thiết kế mạch tự động khởi động động cơ 3 pha công suất 22,5KW bằng phương pháp đổi nối sao tam giác theo nguyên tắc thời gian yêu cầu mạch điều khiển sử dụng các khí cụ điện có điện áp 380v đi sâu tính toán lựa chọn các khí cụ điện

Sau khoảng 1 thời gian chuyển sang đấu tam giác .Lúc này điện áp trên các cuộn dây là U dây.Khởi động theo phương pháp chuyển đổi sao - tam giác có ưu điểm là dòng khởi động sẽ giảm đi 3

MỞ ĐẦU

Nước ta là nước đi lên từ nền nông nghiệp, công nghiệp kém phát triển và lạc hậu.Tuy nhiên, những năm gần đây ngành công nghiệp nước ta đã thay đổi tích cực, nhanh chóng và hiện đại hóa mạnh mẽ Nhưng so với các nước công nghiệp phát triển khác và các nước công nghiệp trong khu vực thì nền công nghiệp nước ta còn một khoảng cách khá xa Để đảm bảo chất lượng phát triển công nghiệp như thời buổi hiện nay thì việc nâng cao tính năng hoạt động và năng suất của các thiết bị máy móc là yêu cầu chủ yếu, thiết thực nhất Đó là đưa thiết bị máy móc vào dây truyền  tự động và bán tự động bằng các mạch điều khiển điện công nghiệp hiện nay Trong đó, mạch khởi động động cơ đổi nối sao – tam giác (Y/∆) là rất quan trọng và cần thiết.Vì vậy, việc tìm hiểu và vận hành kiểm tra thử nghiệm thực tế các thiết bị công nghiệp là vốn kiến thức không thể thiếu cho sinh viên ngành điện Do đây là một vấn đề chủ yếu và cần thiết cho việc vận hành bão dưỡng kinh tế các thiết bị công nghiệp nhằm nâng cao năng suất sản xuất của các xí nghiệp vừa và nhỏ hiện tại Về cấu tạo thì các mạch điều khiển điện công nghiệp nói chung và mạch khởi động động cơ đổi nối sao – tam giác (Y/∆) nói riêng thực chất là tổ hợp của các thiết bị điện cơ bản đơn giản Nhưng việc tìm hiểu , tính toán lựa chọn và nắm bắt phương pháp vận hành các thiết bị công nghiệp có hiệu quả là một sự trãi nghiệm không thể xem nhẹ, coi thường

Nhờ sự hướng dẫn và giúp đỡ của giảng viên Th.s Đoàn Đức Trọng và nhà trường đã tạo điều kiện cho chúng em để có hiểu biết sâu hơn ,những kinh nghiệm quý báu trong thực hành lắp ráp khí cụ (chế tạo khở động từ đơn,kép ,sao tam giác,cuộn kháng khởi động mềm)

Em xin chân thành cảm ơn!

Phần I : CƠ SỞ LÝ THUYẾT

Đề tài : thiết kế mạch tự động khởi động động cơ 3 pha công suất

22,5KW bằng phương pháp đổi nối sao-tam giác theo nguyên tắc thời

gian.Yêu cầu mạch điều khiển sử dụng các khí cụ điện có điện áp 380V Đi sâu tính toán lựa chọn các khí cụ điện.

1.1 Giới thiệu về phương pháp khởi động động cơ đổi nối sao - tam giác(Y /∆ )

Khởi động sao tam giác là một trong các biện pháp khởi động của động

cơ có công suất trung bình và lớn Chỉ áp dụng được với động cơ hoạt động với

sơ đồ tam giác Khi khởi động động cơ được nối sao , lúc này điện áp trên mỗi cuộn dây chỉ là U pha (220v) Sau khoảng 1 thời gian chuyển sang đấu tam giác Lúc này điện áp trên các cuộn dây là U dây.Khởi động theo phương pháp chuyển đổi sao - tam giác có ưu điểm là dòng khởi động sẽ giảm đi 3 lần so với khởi động mạch đấu tam giác tránh được sụt áp khi khởi động động cơ công suất lớn bằng phương pháp trực tiếp Nhưng nhược điểm là ngẫu lực (mô men khởi động) không cao, giảm đi 1/3 so với khởi động trực tiếp Về sơ đồ đấu dây ta có thể dễ dàng tìm kiếm , thiết bị sử dụng cũng đơn giản, tuy nhiên đòi hỏi người vận hành phải được hướng dẫn cẩn thận đối với động cơ nhỏ tới 7,5 KW thì khởi động trực tiếp Đối với động cơ từ 11KW đến 45KW thì khởi động sao -tam giác và thường là các loại động cơ không đồng bộ ba pha như động cơ động

