Thiết kế mạch khởi động từ đơn cho động cơ ba pha

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆNCầu chì hoạt động dựa trên nguyên tắc hiệu ứng của dòng điện .Khi thiết bị điện hoặc mạng điện phía sau cầu chì bị ngắn mạch hoặc quá tải lớn dò

MỤC LỤC

3 Chương 1: Nguyên lý hoạt động khởi động từ đơn 4

4 Chương 2: Tính toán và lựa chọn khí cụ điện 7

LỜI CAM ĐOAN

Em xin cam đoan bản đồ án : Thiết kế mạch khởi động từ đơn

cho động cơ ba pha do em thiết kế, các số liệu và kết quả là hoàn toàn

đúng với thực tế

Để hoàn thành đồ án này em chỉ sử dụng những tài liệu được ghi

trong danh mục tài liệu tham khảo và không sao chép hay sử dụng bất kỳ

tài liệu nào khác

Hải Phòng, ngày 1 tháng 6 năm 2016

Sinh viên thực hiệnBÙI ĐỨC TOÀN

LỜI NÓI ĐẦU

Để tìm hiểu rõ hơn về vấn đề trên, em đã nghiên cứu đề tài :

“Thiết kế mạch khởi động từ đơn cho động cơ 3 pha : P=12KW.Yêu cầu mạch điều khiển sử dụng các khí cụ điện có điện áp 380V Đi sâu nghiên cứu nguyên

lý hoạt động và các bảo vệ trong sơ đồ”

CHƯƠNG 1 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG KHỞI ĐỘNG TỪ ĐƠN

1.1.Sơ đồ nguyên lý khởi động động cơ dùng khởi động từ đơn

Hình 1.1 Sơ đồ nguyên lý khởi động động cơ dùng khởi động từ đơn

+ F 1 F 2 ( Fuse): Cầu chì bảo vệ ngắn mạch cho mạch điều khiển

+ Stop: Nút dừng,

+ Start: Nút khởi động,

+ WL ( White Lamp): Đèn màu trắng báo nguồn,

+ GL ( Green Lamp): Đèn màu xanh báo máy hoạt động

+ Toàn bộ khởi động từ này dùng khởi động cho động cơ M ( Motor)

1.2 Nguyên lý hoạt động khởi động từ đơn

Muốn khởi động động cơ thì đầu tiên phải đóng CB bằng tay, khi CB đóng lại thì đèn báo nguồn sáng (WL) báo hệ thống đã có nguồn sẵn sàng hoạt động

-Ấn nút start thì cuộn hút K sẽ làm việc :

+ KR1R2 , KSV , KT1T2 , đóng lại lúc đó động cơ M được cung cấp điện và khởi động

+ K134 (ON) : tự giữ (nhớ)

+ K237 (ON) : running (báo động cơ đã hoạt động)

-Ấn stop thì cuộn hút K mất điện, các thiết bị về trạng thái ban đầu, động

b Bảo vệ quá tải cho động cơ : OC1 , OC2

nếu xảy ra quá tải thì OC1, OC2 (5-2) mở ra, khi đó K mất điện dẫn tới M mất điện

c Bảo vệ mất pha

- Mất pha là nguồn R S T mất đi một pha hoặc hai trong ba pha

- Giả sử mất pha T: mất điện mạch điều khiển suy ra K=0, suy ra KR1R2, KSV,KT1T2 = 0, suy ra M=0

- Giả sử mất pha S: mất điện mạch điều khiển

- Giả sử mất pha R: động cơ đang quay sẽ tiếp tục quay tuy nhiên công suốt cấp cho M bị giảm mà phụ tải cho động cơ lại không đổi, suy ra công suất mất thì dòng điện tăng, suy ra OC2 tác động sau một thời gian, suy ra OC2 (6-2), K(4-5) mất điện, suy ra lật, suy ra M=0

d Bảo vệ “không”

- Động cơ đang hoạt động, lưới mất điện đột ngột nhưng ngay lập tức lại có điện trở lại ngay thì yêu cầu khởi động từ không được hoạt động mà phải chờ người đến điều khiển (bảo vệ an toàn)

- Nhờ nút nhớ K1(3-4)

