Giáo trình khí cụ điện - Chương 3 ppt

hơng III Rơle cấu điện từ chấp hành Ô1 khái niệm chung rơle 1.1 Công dụng : Rơle điện loại thiết bị điện tự động, thờng đợc lắp đặt mạch điện nhị thứ, dùng để điều khiển đóng cắt báo tín hiệu, bảo vệ an toàn trình vận hành thiết bị điện mạch thứ hệ thống điện 1.2 Các phận rơle : a Cơ cấu tiÕp nhËn tÝn hiƯu (khèi tiÕp nhËn tÝn hiƯu vµo) có nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu làm việc không bình thờng cố hệ thống điện từ BU, BI cảm biến điện, để biến đổi thành đại lợng cần thiết cung cấp tín hiệu cho khèi trung gian b C¬ cÊu trung gian (khèi trung gian) làm nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu đa ®Õn tõ khèi tiÕp nhËn tÝn hiƯu, ®Ĩ biÕn ®ỉi thành đại lợng cần thiết cho rơle tác động c Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành) Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển Ví dụ : khối cấu tạo rơle điện từ Khối tiếp nhận tín hiệu vào cuộn dây điện từ Khối trung gian mạch từ BU,B a b c Khối chấp hành hệ thống tiếp điểm 1.3 Phân loại rơle điện : Có nhiều loại rơle điện với nguyên lý chức làm việc khác đợc phân thành nhóm sau : a Phân loại theo nguyên lý làm việc : Gồm Rơle điện (rơle điện từ, rơle cảm ứng, rơle từ điện, rơle phân cực ) Rơle từ Rơle nhiệt Rơle điện tử, bán dẫn, vi mạch Rơle số b Phân loại theo nguyên tắc tác động cấu chấp hành : Rơle có tiếp điểm : đóng ngắt mạch tiếp điểm Rơle tiếp điểm (rơle tĩnh) tác động đóng cắt mạch cách thay đổi tham số điện trở, điện cảm điện dung c Phân loại theo tín hiệu đầu vào : Rơle dòng điện Rơle điện áp Rơle công suất Rơle tổng trở d Phân loại theo vị trí lăp đặt : Rơle thứ lắp đặt trực tiếp mạch động lực Rơle nhị thứ lắp đặt mạch nhị thứ thông qua BU, BI, cảm biến e Phân loại theo trị số chiều tín hiệu đầu vào : Rơle cực đại Rơle cực tiểu Rơle cực đại, cực tiểu Rơle so lệch Rơle định hớng chiều tiếp nhận tín hiệu đầu vào 1.4 Các thông số kỹ thuật rơle ®iƯn K dk = Pdk Ptd a HƯ sè ®iỊu khiển : Trong : Pđk công suất điều khiển định mức rơle (chính công suất tiếp điểm Rơle) Ptđ công suất tác động (công suất khối tiếp nhận tín hiệu vào) loại rơle điện từ công suất cuộn dây điện từ b Thời gian tác động : Ttđ thời gian kĨ tõ khèi tiÕp nhËn cã tÝn hiƯu ®Õn khối chấp hành làm việc, ví dụ loại rơle điện từ quÃng thời gian từ cuộn dây rơle có điện đến tiếp điểm đóng mở hoàn toàn c Hệ số trở : Trong : Itv trị số dòng điện trở xác định cách sau tiếp điểm thờng mở rơle đóng hoàn toàn, thí nghiệm giảm từ từ dòng điện khởi động đến tiếp điểm rơle mở ra, thời điểm đo đợc Itv Ktv gần rơle xác Kn = IR I kd d Độ nhạy rơle : Trong : IR dòng điện chạy qua rơle ngắn mạch cuối vùng bảo vệ Yêu cầu kỹ thuật sơ đồ bảo vệ Kn >= 1,5 sơ đồ bảo vệ dự trữ (dự phòng) Kn >= 1,2 Ô2 rơle điện từ 2.1 Cấu tạo nguyên lý làm việc : Xét Rơle nh hình vẽ: cho dòng điện vào cuộn dây nam châm điện nắp chịu lực hút F F= K i 2 Lực hút điện từ đặt vào nắp : Với : khe hở I : dòng điện K : hệ số Khi dòng điện vào cuộn dây i > Itđ (dòng điện tác động) lực hút F tăng dẫn đến khe hở giảm làm đóng tiếp điểm (do tiếp điểm đợc gắn với nắp) Khi dòng điện i Itv (dòng trở về) lò xo F lò xo > F (lực điện từ) rơle nhả Tỷ số đợc gọi hệ số trở Rơle dòng cực đại Ktv < Rơle dòng cực tiểu Ktv > Rơle xác Ktv gần Hệ số điều khiển rơle : K dk = Pdk Ptd Với Pđk công suất điều khiển Ptđ công suất tác động rơle Rơle nhạy Kđk lớn Khoảng thời gian từ lúc dòng điện i bắt đầu > Itđ đến lúc chấm dứt hoạt động rơle gọi thời gian tác động ttđ Rơle điện từ phân làm hai lo¹i : I= U U2 ⇒ F = K ' R' + Rơle chiều có U điện áp đặt vào cuộn dây F = K '' I2 δ2 + R¬le xoay chiỊu : lùc F = (tÇn sè 2f) I = Giá trị trung bình lực hút : cuộn dây đặt song song với nguồn U Ftb = K '' U2 Nam châm xoay chiỊu lùc F = lß xo kÐo nắp rơle loại làm việc có rung động gây tiếng kêu, để hạn chế ngời ta sử dụng vòng ngắn mạch Rơle điện từ có : - Công suất điều khiển Pđk từ vài (W) đến vài nghìn (W) - Công suất tác động Ptđ từ vài (W) đến vài nghìn (W) - Hệ sè ®iỊu khiĨn K®k = (5 - 20) - Thêi gian tác động ttđ = (2 - 20)ms 2.2 Nhợc điểm rơle điện từ : Công suất tác động Ptđ tơng đối lớn, độ nhạy thấp, Kđk nhỏ Loại tăng đợc Kđk Ô3 rơle dòng điện Ký hiệu 3.1 Công dụng : Rơle dòng điện có chức bảo vệ dòng hệ thống điện 3.2 Phân loại : a Phân loại theo nguyên tắc tác động : Rơle dòng điện kiểu điện từ Rơle dòng điện kiểu cảm ứng Rơle dòng điện kiểu không tiếp điểm b Phân loại theo chức bảo vệ : Rơle dòng điện cực đại ri Rơle dòng điện thứ tự không Rơle dòng điện thứ tự nghịch Rơle dòng điện so lệch Rơle dòng điện xung Rơle dòng điện tần số cao Rơle dòng điện định hớng 3.3 Đặc điểm cấu tạo nguyên lý làm việc rơle kiểu điện từ : a Cấu tạo : nh hình vẽ - Phần tĩnh gồm : mạch từ số 10 Trên hai nửa mạch từ đợc quấn hai nửa cuộn dây dòng điện số 1, tiếp xúc tĩnh 3, bảng chỉnh định số giá đỡ trục quay Phần động gồm : trục quay có gắn tiếp điểm động 4, thép động số lò xo phản kháng số Cuộn dây dòng ®iƯn L¸ thÐp ®éng TiÕp xóc tÜnh Tiếp xúc động Cần chỉnh định Bảng chỉnh định Giá đỡ trục quay Lò xo phản kháng Trục quay 10 Mạch từ b Nguyên lý làm việc : Khi phận hệ thống điện bị dòng, dòng điện thứ cấp biến dòng điện BI chạy qua cuộn dây rơle tăng lên lớn trị số dòng khởi động bảo vệ đà đợc chỉnh định sẵn IR > Ikđbv làm cho lực điện từ rơle sinh lớn lực cản lò xo phản kháng số 8, kéo thép động số quay góc, làm cho trục đa tiếp xúc động đóng chặt vào tiếp xúc tĩnh nối liền mạch cho rơle thời gian trung gian khởi động - Cách chỉnh định : gạt cần chỉnh định số để thay đổi sức căng lò xo nhằm thay đổi moment cảm, tức thay đổi đợc trị số dòng khởi