cơ rôto dây cuốn ,động cơ lồng sóc …

1.2 Mục đích

Nhằm tìm hiểu sâu hơn về cơ sở lý thuyết và nắm bắt các phương pháp vận hành thực tế bằng phương pháp khởi động động cơ đổi nối sao – tam giác(Y /∆) Từ kết quả đạt được có thể tìm ra hướng khắc phục hoặc hạn chế sự sai lệch của cơ sở lý thuyết và thực tập thực tế nhằm để vận hành bảo dưỡng các thiết bị công nhiệp làm việc ổn định lâu dài và kinh tế

1.3 phương pháp thực hiện

Tham khảo tài liệu kết hợp với vốn kiến thức đã học để kiểm tra thử nghiệm đem đến kết quả xác thực trên các thiết bị công nghiệp về mạch đổi nối sao – tam giác

Phần II: KẾT QUẢ TÍNH TOÁN VÀ SƠ ĐỒ THIẾT KẾ 2.1 Tính toán và sơ đồ thiết kế mạch

2.1.1 Tính toán mạch:

-Với động cơ 3 pha công suất 22,5kW ta có P= 22,5KW= 22500W, cosα

=0,68

U=380v

* Dòng làm việc: Ilv= 50(A) khi dòng khởi động ở chế độ sao thì điện áp giảm đi √3 nên dòng khởi động giảm đi 3 lần.

50A là giá trị dòng điện nguồn áp và hệ chia cho 2 lưu ý :

+ 3 pha vào công tắc tơ chính

+ 3 pha vào công tắc tơ sẽ là 50√3

* Dòng định mức :

Từ công thức : I đm= U × cosα × P √3= 380× 0,68 ×22500 √3=50,27≈50(A)

Với động cơ P=22,5 KW thì dòng làm việc sẽ là 50KW vào công tắc tơ Khi ở chế độ ∆ thường thì dòng điện chia 2 là 50/2=25(A) nhưng khi ở chế độ sao thì dòng điện luôn là dòng điện sao√3 lần như vậy rơ le nhiệt phải là 40-50(A) là tối thiểu

*Đối với CB thì dòng CB là :

U đmA ≥ U đm

I đmA≥I ch

I cđmA ≥ I n

Trong đó : U đmA là điện áp định mức của áp tải

I đmA dòng điện định mức của aptomat

I ch dòng phụ tải lớn nhất chạy qua aptomat

I cđmA dòng cắt định mức của aptomat

I n dòng ngắn mạch ổn định

-Lựa chọn áptomat chủ yếu dựa vào :

Dòng điện tính toán đi trong mạch , dòng điện quá tải , điện áp làm việc , tính thao tác có chọn lọc

Ngoài ra lựa chọn aptorat còn phải căn cứ vào đặc tính làm việc phụ tải và aptomat không được cho phép khi có quá tải ngắn hạn thường xuyên trong điều kiện làm việc như dòng điện trong khởi động phụ tải công nghệ

Yêu cầu chung là dòng điện định mức của bảo vệ aptormat không được lớn hơn dòng điên tính toán của mạch

I đm≥ I tt

Ta có dòng : I tt = cosα × U × P √3 = 0,85× 380×22500 √3 =40,21(A)

I đm của aptomat bằng 50(A)

*Dòng rơle nhiệt ta chọn với hệ số khởi động từ 1.2-1.4 là

Rơ le nhiệt có I đm = 1.4 × 40,21= 56,29 ≈ 56(A)

2.1.2 Sơ đồ và tên bản vẽ:

Hình 1.1 Mạch khởi động đông cơ bằng phương pháp sao – tam giác

2.2 Cấu tạo của mạch khởi động sao - tam giác (Y¿∆)

2.2.1 Mạch động lực

CB : aptomat bảo vệ ngắn mạch

K, K∆ ,KY : tiếp điểm thường mở.

