huởng rất lớn đến điện trở tiếp xúc của tiếp điểm Khi phụ tải thay đổi và khi ngắn mạch có thể sinh ra ứng lực rất lớn có thể vượt quá giới hạn đàn hồi của vật liệu làm yếu tiếp điểm

Trong một số trường hợp các tiếp điểm được làm bằng các vật liệu cứng hơn song lại được phủ hay mạ phủ bằng vật liệu mềm hơn (thí dụ: mạ thiếc với đồng và đồng thau; mạ thiếc và cadimi với thép; mạ bạc với đồng hay thép) làm như vậy có thể giảm được lực ép tiếp điểm yêu cầu Một số vật liệu tiếp điểm có độ bền cơ đạt yêu cầu nhưng lại không bền đối với tác động hóa học khi có sự ẩm ướt xâm nhập trên bề mặt vật liệu Do vậy, để tránh

sự xâm nhập ẩm ướt người ta cũng áp dụng phương pháp mạ vật liệu khác như: Cadimi, bạc, thiếc, kẽm vừa là vật liệu mềm vừa bền với tác động hóa học

Ngoài ra, người ta cũng tránh làm tiếp điểm bằng hai vật liệu kim loại khác nhau, vì chúng có thể tạo ra ngẫu điện hóa làm hoà tan kim loại có thế điện hóa âm hơn Đối với những trường hợp bắt buộc, người ta thường phải phủ mạ kim loại khác có sức bền đối với sự ăn mòn và ngăn chặn sự tiếp xúc với không khí tự nhiên (thí dụ như cho làm việc trong môi trường chân không hay khí trơ)

Thế điện hoá một

Thế điện hoá một số kim loại: số kim loại: số kim loại:

1.4.4 4 4 Kết cấu của tiếp điểm.Kết cấu của tiếp điểm.Kết cấu của tiếp điểm

Hình 1.11 Kết cấu của một số tiếp điểm

1.4.5 5 5 Sự ăn mòn và hao mòn của tiếp điểm Sự ăn mòn và hao mòn của tiếp điểm Sự ăn mòn và hao mòn của tiếp điểm

Khi ngắt tiếp điểm, lực ép tiếp điểm giảm xuống, điện trở tiếp xúc tăng lên Vì vậy, nhiệt độ điểm tiếp xúc tăng lên Tại thời điểm các tiếp điểm rời nhau, nhiệt độ của chúng đạt giá trị nóng chảy, giữa chúng xuất hiện cầu kim loại nóng chảy bị đứt và phụ thuộc vào các thông số của mạch ngắt, giữa các tiếp điểm sẽ phát sinh hồ quang hay tia lửa

Khi phát sinh hồ quang nhiệt độ ở các vệt katốt hay anôd đạt giá trị nóng chảy Nhiệt độ cao làm cho các tiếp điểm bị oxýt hoá mạnh, làm vật liệu nóng chảy bắn ra xung quanh mang vật chất từ điện cực này sang điện cực khác… Tất cả những yếu tố trên gây ra sự ăn mòn tiếp điểm

Sự ăn mòn vì oxid hoá bề mặt vật liệu, được gọi là sự ăn mòn hoá học Sự vận chuyển vật chất từ điện cực này sang điện cực khác thường xảy ra mạnh ở dòng điện một chiều, gọi là sự ăn mòn điện hoá Mọi sự ăn mòn đều làm cho khối lượng và thể tích tiếp điểm giảm đi Chiều xói mòn và hình dạng các bề mặt tiếp điểm phụ thuộc vào dạng phóng điện và trị số dòng điện Để có phóng điện hồ quang, cần có các giá trị dòng điện Io và điện áp Uo

vượt quá các trị số tối thiểu của vật liệu tương ứng Nếu dòng điện nhỏ hơn Io thì khi điện áp 270V ÷ 330V sẽ phát sinh tia lửa điện phóng nhỏ

Bảng trị số Ioooo và Uo tối thiểu tương ứng vật liệu để duy trì phóng điện hồ quang: tối thiểu tương ứng vật liệu để duy trì phóng điện hồ quang:

Vật liệu tiếp điểmVật liệu tiếp điểm Uoooo (V)(V)(V) IIIIoooo (A) (A)

Biện pháp cơ bản để khắc phục xói mòn trong các khí cụ có dòng từ 1A ÷ 600A là:

- Giảm thời gian cháy của hồ quang bằng cách lắp đặt buồng dập hồ quang

- Giảm rung động khi đóng tiếp điểm

- Sử dụng các tiếp điểm mà vật liệu có tính chống hồ quang cao

Khi dòng điện I ≤ 5A, tuổi thọ của tiếp điểm có thể được tính theo công thức sau:

k

q

V N

γ

γ

6.0

0

0

Trong đó:

N : số lần đóng ngắt có thể thực hiện được

γ : khối lượng riêng vật liệu (Kg / m3)

γk : hệ số ăn mòn theo kinh nghiệm

qo : điện lượng giữa hai tiếp điểm mỗi lần đóng ngắt (Kcal)

Vo : thể tích ban đầu tiếp điểm (m3)

Điện lượng chảy qua hồ quang được tính:

∫

= tc i dt q

c

t I

trong đó: Io : giá trị dòng tại thời điểm bắt đầu mở mạch

tc : thời gian cháy của hồ quang (nghiên cứu trong chương hồ quang)

Ở dòng điện I > 5A có thể sử dụng công thức sau đây:

với Q : độ ăn mòn tiếp điểm

N : số lần đóng ngắt

I0 : dòng điện khi ngắt (A)

Ki : hệ số thực nghiệm

1111 5555 NAM CHÂM ĐIỆN NAM CHÂM ĐIỆN NAM CHÂM ĐIỆN

Nam châm điện là một bộ phận rất quan trọng của khí cụ điện, được dùng để biến đổi điện năng ra cơ năng trong khí cụ điện

Nam châm điện được dùng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như tự động hóa, các loại rơle, công tắc tơ… Trong công nghiệp nó được dùng ở cần trục để nâng các tấm thép Trong truyền động điện, nó được dùng ở các bộ ly hợp, các van điện tử, bản từ… Trong sinh hoạt hàng ngày, cơ cấu điện từ được ứng dụng rộng rãi như chuông điện, loa điện…

Cơ cấu điện từ gồm hai bộ phận chính:

- Cuộn dây (phần điện)

- Mạch từ (phần từ)

Trong thực tế, ta thường gặp hai loại sau:

- Loại có nắp chuyển động: gồm có cuộn dây, lõi sắt từ và nắp Khi có dòng điện chạy trong cuộn dây sẽ sinh lực hút điện từ và hút nắp về phía lõi Khi cắt dòng điện trong cuộn dây thì lực hút điện từ cũng không còn nữa, nắp bị nhả ra

- Loại không có nắp: loại này gồm cuộn dây và lõi sắt từ Đối với loại này, các vật liệu sắt thép bị hút được xem như là nắp

Việc tính toán cơ cấu điện từ rất phức tạp nên ta chỉ đề cập đến các cơ cấu điện từ hay gặp nhiều trong khí cụ điện

Khi cho dòng điện vào cuộn dây sẽ sinh ra từ trường, vật liệu sắt từ đặt trong từ trường đó sẽ bị từ hóa và có cực tính Từ thông xuyên qua vật liệu sắt từ theo đường khép kín Theo quy định, chỗ từ thông đi ra ở vật liệu sắt từ gọi là cực bắc (N), chỗ từ thông đi vào gọi là cực nam (S)

Từ hình 9.4 ta thấy cực tính của vật liệu sắt từ khác dấu với cực tính của cuộn dây nên vật liệu sắt từ bị hút về phía cuộn dây bởi lực hút điện từ F nếu đổi chiều dòng điện trong cuộn dây thì từ trường sẽ đổi chiều, vật liệu sắt từ sau khi từ hóa vẫn có cực tính khác dấu với cực tính của cuộn dây, do đó vật liệu sắt từ vẫn bị hút về phía cuộn dây Vì vậy, khi lõi từ mang cuộn dây có dòng điện, từ trường sẽ làm cho nắp bị từ hóa và hút nắp về phía lõi 1111 5555.1 1 1 Nam châm điện một chiều Nam châm điện một chiều Nam châm điện một chiều

a

a Lực hút điện từ Lực hút điện từ Lực hút điện từ

Ta xét lực hút điện từ của các nam châm điện một chiều có hình dạng thường gặp

- Nam châm điện hình U nắp thẳng

)(

4

B F

µ

δ

trong đó: W – số vòng cuộn dây

I – dòng điện chạy qua cuộn dây

- Nam châm điện loại hút chập nắp quay quanh một trục:

.2

2 2

2

r b IW M

b – chiều rộng của nắp

- Nam châm điện loại pít tông có vỏ bọc:

Pít tông đầu bằng:

)(

5,0

2

2 0

I

z G

G r

=

δ δ

π

)(

.2

2 2

0 2

N I

z G r IW

=

δ

π

với Ghi – từ dẫn hữu ích

Gδ – từ dẫn khe hở

δ

πµ

δ

2

0 r

r – bán kính cả vỏ

z – độ dài pít tông ngập trong cuộn dây

l – chiều dài cuộn dây

b

b Thiết kế sơ bộ nam châm điện một chiều Thiết kế sơ bộ nam châm điện một chiều Thiết kế sơ bộ nam châm điện một chiều

Ta gọi: F – lực hút điện từ cần thiết

δ – chiều dài của kẽ hở làm việc hay hành trình

r – độ tăng nhiệt độ cho phép so với môi trường xung quanh

U – điện áp nguồn

Các phương trình được dùng để thiết kế như sau:

- Lực hút điện từ được tính theo:

0

2 2

2

.µ

π r Bδ

với Bδ – cường độ từ cảm trong khe hở làm việc

пr2 – tiết diện khe hở làm việc

- Sức từ động:

Sức từ động WI được xác định bằng phương trình mạch từ:

∑+

δ B sức từ động cần thiết để tạo nên từ thông trong khe hở δ δ

Hf lf - sức từ động cần thiết để tạo nên từ thông phần thép của mạch từ

- Phương trình phát nóng:

Tổn hao năng lượng trong cuộn dây được tính bằng phương trình sau:

( )

S

WI l s

W l I R I

Cu

2 2

ϕ

ρρ

γ

ρ

với G = γ.s.W.ltb = γ.φ.S.ltb là dây dẫn

trong đó: ltb – chiều dài trung bình của vòng dây

φ – hệ số lắp đầy

W s r r h

W d

tr ng

4

2

=

−

S – tiết diện ở chỗ được quấn dây

J – mật độ dòng điện

'

s

l

J =

γ – tỷ trọng của vật liệu dây dẫn, đối với đồng γCu = 8,9

rng – bán kính ngoài cuộn dây

rtr – bán kính trong cuộn dây

h – chiều cao cuộn dây

Tổn hao công suất được chuyển thành nhiệt qua bề mặt ngoài của cuộn dây theo công thức:

Với k – hệ số tỏa nhiệt 12 ÷ 14 W/m2 0C

S – diện tích tỏa nhiệt của cuộn dây

τ – độ tăng nhiệt so với môi trường xung quanh

Phương trình phát nóng còn có thể được tính theo công thức:

PCu = I2.R = 2.τ.k.h.ltb (7.23) trong đó: 2.h.ltb – diện tích tỏa nhiệt tổng

2

d

W l

πρ

4

2

tr

ng r r h W d

tr ng

tb

r r h

W l R

ρ

- Phương trình điện áp:

Giữa điện áp và số vòng có công thức:

R

U W

2

d

W l

πρ

vậy

tb

l

u d W

4

2ρ

π

=

2 2

4

4

d

WI r r d

WI l

rtr + rng – đường kính trung bình của cuộn dây

d – đường kính của dây quấn

Từ phương trình điện áp (9.25) ta sẽ tìm được đường kính dây dẫn Sau khi tính toán xong, ta cần chọn theo bảng

1111 5555.2 2 2 NNNam châm điện xoay chiều am châm điện xoay chiều am châm điện xoay chiều

Lực hút điện từ của nam châm điện xoay chiều

Lực hút điện từ của nam châm điện xoay chiều

Giả thiết điện áp cung cấp hình sin: U = Um sinωt, khi đó B = Bm sinωt

Có nam châm điện như hình 7.4, lực hút điện từ tức thời sẽ là:

2

.sin

0 2

ω

0 2

0

2

.4

.2cos

4

µ

ωµ

t S

B S B

Hình 7.4 nam châm điện xoay chiều hình U nắp hút thẳng

Vế thứ nhất bên phải của biểu thức (7.26) là thành phần không đổi (const), còn vế thứ hai là thành phần thay đổi của lực hút theo thời gian

Mặt khác ta có: B m = B 2

do vậy:

0 2

0

2

.2

4

.µµ

S B S

B m

Hình 7.5 đường cong biểu diễn B và F theo thời gian

Hình 7.5 chỉ sự biến thiên của cường độ từ cảm B và lực điện từ F theo thời gian Lực hút điện từ F biến thiên theo tần số gấp đội tần số nguồn điện (tần số nguồn điện f = 50 Hz thì tần số lực hút điện từ 2f = 100 Hz), tức là nắp bị hút 100 lần và nhả ra 100 lần trong một giây Ta nói tần số rung là 100, điều này tạo tiếng ồn và rung Muốn chống rung, ta thường dùng vòng chống rung bằng đồng thau hay dâyđồng Thực tế đó là các vòng ngắn mạch W2 Khi có vòng ngắn mạch, từ thông Ф sẽ chia làm hai phần: Ф1 không đi qua vòng ngắn mạch, còn Ф2 đi qua vòng ngắn mạch và gặp từ kháng Xm2 nên sẽ bị chậm pha so với Ф1 một góc α Khi đó từ thông tổng tức thời sẽ giảm đến một giá trị cực tiểu song không bị triệt tiêu, nên sự rung động giảm đáng kể Thực tế α = 50 ÷ 800

