Khởi động động cơ không đông bộ ba pha bằng phương pháp đổi nối sao – tam giác có trễ.

CHƯƠNG I: GIỚI THIỆU VỀ MÁY ĐIỆN VÀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ 3 PHAI : MÁY ĐIỆN Định nghĩa và phân loại 1.Định nghĩa : Máy điện là thiết bị điện từ làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, có tác dụng thực hiện sư biến đổi các thông số về điện hoặc biến đổi diên cơ năng thành điện năng và ngược lại Các lọai máy điện biến đổi cơ năng thành điện năng được gọi là máy phát điện. Các loại máy điện biến đổi điện năng thành cơ năng được gọi là động cơ điên. 2.Phân loại : Có nhiều cách để phân loại máy điện , nếu dưa vào nguyên lý biến đổi năng lượng thì ta có những loại sau: Máy đứng yên (máy điện tĩnh):Máy điện tĩnh thường gặp là máy biến áp ,làm việc dựa theo nguyên lý cảm ứng điệ từ do sự thay đổi từ thông giữa các cuộn dây không có chuyển động tương đối với nhau tạo lên.Loại máy này thường dùng để biến đổi thông số điện năng như :điện áp U,dòng điện I… Máy điện quay :Máy điện quay làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ , lực điên từ xuất hiện do từ trường và dòng điện của các cuộn dây có chuyển động tương đối với nhau.Loại máy điện này tường dùng để biến đổi dạng năng lượng:biến cơ năng thành điện năng hoặc biến điện năng thành cơ năng…Tùy theo lưới điện cung cấp mà có thể phân máy điện ra thành 2 loại sau: Máy điện 1 chiều:Nguồn cung cấp cho máy điện là ngồn 1 chiều . Máy điện xoay chiều:Nguồn cung cấp cho máy điện là nguồn xoay chiều .Trong máy điên xoay chiều có thể chia thành các loại sau: .Máy điện xoay chiều không đồng bộ (dị bộ): Động cơ không đồng bộ. Máy phát điện không đồng bộ .Máy điện xoay chiều đồng bộ: Động cơ đồng bộ Máy phát điện đồng bộ. .Máy điện xoay chiều có vành góp.

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN HƯỚNG DẪN

Hà Nội, Tháng 8 năm 2010 Giáo viên hướng dẫn

NHẬN XÉT CỦA GIÁO VIÊN PHẢN BIỆN

Hà Nội, Tháng 8 năm 2010 Giáo viên phản biện

LỜI MỞ ĐẦU

Đất nước Việt Nam trong công cuộc công nghiệp hoá - hiện đại hoá,nền kinh tế đang trên đà phát triển, việc sử dụng các thiết bị điện,điện tử, khí cụđiện vào trong xây lắp các khu công nghiệp, khu chế xuất – liên doanh, khunhà cao tầng ngày càng nhiều.Và động cơ được sử dụng rộng rãi đặc biệt làđộng cơ không đồng bộ với những ưu điểm như : kết cấu đơn giản, làm việcchắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ, có khả năng làm việc trong môi trườngđộc hại,…Với những ưu điểm này nên động cơ không đồng bộ được úng dụngrất rộng trong các ngành kinh tế

Với một vai trò quan trọng như vậy và xuất phát từ yêu cầu thực tế thìviệc thiết kế một bộ điều khiển động cơ không đồng bộ ba pha là rất cần thiết

Vì vậy bài toán cho sinh viên học ngành Điện Tử -Điện Tử Công Nghiệp

là điều khiển được động cơ không đồng bộ ba pha để có thể ứng dụng tốt trongthực tế

Với sự hướng dẫn của thầy Nguyễn Tiến Kiệm,chúng em đã chọn đề tài:

Khởi động động cơ không đông bộ ba pha bằng phương pháp đổi nối sao – tam giác có trễ

Máy điện là thiết bị điện từ làm việc dựa vào hiện tượng cảm ứng điện từ, có

tác dụng thực hiện sư biến đổi các thông số về điện hoặc biến đổi diên cơ năngthành điện năng và ngược lại

Các lọai máy điện biến đổi cơ năng thành điện năng được gọi là máy phátđiện

Các loại máy điện biến đổi điện năng thành cơ năng được gọi là động cơđiên

2.Phân loại :

Có nhiều cách để phân loại máy điện , nếu dưa vào nguyên lý biến đổinăng lượng thì ta có những loại sau:

-Máy đứng yên (máy điện tĩnh):

Máy điện tĩnh thường gặp là máy biến áp ,làm việc dựa theo nguyên lý cảm ứngđiệ từ do sự thay đổi từ thông giữa các cuộn dây không có chuyển động tươngđối với nhau tạo lên.Loại máy này thường dùng để biến đổi thông số điện năngnhư :điện áp U,dòng điện I…