1.4 Ưu và nhược điểm

- Hệ thống đơn giản, rẻ tiền, được dùng rộng rãi vì đây là khởi động trực

tiếp cho động cơ nên người ta áp dụng cho động cơ công suất nhỏ

CHƯƠNG 2 TÍNH TOÁN VÀ LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN

Cầu chì hoạt động dựa trên nguyên tắc hiệu ứng của dòng điện Khi thiết

bị điện hoặc mạng điện phía sau cầu chì bị ngắn mạch hoặc quá tải lớn dòng điện chạy qua dây chảy cầu chì sẽ lớn hơn dòng điện định mức làm cho dây chảy bị đốt nóng chảy ,do đó dây chảy bị đứt ,cho nên phần điện bị ngắn mạch được tách ra khỏi hệ thống

2.1.3.Cấu tạo :

Cấu tạo cầu chì gồm những bộ phận chính sau :

1) Thân cầu chì được chế tạo từ gốm sứ hoặc nhựa tổng hợp có thể có nắp

hoặc không có nắp Vật liệu làm cầu chì phải đảm bảo được tính chất :+ Có độ bền cơ khí

+ Có độ bền về điều kiện dẫn nhiệt và chịu đựng được các sự thay đổi đột ngột mà không hư hỏng

2) Ốc ,đinh vít bắt dây chảy được gọi là cốt bắt dây được chế tạo từ kim

loại dẫn điện như đồng, bạc ,nhôm

3) Dây chảy cầu chì được chế tạo từ hợp kim chì hoặc đồng có điện trở suất

nhỏ và còn được chia ra dây chảy nhanh và dây chảy chậm

2.1.4.Đặc tính bảo vệ và yêu cầu kĩ thuật của cầu chì

a Đặc tính bảo vệ :

1 Đặc tính A-s của đối tượng được bảo vệ

2 Đặc tính A-s của dây chảy cầu chì

3 Đường 3 là đặc tính của cầu chì trong thực tế

- B là vùng bảo vệ của cầu chì Khi xẩy ra quá tải hoặc ngắn mạch ở vùng

B thì cầu chì tác động cắt mạch theo hiệu ứng nhiệt Q=RI2t Khi đó nhiệt độ dây chảy cầu chì    ôd

- A là vùng cầu chì không tác động do dòng điện chạy qua dây chảy là dòng định mức hoặc dòng quá tải nhỏ ,khi đó nhiệt độ của dây chảy o    dm.Nên dây chảy cầu chì không bị đứt

b Yêu cầu kỹ thuật cơ bản khi lắp cầu chì :

 Cầu chì phải được lắp nối tiếp ở dây pha ,không lắp đặt ở dây trung tính

 Đặc tính A-s của cầu chì phải thấp hơn đặc tính của đối tượng được bảo

vệ và phải ổn định

 Khi lắp đặt cầu chì phải đảm bảo tính chọn lọc theo thứ tự từ tải về nguồn tức là phần tử nào bị sự cố ngắn mạch hoặc quá tải lớn thì cầu chỉ bảo vệ nó tác động.

 Cầu chì làm việc đảm bảo tin cậy tức là khi phần tử được cầu chì bảo vệ quá tải lớn hoặc ngắn mạch ,thì cầu chì phải tác động cắt phần tử bị quá tải hoặc ngắn mạch ra khỏi hệ thống điện Không được từ chối tác động

 Khi cần thay thế sửa chữa cầu chỉ cần phải an toàn tiện lợi

c Phân loại cầu chì

Cuộn dây của công tắc tơ xoay chiều cũng có thể là làm việc với lưới điện 1 chiều Khi đó cần phải giảm điện áp đặt vào cuộn dây sao cho dòng điện trong cuộn dây bằng điện áp trung bình khi cuộn dây làm việc Trong đó :

- I cc : Là dòng điện định mức cầu chì

- Itt : là dòng điện tính toán

- Ikđ :là dòng điện khởi động

-  : Hệ số quá nhiệt của dây chảy

- Icc lớn hơn hoặc bằng Itt

a.khái quát về công tắc tơ

Công tắc tơ là loại khí cụ điện ,đóng ngắt từ xa tự động hoặc bằng

tay ,mạch động lực Các mạch điện có phụ tải điện áp đến 500 V dòng đến 600

V Công tắc tơ có 2 vị trí đóng cắt có thể đến 1500 lần trong 1 giờ.Tùy theo dòng điện cấp vào mà phân loại công tắc tơ một chiều hay xoay chiều