OC1, OC2 : tiếp điểm chính của rơ le nhiệt

M : động cơ không đồng bộ 3 pha

2.2.2 Mạch điều khiển

SRT : nguồn từ lưới điện

Start : nút ấn thường mở ; Stop : nút ấn thường đóng

F : cầu chì ; OC1,OC2 : tiếp điểm phụ của rơ le nhiệt

K∆34: cuộn hút của công tắc tơ K∆

KY 36 :cuộn hút của công tắc tơ KY

K 38 :cuộn hút của công tắc tơ K

K 12 : tiếp điểm phụ của công tắc tơ K

WL: đèn báo nguồn màu trắng

GL :đèn báo nguồn màu xanh

T : relay thời gian có đế

T1 : tiếp điểmmở nhanh đóng chậm của relay

T2: tiếp điểm đóng chậm mở nhanh relay

2.3 nguyên lý hoạt động

Khi đóng aptomat cấp nguồn cho mạch động lực và mạch điều khiển Lúc này động cơ chưa làm việc để động cơ làm việc ta ấn nút Start

Sau khi ấn Start đèn WL sáng nguồn sẵn sàng tiếp điểm phụ K 12 có điện làm cuộn hút K 38 có điện đóng các tiếp điểm chính K ở mạch động lực cho dòng điện đi quatiếp điểm chính OC1, OC2 của rơ le nhiệt , cấp nguồn cho động

cơ rơ le thời gian T có điện, vì T2 là tiếp điểm đóng chậm mở nhanh nên cuộn hút KY36 có điện trước đóng các tiếp điểm KY bên mạch động lực động cơ hoạt động theo chế độ sao

Vì có relay thời gian nên sau 1 khoảng thời gian đặt trước tiếp điểm T2

mở cuộn hút KY 36 mất điện tiếp điểm KY mở bị mạch nối sao sẽ bị ngắt ra khỏi mạch động lực , đồng thời lúc này cuộn hút K∆34 có điện làm cho tiếp điểm K∆

đóng mạch chuyển sang hoạt động ở chế độ tam giác Đèn GL báo mạch đang ở chế độ làm việc

2.4 Các bảo vệ trong sơ đồ và giới thiệu các khí cụtrong mạch khởi động Y/∆

2.4.1 các bảo vệ trong sơ đồ

Aptomat : 1 pha đấu vào nguồn cấp cho cuộn hút Contactor , 3 pha nguồn

sẽ đưa về Contactor cấp cho động cơ , Relay nhiệt có thể đấu nối tiếp phía sau Aptomat

Như vậy ta có các bảo vệ như sau :

-Bảo vệ dòng : relay nhiệt bảo vệ quá dòng, CB bảo vệ ngắn mạch

-Bảo vệ áp : bảo vệ quá áp và thiếu áp

-Bảo vệ chạm đất, quá điện từ motor

-Bảo vệ pha : mất pha , đảo pha mất cân bằng điện áp các pha dùng CB -Bảo vệ chạy dưới tải (chạy không tải)

-Bảo vệ không: dùng K

-Bảo vệ quá tải :CB

2.4.2 giới thiệu các khí cụ điện điện trong mạch sao- tam giác(Y/ ∆ )

*Aptomat (CB-Circuit breaker):

Aptomat là 1 khí cụ điện dùng để đóng cắt mạch điện bằng tay ,nhưng có thể tự động cắt mạch điện khi có sự cố quá tải hoặc ngắn mạch

+phân loại:

-Theo cơ cấu tự động ngắt có 3 loại : CB nhiệt, CB điện từ , CB từ điện -theo kết cấu có 3 loại : CB 1 cực, CB 2 cực , CB 3 cực

-Theo điện áp sử dụng có 2 : CB 1 pha( có cực hoặc không cực), CB 3 pha (có 3 cực)

-Theo công dụng có nhiều loại: CB dòng cực đại ,CB điện áp thấp, CB chống dung, CB đa năng…

+Cấu tạo chung:

Hình 2.1 Aptomat dòng cực đại

Thường có cấu tạo chung là :

-Hệ thống tiếp điểm và buồng dập hồ quang

-Cơ cấu tác động nhiệt

-Cơ cấu tác động từ

+ Yêu cầu :

-Dòng điện bảo vệ ngắn mạch của CB : I CB ≥ I KĐ

-Dòng điện bảo vệ quá tải của của CB phải là : I CB =(1,1 :1,2) I tt

-Điện áp làm việc của CB là : U CB¿Ulưới điện

+ Nguyên lý hoạt động chung của CB là : ở trạng thái thường sau khi đóng điện CB được giữ ở trạng thái đóng nhờ các móc khớp với nhau tại cùng 1 điểm của tiếp điểm động Bật CB ở trạng thái on ,với dòng điện định mức nam châm và phần ứng không hút Nếu mạch điện bị quá tải hay ngắn mạch lực điện

từ của nam châm điện sẽ lớn hơn lo xo làm cho nam châm điện hút phần ứng xuống các móc nhả ra, lò xo được thả lỏng Kết quả các tiếp điểm của CB mở ra mạch điện bị ngắt

*Công tắc tơ(contactor):

Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để điều khiển và đóng cắt mạch điện 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 2 vị trí đóng và cắt.Tần số đóng cắt có thể lên đến

1500 lần trên 1giờ

Hình 2.2 Công tắc tơ điện 1 chiều +Công tắc tơ hạ áp thường là kiểu không khí được phân ra thành các loại sau:

-Phân loại theo nguyên lý chuyền động : công tắc tơ kiểu điện từ, công tắc

tơ kiểu thủy lực , công tắc tơ kiểu hơi ép

-Phân theo dạng dòng điện : công tắc tơ 1 chiều,công tắc tơ xoay chiều -Phân loại theo kiểu kết cấu: công tắc tơ hạn chế chiều cao, công tắc tơ hạn chế chiều rộng

+Cấu tạo :

công tắc tơ điện từ có các bộ phận chính sau:

-Hệ thống tiếp điểm chính

-Hệ thống buồng dập hồ quang

-Cơ cấu điện từ

-Hệ thống tiếp điểm phụ

+Nguyên lý hoạt động : khi cuộn hút của công tắc tơ được cấp điện ,lò xo đẩy lá thép động tách ra khỏi lõi thép tĩnh Các cặp tiếp điểm chính và phụ (3)ở trạng thái mở ,cặp tiếp điểm phụ khác ở trạng thái đóng Khi cấp điện cho cuộn hút trong cuộn hút sẽ có dòng chạy qua Dòng điện sẽ sinh ra 1 từ thông móc vòng qua cả 2 lõi thép làm kín mạch từ, chiều và trị số từ thông sẽ biến thiên theo chiều và trị số của dòng điện sinh ra nó Nhưng xét tại 1 thời điểm nhất định thì từ thông đi qua 2 lõi thép là cùng chiều nên sẽ tạo thành ở 2 bề mặt này

2 cực N-S trái dấu Kết quả lõi thép động sẽ bị hút về lõi thép tĩnh ,kéo theo cánh tay đòn làm tiếp điểm chính và tiếp điểm phụ đang mở sẽ đóng lại ,còn tiếp điểm đang đóng sẽ mở ra Khi cắt điện cuộn hút và lò xo hồi vị sẽ đẩy lõi thép động trở về vị trí ban đầu

*Rơ le nhiệt (OLR-Overload relay):

+Cấu tạo:

1 Đòn bẩy

2 Tiếp điểm thường đóng

3 Tiếp điểm thường mở

4 Vít chỉnh dòng điện tác động

5 Thanh lưỡng kim

6 Dây đốt nóng

7 Cần gạt

8 Nút phục hồi

Rơ le nhiệt là khí cụ tự động đóng,cắt tiếp điểm nhờ sự co dãn của thanh kim loại Trong mạch điện công nghiệp nó thường được dùng để bảo vệ quá tải cho các động cơ điện Khi đó, rơ le nhiệt được lắp cùng với công tắc tơ được gọi

là ‘khởi động từ”

Dòng điện tác động thường được chọn để bảo vệ động cơ : I tđ =(1,2:1,2) I

đm

Thông thường chọn dòng tác động như trên , ở nhiệt độ là 25 ℃ và dòng quá tải tăng 20% rơ le nhiệt sẽ tác động làm ngắt mạch sau khoảng 20 phút.Nếu nhiệt độ môi trường cao hơn rơ le nhiệt sẽ tác động nhanh hơn

+Nguyên lý hoạt động : ấn nút điều khiển ,cuộn hút của công tắc tơ sẽ có điện Nó đóng các tiếp điểm cho động cơ hoạt động Ở chế độ định mức hoặc không tải thì dòng điện qua động cơ không vượt quá dòng định mức nên nhiệt

độ trên dây đồng nóng ở mức bình thường và nhiệt độ trên thanh lưỡng kim là bình thường ,thanh lưỡng kim chưa bị cong.Các tiếp điểm thường đóng và thường mở của rơ le nhiệt chưa tác động Động cơ vẫn hoạt động bình thường Khi động cơ M bị quá tải ,dòng điện đi qua động cơ sẽ vượt mức định mức làm cho dây đốt nóng tăng lên.Nhiệt độ của thanh lưỡng kim cũng tăng lên Do thanh lưỡng kim được làm từ 2 vật liệu có hệ số dãn nở vì nhiệt là khác nhau và được ép sát vào nhau.Lá kim loại bên phải có hệ số dãn nở vì nhiệt lớn hơn nên thanh lưỡng kim sẽ cong về bên trái.Khi thanh lưỡng kim bị cong về bên trái sẽ đẩy cần gạt sang trái tác động vào đòn bẩy mở tiếp điểm thường đóng ,ngắt mạch điện.Các tiếp điểm K mở ra bảo vệ an toàn cho động cơ

Muốn điều chỉnh tiếp điểm đóng cắt ở mức độ tải khác nhau ta sẽ tăng hay giảm lực căng của lò xo ép vào đòn bẩy

*Rơ le thời gian (TR-Time relay):

Rơ le thời gian được dùng nhiều trong các mạch tự động điều khiển ,nó có tác dụng làm chễ các quá trình điều khiển.Nó có tác dụng làm trễ các quá trình đóng mở các tiếp điểm theo một khoảng thời gian chỉ định nào đó

+Phân loại :

Theo thời gian trễ thì có 3 loại sau:

-Trễ vào thời điểm cuộn hút được đóng điện(ON DELAY) loại này chỉ có tiếp điểm thường đóng mở chậm(TS 11),hoặc thường mở đóng chậm (TS12)

-Trễ vào thời điểm cuộn hút mất điện(OFF DELAY) loại này chỉ có tiếp điểm thường đóng, đóng chậm(TS 21) hoặc thường mở đóng chậm (TS 22)

-Trễ vào thời điểm cuộn hút có điện (ON/OFF DELAY) loại này chỉ có tiếp điểm thường đóng,mở đóng chậm(TS 31) hoặc thường mở ,đóng mở chậm (TS 32)

Ngoài ra trên rơ le thời gian còn bố trí thêm các tiếp điểm tác động tức thời thường đóng và thường mở

Theo cơ cấu tác động trễ thì có 4 loại :

-Rơ le thời gian trễ kiểu con lắc

-Rơ le thời gian trễ kiểu khí nén

-Rơ le thời gian kiểu điện từ

-Rơ le thời gian kiểu điện tử

+Nguyên lý hoạt động:

Các rơ le điện tử thông thường hoạt động trên cơ sở mạch “RL”

*Công tắc tơ chuyển mạch :

Công tắc tơ chuyển mạch là loại khí cụ điện đóng,ngắt nhờ ngoại lực(có thể bằng tay hoặc điều khiển qua 1 cơ cấu nào đó…) Trạng thái của công tắc tơ

sẽ thay đổi khi có ngoại lực tác động Thông thường công tắc (hay chuyển mạch ) nói chung dùng để đóng cắt mạch điện có công suất nhỏ điện áp thấp

+theo cơ cấu tác động chia thành các loại sau:

-Công tắc gạt

-Công tắc hành trình

-Công tắc xoay

-Công tắc ấn

-Công tắc ấn – xoay(nút ấn dừng khẩn cấp )

-Công tắc có khóa (khóa điện)

+Theo phương thức kết nối người ta chia thành các lại sau:

-Công tắc 1 ngã

-Công tắc 2 ngã

-Công tắc 3 ngã

+Khi lựa chọn công tắc thì cần chú ý các điều kiện sau:

-Dòng điện định mức và điện áp định mức

*Bộ nút ấn(PB-Pushbutton):

Nút ấn là khí cụ điện đóng ngắt các thiết bị điện bằng tay.Các cặp tiếp điểm trong nút sẽ chuyển trạng thái khi có ngoại lực tác động ,còn khi bỏ lực tác động tiếp điểm sẽ chở về trạng thái cũ.Đó chính là điểm khác biệt cơ bản giữ nút ấn và công tắc

Trong mạch điện công nghiệp nút ấn thường được sử dụng để khởi động.Dừng đảo chiều quay động cơ thông qua công tắc tơ và rơ le trung gian

+Theo kết cấu người ta chia thành các loại sau:

-Nút ấn đơn (1 tầng tiếp đểm)

-Nút ấn kép (2 tầng tiếp điểm)

+Theo phương thức kết nối có các loại

sau:

-Nút ấn đơn thường mở

-Nút ấn đơn thường đóng

-Nút ấn sẽ tồn tại đồng thời hai tiếp

điểm trạng thái trên

Lựa chọn nút ấn ta cần chú ý các

thông số kĩ thuật sau:

-Dòng điện định mức

-Điện áp định mức

-Trạng thái của các cặp tiếp điểm khi có ngoại lực tác động và khi không

có ngoại lực tác động

*Cầu chì (Fuse):

Cầu chì là 1 thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện bằng cách đứt mạch điện.Cầu chì thường được sử dụng nhằm phòng tránh các hiện tượng quá tải trên đường dây gây cháy nổ