- Máy điện quay :

Máy điện quay làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ , lực điên từ xuấthiện do từ trường và dòng điện của các cuộn dây có chuyển động tương đối vớinhau.Loại máy điện này tường dùng để biến đổi dạng năng lượng:biến cơ năngthành điện năng hoặc biến điện năng thành cơ năng…

Tùy theo lưới điện cung cấp mà có thể phân máy điện ra thành 2 loại sau:

-Máy điện 1 chiều:Nguồn cung cấp cho máy điện là ngồn 1 chiều

-Máy điện xoay chiều:Nguồn cung cấp cho máy điện là nguồn xoay chiều Trong máy điên xoay chiều có thể chia thành các loại sau:

.Máy điện xoay chiều không đồng bộ (dị bộ): Động cơ không đồng bộ Máy phát điện không đồng bộ

Máy điện xoay chiều đồng bộ: Động cơ đồng bộ

Máy phát điện đồng bộ

Máy điện xoay chiều có vành góp

II TỔNG QUAN VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ

1 Giới thiệu :

Động cơ điện không đồng bộ ba pha (AC Induction Motor) được sử dụngrất phổ biến ngày nay với vai trò cung cấp sức kéo trong hầu hết các hệ thốngmáy công nghiệp Công suất của các động cơ không đồng bộ có thể đạt đến 500

kW (tương đương 670 hp) và được thiết kế tuân theo quy chuẩn cụ thể nên cóthể thay đổi dễ dàng các nhà cung cấp

2 Cấu tạo:

Hình 2.1: Cấu tạo bên trong động cơ KĐB

2.1 Phần tĩnh : Stato có cấu tạo gồm vỏ máy, lỏi sắt và dây quấn

+ Vỏ máy:

Vỏ máy có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để làm mạchdẫn từ Thường vỏ máy được làm bằng gang Đối với máy có công suất tươngđối lớn (1000kW ) thường dùng thép tấm hàn lại làm thành vỏ máy Tuỳ theocách làm nguội máy mà dạng vỏ cũng khác nhau

+ Lõi sắt:

Lõi sắt là phần dẫn từ Vì từ trường đi qua lõi sắt là từ trường quay nên để giảm tổn hao: lõi sắt được làm bằng những lá thép kỹ thuật điện ép lại

Hình 2.2: Lá thép kỹ thuật điện

+ Dây quấn:

Dây quấn stator được đặt vào các rãnh của lõi sắt và được cách điện tốt với lõi sắt

2.2 Phần quay ( roto):

Rotor có 2 loại chính : rotor kiểu dây quấn và rotor kiểu lòng sóc

+ rotor kiểu dây quấn:

Rôto có dây quấn giống như dây quấn của stator Dây quấn 3 pha của rôtothường đấu hình sao còn ba đầu kia được nối vào vành trượt thường làm bằngđồng đặt cố định ở một đầu trục và thông qua chổi than có thể đấu với mạchđiện bên ngoài Đặc điểm là có thể thông qua chổi than đưa điện trở phụ haysuất điện động phụ vào mạch điện rôto để cải thiện tính năng mở máy, điềuchỉnh tốc độ hoặc cải thiện hệ số công suất của máy Khi máy làm việc bìnhthường dây quấn rotor được nối ngắn mạch Nhược điểm so với động cơ rotorlòng sóc là giá thành cao, khó sử dụng ở môi trường khắc nghiệt, dễ cháy nổ …+ rotor kiểu lồng sóc:

Kết cấu loại dây quấn này rất khác với dây quấn stator Trong mỗi rãnh củalõi sắt rotor đặt vào thanh dãn bằng đồng hay nhôm dài ra khỏi lõi sắt và đượcnối tắt lại ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hay nhôm làm thànhmột cái lồng mà người ta quen gọi là lồng sóc

2.3 Khe hở không khí:

Vì rotor là một khối tròn nên khe hở đều Khe hở trong máy điện khôngđồngbộ rất nhỏ để hạn chế dòng điện từ hóa lấy từ lưới và như vậy mới có thểlàmcho hệ số công suất của máy cao hơn

3.Nguyên lý làm việc:

Hình1.1: Nguyên lý hoạt động của động cơ

Khi nam châm điện quay ( tốc độ n1 vòng/ phút ) làm đường sức từ quaycắt qua các cạnh của khung dây cảm ứng gây nên sức điện động E trên khungdây Sức điện động E sinh ra dòng điện I chạy trong khung dây Vì dòng điện Inằm trong từ trường nên khi từ trường quay làm tác động lên khung dây một lựcđiện từ F Lực điện từ này làm khung dây chuyển động với tốc độ n vòng/ phút