động rơle Khi Mq > Mc rơle tác động Hoặc cúng thay đổi cách đấu nối hai nửa cuộn dây dòng điện (đấu song song nối tiếp) 3.4 Đặc điểm cấu tạo nguyên lý làm việc rơle dòng điện kiểu so lệch : máy biến áp công suất từ 1000 KVA trở lên thờng đợc lắp đặt nhiều hình thức bảo vệ có hình thức bảo vệ : bảo vệ dòng điện cực đại, bảo vệ rơle hơi, bảo vệ so lệch Mỗi loại bảo vệ có chức nhiệm vụ riêng mc1 Tín hiƯu cßi ri ibi wt wt ws ibi wh mc2 wh Sơ đồ bảo vệ Hình thức bảo vệ so lệch máy biến áp, có chức chủ yếu bảo vệ xảy ngắn mạch đầu máy biên áp hình thức bảo vệ dự trữ cho bảo vệ rơle Trong hình thức bảo vệ so lƯch, ngêi ta thêng sư dơng hai s¬ đồ : tuần hoàn sơ đồ cân áp Loại rơle dòng điện kiểu so lệch đặt sơ đồ bảo vệ so lệch tuần hoàn có cấu tạo nh hình vẽ : rơle dòng điện đợc chế tạo gắn liền với biến dòng bảo hoà từ trung gian tạo thành rơle dòng điện kiểu so lệch Biến dòng bÃo hoà từ trung gian thực chất máy bbiến áp tỷ số 1:1, lõi từ loại bÃo hoà từ nhanh Bởi dòng điện ngắn mạch độ gồm hai thành phần chu kỳ tự do, biên độ dao động lớn Biến dòng bÃo hoà từ trung gian có tác dụng lọc bỏ thành phần tăng đợc độ nhạy độ tin cậy cho bảo vệ Vì IR = IBI1 - IBI2 Nếu biến dòng bÃo hoà từ trung gian xảy ngắn mạch vùng bảo vệ, rơle tác động nhầm tổng trở vùng bảo vệ chênh lệch không nhiều Khi lắp đặt phải chọn cho tỷ số BI2 phù hợp với tỷ số biến áp để ®¶m b¶o cho IR = IBI1 - IBI2 ë chÕ độ làm việc bình thờng có trị số nhỏ tốt Khi xảy ngắn mạch vùng bảo vệ IR >=IKĐBV rơle tác động điều khiển máy cắt MC1 MC2 Trong hình thức bảo vệ so lệch, không dùng biến dòng bÃo hoà từ trung gian phải sử dụng loại rơle có cuộn hÃm, đảm bảo tinh chọn lọc cho bảo vệ Ô4 rơle nhiệt 4.1 Khái niệm công dông : 10 11 12 NGUYÊN Lý CấU TạO CủA RƠLR NHIệT Rơle nhiệt loại thiết bị điện dùng để bảo vệ động cơvà mạch điện khỏi bị tải Thờng dùng kèm với khởi động từ, công tắc tơ Dùng điện áp xoay chiều đến 500V, tần số 50 Hz, loại Iđm đến 150A điện áp chiều tới 400V Rơle không tác động tức thời theo trị dòng điện có quán tính nhiệt lớn phải có thời gian để phát nóng Thời gian làm việc khoảng vài giây đến vài phút, nên không dùng để bảo vệ ngắn mạch đợc Muốn bảo vệ ngắn mạch thờng dùng kèm cầu chì 4.2 Nguyên lý làm việc : Dựa tác dụng nhiệt dòng điện, ngày sử dụng phổ biến rơle nhiệt có phiến kim loại kép, nguyên lý làm việc dựa giÃn nở dài hai kim loại bị đốt nóng Phần tử rơle nhiệt phiến kim lo¹i kÐp cÊu t¹o tõ hai tÊm kim lo¹i, mét tÊm hÖ sè gi·n në bÐ, mét tÊm cã hệ số giÃn nở lớn Hai kim loại đợc ghép lại với thành phơng pháp cán nóng hàn Khi đốt nóng dòng ®iƯn phiÕn kim lo¹i cong vỊ phÝa kim lo¹i cã hƯ sè gi·n në nhá h¬n, cã thĨ dïng trùc tiếp cho dòng điện qua hay dây điện trở bao quanh Để độ uốn cong lớn yêu cầu phiến kim loại phải có chiều dài lớn mỏng Nếu cần lực đẩy