Trong công tắc tơ có hệ thống tiếp điểm chính ,tiếp điểm phụ và hệ thống dập hồ quang

b.Ký hiệu

Hình vẽ

Công tắc tơ điện từ được cấu tao từ những phần chính hệ thống mạc vòng dẫn điện ,hệ thống dập hồ quang,hệ thống các lò xo nhà,lò xo tiếp

điểm ,nam châm điện ,vỏ và các chi tiết cách điện

Do tính chất của dòng điện mạch cắt ,công tắc tơ điện 1 chiều và công tắc xoay chiều có những đặc điểm cấu tạo khác nhau

hệ thống lò xo tiếp điểm tạo lực ép tiếp điểm cần thiết

 Hệ thống dập hồ quang

Hệ thống dập hồ quang trong công tắc tơ đảm bảo nhanh chóng dập hồ quang sinh ra trong quá trình đóng cắt của tiếp điểm

Thiết bị dập hồ quang trong công tắc tơ điện xoay chiều

Các công tắc tơ điện xoay chiều thông dụng trong công nghiệp thường được chế tạo loại một pha có hai chỗ ngắt,sử dụng tiếp điểm dạng bắc cầu đặt trong buồng dập hồ quang kiểu dàn dập hay trong khoang dập hồ quang đặc biệt Cũng có thể chế tạo dưới dạng tiếp điểm động chuyển động quay và bố trícuộn thổi từ để tăng khẳ năng dập hồ quang

Nam châm điện là bộ phận sinh ra lực hút điện từ ,đảm bảo cho hệ thốngtiếp điểm thường mở đóng lại chắc chắn khi cho dòng điện vào cuộn dây của

nó Yêu cầu lực hút của nam châm điện luôn lớn hơn đường đặc tính cơ ngay

cả khi điện áp nguồn giảm xuống 85% Uđm

Thông thường để nam châm điệnlàm việc chắc chắn và tránh va đập cơ khí trên tiếp điểm ,nam châm được thiết kế sao cho dáng của đường đặc tính lực hút gần với dáng của đường đặc tính cơ

Cấu tạo nam châm điện gồm hai phần chính : Mạch từ và cuộn

dây.Mạch từ của nam châm điện một chiều được làm bằng thép khối ,phần thân mạch từ nơi có cuộn dây có tiết diện tròn

Mạch từ của nam châm điện xoay chiều được chế tạo từ các lá thép ký thuật điện dầy 0,35 mm hoặc 0,5 mm – ghép lại để tránh tổn hao dòng điện xoáy

Hình dạng mạch từ thường có dạng hình  và pi hút thẳng hoặc hút quay Ở đầu cực từ được gắn vòng ngắn mạch để chống rung cho nam châm điện

Mạch từ được chia thanh hai phần:Một phần được cố định (phần tĩnh) phần còn lại là nắp ( còn gọi là phần ứng hay phần động) được nối với hệ thống tiếp điểm qua hệ thống tay đòn

Cuộn dây của nam châm điện thường được chế tạo từ dây đồng kỹ thuật điện ,đực quấn trên nhưng khung dây bằng vật liệu cách điện ,sau lồng vào mạch từ

Cuộn dây của nam châm điện được tính toan sao cho điện áp đạt vào cuộn dây bằng 110%Uđm ,sự nóng của nó vẫn trong giá trị nhiệt độ cho phép đối với mỗi cấp cách điện cho trước

Ở nam châm điện một chiều ,cuộn dây thường có đáy hình trụ tròn,cao

và gầy vì mạch từ không có tổn hao do dòng xoáy nên tỉ lên giữa chiều cao h

và chiều rộng 1 của tiết diện mặt cắt cuộn dây bằng :

Mục đich để giảm đường kính trung bình của vòng dây ,do đó có thể tiếtkiệm được dây đồng.Cuộn dây của nam châm điện xoay chiều thường ngắn và to.