Vì n < n1 nên gọi là không đồng bộ

ĐCKĐB ba pha có dây quấn ba pha phía stator, Roto của ĐCKĐB là một bộdây quấn ba pha có cùng số cực trên lõi thép của Roto

Khi Stator được cung cấp bởi nguồn ba pha cân bằng với tần số f, từ trường

của nguồn ba pha là :

Trong đó :

p - số đôi cực

roto là :

Thông số s gọi là độ trượt, ta có:

Vì có tốc độ tương đối giữa roto và từ trường quay stator , điện áp cảm ứng bapha sẽ được sinh ra trong roto Tần số của điện áp này sẽ tỉ lệ với độ trượt theocông thức :

Moment động cơ sinh ra:

Tần số dòng điện bên trong rotor: f 2 sf

2

, 2

, 2

, 2 2 2 ,

0

, 1

,

1

, 1

, 1

, 1 , , 1 1 1 ,

) (

) (

) (

I Z I jX R E

I jX R E

E I Z E I jX R U

m m

N k E

2 2

, 2 2

2

,

2

, 2 , 2 2

2

,

2 2 2 2

2

,

) (

) 2 (

I jX s

R I

jX s

R

E

E s I jsX R

E

jsX R L sf j R

Z

s

s s

Dòng điện: ( qui đổi từ rotor quay về satator đứng yên)

Trường hợp không tải I2  0 (s  0 ),I1 I0.

Trường hợp có tải: I2# 0 ,I0 const

Dòng điện không tải I0 gồm hai thành phần: I,0 I,cI,m

c

m

Do từ thông m constnên sức từ động không đổi ( F = NI=m R m)

 k dq N I  k dq N I k dq N I0 const

, 1 2

, 2 1

,

1

.

1 1

1

Đặt dòng điện rotor qui đổi:

k

I I

, 2 , 2

,

I I

, 2 , 2

,



' 2 2 2 2 ,

2

, 2 2 2

, ' 2

, ' 2 , 2

,

jX s

R jX s

R k

k I

I jX s

R k

U,1 E,1(R1 jX1)I,1

, 2

, ' 2

' 2 , 2

,

I jX s

I I I

, , 0 ,

, 2

, 0

, 1 ,









4.2 Thí nghiệm không tải, thí nghiệm ngắn mạch:

Thí nghiệm không tải:

P0   (xem tổn hao đồng không đáng kể)

quay

5 Phân bố công suất và hiệu suất

Phân số công suất:

Công suất nguồn:

Công suất nguồn P 1 3 U1.I1 cos 

Tổn hao đồng stator P đ1 3.R1.I21

Tổn hao sắt P s 3.R m.I20 3.G m.E21

Công suất điện từ:

Công suất điện từ: '2

2

' 2

2  

s

s R

Công suất cơ hữu ích:

Công suất cơ hữu ích: P2 P co P qp

Hiệu suất:

1

1 2

2 1

2

P

P P P P

P P

6 Đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ

Mạch tương đương Thevenin:

Giả sử R  m X m:

) (

.

1 1

X X j R

X j U

1 1

1 1

1

m

m a

a a

X X j R

X j X j R X

j R Z

' 2 1

1 '

2

X X j s

R R

U I

a a

2 ' 2 1

' 2 2 1 1

1 1

3 1

1

1

X X s

R R

s

R U P

s

P s P

M

a a

a dt

dt co

Độ trượt giới hạn: s th ứng với Mmax  0 ,

ds

dM

dn dM

s

s s

s M

M

X X R

R

R U M

X X R R

U M

X X R

R s

th th

mm

a a

a mm

a a a

a

a a th

) (

3 1

) (

2

3 1

) (

max

2 ' 2 1 2 ' 2 1

' 2

2 1 1

2 ' 2 1

2 1 1

2 1 1

max

2 ' 2 1

2 1

' 2

2 1

điện trở roto lớn thì chẳng M mm lớn mà I mm còn giảm đi

7 Mở máy động cơ không đồng bộ

- 1 trở đủ nhỏ khi vận hành bình thường (tần số dòng điện roto thấp)

8 Điều khiển tốc độ động cơ không đồng bộ

1 Thay đổi số cực: n1 60p f (vòng/phút)

2 Thay đổi tần số nguồn điện: n1 60p f (vòng/phút)

U1/ f const (tránh hiện tượng bão hòa mạch từ)

3 Thay đổi điện áp nguồn điện: s th const , Mmax thay đổi

5 Thay đổi điện trở mạch roto (dây quấn): s th thay đổi, Mmax const.Phương pháp này đơn giản, nhưng tổn hao nhiệt lớn (động cơ trungbình)

