Tại sao thiết bị điện phát nóng

Câu 1: Tại thiết bị điện phát nóng ? Các nguồn nhiệt thiết bị điện Trình bày phát nóng chế độ làm việc dài hạn Ở trạng thái làm việc, phận TBĐ : mạch vòng dẫn điện, mạch từ, chi tiết kim loại cách điện có tổn hao lượng tác dụng biến thành nhiệt Một phần nhiệt làm tăng nhiệt đọ TBĐ, phần khác tỏa mơi trường xung quanh Ở chế độ xác lập nhiệt, nhiệt độ thiết bị không tăng lên mà đạt trị số ổn định, tồn nhiệt tỏa mơi trường xung quanh Trong TBĐ có dạng tổn hao lượng sau : o Tổn hao chi tiết dẫn điện, o Tổn hao chi tiết vật liệu sắt từ o Tổn hao điện môi Chế độ làm việc dài hạn chế độ làm việc thiết bị điện với thời gian dài tùy ý không ngắn thời gian để nhiệt độ phát nóng đạt tới giá trị ổn định Khi có dòng điện I chạy vật dẫn gây tổn hao công suất P thời gian dt gây nhiệt lượng: Q = P.dt = RI2dt bao gồm hai phần: o Nhiệt lượng hao tổn Đốt nóng vật dẫn Q1= G.C.dτ Tỏa mơi trường xung quanh Q2= S.α.τ.dt Khi ngắt dòng điện (I = 0), q trình phát nóng chấm dứt trình nguội lạnh bắt đầu xảy ra, nghĩa P.dt = 0, ta có phương trình nguội lạnh : I2R.dt = Và : G.C dτ + S α + dt = nên có: o Với điều kiện ngắt dòng điện chênh lệch nhiệt độ chênh lệch nhiệt ổn định Nam châm điện xoay chiều gì? Trình bày cấu tạo, nguyên lý làm việc Trình bày vòng chống rung ngun lý làm việc vòng chống rung Là nam châm điện có nguồn cấp nguồn cấp xoay chiều – Mạch từ : làm thép kĩ thuật điện mỏng có sơn cách điện ghép với làm giảm tổn hao gây dòng điện xốy (thực tế có trường hợp làm thép kĩ thuật điện dạng khối ) – Cuộn dây :Bọc men cách điện có số vòng quấn nhỏ nam châm điện chiều Dòng điện chạy cuộn dây sinh từ trường Vật liệu sắt từ đặt từ trường bị từ hóa có cực tính ngược lại với cực tính cuộn dây, bị hút phía cuộn dây Nếu đổi chiều dòng điện cuộn dây từ trường cuộn dây đổi chiều vật liệu sắt từ bị từ hóa có cực tính ngược với cực tính cuộn dây, chiều lực hút khơng đổi Trong q trình làm việc nắp mạch từ chuyển động, khe hở không khí nắp lõi thay đổi nên lực hút điện từ thay đổi Lực hút điện từ biến đổi theo tần số gấp đôi tần số nguồn điện (2w) Ở thời điểm B = Fdt = lực lò xo Flx > Fdt nắp bị kéo nhả Ở thời điểm Flx < Fdt nắp hút phía lõi Như chu kỳ nắp bị hút nhả hai lần nghĩa nắp bị rung với tần số 100Hz tần số nguồn điện 50Hz Nguyên lí làm việc vòng chống rung : Khi từ thơng φ qua cực từ chia làm hai thành phần φ1 φ2 φ1 thành phần không qua phần cực từ có vòng chống rung, φ2 qua phần có vòng chống rung Khi có từ thơng φ2 biến thiên qua, vòng chống rung xuất dòng điện cảm ứng I chạy khép mạch vòng Dòng icứ sinh từ trường có tác dụng chống lại biến thiên φ2 nên làm φ2 chậm pha so với φ1 góc α Rơle điện từ ? Trình bày vài loại rơle điện từ thông dụng Rơle điện từ làm việc nguyên lý điện từ Nếu đặt vật vật liệu sắt từ (gọi phần ứng hay nắp từ) từ trường cuộn dây có dòng điện chạy qua sinh Từ trường tác dụng lên nắp lực làm nắp chuyển động Một số loại rơle điện từ thông dụng : Rơle trung gian Rơle trung gian khí cụ điện dùng lĩnh vực điều khiển tự động, cấu kiểu điện từ Rơle trung gian đóng vai trò điều khiển trung gian thiết bị điều khiển (contactor, rơle thời gian …) Rơle trung gian có số lượng tiếp điểm lớn Rơle Rơle dòng điện điện áp Rơ le thời gian điện từ Rơle nhiệt thiết bị điệndùng để bảo vệ động mạch điện khỏi bị tải, thường dùng kèm với contactor Rơle thời gian rơle tạo trễ đầu ra, nghĩa có tín hiệu điều khiển đầu vào sau thời gian đó, đầu có tác động (tiếp điểm rơle đóng mở) Câu Hồ quang điện gì? Bản chất hồ quang điện, ứng dụng Trình bày hồ quang điện xoay chiều, xây dựng đường đặc tính Volt- Ampe hồ quang điện xoay chiều Bản chất hồ quang điện tượng phóng điện trog chất khí với mật độ dòng điện lớn ( tới khoảng 102 đén 103 A/mm2) có nhiệt độ cao ( tới khoảng 5000 đến 6000 độ C) thường kèm theo tượng phát sáng Ứng dụng: Hồ quang điện có ích lĩnh vực hàn đèn, luyện thép, lúc hồ quang điện cần trì cháy ổn định Có hại đóng cắt thiết bị điện contactơ, cầu dao, máy cắt,… hồ quang điện xuất tiếp điểm Kéo dài thời gian đóng cắt Làm hỏng bề mặt tiếp xúc Gây ngắn mạch pha Gây hoả hoạn tai nạn Dễ xảy tượng cảm ứng Hồ quang điện phát sinh môi trường điện cực (hoặc cặp tiếp điểm) bị ion hóa (xuất hạt dẫn điện) Ion hóa xảy đường khác tác dụng ánh sang, nhiệt độ, điện trường mạnh,… Hồ quang điện bị dập tắt môi trường điện cực khơng dẫn điện hay nói cách khác HQĐ tắt có q trình phản ion hóa xảy mạnh q trình ion hóa Hồ quang điện xoay chiều: Ở hồ quang điện xoay chiều, dòng điện điện áp nguồn biến thiên tuần hoàn theo tần số lưới điện Vì hồ quang điện trở phi tuyến nên dòng điện điện áp hò quang trùng pha Tại thời điểm dòng điện qua điểm 0, hồ quang không cấp lượng nên trình phản ion xảy vùng điện cực mạnh điện áp đặt lên điện cực bé trị số điện áp cháy HQ tắt hẳn Aptomat (CB) khí cụ điện đóng mạch điện tay cắt tự động có cố như: tải, ngắn mạch, sụt áp, chạm đất… mạng điện hạ áp Hệ thống tiếp điểm : Aptomat thường chế tạo có hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm hồ quang), ba cấp tiếp điểm (chính, phụ, hồ quanq) Hệ thống dập hồ quang: Hệ thống dập hồ quang có nhiệm vụ nhanh chóng dập tắt hồ quang ngắt, khơng cho cháy lặp lại Cơ cấu truyền động đóng cắt aptomat: Cơ cấu truyền động đóng cắt aptomat gồm có cấu đóng cắt khâu truyền động trung gian Contactor khí cụ điện dùng để đóng cắt thường xuyên mạch điện động lực, từ xa, tay tự động, có phụ tải, điện áp đến 500V Phân loại theo nguyên lý truyền động: Contactor đóng cắt tiếp điểm thủy lực, điện từ Contactor đóng cắt tiếp điểm khí nén Contactor khơng tiếp điểm Phân loại theo dạng dòng điện: Contactor điện chiều Contactor điện xoay chiều Cấu tạo: Hệ thống tiếp điểm Tiếp điểm chính: có khả cho dòng điện lớn qua Tiếp điểm phụ: có khả cho dòng điện qua tiếp điểm nhỏ 5A Ưu điểm: khả ngắt nhanh, chịu dễ dập hồ quang, đồng thời giảm hành trình chuyển động dẫn đến giảm kích thước contactor Hệ thống dập hồ quang Dùng cuộn thổi từ có buồng dập khe hở hẹp: có khả dập hồ quang tốt, song kết cấu phức tạp, dùng cho contactor có dòng điện lớn làm việc chế độ trung bình nặng Dùng buồng dập kiểu dàn dập: có kết cấu đơn giản, dễ chế tạo, khả dập hồ quang phương pháp trên, dùng cho contactor có dòng điện khơng lớn Cơ cấu điện từ Trong tất loại contactor nước sử dụng mạch từ chữ E có cuộn dây đặt giữa, hai cực từ người ta đặt vòng chống rung Ưu điểm: lực hút điện từ lớn phân bố nên làm việc chắn tin cậy Vỏ chi tiết cách điện HIệp ÁPTÔMÁT Khái quát yêu cầu Áp tô mát thiết bị điện dùng để tự động cắt mạch điện bảo vệ tải, ngắn mạch, sụt áp, hồ quang dập khơng khí u cầu áp tô mát + Chế độ làm việc định mức áp tô mát phải chế độ làm việc dài hạn (tức cho dòng I=Iđm qua dài hạn) Mặt khác mạch dòng điện phải chịu dòng điện lớn (khi ngắn mạch) lúc tiếp điểm hay đóng +Phải cắt dòng ngắn mạch lớn vài chục kA sau ngắt phải đảm bảo làm việc tốt I=Iđm +Yêu cầu thời gian cắt áptômát nhỏ để bảo vệ thiết bị khác Muốn phải kết hợp lực thao tác học với thiết bị dập hồ quang áptômát Để thực yêu cầu thao tác chọn lọc bảo vệ, áp tơ mát phải có khả hiệu chỉnh dòng tác động thời gian tác động Thời gian tác động áp tô mát : t = to + t1+ t2 Trong đó: +t0 thời gian tính từ lúc cố xảy đến i tăng đến i=Ikđ phụ thuộc dt/di +t1 thời gian từ i=Ikđ đến tiếp điểm áptômát bắt đầu chuyển động, thời gian phụ thuộc vào cấu ngắt +t2 thời gian cháy hồ quang (phụ thuộc phận dập hồ quang trị dòng điện ngắt) Phân loại- cấu tạo nguyên lí làm việc a) Phân loại Phân theo kết cấu +Loại cực +Loại hai cực +Loại ba cực Phân theo thời gian tác động + Tác động không tức thời + Tác động tức thời Phân loại theo công dụng bảo vệ + Dòng cực đại + Dòng cực tiểu + Áp cực tiểu + Áptômát bảo vệ công suất điện ngược + Áptơmát vạn (chế tạo cho mạch có dòng điện lớn thơng số bảo vệ chỉnh định được) loại khơng có vỏ lắp đặt trạm biến áp lớn + Áptơmát định hình: bảo vệ tải rơle nhiệt, bảo vệ điện áp rơle điện từ, đặt vỏ nhựa b) Ngun lí làm việc áptơmát Sơ đồ ngun lí bảo vệ chức áptơmát hình 8-9a, b, c, d:tương ứng với cấu bảo vệ dòng cực đại, điện áp thấp, dòng cực tiểu bảo vệ công suất ngược c) Cấu tạo áptômát +Tiếp điểm: có hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm tiếp điểm hồ quang) ba cấp tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang) Đóng mạch áptơmát thứ tự đóng tiếp điểm là: hồ quang, phụ, chính, cắt ngược lại (nhằm bảo vệ tiếp điểm chính) Tiếp điểm hồ quang thường cấu tạo kim loại gốm chịu hồ quang Ag-W, Cu-W, Ni + Hộp dập hồ quang: để áptômát dập hồ quang tất chế độ làm việc lưới điện người ta thường dùng hai kiểu thiết bị dập hồ quang là: kiểu nửa kín kiểu hở Thiết bị dập kiểu nửa kín đặt vỏ kín áptơmát có lỗ khí Kiểu có dòng điện giới hạn cắt không 50kA Thiết bị dập kiểu hở dùng giới hạn dòng điện cắt lớn 50kA điện áp lớn 1000V Trong buồng dập hồ quang thông dụng người ta thường dùng thép xếp thành lưới ngăn Để phân chia hồ quang thành nhiều đoạn ngắn thuận lợi cho việc dập tắt hồ quang + Cơ cấu truyền động cắt áptơmát: truyền động cắt áptơmát thường có hai cách: tay điện (điện từ, động điện) Điều khiển tay thực với áptômát có dòng điện định mức khơng lớn 600A Điều khiển điện từ (nam châm điện) ứng dụng áptơmát có dòng điện lớn đến 1000A Để tăng lực điều khiển tay người ta dùng tay dài phụ theo ngun lí đòn bẩy Ngồi có cách điều khiển động điện khí nén Móc bảo vệ: Aptơmát tự động cắt nhờ phần tử bảo vệ gọi móc bảo vệ +Móc bảo vệ q tải (còn gọi dòng điện): để bảo vệ thiết bị điện khỏi bị q tải, đường thời gian dòng điện móc bảo vệ phải nằm đường đặc tính đối tượng cần bảo vệ Người ta thường dùng hệ thống điện từ rơle nhiệt làm móc bảo vệ đặt bên áptơmát Móc kiểu điện từ có cuộn dây mắc nối tiếp với mạch điện + Móc bảo vệ sụt áp: (còn gọi bảo vệ điện áp thấp) thường dùng kiểu điện từ Cuộn dây mắc song song với mạch điện Nguyên lí làm việc xem hình 8-9 CƠNG TẮC TƠ Khái qt công dụng Công tắc tơ loại thiết bị điện dùng để đóng cắt từ xa, tự động nút ấn mạch điện lực có phụ tải điện áp đến 500V, dòng điện đến 600A Cơng tắc tơ có hai vị trí đóng cắt Tần số đóng tới 1500 lần Phân loại Công tắc tơ hạ áp thường kiểu khơng khí phân loại sau: a) Phân theo ngun lí truyền động + Cơng tắc tơ điện từ (truyền động lực hút điện từ, loại thường gặp) + Công tắc tơ kiểu ép + Công tắc tơ kiểu thủy lưc b) Phân theo dạng dòng điện + Cơng tắc tơ chiều + Cơng tắc tơ xoay chiều c) Phân theo kiểu kết cấu + Công tắc tơ hạn chế chiều cao (dùng gầm xe, ) + Công tắc tơ hạn chế chiều rộng (như lắp buồng tàu điện, ) Các phận cơng tắc tơ Cơng tắc tơ điện từ có phận sau: + Hệ thống tiếp điểm + Hệ thống dập hồ quang + Cơ cấu điện từ + Hệ thống tiếp điểm phụ Các yêu cầu tắc công tơ a) Điện áp định mức Uđm Là điện áp mạch điện tương ứng mà tiếp điểm phải đóng/cắt, có cấp: + 110V, 220V, 440V chiều 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều Cuộn hút làm việc bình thường điện áp giới hạn từ 85% đến 105%Uđm b) Dòng điện định mức Iđm Là dòng điện qua tiếp điểm chế độ làm việc gián đoạn lâu dài, nghĩa chế độ thời gian công tắc tơ trạng thái đóng khơng lâu q Cơng tắc tơ hạ áp có cấp dòng thơng dụng: 10, 20, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 250, 300, 600A) Nếu đặt cơng tắc tơ tủ điện dòng điện định mức phải lấy thấp 10% làm mát kém, làm việc dài hạn chọn dòng điện định mức nhỏ 90 c) Khả cắt khả đóng Là dòng điện cho phép qua tiếp điểm cắt đóng mạch Ví du: cơng tắc tơ xoay chiều dùng để điều khiển động không đồng ba pha lồng sóc cần có khả đóng u cầu dòng điện ( ÷ 7)Iđm Khả cắt với công tắc tơ xoay chiều phải đạt bội số khoảng 10 lần dòng điện định mức tải cảm d) Tuổi thọ cơng tắc tơ Tính số lần đóng mở (sau số lần đóng mở cơng tắc tơ không dùng tiếp tục nữa, hư hỏng độ bền khí bền điện) + Độ bền khí: xác định số lần đóng cắt khơng tải, tuổi thọ khí từ 10 đến 20 triệu lần + Độ bền điện: xác định số lần đóng cắt có tải định mức, công tắc tơ đạt khoảng triệu lần e) Tần số thao tác Số lần đóng cắt thời gian bị hạn chế phát nóng tiếp điểm hồ quang Có cấp: 30, 100, 120, 150, 300, 600, 1.200 đến 1.500 lần giờ, tùy chế độ công tác máy sản xuất mà chọn cơng tắc tơ có tần số thao tác khác g) Tính ổn định lực điện động Cho phép dòng lớn qua tiếp điểm mà lực điện động gây khơng làm tách rời tiếp điểm Quy định dòng thử lực điện động gấp 10 lần dòng định mức h) Tính ổn định nhiệt Cơng tắc tơ có tính ổn định nhiệt tức có dòng ngắn mạch chạy qua khoảng thời gian cho phép tiếp điểm khơng bị nóng chảy bị hàn dính Hệ thống tiếp điểm Yêu cầu hệ thống tiếp điểm phải chịu độ mài mòn điện chế độ làm việc nặng nề, có tần số thao tác đóng cắt lớn, điện trở tiếp xúc tiếp điểm công tắc tơ Rtx thường tiếp xúc đường (tiếp điểm hình ngón kiểu bắc cầu) 6 Nguyên lí làm việc hệ thống dập hồ quang a) Thiết bị dập hồ quang công tắc tơ chiều Trong công tắc tơ chiều thường dùng phương pháp dập hồ quang từ trường Hệ thống chia làm ba loại : +Hệ thống có cuộn dây dập hồ quang nối nối tiếp (thường sử dụng có nhiều ưu điểm như: chiều thổi từ khơng đổi dòng điện thay đổi chiều chiều từ trường thay đổi theo Ngồi có sụt áp cuộn dây dập hồ quang nhỏ) +Hệ thống có cuộn dây dập hồ quang nối song song (loại dùng nhiều nhược điểm như: chiều lực tác dụng vào hồ quang phụ thuộc chiều dòng tải, cách điện cuộn dập lớn đấu song song với nguồn, cố ngắn mạch gây sụt áp hiệu dập giảm nhiều) +Hệ thống dùng nam châm điện vĩnh cửu (về chất gần giống cuộn dây mắc song song có ưu điểm sau: khơng tiêu hao lượng để tạo từ trường, giảm tổn hao cho cơng tắc tơ, khơng gây phát nóng cho cơng tắc tơ, dòng điện bé loại sử dụng rộng rãi) b) Thiết bị dập hồ quang công tắc tơ xoay chiều Các công tắc tơ xoay chiều thông dụng dùng công nghiệp thường bố trí chế tạo có hai điểm ngắt pha (dùng tiếp điểm kiểu bắc cầu) Để nâng cao độ tin cậy làm việc phận dập hồ quang để bảo vệ tiếp điểm thường bố trí bổ xung các biện pháp như: +Dập hồ quang cuộn dây thổi từ nối tiếp kèm hộp dập hồ quang có khe hẹp + Chia hồ quang làm nhiều hồ quang ngắn, hồ quang bị thổi vào hộp cấu trúc nhiều thép ghép song song  ... trung gian có số lượng tiếp điểm lớn Rơle Rơle dòng điện điện áp Rơ le thời gian điện từ Rơle nhiệt thiết bị điệndùng để bảo vệ động mạch điện khỏi bị tải, thường dùng kèm với contactor Rơle thời... Hồ quang điện phát sinh môi trường điện cực (hoặc cặp tiếp điểm) bị ion hóa (xuất hạt dẫn điện) Ion hóa xảy đường khác tác dụng ánh sang, nhiệt độ, điện trường mạnh,… Hồ quang điện bị dập tắt... lưới điện Vì hồ quang điện trở phi tuyến nên dòng điện điện áp hò quang trùng pha Tại thời điểm dòng điện qua điểm 0, hồ quang không cấp lượng nên trình phản ion xảy vùng điện cực mạnh điện áp