Tỷ lệ l/h=2-4

Đối với điện xoay chiều trong mạch từ có dòng điện xoáy nên phát nóng và cuộn dây khó tỏa nhiệt hơn Cuộn dây thường không quấn sát vào lõi mà giữa cuộn dây và lõi còn 1 khe hở ,diện tích cuộn dây phải lớn để dễ tỏa nhiệt

Cuộn dây nam châm điện xoay chiều có điện trở rất nhỏ so với điện kháng Dòng điện trong cuộn dây phụ thuộc rất nhiều vào khe hở không khí ở giữa nắp và lõi mạch từ Khi nắp ở trạng thái mở ,dòng điện trong cuộn dây lơn.Vì vậy không được phép cho điện áp vào trong cuộn dây ,vì lý do nào đó nắp bị kẹt ở vị trí mở

ở lưới điện xoay chiều.Nguồn điện một chiều được tạo ra bằng bộ chỉnh lưu.Lực hút của cuộn nam châm điện một chiều lúc nắp ở trạng thái hút lớn hơn rất nhiều phản lực cơ Nên trong nhiều trường hợp khi hút người ta hạ thấp điện áp đặt vào cuộn dây bằng cách nối tiếp với một điện trở qua một tiếpđiểm dòng điện duy trì cho nắp hút có giá trị rất nhỏ do đó tổn hao trong cuộn dây cũng như toàn bộ nam châm điện rất nhỏ phải cỡ vài oát

 Yêu cầu của công tắc tơ

Điện áp định mức là điện áp mạch điện tương ứng mà tiếp điểm chính của công tắc tơ phải đóng cắt cuộn hút làm việc bình thường ở điện áp giới hạnđến 85 % -105% Uđm của cuộn dây

Dòng điện định mức Iđm là dòng điện qua tiếp điểm chính của công tắc

tơ trong chế độ dài hạn

Khả năng đóng cắt là trị số dòng điện cho phép đi qua tiếp điểm chính

Khi đóng hoặc khi cắt với công tắc tơ khởi động,động cơ xoay chiều 3 pha: Id=(4-7) Iđm

Tuổi thọ của công tắc tơ là số lần đóng cắt mà số lần đóng cắt ấy công tắc tơ bị hỏng không dùng được nữa

Tính ổn định điện động :Nghĩa là tiếp điểm chính của nó cho phép dòng điện lớn nhất đi qua mà lực điện động sinh ra không phá hủy mạc,dòng dẫn điện:Idd=10 Iđm

Tần số thao tác :Số lần đóng cắt công tắc tơ trong 1 giờ,tần số thao tác

bị hạn chế bởi sự phát nóng của tiếp điểm chính do hồ quang

Tính ổn định nhiệt :Nghĩa là khi có dòng Imm chạy qua một khoảng thời gian cho phép của tiếp điểm không bị nóng chảy và hàn gắn lại

Hệ thống các tiếp điểm công tắc tơ : Phải chịu được độ mài mòn về điện

về cơ trong chế độ nặng nề và có tần số thao tác lớn

Dựa vào dòng điện định mức Iđm=2,3 (A) và Uđm=220 V.

Ta chọn công tắc tơ do hãng LS sản xuất,có cường độ dòng điện thích hợp nên ta chọn loại 20A

2.3 Nút ấn

Ký hiệu bộ nút ấn

Khái niệm

Nút ấn là loại khí cụ điện đóng ngắt mạch điện bằng tay được sử dụng

để khởi động ,dừng hoặc đổi chiều quay của động cơ bằng các dòng ngắn mạch của cuộn dây công tắc tơ, khởi động từ

Trong mạch này ta dùng nút ấn có điện áp 250-600 V dòng định mức 5

A gồm một nút ấn đơn và một nút ấn kép tức là nút ấn có liên động giữa nút

mở và nút dừng và thuộc loại nút ấn có bảo vệ

2.4 Rơ le thời gian

Rơ le thời gian là loại khí cụ điện đóng ngắt mạch tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín hiệu đầu vào đạt tín hiệu xác định ,rơ le thời gian bao gồm các bộ phận sau :

bộ phận động lực :Có chức năng nhận tín hiệu vào là năng lượng điện biến đổi thành năng lượng thích hợp cho bộ phận tạo thời gian hoạt động.Bộ phận động lực có thể là nam châm điện,động cơ điên ,biến áp,chỉnh lưu …

Bộ tạo thời gian : Có chức năng kéo dài thời gian trễ của rơ le Bộ phận này làm việc theo nguyên lý khác nhau như :điện tử, cơ khí,khí nến ,thủy lực

…Căn cứ vào bộ phần thời gian trễ mà có tên là rơ le tương ứng

Ví dụ :rơ le thời gian điện tử,rơ le thời gian thủy lực ,rơ le thời gian điện từ

Bộ phận đầu ra : rơ le phát tín hiệu ra bằng sự thay đổi trạng thái đóng

mở các tiếp điểm

Nguyên lý hoạt động:

Khi cấp nguồn vào cuộn dây của Rơle thời gian ON DELAY, các tiếp điểm tác động không tính thời gian chuyển đổi trạng thái tức thời (thường đóng hở ra, thường hở đóng lại), các tiếp điểm tác động có tính thời gian sẽ chuyển trạng thái và duy trì trạng thái này

Khi ngưng cấp nguồn vào cuộn dây, tất cả các tiếp điểm tức thời trở về trạng thái ban đầu.

Chọn rơ le thời gian

Điện áp định mức đặt lên cuộn dây của rơ le là điện áp của mạch điều khiển

Dòng điện định mức là dòng điện làm việc đi qua các tiếp điểm là dòng của mạch điều khiển

Vậy ta chọn rơ le thời gian với điện áp U=250V và dòng 15A do hãng YONGSUNG ELECTRIC sản xuất

Khái niệm và công dụng

Rơ le nhiệt là loại khí cụ điện dùng để bảo vệ động cơ tránh bị quá tải kết hợp với khởi động từ và công tắc tơ được dùng ở các mức điện áp 500 V,f=50 Hz.Kết cấu rơ le nhiệt có dòng định muwacs towus 150 A và có thể dùng với điện 1 chiều và diện áp tới 400 V

Khi dùng rơ le nhiệt để bảo vệ quá tải người ta phải thêm cầu chì để bảo

vệ ngắn mạch

Cấu tạo

Dây là hình ảnh cấu tạo rơ le nhiệt

Về cấu tạo : rơ le nhiệt gồm có ,bộ phận nhạy cảm với nhiệt độ (cảm biến ) ở đầu vào ,bộ phận so sánh,hệ thống tiếp điểm của đầu ra và bộ phận điều chỉnh các thông số làm việc của rơ le

Tùy theo nguyên lý làm việc của bộ phận cảm biến nhiệt độ ta có các loại rơ lenhiệt với các đặc tính kỹ thuật và phạm vi ứng dụng khác nhau Các cảm biến nhiệt hay được dùng trong rơ le nhiệt đó là :

Kiểu kim loại kép (bimetal,lưỡng kim) dựa trên tính chất dãn nỡ kích thước do nhiệt độ của kim loại

Kiểu khí nén dựa trên tính chất thể tích ,áp suất khí thay đổi khi nhiệt độ của chúng thay đổi

Kiểu nhiệt ngẫu dựa trên tính chất của điện trở của vật liệu thay đổi theo nhiệt độ.

Ký hiệu

Yêu cầu của rơ le nhiệt

thanh kim loại của rơ le nhiệt dẫn điện tốt ,nhiệt độ phát nóng không thay đổi khi hồi phục trở lại ,thời gian hồi phục nhanh chóng

làm việc tin cậy,kết cấu gọn nhẹ,tuổi thọ cao

Tính chọn rơ le nhiệt

Việc lựa chọn phải đảm bảo thích hợp nếu chọn rơ le nhiệt có dòng điệnquá lớn làm giảm tuổi thọ của thiết bị cần bảo vệ ,rơ le nhiệt có dòng điện quá lớn làm giảm tuổi thọ của thiết bi cần bảo vệ ,còn dòng điện đi qua quá thấp thì không tận dụng được tối đa công suất động cơ

Trong thực tế ta chọn dòng điện định mức rơ le nhiệt bằng dòng điện định mức của động cơ cần bảo vệ và rơ le nhiệt tác động ở giá trị :

Itđ=(1,2-1,3 )Iđm

Trong đó : Itđ là dòng điện tác động của rơ le nhiệt

Còn quá trình mở máy thì tùy thuộc vào dòng điện khởi động lớn do thời gian ngắn nên rơ le nhiệt chưa kịp tác động và khi đó coi như bị ngắn

Vậy chọn rơ le nhiệt và tiếp điểm của nó chịu được dòng điện là 2,3 A trở lên nên ta chọn rơ le nhiệt của hãng LS.

Tài liệu tham khảo

http://www.toancau.vn/vietnam/10/92/nguyen-ly-lam-viec-cua-truc-tiep-cho-truong-dh-su-pham-ky-thuat-tp-hcm.590020.html

http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/de-tai-thiet-ke-he-thong-chong-set-

http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/chuong-12-thiet-bi-chong-set.367915.html

http://tailieu.vn/xem-tai-lieu/chuong-xii-noi-dat-va-chong-set.425441.html