9 Các đặc tính vận hành

Động cơ không đồng bộ trong các trạng thái xác lập được đánh giá tínhnăng thông qua các đặc tính vận hành, chủ yếu là sự thay đổi của dòng điện, tổnhao, tốc độ khi mômen tải thay đổi, cũng như các giá trị mômen cực đại, mômenkhởi động (mở máy) theo các quan hệ sau:

2 Đặc tính vận tốc n  f(P2):

3 Đặc tính mômen điện từ M  f(P2):

Mômen điện từ M tỷ lệ với công suất cơ, nếu tốc độ không đổi (s

4 Đặc tính hệ số công suất cos  f(P2):

nên hệ số công suất không tải cos  0 thấp (từ 0,15 đến 0,3) Khi tảităng, P1 tăng, cos  tăng lên đến cos đm( từ 0,8 đến 0,9), sau đó giảmxuống

5 Đặc tính hiệu suất f(P2):

n P P

P

P

.

2 0 2

sắt từP s) bằng tổng tổn hao phụ thuộc tải (tổn hao đồng stato P 1vàP 2

)

CHƯƠNG 2 GIỚI THIỆU VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN DÙNG TRONG ĐỒ ÁN

A KHÍ CỤ ĐIỆN :

1 Khái niệm về khí cụ điện :

Khí cụ điện là thiết bị dùng để đóng cắt, bảo vệ, điều khiển, điều chỉnh cáclưới điện, mạch điện, các loại máy điện và các máy trong quá trình sản xuất.Khí cụ điện làm việc lâu dài trong các mạch dẫn điện, nhiệt độ của khí cụđiện tăng lên gây tổn thất điện năng dưới dạng nhiệt năng và đốt nóng các bộphận dẫn điện và cách điện của khí cụ Vì vậy khí cụ điện làm việc được trongmọi chế độ khi nhiệt độ của các bộ phận không quá những giá trị cho phép làmviệc an toàn lâu dài

1.2 Phân loại khí cụ điện :

Khí cụ điện được phân ra các loại sau:

- Khí cụ điện dùng để đóng ngắt các mạch điện : Cầu sao, Máy cắt,Aptômat……

- Khí cụ điện dùng mở máy : Công tắc tơ, Khởi động từ, Bộ khốngchế chỉ huy…

- Dùng để bảo vệ ngắn mạch của lưới điện : Cầu chì, Aptômat, Cácloại máy cắt Rơle nhiệt…

1.3 Các yêu cầu cơ bản của khí cụ điện

Để đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện và đảm bảo độ tin cậy của khí cụđiện thì khí cụ điện đảm bảo một số yêu cầu:

- Khí cụ điện đảm bảo làm việc lâu dài với các thông số kỹ thuật ởtrạng thái làm việc định mức: U đm,I đm

- Ổn định nhiệt, điện động, có cường độ cơ khí cao khi quá tải, khingắn mạch, vật liệu cách điện tốt, không bị chọc thủng khi quádòng

Khí cụ điện làm việc chắc chắn an toàn khi làm việc

1.4 Tính toán tổn thất điện năng trong khí cụ điện :

Tổn thất điện năng trong khí cụ điện được tính theo:

t: thời gian có dòng điện chạy qua

Tùy theo khí cụ điện tạo nên từ các vật khách quan, kích thước khác nhau,hình dạng khác nhau sẽ phát sinh tổn thất khác nhau

1.5 Các chế độ phát nóng của khí cụ điện :

Sau đây là bản nhiệt độ cho phép của một số vật liệu:

Vật liệu không bọc cách điện hoặc để xa nhất

Vải sợi, giấy không có tẩm

Mica, sợi thủy tinh có tẩm

cách điện

Sứ cách điện C >180

Tùy theo chế độ làm việc khác nhau mỗi khí cụ điện sẽ có sự phát nóng khác nhau

1.6 Chế độ làm việc lâu dài của khí cụ điện

Khí cụ điện làm việc lâu dài, nhiệt độ trong khí cụ điện bắt đầu tăng và đếnnhiệt độ ổn định thì không tăng nữa, lúc này sẽ tỏa nhiệt ra môi trường xungquanh

1.7 Chế độ làm việc ngắn hạn của khí cụ điện

Chế độ làm việc ngắn hạn của khí cụ điện là chế độ khi đóng điện nhiệt độcủa nó không đạt tới nhiệt độ ổn định, sau khi phát nóng ngắn hạn, khí cụ đượcngắt nhiệt độ của nó sụt xuống tới mức không so sánh được với môi trườngxung quanh