mạnh chế tạo phiến rộng, dày ngắn Ô5 rơle thời gian 5.1 Công dụng : Rơle thời gian có chức định thời gian hoạt động sơ đồ rơle bảo vệ, để chống tác động nhầm, đảm bảo yêu cầu chọn lọc cho loại sơ đồ bảo vệ 5.2 Đặc điểm cấu tạo : - PhÇn tÜnh gåm : tiÕp xóc tÜnh sè 1, mạch từ cuộn dây điện từ, bảng chỉnh định số 12 - Cơ cấu thời gian gồm hệ thống trục bánh truyền động, hÃm 4, lò xo 10, tiếp xúc động 11 - Cơ cấu lắc gồm bánh cóc hÃm rung số có tác dụng làm cho tiếp xúc động 11 quay từ từ - Tiếp điểm để điều khiển đóng cắt không cần thời gian trễ Tiếp xúc tĩnh Bánh truyền động Cơ cấu lắc Thanh hÃm Con ®éi TiÕp ®iĨm thêng ®ãng TiÕp ®iĨm thờng mở Lõi thép non Cuộn dây điện từ 10 Lò xo 11 Tiếp xúc động 12 Bảng chỉnh định thời gian 5.3 Nguyên lý làm việc : Khi cuộn dây điện từ số có điện sinh lùc ®iƯn hót lâi thÐp ®éng sè tụt xuống, đa đội đè lên tiếp xúc ®éng lµm më tiÕp ®iĨm thêng ®ãng sè vµ ®ãng tiÕp ®iÓm thêng më sè (tiÕp ®iÓm ®ãng cắt không cần thời gian) đồng thời hÃm đợc giải phóng tự do, lò xo 10 kéo bánh truyền động số quay, làm cho toàn cấu thời gian tiếp xúc động quay theo Do có cấu lắc cấu thời gian tiếp xúc động 11 quay ®Ịu tõ tõ, cho ®Õn tiÕp xóc ®éng 11 đóng vào tiếp xúc tĩnh số mạch điều khiển đợc nối liền, làm cho cuộn dây rơle trung gian cã ®iƯn, khëi ®éng ®ãng tiÕp ®iĨm cđa nó, đa điện điều khiển cắt máy cắt báo hiệu cố cho nhân viên vận hành biết Chỉnh định thời gian tác động rơle cách chỉnh định vị trí tiếp xúc tĩnh số thang trị số 12 5.4 Vị trí lắp đặt rơle thời gian : Nguồn điều khiển thao tác thờng điện mét chiỊu lÊy tõ hƯ thèng ¾c quy Cn c¾t máy cắt rt rg Ô6 cấu điện từ chấp hành 6.1 Khái niệm chung : Trong cấu điện từ chấp hành nam châm điện phận chủ yếu Nó sinh lực điện từ cần thiết cấu làm việc Nam châm điện chiều có cuộn dây điện áp đợc dùng rông rÃi có u điểm sau: Khi làm việc không gây rung, ồn lực điện không thay đổi heo thời gian Mạch từ không bị phát nóng tổn hao sắt gây ra, lực điện từ lớn gấp hai lần so với lực ®iƯn tõ ë m¹ch ®iƯn tõ xoay chiỊu cã cïng kích thớt mật độ từ cảm Dòng điện cuộn dây không phụ thuộc vào kích thớ mạch từ khe hở không khí mạch từ Có thể dùng nguồn ắc quy thay điện lới Có nhiều dạng, loại cấu điện từ chấp hành khác với chức khác 6.2 Nam châm điện nâng : Nam châm điện nâng a Cấu tạo : phận cần cẩu ®iƯn tư, nã ®ỵc dïng viƯc bèc dì, vËn chuyển hàng hoá sắt Nam châm điện nâng gồm phận sau : - Cuộn dây - Lõi sắt - Mặt cực - Dây dẫn đa điện vào - Vành bảo vệ vật liệu không dẫn từ Nam châm điện chiều có lõi sắt cuộn dây, nắp hàng hoá cần bốc dỡ Khi đa điện vào cuộn dây lực điện từ sinh giữ chặt hàng hoá Dịch chuyển nam châm để dịch chuyển hàng hoá, muốn tách cần ngắt điện b Đặc điểm : - Khi móc hàng không cần ngời móc dây buộc - Bốc dỡ ®iỊu khiĨn tõ xa - Cã thĨ vËn chun thÐp nóng - Tải