Lực hút điện từ của nam châm điện ba pha

Lực hút điện từ của nam châm điện ba pha

Trên lõi sắt hình E có ba cuộn dây Dòng điện trong các cuộn dây lệch pha nhau 1200

điện và có thể xem như ba nam châm điện tổ hợp thành Lực hút tổng là một lượng không đổi theo thời gian nhưng điểm tác dụng của lực tổng trên nắp lại không cố định mà di chuyển

vị trí trong đoạn AB của nắp với tần số gấp đôi tần số dòng điện cung cấp (hình 7.6)

Hình 7.6 hình dạng chung của nam châm điện xoay chiều ba pha

Thật vậy, khi lõi 3 có dòng điện bằng 0 thỉ F3 = 0 và F1 = F2 nên điểm tác dụng sẽ ở

A Khi dòng điện ở lõi 1 bằng 0 thì F2 =F3, điểm tác dụng ở điểm B Khi dòng điện ở lõi 2 bằng 0 thì điểm tác dụng của lực F sẽ ở C, điểm giữa của AB

c

c Thiết kế sơ bộ nam châm điện xoay chiều Thiết kế sơ bộ nam châm điện xoay chiều Thiết kế sơ bộ nam châm điện xoay chiều

Thiết kế một nam châm điện loại pít tông, hành trình δ, lực F, điện áp nguồn U

- Phương trình lực hút điện từ trung bình:

0

2

2

1.µ

trong đó: S – tiết diện pít tông

γ – hệ số tản và rò

Ф – từ thông, trị số hiệu dụng

2

max

Φ

=Φ

- Phương trình từ thông:

W f

U L

B

.2

1 max

Φ

với k1 – hệ số lấp đầy của tôn silic

Bmax – cần phải chọn giữa 12.500 – 15.500 gauxơ

- Phương trình phát nóng:

tb

t

l h k

P

2

=

trong đó: Pt – tổn hao tổng (tổn hao trong đồng và thép)

2.h.ltb – bề mặt tổng của hình trụ

- Phương trình điện áp:

δ δ

ωω

ω

G G

G I W I

G W I

L

2 2

Giá trị này có thể biểu diễn dưới dạng sau:

I W f I

U L =2.π .Φ .Mặt khác:

2

1

max k S B

=Φ

Do vậy, lực hút điện từ trung bình:

2 1 max

.2

S k B S

Số vòng tính theo công thức:

Φ

=Φ

=

2

U f

U

π

1111 5555.3 3 3 ỨNG DỤNG NAM CHÂMỨNG DỤNG NAM CHÂMỨNG DỤNG NAM CHÂM ĐIỆN ĐIỆN ĐIỆN

1111 5555.3.1.Nam châm điện nâng hạ .3.1.Nam châm điện nâng hạ .3.1.Nam châm điện nâng hạ

Thường được sử dụng nhiều trong các cần trục, đặc biệt là trong các nhà máy chế tạo

cơ khí và luyện kim

Nam châm điện có cuộn dây được quấn trên lõi sắt từ, sau đó được đổ đầy một lớp nhựa Mặt cực được bắt chặt vào lõi nam châm bằng các bu lông Dây dẫn mềm để đưa điện áp vào cuộn dây Phần dưới của cuộn dây được bảo vệ bằng một vành làm bằng vật liệu không dẫn từ (ví dụ thép mangan cao cấp)

Lực nâng của nam châm điện tùy thuộc vào loại tải trọng cần di chuyển Chẳng hạn lực nâng của nam châm điện kiểu M-41 (của Liên Xô) ở 220V, công suất 7,15kW có số liệu cho trong bảng sau:

Loại tải trọng (sắt, gang) Lực nâng của nam châm điện (Kg) Thỏi đút hay tấm đút

Thường dùng nam châm điện một chiều kết hợp với các đĩa ma sát để làm nhiệm vụ truyền chuyển động quay (bộ ly hợp) hoặc để phanh hãm (dừng chính xác) trong các bộ phận chuyển động của máy công cụ Nó được chế tạo hai loại: loại một phía và loại ly hợp hai phía