1.8 Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại của khí cụ điện

Nhiệt độ của khí cụ điện tăng lên trong khoảng thời gian khí cụ làm việc, nhiệt

độ giảm xuống trong khoảng thời gian khí cụ nghỉ, nhiệt độ giảm chưa đạt đếngiá trị ban đầu thì khí cụ điện làm việc lặp lại Sau khoảng thời gian, nhiệt độ

tăng lên lớn nhất gần bằng nhiệt độ giảm nhỏ nhất thì khí cụ điện đạt dược chế

Các yêu cầu cơ bản của tiếp xúc điện:

- Nơi tiếp xúc điện phải chắc chắn, đảm bảo

- Mối nơi tiếp xúc phải có độ bền cơ khí cao

- Mối nối không được phát nóng quá giá trị cho phép

Ổn định D: Tiếp xúc điện – hồ quang

- nhiệt và ổn định động khi có dòng điện đi qua

- Chịu được tác động của môi trường (nhiệt độ, chất hóa học,…)

Để đảm bảo các yêu cầu trên, vật liệu dùng làm tiếp điểm có các yêu cầu:

- Điện dẫn và nhiệt dẫn cao

- Độ bền chống gỉ trong không khí và trong các khí khác

- Độ bền chống tạo lớp màng có điện trở suất cao

- Độ cứng bé để giảm lực nén

- Độ cứng cao để giảm hao mòn ở các bộ phận đóng ngắt

- Độ bền chịu hồ quang cao (nhiệt độ nóng chảy)

- Đơn giản gia công, giá thành hạ

Một số vật liệu dùng làm tiếp điểm: Đồng, Bạc, Nhôm, Vonfram…

2.2 Phân loại tiếp xúc điện

Dựa vào kết cấu tiếp điểm, có các loại tiếp xúc như sau:

a, Tiếp xúc cố định

Các tiếp điểm được nối cố định với các chi tiết dẫn dòng điện như là: thanhcái, cáp điện, chỗ nối khí cụ vào mạch trong quá trình sử dụng, cả hai tiếp điểmđược gắn chặt vào nhau nhờ các bu-lông hàn nóng hay nguội

b, Tiếp xúc đóng mở

Là tiếp xúc để đóng ngắt mạch điện Trong trường hợp này phát sinh hồquang điện, cần xác định khoảng cách giữa các tiếp điểm tĩnh và động dựa vàodòng điện định mức, điện áo định mức và chế độ làm việc của khí cụ điện.

c, Tiếp xúc trượt

Là tiếp xúc ở cổ góp và vành trượt, tiếp xúc này cũng dễ sinh ra hồ quangđiện

2.3 Các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc

- Vật liệu làm tiếp điểm: vật liệu mềm tiếp xúc tốt

- Kim loại làm tiếp điểm không bị oxi hóa

- Lực ép tiếp điểm càng lớn thì sẽ tạo nên nhiều tiếp điểm tiếp xúc

- Nhiệt độ tiếp điểm càng cao thì điện trở tiếp xúc càng lớn

3.2 Tính chất cơ bản của phóng điện hồ quang

- Phóng điện hồ quang chỉ xảy ra khi các dòng điện có trị số lớn

- Nhiệt độ trung tâm hồ quang rất lớn và trong các khí cụ có thể đến

- Mật độ dòng điện tại catot lớn (10  4 10 5)A/cm2

- Sụt áp ở Catot bằng 10÷20V và thực tế không phụ thuộc vào dòng điện

3.3 Quá trình phát sinh và dập hồ quang

a, Quá trình phát sinh hồ quang điện:

Đối với tiếp điểm có dòng điện bé, ban đầu khoảng cách giữa chúng nhỏtrong khi điện áp đặt có trị số nhất định Vì vậy trong khoảng không gian này sẽ

catot gọi là phát xạ tự động điện tử (gọi là phát xạ nguội điện tử) Số điện tửcàng nhiều, chuyển động dưới tác dụng của điện trường làm ion hóa không khígây hồ quang điện

Đối với tiếp điểm có dòng điện lớn, quá trình phát sinh hồ quang phức tạp hơn Lúc đầu mở tiếp điểm, lực ép giữa chúng có trị số nhỏ nên số tiếp điểm tiếpxúc để dòng điện đi qua ít Mật độ dòng điện tăng đáng kể đến hàng chục nghìn

ở nhau

B MỘT SỐ KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP

I - CẦU CHÌ

1 Khái niệm và yêu cầu

Cầu chì là một loại khí cụ điện dùng để bảo vệ thiết bị và lưới điện tránh

sựcố ngắn mạch, thường dùng để bảo vệ cho đường dây dẫn, máy biến áp, động cơ điện, thiết bị điện, mạch điện điều khiển, mạch điện thắp sáng

Cầu chì có đặc điểm là đơn giản, kích thước bé, khả năng cắt lớn và giáthành hạ nên được ứng dụng rộng rãi

Các tính chất và yêu cầu của cầu chì:

- Cầu chì có đặc tính làm việc ổn định, không tác động khi có dòngđiện mở máy và dòng điện định mức lâu dài đi qua

- Đặc tính A – s của cầu chì phải thấp hơn đặc tính của đối tượng bảo vệ

- Khi có sự cố ngắn mạch, cầu chì tác động phải có tính chọn lọc.

- Việc thay thế cầu chì bị cháy phải dễ dàng và tốn ít thời gian

2 Cấu tạo

Cầu chì bao gồm các thành phần sau:

+ Phần tử ngắt mạch: Đây chính là thành phần chính của cầu chì,phần tử này phải có khả năng cảm nhận được giá trị hiệu dụng củ dòng điệnqua nó Phần tử này có giá trị điện trở suất bé (thường bằng bạc, đồng hay cácvật liệu dẫn có giá trị điện trở suất nhỏ lân cận với các giá trị nêu trên ).Hình dạng của phần tử có thể ở dạng là một dây (tiết diện tròn), dạng băngmỏng

+ Thân của cầu chì: Thường bằng thuỷ tính, ceramic (sứ gốm) hay cácvật liệu khác tương đương Vật liệu tạo thành thân của cầu chì phải đảm bảođược hai tính chất:

+ Các đấu nối: Các thành phần này dùng định vị cố định cầu chì trêncác thiết bị đóng ngắt mạch; đồng thởi phải đảm boả tính tiếp xúc điện tốt

Hình 4.1 Cầu chì

3 Nguyên lý hoạt động

Đặc tính cơ bản của cầu chì là sự phụ thuộc của thời gian chảy đứt vớidòng điện chạy qua (đặc tính Ampe - giây) Để có tác dụng bảo vệ, đườngAmpe – giây của cầu chì tại mọi điểm phải thấp hơn đặc tính của đối tượng cầnbảo vệ

+ Đối với dòng điện định mức của cầu chì: Năng lượng sinh ra do hiệuứng Joule khi có dòng điện định mức chạy qua sẽ toả ra môi trường và khônggây nên sự nóng chảy, sự cân bằng nhiệt sẽ được thiết lập ở một giá trị màkhông gây sự già hoá hay phá hỏng bất cứ phần tử nào của cầu chì

+ Đối với dòng điện ngắn mạch của cầu chì: Sự cân bằng trên cầuchì bị phá huỷ, nhiệt năng trên cầu chì tăng cao và dẫn đến sự phá huỷ cầu chì:Người ta phân thành hai giai đoạn khi xảy ra sự phá huỷ cầu chì:

- Quá trình tiền hồ quang (tp)

- Quá trình sinh ra hồ quang (ta)

Trong đó: t0: Thời điểm bắt đầu sự cố.

tp: Thời điểm chấm dứt giai đoạn tiền hồ quang.tt: Thời điểm chấm dứt quá trình phát sinh hồ quang

* Quá trình tiền hồ quang: Giả sử tại thời điểm t0 phát sinh sự quádòng, trong khoảng thời gian tp làm nóng chảy cầu chì và phát sinh ra hồquang điện Khoảng thời gian này phụ thuộc vào giá trị dòng điện tạo nên do

sự cố và sự cảm biến của cầu chì

* Quá trình phát sinh hồ quang: Tại thời điểm tp hồ quang sinh ra chođến thời điểm t0 mới dập tắt toàn bộ hồ quang Trong suốt quá trình này,năng lượng sinh ra do hồ quang làm nóng chảy các chất làm đầy tại môi trường

hồ quang sinh ra; điện áp ở hai đầu cầu chì hồi phục lại, mạch điện được ngắt ra

4 Phân loại, ký hiệu, công dụng

Cầu chì dùng trong lưới điện hạ thế có nhiều hình dạng khác nhau,trong sơ đồ nguyên lý ta thường ký hiệu cho cầu chì theo một trong các dạngsau:

Cầu chì có thể chia thành hai dạng cơ bản, tùy thuộc vào nhiệm vụ:

có sự cố hay quá tải hay ngắn mạch xảy ra trên phụ tải

+ Cầu chì loại a: Cầu chì dạng này chỉ có khả năng bảo vệ duy nhấttrạng thái ngắn mạch trên tải

Muốn phân biệt nhiệm vụ làm việc của cầu chì, ta cần căn cứ vào đặctuyến Ampe – giây (là đường biểu diễn mô tả mối quan hẹ giữa dòng điện quacầu chì và thời gian ngắt mạch của cầu chì)

IS: Giá trị dòng điệnquá tải

Với cầu chì loại g: Khi có dòng ICC qua mạch nó phải ngắt mạch tứcthì, và khi có dòng IS qua mạch cầu chì không ngắtm ạch tức thì mà duy trìmột khoảng thời gian mới ngắt mạch (thời gian ngắt mạch và giá trị dòng IS

tỉ lệ nghịch với nhau)

Do đó nếu quan sát hai đặc tính Ampe – giây của hai loại cầu chì a vàg; ta nhận thấy đặc tính Ampe – giây của cầu chì loại a nằm xa trục thời gian(trục tung) và cao hơn đặc tính Ampe – giây của cầu chì loại g

Đặc tính Ampe – giây của các loại cầu chì

5 Các đặc tính điện áp của cầu chì

- Điện áp định mức là giá trị điện áp hiệu dụng xoay chiều xuất hiện ởhai đầu cầu chì (khi cầu chì ngắt mạch), tần số của nguồn điện trong phạm

vi 48Hz đến 62Hz

- Dòng điện định mức là giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều

mà cầu chì có thể tải liên tục thường xuyên mà không làm thay đổi đặc tính củanó

- Dòng điện cắt cực tiểu là giá trị nhỏ nhất của dòng điện sự cố mà dâychì có khả năng ngắt mạch Khả năng cắt định mức là giá trị cực đại của dòngđiện ngắn mạch mà cầu chì có thể cắt

Sau đây là các vị trí trên biểu đồ của các dòng điện khác nhau:

II Công tắc tơ :

1 Khái quát và công dụng

Công tắc tơ là một loại thiết bị điện dùng để đóng cắt từ xa, tự động hoặc bằng nút ấn các mạch điện lực có phụ tải điện áp đến 500V, dòng điện đến 600A

Công tắc tơ có hai vị trí là đóng và cắt Tần số đóng có thể tới 1500 lần một giờ

2 Phân loại

Cơng tắc tơ hạ áp thường là kiểu khơng khí được phân ra các loại sau:

2.1 Phân theo nguyên lí truyền động

+ Cơng tắc tơ điện từ (truyền động bằng lực hút điện từ, loại này thường gặp).+ Cơng tắc tơ kiểu hơi ép

+ Cơng tắc tơ kiểu thủy lực

2.2 Phân theo dạng dòng điện

+ Cơng tắc tơ một chiều

+ Cơng tắc tơ xoay chiều

2.3 Phân theo kiểu kết cấu

+ Cơng tắc tơ hạn chế chiều cao (dùng ở gầm xe, )

+ Cơng tắc tơ hạn chế chiều rộng (như lắp ở buồng tàu điện, )

3 Hình dạng và cấu tạo

3.1 Hình dạng

3.2 Cấu tạo

3.2.1 Các bộ phận chính của công tắc tơ

Công tắc tơ điện từ có các bộ phận chính như sau:

+ Hệ thống tiếp điểm chính

+ Hệ thống dập hồ quang

+ Cơ cấu điện từ

+ Hệ thống tiếp điểm phụ

Cuộn hút có thể là một chiều hoặc xoay chiều Cuộn hút một chiều thì mạch

từ của nó được làm bằng sắt từ mềm và lõi thép ít bị nóng so với contactor xoaychiều Cuộn hútxoay chiều thì mạch từ được ghép lại từ các lá thép kỹ thuật điện(thép có pha 2%silic) mỏng để hạn chế tác động của dòng xoáy Fu-cô Trongmạch từ cuộn hút xoay chiều có bố trí vòng ngắn mạch để chống rung Hộp dập

hồ quang bao gồm cuộn dây thổi từ hộp vách ngăn Cuộn dây này gồm một vàivòng dây lõi không khí mắc nối tiếp với tiếp điểm và đặt gần tiếp điểm có hồquang sao cho từ trường do cuộn dây tạo ra vuông góc với dòng điện hồ quangnhư hình 6.4.4 Khi tiếp điểm mở ra, dòng mất đột ngột sinh ra sức điện động

cảm ứng tạo dòng cảm ứng phóng qua không gian giữa hai tiếp điểm tạo hồquang điện Dòng điện qua cuộn thổi từ sẽ tạo từ trường tác động vào dòng điện

hồ quang đẩy hồ quang vào các khe hở giữa các vách ngăn, hồ quang bị chianhỏ và kéo dài sẽ tự tắt

3.3 Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của contactor theo hình nhusau: khi cuộn dây 1không có điện, lò xo 6 kéo tiếp điểm ở trạng thái off, các tiếp điểm thường mởthì mở ra, các tiếp điểm thường đóng thì đóng lại Khi cấp điện cho cuộn dây,tấm động 2 được hút vào kéo theo các tiếp điểm, các tiếp điểm chuyển sangtrạng thái On , các tiếp điểm thường mở thì đóng lại, các tiếp điểm thường đóngthì mở ra

4 Các yêu cầu cơ bản của tắc công tơ

4.1 Điện áp định mức Uđm

Là điện áp của mạch điện tương ứng mà tiếp điểm chính phải đóng/cắt, có cáccấp: + 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều.Cuộn hút có thể làm việc bình thường ở điện áp trong giới hạn từ 85% đến105%Uđm

4.2 Dòng điện định mức Iđm

Là dòng điện đi qua tiếp điểm chính trong chế độ làm việc gián đoạn - lâudài, nghĩa là ở chế độ này thời gian công tắc tơ ở trạng thái đóng không lâu quá

8 giờ

Công tắc tơ hạ áp có các cấp dòng thông dụng: 10, 20, 25, 40, 60, 75, 100,

150, 250, 300, 600A) Nếu đặt công tắc tơ trong tủ điện thì dòng điện định mứcphải lấy thấp hơn 10% vì làm mát kém, khi làm việc dài hạn thì chọn dòng điệnđịnh mức nhỏ hơn nữa

4.3 Khả năng cắt và khả năng đóng

Là dòng điện cho phép đi qua tiếp điểm chính khi cắt và khi đóng mạch

Ví du:̣ công tắc tơ xoay chiều dùng để điều khiển động cơ không đồng bộ ba phalồng sóc cần có khả năng đóng yêu cầu dòng điện bằng ( 3,7)Iđm Khả năng cắtvới công tắc tơ xoay chiều phải đạt bội số khoảng 10 lần dòng điện định mứckhi tải cảm

5 Tuổi thọ công tắc tơ

Tính bằng số lần đóng mở (sau số lần đóng mở ấy công tắc tơ sẽ không dùngđược tiếp tục nữa, hư hỏng có thể do mất độ bền cơ khí hoặc bền điện).+ Độ bền cơ khí: xác định bởi số lần đóng cắt không tải, tuổi thọ cơ khí từ 10đến 20 triệu lần

+ Độ bền điện: xác định bởi số lần đóng cắt có tải định mức, công tắc tơ hiệnnay đạt khoảng 3 triệu lần

5.1 Tần số thao tác

Số lần đóng cắt trong thời gian một giờ bị hạn chế bởi sự phát nóng của tiếpđiểm chính do hồ quang Có các cấp: 30, 100, 120, 150, 300, 600, 1.200 đến1.500 lần trên một giờ, tùy chế độ công tác của máy sản xuất mà chọn công tắc

tơ có tần số thao tác khác nhau

5.2 Tính ổn định lực điện động

nhất đi qua mà lực điện không làm thay đổi trạng thái của các tiếp điểm dù trong

qua tiếp điểm chính mà lực điện động gây ra không làm tách rời tiếp điểm Quyđịnh dòng thử lực điện động gấp 10 lần dòng định mức

- Tính ổn định nhiệt : Công tắc tơ có tính ổn định nhiệt tức là khi có dòngngắn mạch chạy qua trong khoảng thời gian cho phép thì các tiếp điểm không bịnóng chảy hoặc bị hàn dính.

mài mòn về điện và cơ trong các chế độ làm việc nặng nề, có tần số thao tácđóng cắt lớn, do vậy điện trở tiếp xúc của tiếp điểm công tắc tơ Rtx thường làtiếp xúc đường (tiếp điểm hình ngón hoặc kiểu bắc cầu)

6 Thiết bị dập hồ quang

6.1 Thiết bị dập hồ quang trong công tắc tơ một chiều

Trong công tắc tơ một chiều thường dùng phương pháp dập hồ quang bằng

từ trường ngoài Hệ thống này được chia ra làm ba loại :

+Hệ thống có cuộn dây dập hồ quang nối nối tiếp (thường được sử dụng

do có nhiều ưu điểm như: chiều thổi từ không đổi vì khi dòng điện thay đổichiều thì chiều từ trường cũng thay đổi theo Ngoài ra có sụt áp trên cuộn dâydập hồ quang nhỏ)

+Hệ thống có cuộn dây dập hồ quang nối song song (loại này ít đượcdùng do nhiều nhược điểm như: chiều lực tác dụng vào hồ quang phụ thuộcchiều dòng tải, cách điện cuộn dập lớn do đấu song song với nguồn, khi sự cốngắn mạch gây sụt áp thì hiệu quả dập giảm nhiều)

+Hệ thống dùng nam châm điện vĩnh cửu (về bản chất gần giống cuộndây mắc song song nhưng có những ưu điểm sau: không tiêu hao năng lượng đểtạo từ trường, giảm được tổn hao cho công tắc tơ, không gây phát nóng cho côngtắc tơ, vì vậy khi dòng điện bé loại này được sử dụng rộng rãi)

Hình 8-1 là kết cấu thiết bị dập hồ quang điện một chiều trong công tắc

tơ