trọng có ích cần cẩu phụ thuộc vào kích thớt hàng hoá Nếu hàng hoá lớn tải trọng có ích nam châm điện lớn gấp nhiều lần hàng hoá có kích thớt bé - Lực hút điện từ phụ thuộc vào thành phần hoá học kích thớt hàng hoá - Để khắc phục cố (hàng bị rơi ®iƯn) thêng dïng ngn ®iƯn ¾c quy nèi song song Ô7 khớp ly hợp điện từ 7.1 Khái niệm : Khớp ly hợp điện từ cấu giúp trình truyền lực từ trục sang trục lực điện từ Hiện dùng nhiều tự động hoá điều khiển từ xa để thay ®ỉi tèc ®é cđa trơc dÉn Khíp ly hỵp ®iƯn từ gồm : - Khớp ly hợp điện từ kiểu ma sát - Khớp ly hợp điện từ kiểu bám - Khớp ly hợp điện từ kiểu từ trễ a Khớp ly hợp điện từ kiểu ma sát : mo men đợc truyền từ trục dẫn sang trục bị dẫn nhờ đĩa ma sát chúng bị ép chặt vào Còn ly hợp đợc điều khiển thao tác ngắt đóng cuộn dây nam châm Nhợc điểm loại ly hợp không điều chỉnh đợc tốc độ trục bị dẫn giảm lực hút điện từ đĩa bị trợt dài phá hỏng bề mặt ma sát b Khớp ly hợp điện từ kiểu bám : moment truyền lực nhờ lực bám hai mặt quay trục dẫn trục bị dẫn có trộn bột sắn bột than, dầu nhờn để giảm ma sát Khi có từ trờng cuộn dây sinh lớp bột trở nên cứng hai mặt quay trục dẫn Khi dòng bột dạng lỏng trợt (cho phép điều chỉnh tốc độ cách thay đổi dòng điện cuộn dây nam châm điện) Nếu môment cản trục bị dẫn lớn dẫn đến trợt so với trục dẫn nhng không sợ hỏng mặt quay 2 khớp ly hợp điện từ kiểu bám trục dẫn mạch từ tang trống cuộn dây trục bị dẫn mạt sắt Ô8 van điện từ Dùng để đóng mở ống dẫn chất lỏng khí, phần động mạch từ gắn với cấu làm việc van Khi đa điện vào cuộn dây NCĐ lực hút điện từ làm phần động cấu chuyển động làm van đóng mở Cần thiết kế cho áp lực chất lỏng dÉn cïng chiỊu lùc ®iƯn tõ ®Ĩ ®iỊu khiĨn van đợc dễ dàng ống vào phận công tác lò xo phần ứng cuộn dây mạch từ ống dẫn Ô9 phanh hÃm điện từ Phanh hÃm điện từ cấu điện từ dùng để hÃm thiết bị quay Nó phận thiếu cần cẩu, thang máy hay tài điện Thông thờng loại phanh hÃm má đai, loại lực hÃm nhả đợc khuếch đại qua hệ thống đòn bẩy Ngoài đếm bọ chọn bíc ®iƯn tõ mạch từ cuộn dây phần ứng lò xo má phanh đĩa hÃm trục quay đệm da Hình dạng chung nam châm điện hÃm a) dòng điện chiều b) dòng điện xoay chiều 1- lõi thép cố định 2- cuộn dây nam châm 3- lõi thép động ... sau : - Cuộn dây - Lõi sắt - Mặt cực - Dây dẫn đa điện vào - Vành bảo vệ vật liệu không dẫn từ Nam châm điện chiều có lõi sắt cuộn dây, nắp hàng hoá cần bốc dỡ Khi đa điện vào cuộn dây lực điện. .. nghịch Rơle dòng điện so lệch Rơle dòng điện xung Rơle dòng điện tần số cao Rơle dòng điện định hớng 3. 3 Đặc điểm cấu tạo nguyên lý làm việc rơle kiểu điện từ : a Cấu tạo : nh hình vẽ - Phần tĩnh... dòng điện kiểu điện từ Rơle dòng điện kiểu cảm ứng Rơle dòng điện kiểu không tiếp điểm b Phân loại theo chức bảo vệ : Rơle dòng điện cực đại ri Rơle dòng điện thứ tự không Rơle dòng điện