Bộ ly hợp điện từ được sử dụng nhiều trong những năm gần đây để tự động hóa quá trình điều khiển chạy và dừng các bộ phận cơ khí trong các máy móc gia công cắt gọt… mà vẫn chỉ dụng một động cơ điện kéo

Kết cấu của một bộ ly hợp điện từ có đĩa ma sát Cuộn dây nam châm điện quấn trên lõi thép từ và có dây dẫn ra vành trượt bằng đồng, sau đó được đổ một lớp nhựa cứng bọc

ngoài Phần ứng (phần động) là một đĩa thép (còn gọi là nắp), phía ngoài có một vành ren răng để điều chỉnh khe hở không khí

Đĩa ma sát gồm hai loại: một loại phía trong có dạng theo hoa lắp bên chủ động, một loại phía ngoài có dạng hình răng lắp bên bị động Chổi than dẫn điện vào vành trượt

Trong sử dụng bộ ly hợp điện từ, cần thực hiện kiểm tra ba tháng một lần gồm kiểm tra độ mòn của chổi than, vành trượt, kiểm tra cách điện của cuộn dây, kiểm tra khe hở… Trường hợp không truyền được moment quay (có hiện tượng trượt đĩa thép ma sát và làm nóng đột ngột) thì phải dừng máy ngay và kiểm tra tình trạng phun dầu làm nguội, trị số khe hở không khí, tình hình mặt đĩa ma sát… Riêng về khe hở hành trình hút, cần phải theo hướng dẫn của nhà chế tạo

CÂU HỎI ÔN TẬP

CÂU HỎI ÔN TẬP

20 Cho biết độ từ dư, hệ số phẩm chất và hệ số lấp đầy của nam châm vĩnh cữu

22 2 2 Trình bày cách tính toán nam châm vĩnh cữu

23 3 3 Nêu khái quát về nam châm điện

24 4 4 Lực hút điện từ của nam châm điện một chiều

25 5 5 Cách thiết kế sơ bộ nam châm điện một chiều

26 6 6 Lực hút điện từ của nam châm điện xoay chiều

27 7 7 Cách thiết kế sơ bộ nam châm điện xoay chiều

28 8 8 Ứng dụng của nam châm điện

CHƯƠNG 2CHƯƠNG 2 KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY KHIỂN BẰNG TAY KHIỂN BẰNG TAY 2.1.

2.1 CẦU DAO (DAO CÁCH CẦU DAO (DAO CÁCH CẦU DAO (DAO CÁCH LY HẠ ÁP) LY HẠ ÁP) LY HẠ ÁP)

2.1.1

2.1.1 Khái niệm và phân loại Khái niệm và phân loại Khái niệm và phân loại

Dao cách ly là một khí cụ đóng ngắt bằng tay đơn giản nhất được sử dụng trong các mạch điện có điện áp nguồn cung cấp đến 220V điện một chiều và 380V điện xoay chiều

Dao cách ly thường được dùng để đóng ngắt mạch điện công suất nhỏ và khi làm việc không cần thao tác đóng ngắt nhiều lần Nếu điện áp cao hơn hoặc mạch điện có công suất trung bình và lớn thì dao cách ly chỉ làm nhiệm vụ đóng ngắt không tải

Dao cách ly cần đảm bảo ngắt điện tin cậy các thiết bị dùng điện ra khỏi nguồn cung cấp Do đó khoảng cách giữa tiếp xúc điện đến và đi, tức chiều dài lưỡi dao cần phải lớn hơn

50 mm

* Phân loại Phân loại Phân loại

Theo kết cấu, người ta chia thành các loại 1 cực, 2 cực, 3 cực hoặc 4 cực Người ta cũng chia ra loại cầu dao có tay nắm ở giữa hay tay nắm ở bên Ngoài ra còn có dao cách ly một ngả và hai ngả

Theo điện áp định mức: 250V và 500V

Dòng điện định mức loại: 15, 25, 30, 40, 60, 75, 100A…

Theo vật liệu cách điện, có các loại đế sứ, đế nhựa bakêlit, đế đá

Theo điều kiện bảo vệ, có loại không có hộp, loại có hộp che chắn (nắp nhựa, nắp gang, nắp sắt…)

Theo yêu cầu sử dụng, người ta chế tạo loại cầu dao có cầu chì bảo vệ và loại không có cầu chì bảo vệ

Hình 3.2 dao cách ly một ngả (2 -3 cực) và hai ngả

Hình 3.3 dao cách ly loại hộp

2.1.2

2.1.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc Cấu tạo và nguyên lý làm việc Cấu tạo và nguyên lý làm việc

Một dao cách ly đơn giản có cấu tạo gồm các phần sau: