Tự động điều khiển các quá trình nhiệt lạnh: Phần 1

Cầu chì là một loại khí cụ dùng để bảo vệ thiết bị và lưới điện khỏi dòng điện ngắn mạch... Tính toán chọn tiết diện dây chảy của cầu chì.[r]

GT.0000023951

' N TẤN DŨNG - TS TRỊNH VĂN DŨNG (Dồng chủ biên)

s LÊ THANH PHONG - KS TRẦN HỮU HƯNG

Tự ĐỌNG ĐIEU KHIẼN■ ■

CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT - LẠNH

JYEN IỆU

ThS NGUYẺN TÁN DŨNG - TS TRỊNH VĂN DŨNG (Đồng chủ biên) KS LÊ THANH PHONG - KS TRÀN HỮU HƯNG

T ự ĐỘNG ĐIÈU KHIẺN CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT - LẠNH

LỜI GIỚI THIỆU

Quá trình nhiệt - lạnh trình ứng dụng vào thiết bị cơng nghệ hóa học Vì vậy, chất kỹ thuật chúng gồm ba phần chính: q trình hệ thống thiết bị, cơng nghệ tự động điều khiển, sách cố gắng giới thiệu chuyển tải kiến thức chuyên sâu lĩnh vực tự động điều khiển trình nhiệt - lạnh Việc tự động điều khiên trình nhiệt - lạnh nhăm mục đích sau đây:

1 Khai thác khả làm việc hệ thống nhiệt - lạnh cách tốt nhất, đạt hiệu suất làm việc cao theo ý muốn người yêu cầu công nghệ xác định trước

2 Đảm bảo cho hệ thống làm việc an toàn gặp cố nguy hiểm có khả làm hư hóng hệ thống máy móc thiết bị khơng đáng có

3 Đảm bảo cho người vận hành hệ thống thiết bị làm việc cách an toàn gặp cố nguy hiểm xảy

4 Tiết kiệm sức lao động, tiết kiệm lượng trình, đảm bảo vệ sinh an tồn mơi trường làm việc, nâng cao hiệu kinh tế sản xuất

Chính vậy, việc tự động điều khiển trình nhiệt - lạnh phần quan trọng lĩnh vực kỹ thuật Với ý nghĩa mà nhóm tác giả năm tiếp cận với thực tế tích lũy kinh nghiệm cộng với vốn kiến thực chuyên ngành cố gắng xây dựng giáo trình với mục đích phục vụ cho người làm việc, học tập, giảng dạy nghiên cứu ngành Công nghệ nhiệt - Điện lạnh Các q trình thiết bị cơng nghệ hóa học

Vì kiến thức chuyên ngành rộng, cố gắng nhiều q trình biên soạn khơng tránh khỏi nhũng thiết sót, mong đồng nghiệp độc giả chân thành phê bình góp ý để sách tái lần sau hoàn thiện Một lần xin chân thành cám ơn

Mọi lời phê bình góp ý xin gửi địa Email: tandzung072@yahoo.com; phone: 0918801670, Bộ mơn: Cơng nghệ hóa học Trường Đại học Sư phạm Kỹ thuật TP.HCM

PHẦN I

C Á C THIẾT BỊ ĐO LƯỜNG - Tự ĐỘNG■ ■ ■

ĐIỀU KHIỂN C Á C Q UÁ TRÌNH V À THIẾT BỊ■

CHƯƠNG

NHỮNG KHÁI N IỆM , KÝ HIỆU T H IẾ T BỊ ĐIỂU KHIEN T ự ĐỘNG HĨA

CÁC Q TRÌNH VÀ T H IẾ T BỊ CÔNG NGHỆ NHIỆT - ĐIỆN LẠNH■ ễ ễ ■ ẵ

I NHỮNG KHÁI NIỆM c BẢN

Các thiết bị điều khiển tự động hoá trình nhiệt lạnh, thiết bị tham gia tự động điều khiển vận hành hệ thống lạnh làm việc với độ tin cậy an toàn cao Ngoài việc tự động điều khiển vận hành hệ thống lạnh, cịn có vai trị quan trọng bảo vệ thiết bị hệ thông lạnh gặp cố bất thường suốt trình làm việc, hệ thống lạnh hồn chỉnh có đầy đủ thiết bị thiết bị phụ, thiết bị phụ có hay khơng có hệ thơng lạnh, tuỳ theo hệ thống lạnh cấp nén hay hai cấp nén tính chất nhiệt động chất lạnh

- Thiết bị chính: bao gồm: máy nén, thiết bị ngưng tụ (dàn ngửng, dàn nóng), thiết bị bay (dàn lạnh) van tiết lưu, bốn loại thiết bị ln phải có mặt đầy đủ hệ thống lạnh, thiếu bốn thiết bị khơng thể nói hệ thông lạnh

- Thiết bị phụ: bao gồm: bình tách dầu, bình chứa cao, thiết bị làm mát trung gian (bình trung gian), thiết bị hồi nhiệt (bình hồi nhiệt) bình chứa thấp áp, bình tách lỏng, bình tập trung dầu, bình tuần hồn, bình chứa bảo vệ, bình hồi lưu lỏng, thiết bị xả khí khơng ngưng (bình xả khí khơng ngửng) v.v

Đa số thiết bị làm việc ở chế độ áp lực cao, bị cố nguy hiểm mơi chất lạnh ngồi, gây cháy nổ ảnh hưởng đến tính người làm việc - vận hành hệ thơng lạnh, ngồi gây nhiễm mơi trường phá hoại tầng Ơzơn Như vậy, muốn hệ thống lạnh làm việc an toàn với độ tin cậy cao, đảm bảo tiêu chuẩn kinh tế - kỹ thuật, thiết bị hệ thống lạnh phải có thiết bị tự động điều khiển bảo vệ gặp cố, bên cạnh cần phải có thiết bị tự động điều chỉnh để điều chỉnh thông số trạng thái cho phù hợp, thông số trạng thái thay đổi theo thời gian, thiết bị tự động điều khiển, điều chỉnh, bảo vệ cố, bao gồm thiết bị sau đây:

• Các thiết bị truyền động điện cho máy nén bao gồm: cầu dao, CB (Circuit Breaker), cầu chì (Fuse), aptomat, khởi động từ, cơng tắc tơ (Contactor) v.v

• Các thiết bị tham gia điều khiển truyền động điện hệ thống tự động bao gồm: relay trung gian, relay thời gian, relay nhiệt, relay điện từ v.v

Ngồi thiết bị trên, cịn dùng thiết bị điều khiển tự động thông minh để điều k h iển - đo lường th ô n g ^ố - bảo vệ cố hệ thống lạnh chế tạo sẵn như:

• Các vi mạch chế tạo sẵn như: vi xử lý (Microprocessor) vi điều khiển (Micro­ controller), vi mạch biến đổi A/D (analog/digital), vi mạch biến đổi D/A (digital/analog), v.v • Các mơđun điều khiển phương pháp lập trình, PLC (do hãng

Simen, Trane, Misumitshi, Toshiba, LG, Sony chế tạo sẵn )

• Các card giao tiếp với máy tính với cổng nối tiếp, song song, chẳng hạn : cổng nối tiêp RS-232 : COM1, COM2, COM3, COM4 máy t í n h c ổ n g máy in, cổng USB • Các Mơđun vi xử lý có chương trình nạp sẵn (tuỳ theo yêu cầu người sử dụng

mục đích u cầu cơng n g h ệ )

Do tính đa dạng nhiều chủng loại thiết bị điều khiển Do đó, khơng thể nghiên cứu cụ thể chi tiết loại được, mà chương nghiên cứu số thiết bị điều khiển có tính chất tổng quát mà Các thiết bị chúng phổ biến có bán rộng rãi thị trường

II MỘT s ố KÝ HIỆU c ú BẢN TRÊN s d Đồ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIEN - MẠCH ĐIỆN DỌNG Lực

T ên gọi Ký hiệu mạch điện

Động chiều kích từ nối tiếp (motor DC)

1

* -c ( ^ p -'

W W V

CKT ►

+

ẳ

>

Động chiều kích từ song song (motor DC)

+

ị-:@ Z

CKT

w ị

L_

- V / -*

Aptomat phase ị

\ 1

»è <>• <X

Máy biến áp ba phase (Transformer phase)

A t B t Cl

X* y • z

Máy biến áp phase (Transformer phase)

Ui •

-Động khơng đồng 3 phase rơto lồng sóc

Động không đồng 3 phase rôto dây quấn

Động không đồng 3 phase cho hai loại

Aptomat phase

9 Ị u

Nút ấn thường đóng (off switch)

OFF/ STOP

OFF/ STOP

Nút ấn thường mở (on switch)

ON/ START

ON/ START

Nút ấn kép (vừa có tiếp điểm thường đóng, vừa có

tiếp điểm thường mở)

ON/ START

1

OFF/ STOP

íI -Cầu dao

1 phase có cầu chì (interruptor/ knife - swicth)

Circuit breaker

Fuse

Cầu chì (Fuse) Fuse

JL

T

Fuse

Cầu dao 3 phase có cầu chì (Circuit - breaker)

Circuit breaker

Cuộn dây relay thời gian (Timer)

-• (dạng 1)

-• (dạng 2)

• -/ \ / \ / \ / \ / \ -« (dạng 3) T

Tiếp điểm relay thời gian thường đóng mở chậm

T - t c F (dạng 1)

(dạng 2) Ế

Tiếp điểm relay thời gian thường mở đóng chậm

1 1 -(dạng 1)

1 l < T

V A

V T V (dạng 2)

Cuộn dây relay dòng cực đại (Current ralay)

RI>

Tiếp điểm thường mở của relay dòng

RI

Tiếp điểm thường đóng của relay dịng

RI

Cuộn dây relay điện áp (Voltage relay)

RU

Tiếp điểm thường mở của relay điện áp

RU

Tiếp điểm thường đóng của relay điện áp

RU

Công tắc tơ/ relay trung gian (Contactor/

intermediate relay) K (dạng 1)

-• (dạng 2)

Tiếp điểm thường đóng và thường mở cơng tắc tơ/

relay trung gian

l í K

K

-* (dạng 1) Thường mở -• (dạng 2)

Kw

—• (dạng 1) Thường đóng —• (dạng 2)

( <»

J L <

<>

• ,,

Phần tử đốt nóng/ relay nhiệơ bảo vệ tải

(Over current relay/ thermic relay/ overload)

f o R C

O verload; _ _

• - (dạng 3)

r ORC

u o

(dạng 4) (dạng 5) (dạng 6)

Relay hiệu áp lực dầu (Oil pressure relay)

Relay áp lực cao (High pressure relay)

UP

HP (High pressure - bảo vệ áp lực cao)

ON

Relay áp lực thấp (Low pressure relay)

DOWN

LP (Low pressure - bảo vệ áp lực thấp)

Relay áp lực nước (Water pressure relay)

UP

WP

ON

(Water pressure - bảo vệ áp lực nước )

Relay nhiệt độ (Thermostatics)

UP

í TH (Thermostatics) (

ON

DOWN

TH (Thermostatics)

ON

Cơng tắc hành trình (itinerary switch)

I_ I

Itinerary switch

Công tắc phao / cảm biến mức lỏng

(buoy switch/ level - liquid sensor)

- L

■

Buoy switch/ level

l i n i l i H Q p n Q n r

Van điện từ (solenoid valve)

CHƯƠNG

CÁC T H IẾ T BỊ ĐO LƯỜNG - ĐIỂU KHlỂN TRONG QUA TRĨNH TRU YẼN ĐỘNG ĐIỆN

I CẦU CHÌ 1 Cơng dụng

Cầu chì loại khí cụ dùng để bảo vệ thiết bị lưới điện khỏi dịng điện ngắn mạch Nó thường bảo vệ đường dây dẫn, máy biến áp, động điện, thiết bị điện, mạch điện điều khiển, mạch điện thấp s n g ,

Cầu chì có tính chất u cầu sau:

• Đặc tính Ampere - giây oầu chì phải thấp đặc tính đối tượng cần bảo vệ • Khi có ngắn mạch, cầu chì cần phải làm việc có lựa chọn theo thứ tự

• Cầu chì cần có đặc tính làm việc ổn định

• Cơng suất thiết bị tăng, cầu chì có khả cắt cao • Việc thay thê dây chảy cầu chì bị cháy phải dễ dàng tơn thời gian

2 Cấu tạo

3- Khớp nốì vào mạch điện bảo vệ a) Phần tử nóng chảy

Phần tử nóng chảy phần cốt lõi cầu chì Nó nhạy cảm với giá trị hiệu dụng dòng điện Các đặc tính điện phụ thuộc vào phần tử nóng chảy Nó câu tạo vật liệu có điện trở suất nhỏ (chì, nhơm, kẽm, bạc, đồng, hợp kim thích h ợ p , ) Nó thể dạng dây hay dải băng dẹt có tiết diện giảm để tạo nên vùng nóng chảy Ưu tiên

Khi lựa chọn kim loại làm dây chảy cần ý điều kiện sau: • Điểm nóng chảy phải thâp

• Khối lượng vật liệu cần thiết phải ít, qn tính nhiệt phải nhỏ

• Nhiệt độ ion hóa kim loại cần phải cao để dễ dập tắt hồ quang

Song, thực t ế khơng có vật liệu thỏa mãn tất điều kiện theo quan điểm kỹ thuật kinh tế

1- Vỏ cầu chì làm thuỷ tinh sứ

2- Dây chì (hoặc kim loại dẫn điện khác)

(3)

b) Thân làm vỏ cầu chì

Thân làm vỏ cầu chì thường thủy tinh, sú hay vật liệu tương đương khác, chúng phải thỏa mãn điều kiện sau:

• Sức bền khí tốt • Dần nhiệt tốt

• Khả chịu đựng xung nhiệtẵ

Bên thân cầu chì thường sử dụng chất liệu silic dạng hạt, vai trò chât liệu hấp thụ lượng hồ quang đảm bảo ngăn cách điện sau cắt

Ngoài ra, chi tiết nôi với phải đảm bảo cố định chắn dây chảy khí cụ điện để thực chức cắt mạch điện, đảm bảo trạng thái tiếp xúc điện tốt, nhằm ưánh đốt nóng cục làm cầu chì tác động sai lệch

3ễ Nguyên tắc làm việc

Cầu chì dùng để bảo vệ lưới điện thiết bị truyền động điện hệ thống lạnh hay hệ thống dây chuyền cơng nghệ đó, trường hợp hệ thống chạy chê độ tải dòng điện tăng nhanh, lưới điện bị pha, dòng điện bị ngắn mạch v.v

Khi dòng điện bị ngắn mạch, dòng điện tăng lên lớn tức thời, nhiệt lượng sinh lớn ( tỉ lệ thuận với cường độ dòng điện ), nhiệt lượng ríày đủ làm cầu chì chảy cắt mạch điện, ngừng trình truyền động điện cho hệ thống Như bảo vệ máy móc thiết bị hệ thống lưới điện cung cấp

Ưu điểm cầu chì đơn giản dễ sử dụng khả cắt điện lớn gặp cố nguy hiểm Nhưng sử dụng cầu chì cần phải có yêu cầu sau đây:

■ Cầu chì làm việc phải có tính tốn lựa chọn theo tiêu chuẩn kỹ thuật (Nêu muốn bảo vệ hệ thống lưới điện cách tuyệt đốì)

■ Việc thay dây chì bị đứt phải tính tốn lại từ đầu, điều kiện phải đảm bảo bảo vệ tốt nhạy

• Đối với dây đồng (Cu): Iđc = ( 1.6 -ỉ- 2)Iđm

• Đối với dây chì (Pb): Iđc= (1.25 H- l ệ45)Iđm

• Đối với dây Pb+Sn: Iđc = 1.15Iđm

Trong đó: Iđc dịng qua động tải, A Iđm dịng điện mức, A

Việc tính tốn tiết diện dây chảy trình bày tương đối kỹ, nói chung tốn tương đối đơn giản dễ dàng, tốn thời gian

Điều kiện để dây chảy cho cầu chì bảo vệ ngắn mạch là:

I«ic>I,t (2-1)

a) Đối với dịng điện định mức

Khi có dịng điện định mức chạy qua, lượng nhiệt sinh cầu chì tỏa mơi trường khơng gây nên nóng chảy Sự cân nhiệt thiết lập giá trị mà khơng gây nên già hóa hay phá hỏng phần tử cầu chì

b) Đối với dòng ngắn mạch

Khi xuất ngắn mạch, cân nhiệt bị phá vỡ, phần tử nóng chảy sinh rât nhiều nhiệt lượng mà tổ hợp cầu chì khơng thể giải thỗt hết nhiệt lượng này, đó, dây bị nóng chảy Người ta chia thành hai giai đoạn: (hình 2.2)

• Gian đoạn tiền hồ quang (tp): Nó từ thời điểm to lúc bắt đầu dòng điện cố thời gian tp thời điểm xảy nóng chảy xuất hồ quang điện Khoảng thời gian giai đoạn tiền hồ quang phụ thuộc vào giá trị dịng điện khả tiếp nhận phần tử nóng chảy

• Giai đoạn hồ quang (ta)\ Nó từ thời điểm tp thời điểm t, - thời điểm

• dập tắt hồn tồn hồ quang Trong khoảng thời gian trình này, lượng phát sinh hồ quang nấu chảy vật chất làm đầy xung quanh nhằm dập tắt hồ quang Do đó, điện áp thiết lập trở lại cực cầu chì mạch điện cắt hoàn toàn

I

V <2)

Ghi chú:

■ t„ thời điểm bắt đầu cố ngắn mạch.

■ tp thời điểm kết thúc tiền hồ quang.

• t, thời điểm kết thúc giai đoạn hồ quang.

■ lv là dòng điện ngắn mạch giả

định

(1) Dòng điện tiền hồ quang. (2) Dòng ngắn mạch giả định.

(3) Dòng điện giai đoạn xuất hiện

*0 (tn) *p (tạ) tt

Thời gian làm việc tồn bộ

hồ quang.

Hình 2.2: Đường biểu diễn q trình dịng diện sự c ố liên quan với thời gian dập tắt hồ quang

trong cầu chì

4 Tính tốn chọn tiết diện dây chảy cầu chì

4.1 Cầu chì bảo vệ cho m ạch điện p h ụ tải chiếu sáng

Dịng điện tính tốn cho phụ tải chiếu sáng xác định theo công thức sau: n

Itt — kc ^ I dm (2-2)

Trong đó: Iđm dịng định mức, A

• kc = 0,8 -r 0,9 : diện tích phịng > 100m2

• kc = 0,7 -ỉ- 0,75 : chiếu sáng cho khu nhà xưởng từ 10 -ỉ- 15 phịng 4.2 Cầu chì bảo vệ cho động cơ

Dịng điện tính tốn cho động xác định theo công thức sau:

I„ = ^ ( - )

k

Trong đó: Inim : dòng mở máy động cơ, A

k : hệ số phụ thuộc vào thời gian mở máy • Khi thời gian mở máy ngắn, mở máy tải nhẹ k = 2,5 • Khi thời gian mở máy lâu, tải nặng k = 1,6

4.3 Cầu chì bảo vệ cho m ột nhóm động cơ

Dịng điện tính tốn cho nhóm động xác định theo công thức sau:

I„= £ / * , + / „ ) <2-4 >

K j = l

Trong đó: Imm : dòng mở máy lớn động nhóm, A Iđmi : dịng điện định mức động thứ i, A

k : hệ số phụ thuộc vào thời gian mở máy kc : hệ sơ" cầu tra ở bảng 2.1Ế

• Khi thời gian mở máy ngắn, mở máy tải nhẹ k = 2,5 • Khi thời gian mở máy trung bình k =

• Khi thời gian mở máy lâu, tải nặng k = 1,6

Bảng 2.1ế Hệ số cầu phụ thuộc vào sô' động cơ

Sô động cơ 2 3 4 5 6 8 10 20 40

K 1 0,9 0,8 0,7 0,5 0,5 0,4 0,3 0,24

Sau tính dịng tính tốn tra bảng 2.2 để chọn dây chảy

Bảng 2.2 Sự phụ thuộc tiết diện dây chảy dịng điện qua cầu chì

Vật liệu làm dây chảy Dòng điện định mức dây chảy, Ijc (A)

Chì Đồng Nhơm

Đường kính dây chảy

0,15 1,5 13 - 4 0,5

0,18 1,6 15 - 6 1

0,20 1.7 17 0,5 8 2

0,25 1.8 20 - 10 4

0,40 2,0 24 1,5 14 10

0,50 2,1 25 2,0 16 14

0,60 2,2 26 2,5 21 16

0,70 2,3 30 3,5 28 18

0,80 4,5 38 20

0,90 5,5 40 25

1,0 7,0 48 32

1,1 8,0

1.2 9,0

1,3 10

1,4 12

C hú ý: cầu chì bảo vệ mạch phía sau phải có cỡ dây chảy cầu chì bảo vệ phía trước từ l-r-2 cấp Các câp dây chảy sản xuất theo qui định : 6, 10, 16, 20, 25, 35, 60, 80, 100,

125, 160, 200, 225, 260, 300A

4.4 Tính tốn chọn tiết diện dây chảy cầu chì

Khi dịng qua cầu chì Itt = Idc = Ith dịng tới hạn cầu chì, có nghĩa dịng qua cầu chì đạt tới giá trị cầu chì bắt đầu nóng chảy, ngắt mạch để bảo vệ phụ tải Lúc phương trình cân nhiệt viết sau:

R I 2th = kT-FXq.(tnc - to) ( -5 )

Trong đó: k j : hệ số truyền nhiệt dây chảy với môi trường xung quanh, W/(m2.°C) Fxq = n d.L : diện tích xung quanh dây chảy, m2

d : đường kính dây chảy, m L : chiều dài dây chảy, m

tnc: nhiệt độ nóng chảy vật liệu dây chảy, °c to : nhiệt độ môi trường xung quanh, °c

4 L

R = pữ.(1 + a.tnc )•——r : điện trở dây chảy, £2

7ĩ.d

pữ: điện trở suất dây chảy ° c , £2mm2/m a : hệ sô" dãn nở dây chảy, l/°c

Như vậy, phương trình (2-5) viết lại dạng sau:

Suy ra:

d3 =

d =

A.pữ.{\ + a tnc).l;h

Jt kT (tnc ~ t0)

Ỉ4 p ( l + a t nc) í ; l 71 kỵ -{tnc — tữ )

(2-6)

(2-7)

Bảng 2.3 Các thông sô' vật lý vật liệu làm dây chảy

Vật liệu Điện ưở suất 0°c,

Q mm2/m

Nhiệt độ, °c Hệ số dãn nở,

a , l/°c

tcp (cho phép) tnc (nóng

chảy)

Đồne 0,0153 250 1083 0,95.10"*

Bac 0.0147 - 961 1,02 lo'4

Kẽm 0.06 200 419 0,76.104

Thiết 0,21 150 327 0,67.1 O'4

Chì

Đối với tất mạch điện hệ thống truyền động - điều khiển tự động, thiết bị bảo vệ cho hệ thống, cần phải sử dụng cầu chì cầu chì bảo vệ ln mạch điện điều khiển cách an tồn, chi phí để lắp cầu chì không đáng kể so với hệ thống, lắp đặt tương đối dễ dàng khơng địi hỏi phải có kỹ thuật cao

Hiện công nghệ bán dẫn phát triển mạnh, số nước tiên tiên ứng dụng cơng nghệ bán dẫn để chế tạo cầu chì Ngun tắc hoạt động chúng sau: dòng điện qua mạch tăng nhanh lớn chất bán dẫn ngăn khơng cho dịng qua, mạch điện ngừng hoạt động Khi dòng điện giảm chất bán dẫn cho dòng qua

5 Một sơ loại cầu chì

Theo câu tạo, ta có loại như: cầu chì loại hở, cầu chì loại vặn, cầu chì hộp, cầu chì loại kín ơng khơng có cát thạch anh, cầu chì loại kín ưong ống có cát thạch a n h ,

Theo đặc tính làm việc, cầu chì phân làm hai loại: loại g loại a. a) Cầu chì loại g

Cầu chì có khả cắt tải ngắn mạch Loại trì dịng định mức ngắt vượt dịng định mức

• Với cường độ dịng điện ngắn mạch, cầu chì tác động cắt tức thời • Với dịng điện q tải, thời gian cắt tỉ lệ nghịch với giá trị dịng q tải b) Cầu chì loại a

Đày loại cầu chì dùng để bảo vệ ngắn mạch Loại cho phép cầu chì chịu đựng với dịng q tải thống qua mà khơng bị nóng chảy Và vậy, bảo vệ việc q tải khơng bình thường (q tải cố) không đảm bảo

Các đối tượng bảo vệ ký hiệu chữ cái: L cho đường dây M cho khí cụ Đê bao vệ máy nén nên sư dụng loại câu chì ký hiệu “g L ” chống ngắn mạch tải Một cầu chì dùng cho máy lạnh cần đạt yêu cầu sau:

• Chịu đốt nóng dây dẫn khoảnơ thời gian định • Cần ngắt thật nhanh trường hợp ngắn mạch

• Khơng cản trở động khởi động nhiều lần với dòng khởi độnơ cao

6 Thông sô' kỹ thuật

Dưới thơng sơ" kỹ thuật sơ" loại cầu chì:

Bảng 2ế4 Thơng sơ' kỹ thuật cầu chì điện áp thẩp kiểu ơng (LB Nga).

Dịng điện định mức cầu chì

(A)

Dịng điện định mức dây chảy (A)

Dòng điện giới hạn cắt ứng với điện áp xoay chiều khác (A)

220V 380V 500V

15 6, 10, 15 1200 800 _ 700

60 15,20, ,3 ,4 ,6 0 5500 4500 3500

100 60, 80, 100 11000 11000 10000

200 1 00,125,160, 200 11000 11000 10000

350 200, 225, 260, 300, 350 11000 13000 11000

600 350, 430, 500, 600 15000 23000 20000

1000 600, 700, 850, 1000 15000 20000 20000

Bảng 2.5 Thông sô" kỹ thuật cầu chì có vỏ bọc hình trụ loại khơng kim hỏa.

Cỡ kích thước

Điện áp Loại gL Loại aM

định mức (V)

Cỡ (A)

Mã Qui chiếu Mã Qui chiếu

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

2 gL 2 A 94277 aM 2 N 94289

4 gL 4 B 94278 aM 4 p 94290

6 gL 6 c 94279 aM 6 Q 94291

8x32 380 8

10

gL 8 gL 10

D 94280 E 94281

aM 8 aM 10

R 94292 s 94293

12 gL 12 F 94282 -

-16 gL 16 G 94283 -

-20 gL 20 H 94284 -

-0.5 aM 10 0.5 w 94250

1 - - J 81980 aM 10 1 X 94251

2 - - D 94234 aM 10 2 Y 94252

4 - - E 94235 aM 10 4 A 94254

500 gL 10 6 F 94236 aM 10 6 c 94256

10x38

8 gL 10 8 G 94237 aM 10 8 E 94258

10 gL 10 10 H 94238 aM 10 10 G 94260

12 gL 10 12 J 94239 aM 10 12 J 94262

16 gL 10 16 K 94240 aM 10 16 N 94266

20 gL 10 20 L 94241 aM 10 20 s 94270

400 25 gL 10 25 M 94242 aM 10 25 Y 94275

32 gL 10 32 B 94232 aM 10 32 z 94276

14x51 660 0.25

0.50 -

-aM 14 0.25 aM 14 0.5

1 gL 14 1 B 94439 aM 14 1 z 93448

2 gL 14 2 D 94441 aM 14 2 s 93442

4 gL 14 4 s 94799 aM 14 4 A 93449

6 gL 14 6 E 94442 aM 14 6 B 93450

8 gL 14 8 F 94443 aM 14 8 T 93443

10 gL 14 10 G 94444 aM 14 10 V 93444

12 gL 14 12 I 94446 aM 14 12 w 93445

16 gL 14 16 K 94447 aM 14 16 p 93439

20 gL 14 20 L 94448 aM 14 20 X 93446

25 gL 14 25 M 94449 aM 14 25 N 93438

32 gL 14 32 p 93393 aM 14 32 T 94432

500

40 gL 14 40 Q 93394 aM 14 40 c 94440

400 50 gL 14 50 R 93395 aM 14 50 N 94450

0.25 aM 22 0.25 B 94738

0.50 - aM 22 0.5 c 94739

1 gL 22 1 p 94727 aM 22 1 z 94736

2 gL 22 2 p 94728 aM 22 2 X 94734

22x58 660 4 gL 22 4 J 94768 aM 22 4 s 93764

6 gL 22 6 K 94769 aM 22 6 T 93765

8 gL 22 8 L 94770' aM 22 8 Y 94735

10 gL 22 10 M 94771 aM 22 10 V 93766

12 gL 22 12 N 94772 aM 22 12 w 93767

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

16 gL 22 16 p 94773 aM 22 16 A 94737

20 gL 22 20 Q 94774 aM 22 20 X 93768

25 gL 22 25 R 94775 aM 22 25 Y 93769

32 gL 22 32 s 94776 aM 22 32 z 93770

oou

40 gL 22 40 T 94777 aM 22 40 A 93771

22x58 50 gL 22 50 V 94778 aM 22 50

B 93772

63 gL 22 63 Y 94781 aM 22 63 c 94785

80 gL 22 80 A 94783 aM 22 80 E 94787

! 500 100 gL 22 100 H 94767 aM 22 100 z 94782

400 125 gL 22 125 I 94584 aM 22 125 B 94784

II CẨU DAO

1 Câu tạo nguyên tắc làm việc

Cầu dao loại thiết bị khí cụ điện dùng để đóng ngắt-mạch điện xoay chiều có điện áp nguồn 220V, 380V chiều có điện áp nguồn 180V, mạch có cơng suất lớn lớn cầu dao đóng-ngắt trường hợp khơng tải

N N

Circuit breaker 1 phase

Fuse

Circuit breaker 3 phase

Fuse

Để đóng-ngắt điện cách dứt khốt an tồn CB (Circuit Breaker) loại khí cụ điện sử dụng trường hợp tốt nhât, CB có vai trị, mục đích sử dụng hồn tồn giơng cầu dao, ngồi việc đóng ngắt mạch điện CB cịn có chức bảo vệ tải trường hợp xảy cô" như: ngắn mạch, sụt áp, mât pha lúc khởi động động c v.v

Hiện CB ch ế tạo, hai chức cịn có thêm chức chức chơng giật, đảm bảo an tồn tuyệt đối cho người sử dụng, đốì với CB loại tính kỹ thuật tốt, tốt so với cầu dao nhiều

Ưu điểm cầu dao đơn giản dễ sử dụng, chi phí tốn khơng đáng kể (giá thành rẻ), lắp đặt đơn giản, vận hành dễ dàng, có cơ" cần dùng tay dùng móc cách điện kéo xuống nguồn điện bị ngắt

Hình 2.4: CB phase phase

2 Tính tốn chọn CB cho phù hựp với tải

Trong ngành kỹ thuật lạnh, thường dùng CB đóng - ngắt nguồn điện trình truyền động điện cho máy nén lạnh, bơm, quạt cánh khuây,.ỗ.v.v Để CB có tính bảo vệ q dịng cho hệ thống lạnh xảy tượng mâ't pha, tải, nói chung cố bất thường cần phải chọn CB kỹ thuật phù hợp với công suất làm việc hệ thống lạnh

• Chọn CB cho động máy nén lạnh

Khi chọn CB cho động máy nén lạnh phải chọn:

ItđCB = (l,2-ỉ-l,5).Ikđđc/điện áp tương ứng với điện áp động hoạt động

Trong đó: Ikđđc : dòng khởi động động cơ, số động có cơng suấl lớn dịng khởi động lơn dòng làm việc nhiều

ItdCB : dòng tác dòng CB, giá trị CB nhảy ngắt nguồr cấp vào động

• Chọn CB tổng cho nhiều động máy nén lạnh

Khi chọn tổng CB cho nhiều động máy nén lạnh phải chọn:

ItđCBtổng= ( l , - r l , ) ễIIkdđc/điện áp tương ứng với điện áp động hoạt động.

Trong đó: * I(đCBtổng: dịng tác động CB tổng

Ilkđđc: dòng điện tổng động khởi động lúc

III NÚT ẤN K ÉP 1 Câu tạo

1- Nút ấn (dùng tay ấn) 2- Lò xo nút ấn

3- Thanh mang tiếp điểm thường đóng thường mở

4- Tiếp điểm thường mở 5- Tiếp điểm thường đóng

2 Nguyên lý hoạt động

1

Ký hiệu: nút ấn

Hình 2.5: cấu tạo nút ấn kép

Nũt ấn có nhiều chủng loại khác đa dạng mục đích sử dụng hồn tồn giống Ớ giới thiệu loại nút ấn kép mà xem hình 2.5, cịn loại khác hồn tồn tương tựẻ

Nút ấn gọi nút điều khiển, loại thiết bị khí cụ điện dùng để đóng ngắt điện từ xa, đảo chiều quay động điện cách đóng ngắt mạch cuộn dây hút cơng tắc tơ (khởi động từ) relay trung gian Khi ta dùng tay ấn nút số (1) xuống tiếp điểm thường đóng mở ra, tiếp điểm thường mở đóng lại, thả tay lực lị xo số (2) phục hồi tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu, mạch điện hoạt động bình thường nhờ tiếp điểm trì cơng tắc tơ hay relay trung gian Hiện mạch điện điều khiển, mạch điện động lực có tiếp điểm sử dụng nút ấn loại phổ biến

Hình 2.6: Nút ấn kép thực tế

IV ế ÁPTƠMÁT 1 Cơng dụng

Aptomat khí cụ điện dùng để tự động cắt mạch điện, bảo vệ tải ngắn mạch sụt áp, Đôi kỹ thuật sử dụng aptomat để đóng cắt khơng thường xuyên mạch điện làm việc chế độ bình thường

Một aptomat cần thỏa mãn yêu cầu sau:

• C hế độ làm việc định mức aptomat phải ch ế độ làm việc dài hạn, nghĩa trị số dòng điện định mức chạy qua aptomat lâu

(Iđm)-• Để nâng tính ổn định nhiệt điện động thiết bị điện, hạn chê phá hoại dòng điện ngắn mạch gây ra, aptomat phải có thời gian cắt bé

Như lắp đặt aptomat cần phải tính tốn phụ tải sau chọn aptomat tiêu chuẩn phù hợp với tải để lắp đặt, không aptomat không bảo vệ hệ thống hệ thông lạnh, dây chuyền công nghệ v.v

2 Phân loại

Trong thực tế aptomat thường có ba loại là: • Loại,bảo vệ dịng (q tải, ngắn mạch )

• Loại bảo vệ điện áp (mạng lưới có điện áp khơng ổn định hay sụt áp ) • Loại thứ ba kết hợp hai loại

3 Cấu tạo

Kết cấu aptomat đa dạng chia theo chức bảo vệ: aptomat dòng điện cực đại, aptomat dòng điện cực tiểu, aptomat điện áp thấp, Sau nguyên tắc cấu tạo sô" aptomat vừa nêu

Nguyên tắc cấu tạo aptomat dòng cực đại trình bày hình 2.7 Aptomat dịng cực tiểu có ngun tắc cấu tạo hình 2.8 Cịn ngun tắc cấu tạo aptomat điện áp thấp hình 2.9

3.1 Aptomat bảo vệ dòng cực đại

Nguyên lý làm việc cụm bảo vệ tải ngắn mạch xem hình 2.7

> Khi dịng điện từ phụ tải chạy qua cụm bảo vệ dòng lực điện từ sinh cuộn dây xác định theo công thức:

3.1.1 Cấu tạo cụm bảo vệ dòng 1- Nút ấn làm việc (Reset)

2- Ngàm giữ tiếp điểm làm việc 3- Phần ứng

4- Lõi tjiép

5- Cuộn dây dòng điện

6- Lò xo mang cấu tiếp điểm

7- Lò xo mang cấu tiếp điểm nút ấn

I

3.1.2 Nguyên lý làm việc

F — Iđm-W < Fị5x0(6)

Trong đó: w sơ" vịng cuộn dây (5)

(2-8)

I(im dòng điện định mức

Khi gặp cố ngắn mạch hay tải Iđm tăng lên làm cho lực điện từ F sinh cuộn dây sô" (5) tăng lên lớn lực đàn hồi lị xo sơ" (6) F > F|ị xo (6), lõi thép số (4) hút phần ứng số (3) xuống, dẫn đến ngàm số (2) hở ra, lò xo số (7) mang câu tiếp điểm số (1) kéo tiếp điểm số (1) mở ra, cuối mạch điện bị ngắt, ngừng toàn q trình hoạt động hệ thơng

3.2 Aptomat bảo vệ dòng cực tiểu

Câu tạo nguyên tắc làm việc

Bình thường dịng điện làm việc lớn dòng cắt nên cuộn điện từ (1) đủ lực hút để hút nắp từ động (2) kéo đưa tiếp điểm động tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh mạch đóng kín

Khi dịng giảm thấp dịng cắt cuộn (1) khơng đủ từ Hmh 2-8: Cụm ^ tieu

lực giữ kín mạch nên bị lò xo (3) kéo nắp từ động (2) 1 cuọn diện 2- nap tự đọng, tiếp điểm bị mở, dịng điện bị cắt

í h / w ^ c p z z :

I

3.3 Aptomat bảo vệ sụ t áp

3.3.1 Cấu tạo cụm bảo vệ điện áp

(7)

(Tài) Hình 2.9: cấu tạo cụm bảo vệ điện áp 1- Nút ấn làm việc (Reset)

2- Ngàm giữ tiếp điểm làm việc 3- Phần ứng

4- Lõi thép

5- Cuộn dây dòng điện

6- Lò xo mang cấu tiếp điểm

7- Lò xo mang cấu tiếp điểm nút ấn

3.3.2 Nguyên lý làm việc cụm bảo vệ điện áp

Nguyên lý làm việc cum bảo vệ sụt áp xem hình 2.9

Khi ở chế độ u = Udm lực điện từ sinh cuộn dây số (5) vừa đủ hút lị xo (6) xng

Khi điện áp lưới điện Unguồn đủ định mức lực điện từ F sinh cuộn dây sô" (6) đủ lõi thép (4) hút phần ứng số (3) xuống, giữ cho ngàm số (2) vị trí tiếp điểm (1) đóng, điện áp lưới giảm (Ưnguồn giảm) kéo theo lực điện từ sinh cuộn dây giảm (F giảm), lị xo sơ" (6) kéo ngàm số (2) bật ra, lị xo sơ" (7) tác động làm cho ba tiếp điểm số (1) bị mở ngắt mạch

điện để bảo vệ hệ thống Chú ý nút ấn sơ' (1) có vai trị nút Reset Hình 2.10 Vị trí nối Aptơmát

4 Chọn a p to m at

• Dịng điện tính tốn mạch • Dịng điện q tải

• Tính thao tác có chọn lọc

Ngồi ra, lựa chọn aptomat cịn phải vào đặc tính làm việc phụ tải, aptomat khơng phép cắt có tải ngắn hạn thường xảy điều kiện làm việc bình thường dòng điện khởi động, dòng điện đỉnh phụ tải cơng nghệ

u cầu chung là dịng điện định mức móc bảo vệ Iaptomat khơng được bé hơn dịng điện tính tốn lị, mạch: Iaptomat >

ht-5ề Thông sô" kỹ thuật Aptomat

Bảng 2.6.Thông sô kỹ thuật aptomat LB Nga ch ế tạo.

Kiểu Ký hiệu theo Dòng định

Điện áp u đm (V)

Sô' cực

Dạng móc bảo vệ dịng điện cực đại

Dịng điện định mức của

móc bảo vệ

Dịng điện tác động tức thời (A)

1'

kết câu mức Iđm(A)

(1) (2)

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (6) (7) (8)

A3161 110 220 1 15, 20, 25

A3160 A3162 60 220 380 2 Phần tử nhiệt 30, 40, 50

-A3163 220 380 3 60

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (6) (7) (8)

15 150

20 200

25 250

A3110 A3113/1

A3114/1 100 220 500

2 3 TổnghỢp 30 40 50 60 80 100 300 400 500 600 800 1000 15 150 20 200 A3110 A3113/5

A3114/5 100 220 500

2

3 Điện từ

25 40 60 100 250 300, 400 500, 600 1000 15,20,25,30 430

Tổng hỢp 40,50,60,80 600

A 'X 11ZX) A3123 100 800

A3124 1UU ZZU DUU

Điện từ

30 100

120 840

A3130 A3133 200 220 500 2

TổnghỢp 150

200

1050 1400

A3134 3

Điện từ 200

840 1050 1400

300 2100

TổnghỢp 400

500

2800 3500

A3143 A3144

600 4200

A3140 600 220 500 2

3

Điện từ 600

1750 2100 2800 3500 4200 Bảng 2.7 - Thơng sơ' kỹ thuật aptomat OPTIMAL Phápế

Dịng điện định mức nhiệt Có từ 0.4; 0.63; 1; 1.6; 2.5; 4; 6; 8; 10; 13; 18; 25A

Điện áp cách điện định mức G K : C F 750Vtheo IE C

Tần số sử dụng định mức 50 - 60 Hz

Tuổi thọ khí 20000 lần thao tác đóng cắt

Tần sơ' thao tác tơi đa 40lần thao tác đóng cắt 1giờ

Khả cắt: loại đơn loại kết

hợp với relay nhiệt Tùy loại có từ 6 kAhiệu dụng đến lOOkAhiệu dụng

V CÔNG TẮC Tơ (Contactor) 1 Cơng dụng

Contactor thiết bị khí cụ điện dùng để đóng ngắt từ xa tự động nút ấn, truyền động điện cho mạch điện động lực có phụ tải đến I=600A, U=500V.

Các yêu cầu contactor là:

• Điện áp định mức Uđm có cấp 110V, 220V, 440V chiều 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều C u ộ n hút có th ể làm v iệ c bình thường ở đ iệ n p giđi h ạn 85 + 105% đ iệ n p định mức c ủ a cu ộ n dây

• Dịng điện định mức Iđm có cấp 10, 20, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 250, 300, 600A. Nếu contactor đặt tủ điện dịng điện định mức phải lây thâp 10% làm mát Trong chê độ làm việc dài hạn, dòng điện cho phép qua contactor phải thâp so với dòng điện định mức

28

• Khả cắt khả đóng dịng điện cho phép qua tiếp điểm cắt đóng mạch Với contactor xoay chiều, khả đóng từ (4 + 7)ỉỏm khả cắt đạt bội số đến 10 lần dòng điện định mức với phụ tải điện cảm

• Tuổi thọ contactor tính số lần đóng mở, có liên quan đến độ bền khí hay độ bền điện Độ bền khí sơ" lần đóng cắt khơng tải contactor, cịn độ bền điện sơ" lần đóng cắt tiếp điểm có tải định mức

• Tần sơ'thao tác sơ" lần đóng cắt contactor Nó bị hạn c h ế phát nóng tiếp điểm hồ quang Tần số thao tác có cấp: 30, 100, 120, 150, 300, 600,

1200, 1500 lầrư h

• Tính ổn định lực điện động dịng điện lớn cho phép qua mà lực điện động sinh không làm tách rời tiếp điểm, thường lấy 10 lần dịng điện định mức

• Tính ổn định nhiệtlà tiếp điểm khơng bị nóng chảy có dịng điện ngắn mạch chạy qua khoảng thời gian cho phép

2 Phân loại contactor

Contactor gồm hai loại: contactor - AC contactor - DC

3 Contactor - AC •—

3.2 Nguyên lý làm việc

Contactor cấu tạo theo nguyên tắc điện từ xem hình 2.12

Mạch từ: gồm hình chữ E ghép nhiều thép kỹ thuật điện lõi thép di chuyển gọi nắp, phần nắp gắn cấu tiếp điểm chuyển động mang theo hệ thống cấu tiếp điểm hình 2.12 mạch từ (1), cịn phần nắp (2)

Cuộn dây: trên hình 2.12 sơ" cuộn dây có điện trở R nhỏ nhiều so với điện kháng (R « X, ) dịng điện I qua cuộn dây phụ thuộc nhiều vào khe hở khơng khí mạch từ nắp, khơns nên cho điện áp vào cuộn dây nắp vào vị trí hở

Nguyên lý làm việc : khi đưa điện áp vào cuộn dây (3), cuộn dây (3) sinh từ trường biên thiên, biên thiên qua mạch từ (1) làm cho mạch từ (1) trở thành nam châm điện, nam châm

3.1 Cấu tạo 1- Mạch từ 2- Lõi thép (nắp) 3- Cuộn dây

4- Cơ cấu mang tiếp điểm 5- Tiếp điểm thường mở 6- Tiếp điểm thường đóng 7- Lị xo

8- Nguồn cấp điện cho cuộn dây

(6)

điện sinh lực hút hút nắp (2) phía mạch từ (1), nắp (2) chuyển động làm đẩy (4) lên mang theo cấu tiếp điểm, làm cho tiếp điểm thường mở ra, tiếp điểm thường mở đóng lại, thực trình truyền động điện cho hệ thống

I J

L n § n J

f ĩ

H E

r D C n

Hình 2.13: Một vài kiểu cấu truyền động đóng - ngắt tiếp điểm

Khi ngắt nguồn điện áp đặt vào cuộn dây (3) bị mất, khơng có từ trường sinh cuộn dây, dẫn đến mạch từ (1) không trở thành nam châm điện lúc lực hút mạch từ (1) bị mất, tác dụng lực lò xo (7) đẩy nắp (2) xa mạch từ, làm cho đẩy (4) chuyển động xuống kéo theo cấu tiếp điểm trở lại trạng thái ban đầu, ngừng trình làm việc hệ thống

a ) b)

Hình 2.14: Một kiểu contactor xoay chiều a) Kết cấu; b) Vòng ngắn mạch đầu cực lõi từ tĩnh 1 - nắp từ động; - lõi từ tĩnh; 3,7 - vòng ngắn mạch■

4 - trục quay; - cuộn hút điện từ; - cực từ tĩnh

4 Contactor - DC

Xem hình 2.15:

Hình 2.15: Kết cấu contactor chiều

1 - tiếp điểm tĩnh; - cuộn điện từ; 3 - thép động; - cọc đấu dây;

5 - lò xo; - lỗi thép; - tiếp điểm động;

8 - lò xo; - cọc đấu dây; 10 - dây dẫn mềm; 11 - hồ quang

■4

Contactor có dịng lớn cần phải dập hồ quang đóng cắt, cắt Hồ quang (11) phát sinh hai tiếp điểm làm dịng điện khơng bị cắt cháy lâu làm hỏng tiếp điểm Yêu cầu J phải làm tắt nhanh hồ quang, hạn — chế phạm vi cháy hồ quang

Hồ quang chiều xoay chiều có khác phận dập hồ quang contactor thường dùng biện pháp sau đây:

_ 1

• Kéo dài hơ quang băng khứ. Khi hồ quang bị kéo dài

đường kính thân hồ quang giảm, điện trở hồ quang tăng, dòng hồ quang suy giảm nhanh, dễ tắt

• Tăng tốc chuyển động tiếp điểm động: Biện pháp có tác dụng kéo dài hồ quang làm hồ quang tắt mau

• Dùng cuộn dây thổi từ buồng dập hồ quang: Cuộn dây thổi từ cuộn dây đồng có vài vịng dây có lõi thép hở khơng có lõi thép Cuộn mắc nối tiếp với tiếp điểm

Hình 2.16: Dập hồ quang cuộn dây thổi từ

đặt gần tiếp điểm có hồ quang cho từ trường cuộn dây tạo vng góc với dịng điện hồ quang Trên hình 2.16, tiếp điểm động (2) rời khỏi tiếp điểm tĩnh (1) dịng cảm ứng lúc cắt mạch phóng qua khơng gian hai tiếp điểm gây hồ quang điện Dòng điện qua cuộn thổi từ tạo từ trường hướng Từ trường tác dụng vào dòng điện hồ quang từ lực đẩy hồ quang vào khe ngăn buồng dập hồ quang Do vậy, hồ quang dễ dàng bị dập tắt bị kéo dài khe, bị phân chia thành nhiêu đoạn ngắn, bị nhiệt tiếp xúc với vách ngăn buồng dập hồ quang

• Tiếp điểm bắc cầu: Với tiếp điểm kiểu hình 2.17 cắt mạch có hai hồ quang xuất hồ quang phân chia thành hai, kéo dài gấp đơi Ngồi ra, hai dòng điện hồ quang song song ngược chiều nên lực tương tác chúng lực đấy, kéo hồ quang hai phía Nhờ hồ quang dễ bị dập tắt

5 Tính tốn lại cuộn dây contactor

• Một sơ' ký hiệu q trình tính tốn

■ d : đường kính dây không kể lớp cách điện ■ F : sức từ động cuộn dây = IW

■ R : điện trở cuộn dây

■ ltb: chiều dài trung bình vịng dây ■ Q : diện tích cửa sô mạch từ

■ s : tiết diện dây khơng kể lớp cách điện

• Điều kiện

1 Sức từ động trước sau quân lại không đổi Ii-W] = I2.W2 = F Tổn h nhiệt khơng đổi R iềI2] = R2-I22

3 Hệ số lấp đầy cửa sổ không đổi - ^ 2 ^ 2

Ố Ổ;

4 Cuộn dây có hình dạng khơng đổi

• Tính đổi cuộn dây từ điện áp Ui sang điện áp u2

Hình 2.17: Tiếp điểm kiểu bắc cầu

Ta có : (2-9)

ơ , R I

M, , R, w,.s, ơ 2

Như vây: _ = — — => —r - : lT „ /?, W ,.S ỉ / , /,.W ,.S

, , u 7 5,

Từ điều kiện 1, nên (2-10) có thê viết: —— = —

ƠJ S 2 V^2 y

(2-10)

(2-11)

Đường kính dây cần đổi lại để sử dụng điện áp u được xác định theo công thức sau:

(2-12)

^2 ~

■-ỉ í / ,

Tính s ố vịng dây w2

u, u r7 u7.w7

Từ điều kiên 1: —L.w ,=—- W 2 => — =

/?, /?2 /?, i/.-W,

í/,2 í/,2 ^ ĩ/ Từ điều kiện 2: —L = —— => — = —

Rỉ R2 ^ r ] u }

ơ ,

Từ (2-13) (2-14) tính được: w = Wị —

U \

• Tính đổi cuộn dây từ dòng điện li sang dòng điện I2

Từ điều kiện 1: W2 = W) —

(2-13)

(2-14)

(2-15)

w s.

Từ điều kiện 3: —— = — = w; s

f A ^ 2

—1

\^ 2

(2-16)

(2-17)

Đường kính dây cần đổi lại để sử dụng dòng điện I2 xác định theo công thức sau:

ỈZL

h

= d r (2-18)

6 Thơng sơ" kỹ thuật

Bảng 2.8 Đặc tính kỹ thuật contactor chiều xoay chiều.

2-9}

Cung câ'p điện mạch điều khiển dòng xoay chiều Xoay chiều hay chiều

Đặc tính kỹ thuật Đơn vị

LC1 D12 A65 LC1 D25 A65 LC1 D40 LC1 D50 LC1 D63 LC1 FF4 LC1 FH4 LC1 FK4 LC1 FL4 LC1 FX4

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12)

Sô" lượng cực - 3 3,4 3,4 3,4 3,4 3,4 3,4 23,4 23,4 '.4

Dònơ điện sử dụng txq< 55°c A 12 25 40. 50 63 115 265 500 630 780

Dòng điện cực đại txq < 40°c A 25 40 60 80 80 200 350 500 700 1000

Điện áp định mức V 660 660 660 660 660 1000 1000 1000 1000 1000

Nhiệt độ mtrường °c Từ -50 + 70

Độ nghiêng tối đa Độ ±30

Dòng điện nhiệt cực đại A 25 40 60 80 80 200 350 700 1000 1600

Khả đóng A 250 450 800 900 1000 1250 2450 5000 3600 8000

Khả cắt ở

400 V A 250 450 800 900 1000 1250 2450 5000 6300 7100

500 V A 175 400 800 900 1000 1050 2200 4500 >100 6100

660 V A 85 180 400 500 6 « 800 1750 3500 5000 5000

1000 V A - - - 400 800 2500 3200 3200

Dòng điện cho phép ls 5s

10s 30s

1 phút 3 phút 10 phút

A 225 400 720 810 900 1100 2200 4200 5050 6250

A 130 220 430 500 600 1100 2200 4200 5050 6250

A 100 200 320 400 510 1100 2200 4200 5050 6250

A 70 120 200 210 230 640 1230 3200 4400 5000

A 56 100 170 190 200 520 950 2400 3400 4600

A A 35 30 60 50 110 80 125 90 125 90 400 320 620 480 1500 1200 2200 1600 3000 2200

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9) (10) (11) (12)

Tổng trỏ trung bình cực 2^ 2 1,5 1,5 1 0,45 032 0,18 0,12 0,10

Công suất tiêu hao ưên cực w 1,56 3,2 5,4 5,6 6,4 18 39 88 120 250

Thời gian làm việc trung bình đcng(ms)

cắt (ms) 12+22 4+12 15+24 5-19 2D-26 8+12 204-26 8+12 20-26 8+12 20-35 5+15 20-35 8+15 4H75 100H7Q -KM) lOMJO ã*>ô 1302»

Tuổi thọ khí 20 16 16 16 16 10 10 10 5 5

Tiêu thụ trung bình tác động: VA 70 110 200 200 550 1200 1Ơ75 1100 1650 2100

khi trì: VA 8 11 20 20 45 95 15 18 22 50

Chú ý:

- Một contactor AC thông thường có tiếp điểm thường mở mạch động lực dùng để điều khiển động điện, hai tiếp điểm thường đóng hai tiếp điểm thường mở mạch điều khiển

- Hiện thị trường có nhiều loại contactor nhiều hãng khác nhau, đặc biệt xuất loại công tắc tơ điện tử đa năng, tiện cho việc sử dụng kỹ thuật điều khiển q trình thiết bị cơng nghệ

- Relay trung gian có câu tạo tương tự contactor, relay trung gian có nhiều tiếp điểm thường đóng thường mở, tiếp điểm chịu dịng nhỏ mục đích cung cấp nhiều tiếp điểm cho mạch điều khiển

V I R ELA Y NHIỆT 1 Công dụng

Relay nhiệt loại khí cụ để bảo vệ động mạch điện khỏi tải, thường dùng kèm với khởi động từ, contactor Nó dùng điện áp xoay chiều đến 500V, điện áp chiều đến 440V.

Thông thường dùng relay nhiệt để bảo vệ tải, người ta phải đặt kèm với cầu chì để bảo vệ ngắn mạch

2 Nguyên tắc cấu tạo

Nguyên lý cấu tạo loại relay nhiệt trình bày hình 2.19.

1

I ì

ịA/V\r-a )

M M f

í

5

Hình 2.19: Nguyên lý cấu tạo relay nhiệt

a) Trạng thái đóng; b) Trạng thái cất

1 - phẩn tử đốt nóng; - băng kép (thanh lưỡng kim); - đòn xoay;

4 - tiếp điểm tĩnh; - nút reset; - lò xo; - tiếp điểm động

3 Nguyên tắc hoạt động

Khi dòng điện phụ tải chạy qua, phần tử đốt nóng (1) nóng lên tỏa nhiệt xung quanh Băng kép (2) bị hơ nóng cong lên Nếu phạm vi nhiệt độ cho phép ứng với dịng phụ tải địn xoay (3) tì đầu vào băng kép (2) mạch làm việc bình thường Nếu phụ tải bị tải, sau thời gian bị hơ nóng cao hơn, băng kép (2) cong lên rời khỏi đầu đòn xoay (3) Lò xo (6) kéo đòn xoay (3) quay ngược chiều kim đồng hồ Đầu đòn xoay (3) quay sang phải kéo theo kéo cách điện (7) Tiếp điểm thường đóng mở ra, cắt mạch điều khiển từ mạch động lực bị cắt (hình 2.19b).

Khi relay cắt cô" tải, không cịn dịng điện qua phần tử đốt nóng (1) nên băng kép (2) nsuội dần cong xuống tì lên đầu địn xoay (3) (hình 2.19b), tiếp điểm (4) khơng tự đóng lại Muốn relay trở lại trạng thái ban đầu để tiếp tục nhiệm vụ bảo vệ tải phải ấn nút phục hồi (5) để đẩy đòn xoay (3) thuận chiều kim đồng hồ Đầu tự băng kép tụt xuống, chèn địn xoay (3) vị trí đóng tiếp điểm (4) (hình 2.19a).

nhiệt khơng có tác dụng cắt mạch tức thời dịng điện tăng lên mạnh nghĩa khơng bảo vệ cố ngắn mạch

Dòng điện tải lớn thời gian tác động relay nhiệt ngắn

Trong sử dụng thực tế, dòng định mức relay nhiệt chọn dòng điện định mức động điện cần bảo vệ tải, sau chỉnh giá trị dịng điện tác động băng: It(Ị = (1,2 + l,3)Iđm- Vì relay nhiệt tác động nhờ băng kép bị nung nóng cong lên nên tác động relay nhiệt bị ảnh hưởng môi trường xung quanh Khi nhiệt độ môi trường xung quanh tăng, relay nhiệt tác động sớm nghĩa dịng điện tác động bị giảm Khi can phai hiệu chỉnh lại l t(Ị lớn

Theo định luật Junlen - X ta có

Q=R I 2'V (2-19)

Măt khác: R = p —

s

L =L (l+or1t)

R = p - = p M ^ ĩl = R o( i + a i t) ( - )

s s

Với : R, Rtl :là điện trở phần tử thời điểm bị đốt nóng thời điểm 0°c I : cường độ dòng điện xảy cố ( ngắn mạch,quắ tải )

'^C : Thời gian đốt nóng (thời gian nhạy cảm tác dụng )

L, Ln : độ dài lưỡng kim sau đốt nóng trước đốt nóng <2, :hệ số giãn nở lưỡng kim

T : nhiệt độ sinh q trình đốt nóng

Vậy dòng điện I tăng kéo theo nhiệt lượng toả tăng, làm cho nhiệt độ tăng dẫn đến R điện trở tăng, cuối làm cho nhiệt sinh Q lúc tăng, tăng lên nhanh làm cho chiều dài lưỡng kim (2) giãn nở nhanh, giãn nở khơng đồng hai thanh lưỡng kim (2) có hệ số giãn nở không giống nhau, cuối làm cho lưỡng kim (2) bị cong kéo theo cấu đòn xoay (3) chuyển động ngược kim đồng hồ làm cho tiếp điểm 4-7 mở ngắt mạch điện làm ngừng máy nén động

Từ (2-19) (2-20) => Q=R0(\ + a ì \.)I2rơ

=> d Q = - ^ d I + - ^ - = I f l o(l + 1tyƯ’dI + Rn a x I 2,v dt >

ơ/ ơt

4 Thông sô' kỹ thuật

Bảng 2.9 Đặc tính kỹ thuật relay nhiệt kiểu PT LB Nga.

Kiều Ký hiệu

kết câu

Sô' tiếp điểm

Phần tử đốt nóng

Thời gian tác động Trọng lưựng (kg) Thường đóng Thường hở

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

PT (relay nhiệt hai cực, có nút ấn phục hồi, làm việc điện xoay chiều đến 500V)

PT-1

(hở) 1

- Sô' phần tử thay đổi 67. Mức độ điều chỉnh 10% số từ 1 đến

19 5% số từ 20 đến 67.

- Dòng điện định mức phần tử N°1 là

0,4A dòng điện /V°Ố7 24,2 A.

20 phút ở 1*2 Idm

0,24

PT-1

(có vỏ) 1

- Sơ" phần tử thay đổi 71.

- Dòng điện định mức phần tử NOỈ

là 0.33A, N054 24,2A

0,92

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

PT (relay nhiệt hai cưc, có nút ấn phục hồi, làm việc điện xoay chiều đến 500V)

PT-2

(hở) 1

- Sô" phần tử thay đổi 22 Mức độ điều chỉnh 5%từ N068đến N089. - Dòng điện định mức N068 25,7A

đến NO89 75,6A ■

0,94

PT-3

(hở) 1

- S ố phần tử thay 18. Mức điều chỉnh 5% từ P T -3 N090 đến

NO 108.

- Dòng điện định mức N090 80A,

của N0108 196A.

1,44

Bảng 2.10 Relay nhiệt ba cực Pháp dùng cho chiều xoay chiều

Kiểu

Công suâ't định mức động điện pha (kW)

Vùng điều chỉnh của

Trọng

lương Loại relay sử

220V 380V 415V 440V 600V relay (A) (kg) dụng

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8) (9)

Để lắp riêng biệt 22 25 33 37 40 51 40 45 51 55 40 45 51 59 59 63 75 90

63 + 80

75 -1 0

0,45

0,74

LR1-D8036 3A65 LR1-F101

- 55 - - 100

30 59 59 63 110 95 -125 0,74 LR1-F125

Relay LR1-D 33 63 63 75 129

(A65) Cực bảo vệ chôn2 lại

45 51 80 80 90 90 100 140

147 10CM60 2,6 LR1-F160

vít tháo lỏng Relay LR1-F

55 59 90 100 100 110 110 129 160

180 125-200 2,75 LR1-F200

63 75 110 129 129 132 140 147 200

• 80 90 150 160 160 180 160 180 257 280 200+315 3,97 LR1-F315 110 129 185 200 200 220 220 250 335 355 250-400 3,98 LR1-F400 140 147 250 257 257 280 280 295 445 450 315-500 4,27 LR1-F500 180 185 315 335 355 375 375 400 500

400+630 4,52 LR1-F630

220 220 400 400 425 425 450 450

-500-800 5,21 LR1-F800

295 500 500 500 - 630+1000 5,37 LR1-F1000

5 Cách sử dụng Relay nhiệt

Phần tử đốt nóng đặt điện áp dây (Ud = 380V) điện áp pha (Up = 220V), tuỳ theo loại khác mà lắp đặt chúng cách hợp lý Relay nhiệt bảo vệ cho động xoay chiều pha ba pha cực động

một chiều, tiếp điểm thường a) b)

đóng relay nhiệt đăt nôi Hinh 2.20! 3) Rslãy nhiệt, b) ThBrtTiic (cunỹ lã rõlãy nhiệt) tiếp với cuộn dây công tắc tơ cung cáp điện cho động

Muôn bảo vệ cho phụ tải (động cơ, thiết bị điện dân dụng, .) cần phải cài đặt dòng tác động relay nhiệt độ cách xác Thơng thường Itđ = (l,2-rl,3)-Iđm vừa

V @

V II KHỞI ĐỘNG TỪ 1 Công dụng

Khởi động từ thiết bị khí cụ gồm có: cơng tắc tơ một relay nhiệt, hai nút ấn

Khởi động từ cần phải thỏa mãn yêu cầu sau: ■ Tiếp điểm có độ bền chịu mài mịn cao

■ Khả đóng cắt cao ■ Thao tác đóng cắt dứt khốt ■ Tiêu thụ cơng suất

■ Bảo vệ tin cậy động khỏi bị tải lâu dài

ắ Thỏa mãn điều kiện khởi động động với dòng khởi động lớn nhiều so với dòng định mức

2 Nguyên tắc câu tạo hoạt động

Có thể xem hình 2.21 Khi sử dụng khởi động từ để vận hành hệ thống (hệ thống lạnh hay dây chuyền cơng nghệ ) ta phải tính tốn chọn khởi động từ phù hợp với cơng suất động phù hợp với dòng định mức dòng điện giới hạn cho phép động cơ, để làm cho relay nhiệt khởi động từ có tác dụng bảo vệ động cơ, bảo vệ hệ thông truyền động điện

Trong thực tế lắp đặt mạch điện điều khiển động (mạch động lực) người ta thường dùng công tắc tơ mắc nối tiếp với relay nhiệt, phần tử đốt nóng relay nhiệt mắc pha, cịn tiếp điểm thường đóng relay nhiệt mắc nối tiếp vào nguồn cấp cho cuộn dây công tắc tơ, lúc hai thiết bị khí cụ relay nhiệt cơng tắc tơ tạo loại khí cụ điện khởi động từ, hệ thống truyền động điện cách thức dùng phổ biến rộng rãi đơn giản, dễ lắp ráp, dễ sửa chữa, chi phí lắp đặt tương đối thấp, độ an tồn, độ tin cậy cho người vận hành tương đối cao, đảm bảo tiêu kinh tế - kỹ thuật

Hình 2.21 sơ đồ đâu dây công tắc tơ với relay nhiệt, (1) nsuồn ba pha cấp cho tải, (2)

là điện áp dây nguồn điện ba pha, (3) nguồn điện áp pha ba pha lưới điện.

Hiện nay, thị trường khởi động từ có bán nhiều với nhiều chủng loại phong phú đa dạng, giá thành hạ nhiều so với trước đây, ưong nhà máy ưuyền tải cung câp điện hệ thống mạch điều khiển, khởi động từ loại thiết bị khí cụ điện sử dụng nhiều chịu dòng lớn bảo vệ mạng lưới điện tương đối tốt

Khởi động từ đơn gồm contactor kết hợp với hai relay nhiệt dùng để bảo vệ động xoay chiều ba pha quay chiều

Khởi động từ kép gồm hai contactor kết hợp với hai relay nhiệt dùng để điều khiển động điện xoay chiều ba pha quay hai chiều Hai contactor dùng để đảo chiều quay động không hút đồng thời gây chập mạch pha Để tránh cố hai contactor hút, người ta dùng mạch khóa chéo điện cơ (hình 2.23).

T l / l

coh H CC1

Hình 2.23: Mạch khóa chéo

Hình 2.24: Hai contactor có cần khóa chéo cơ khí

Khóa chéo điện tiếp điểm thường đóng KT gửi vào mạch cuộn KN ngược lại Cịn khóa chéo nhờ nút ấn liên động (đường có mũi tên) Khi ấn nút thường mở MT để đóng mạch cuộn KT đồng thời nút ấn liên động mạch cuộn KN mở để khơng cho cuộn KN có điện Tương tự vậy, nút thường đóng liên động với nút thường mở MN gửi vào mạch cuộn KT

Ngoài ra, hai contactor khởi động từ kép cịn có cần khí c kiểu địn bẩy (hình 2.24) để đảm bảo contactor hút contactor khơng thể hút

AC (62

V III CÁC LOẠI R ELA Y ĐIỆN TỪ 1 Relay điện từ loại 1

1.1 Nguyên tắc cấu tạo 1- Mạch từ cố định

2- Lõi thép (nắp) 3- Cuộn dây 4- Tiếp điểm 5- Lò xo kéo

6- Nguồn cấp điện cho cuộn dây

Do nhiều chủng loại khác nhau, đa dạng phong phú, đưa sơ đồ

câu tao chung của relay điện từ xem hình 2.25.

1.2 Nguyên lý làm việc

Relay điện từ loại khí cụ điện sử dụng để đóng - ngắt tiếp điểm mạch điều khiển - điều khiển hệ thơng theo u cầu mục đích sử dụng, đóng vai

trị tương đơi quan trọng q trình điều khiển hệ thơng, đặc biệt trình khởi động động xoay chiều phase

Khi đặt điện áp vào cuộn dây (3) cuộn dây (3) sinh lực điện từ có giá trị

Fđl = K ( ị ) 2= K ị (2-21)

ị 0

Trong đó: K hệ số tỉ lệ phụ thuộc vào sơ" vịng dây cuộn dây (3) phụ thuộc vào cấu tạo relay điện từ

Ở chế độ định mức I = ỉ dm lực sinh lúc có giá trị / 2

Fđt = K - ^ - < Fiịxo ( c h ế độ khơng tải) (2 -2 )

ố

Ở chế độ có tải dịng điện I tăng có nghĩa I = I l(t ( / ,rf - dòng điện tác dụng ) lúc lực

điện từ sinh

I 2

F«t = K ^ - > Fiịxo (2-23)

ở Do lị xo bị kéo xuống

Nguyên lý làm việc relay điện từ: đặt điện áp vào cuộn dây (3) cuộn dây (3) • 2

sẽ sinh lực F = K -^ - < Fiòxo (lưc kháng lị xo), nắp (2) đươc giữ cố đinh ô~

không bị kéo xuống, dịng điện tăng lên I = / ,rfthì lúc cuộn dây (3) sinh ỉ j

mơt lưc lớn lưc kháng lị xo (5) F = K - ~ > Fiịxo, lị xo (5) bi kéo Dhía dưới, ổ

nắp (2) bị hút mạch từ (1) vị trí cơ" định làm đóng tiếp điểm (4)

Khi khoảng hở ổ giảm lực F sinh mạnh, I giảm xuống giá trị I nhỏ nắp (2) trở vị trí ban đầu, tiếp điểm (4) mở

Loại relay cải tiến bán rộng rãi thị trường với nhiều chủng loại khác đa dạng phong phú, giá thành thấp, đơn giản, dễ sử dụng việc tự động điều khiển

2 Relay điện từ loại 2

Relay điện từ relay đơn giản sử dụng rộng rãi Relay làm việc nguyên lý điện từ kết cấu, tương tự contactor dùng đóng cắt mạch điều khiển, không trực tiếp dùng mạch động lực

Nguyên lý cấu tạo relay điện từ chiều kiểu lề hình 2.26.

Hình 2.26: Nguyên tắc cấu tạo relay điện từ

kiểu lề

1 - cuộn dây; - lõi sắt; 3 - nắp từ động; 4 - lò xo; - tiếp điểm động; 6,7 - tiếp điểm tĩnh; 8 - chấu cắm

•

Hình 2.27 nguyên lý cấu tạo relay dạng piston với tiếp điểm động kiểu bắc cầu cuộn hút làm việc với dòng điện xoay chiều

Qua cách làm việc relay điện từ, ta thấy relay có ba phần chính:

■ Cơ cấu thu: cuộn hút điện từ Nó tiếp nhận tín hiệu vào đạt giá trị relay tác động

■ Cơ cấu trung gian , mạch từ Nó giúp tạo lực hút cuộn điện từ có điện so sánh lực với lực đặt trước lo xo phản hồi Kết tác động truyền tới cấu chấp hành

■ Cơ cấu chấp hànli hệ thông tiếp điểm Chúng

tác động truyền tín hiệu cho mạch điều khiển.

Thời gian tác động t,đ relay thời gian tính từ lúc cuộn hút cấp điện tiếp điểm thường mở đóng lại hồn tồn tiếp điểm thường đóng mở hồn tồn Thời gian tác động relay gọi thời gian trễ Tùy theo thời gian mà relay chia ra:

■ Relay khơng qn tính: tu < lm s

■ Relay tác động nhanh: ttd =(1+100) ms Ệ Relay thời gian: tt(Ị > 100 ms

3 Relay trung gian

Nhiệm vụ relay trung gian khuếch đại tín hiệu điêu khiẽn, liên kêt phần tử điều khiển khác

v m n

Hình 2.27: Nguyên tắc cấu tạo relay điện từ dạng piston 1 - cuộn hút; - tiếp điểm động

Relay trung gian thường relay điện từ s ố lượng tiếp điểm relay trung gian thường nhiều loại relay khác Relay trung gian có độ phân cách điện tốt mạch cuộn hút mạch tiếp điểm

(7)

IX R ELA Y KHỞI ĐỘNG ĐỘNG XOAY CHIỀU PHASE

Các động phase có tiếp điểm K đóng mạch Khi khởi động ngắt mạch cuộn dây đề (Start) tốc độ rôto đạt khoảng (75%-80%) tốc độ định mức Relay khởi động tiếp điểm K hoạt động tự động nhờ tín hiệu động khởi động Tín hiệu dịng điện, điện áp nhiệt, dựa vào tín hiệu phân relay khởi động thành loại sau

■ Relay dòng ■ Relay bán dẫn ■ Relay điện áp ■ Relay dây nóng

1 Relay dịng khởi động

1.1 Nguyên tắc cấu tạo 1- Lõi thép nhiễm từ tính 2- Cuộn dây

3- Tiếp điểm thường mở relay (tiếp điểm K) 4- Nối với nguồn điện

5- Nối với cuộn chạy (R) động phase 6- Nối với cuộn đề (S) động phase 7- Võ relay

1.2 Nguyên lý làm việc

Khi cấp nguồn vào chân (4) chân chung (C) động xoay chiều không động phase, lúc mômen cản động lớn dẫn đến dòng

khởi động Iịcđ qua cuộn dây (2) cuộn chạy tăng vọt

rất lớn (tuỳ theo công suất động cơ), lớn dòng định mức I<jm qua động nhiều lần Do đó, lực từ trường sinh cuộn dây (2) lớn, lực đủ hút lõi thép (1) lên làm cho tiếp điểm (3) đóng lại cấp nguồn cho cuộn đề làm việc, lúc động điện làm

việc, động hoạt động làm cho dòng Ikj giảm tốc độ rôto động tăng khoảne 75% tốc độ định mức dịng Ikđ giảm nhanh kéo theo lực từ trường cuộn dây (2) ơiảm mạnh, lực không đủ sức thắng lực trọng trường trái đất để giữ lõi thép (1) lại, kết lõi thép (1) rơi xuống mở tiêp (3) đồng thời trình khởi động động kết thúc

(4)

(3) I

Hình 2.28: cấu tạo relay dịng

Relay khởi động thơng thường dùng cho loại động phase có cơng suất từ 1/8 HP đến 3/4 HP, lốc tất loại tủ lạnh thường dùng relay khởi động phổ biến

A- Bắt đầu tiếp điện cho động B- Rôto động bắt đầu quay

C- Là điểm ngắt tiếp điểm (3) hình 2.27 Id- Là dịng làm việc động

Id- - Là dịng khơng tải động

Hình 2.30 đường đặc tính dịng khởi động động điện chạy cho block máy tủ lạnh có cơng suất Va HP, thấy dịng khởi động cao lúc khởi động dao động khoảng từ (4,5-ỉ-5)A, thời gian tăng dòng nhanh dao động khoảng (0,1 -ỉ- 0,2)s, nó ít ảnh hưởng động cơ điện.

2 Relay bán dẫn khởi động

2.1 Nguyên tắc câu tạo 1- Diode bán dẫn

2- Chân câp nguồn AC

3- Chân nối với cuộn chạy (R) động 4- Chân nối với cuộn đề (S) động

2.2 Nguyên lý làm việc

Sơ đồ đấu dây động điện xoay chiều không đồng phase với relay bán dẫn khởi động hình 2.31, cấp nguồn AC - 220V vào chân chung (C) động với (2), mơmen cản động lớn nên dịng khởi động Ikđqua động (qua cuộn chạy (R)) lớn, điện trở cuộn dây chạy (R) không thay đổi nên điện áp (chỉ có giá trị tức thời) đặt vào hai đầu (C) (2) tăng lên tức thời > 220V, điện áp

tăng lên đạt tới giá trị làm việc diod (1) làm cho diod (1) dẫn, lúc cuộn dây đề bắt đầu làm việc động bắt đầu khởi động, động khởi động dòng khởi động giảm dần xuống dòng điện định mức kéo theo điện áp đặt vào (C) (2) giảm xuống 220V ổn định, với giá trị điện áp nhỏ giá trị điod (1) làm việc dẫn đến diod không dẫn ngắt

cuộn đề (S), trình khởi động kết thúc Hình 2.32: Relay bán dẫn khởi đơng

Hình 2.30: Đặc tính dịng khởi động chạy

(10)»

(11)#

=-• (9)

Hình 2.32: cấu tạo relay điện áp khởi động

3 Relay điện p khởi động (Potential relay) 3.1 Nguyên tắc câu tạo

1- Cuộn dâyế 2- Tấm sắt 3- Lị xo 4- Đơi trọng

5-6: Tiếp điểm thường đóng 7- Thanh mang tiếp điểm 8-9: Tiếp điểm thường mở

10-11: Nguồn cấp cho relay điện áp 12- Giá đỡ cố địnhế

Relay điện áp ngày sử dụng nhiều phổ biến rộng rãi máy điều hòa nhiệt độ tủ lạnh số tủ lạnh SANYO, SHARP, NEC

IB' - Dòng ngắn mạch cuộn làm việc Ib - Dòng ngắn m ạch cuộn R s

Ic - Dòng R+S n gần 75% Iìđm I - Dịng làm việc

n - Tốc độ động nđm - Tốc độ định mức

Relay điện áp bề gần giống relay dịng điện hoạt động dựa điện áp tăng tốc độ rôto gần đạt đến giá trị định mức Ta phân biệt dễ dàng relay dòng điện relay điện áp qua đường kính dây quấn cuộn dây điện từ Dây cuộn dây relay dòng điện to với dây cuộn dây relay điện áp nhỏ

Tiếp điểm K khởi động relay điện áp thường đóng mở tốc độ rôto chạy đạt (75-rl00)% tôc độ định mức, nên Ưu điểm lớn relay điện áp so với relay dòng điện, tiếp điểm trạng thái đóng tiếp điện nên không gây hồ

quang tiếp đ iểm 0 °’1 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

Hình 2.33: Đặc tính dịng khởi động chay

Cuộn dây điện từ relay nối qua cuộn, khởi ch0 ỊẾC ti lạnh có c6ng stlã't y> Hp Jún*g

động cuộn dây rât mảnh nên dòng điện qua cuộn điện ấp

dây nhỏ, không gây ảnh hưởng hư hại đến động Câu tạo relay điện áp xem hình 2.32.

3.2 Nguyên lý hoạt động relay điện áp

Khi cấp điện cho động cơ, tức thời hai cuộn dây có điện tiếp điểm relay điện áp thường đóng

Lúc khởi động điện thê qua cuộn dây relay nhỏ dịng ngắn mạch, relay điện áp khơng tác động Khi tốc độ rôto đạt khoảng 75% tốc độ định mức Dòng qua cuộn dây khởi động giảm, điện thê cuộn dây relay tăng lực điện từ relay điện áp đủ manh để hút sắt (2), ngắt tiếp điểm khởi động (5), (6) giữ nguyên trạng thái ngắt suốt thời gian động

cơ hoạt động •

Hình 2.33 mơ tả ngun tắc làm việc relay điện áp, điện áp nhỏ đối trọng (4) lò xo (3) kéo cấu mang (7) xng, tiếp điểm thường đóng đóng lại, thơng thường nguồn cấp cho relay thời gian (10), (11) thường nguồn xoay chiều 220V Khi đủ điện áp, lực điện từ cuộn dây (1) sinh lớn lực lị xo (3) đốì trọng (4) tạo ra, hút sắt (2) xuống mở tiếp điểm (5), (6) ngắt cuộn dây khởi động (Rs) động pha, đưa động vào trạng thái hoạt động

4 Relay dây nóng khởi động

4.1 Nguyên tắc câu tạo

(a),(b) - Hai tiếp điểm thường đóng 1- Relay dây nóng

2- Dây đốt nóng L

3- Thanh lưỡng kim thứ 4- Thanh lưỡng kim thứ hai

5- Dây nối hai lưỡng kim

6- Động pha (Rs cuộn khởi động, R r : cuộn làm việc)

Relay dây nóng hay sử dụng tủ lạnh hãng sản xuất Mỹ chế tạo

AC 220V

Motor phase

Hình 2.34: Cấu tạo relay dây nóng

Câu tạo relay dây nóng Tất đơn giản gần dây điện trở phát nhiệt mắc nối tiếp với hai lưỡng kim mang hai tiếp điểm, cho cuộn khởi động, để bảo vệ động Hai lưỡng kim nối với dây nối có độ giãn nở nhiệt tốt Duy trì khoảng cách hai lưỡng kim hình 2.34 Sơ đồ cấu tạo relay dây nóng, mơ tả ngun lý làm việc relay dây nóng sau: (a), (b): hai tiếp điểm thường đóng

4.2 Nguyên lý làm việc relay dây nóng

điểm (b) khơng đóng mạch lại dây điện trở sinh nhiệt đủ để sợi dây nối (5) có độ dãn nở phù hợp giữ tiếp điểm trạng thái mở

Nếu động cơ bị tải dòng qua lớn làm cho nhiệt sinh nhiều đủ để ngắt hai tiếp điểm (a) (b) ngừng hoạt động bảo vệ cho động Sau thời gian relay nguội dần hai tiêp điểm lại đồng thời đóng lại để khởi động động

Tuy relay dây nổng có Ưu điểm đơn giản không phụ thuộc vào tư lắp đặt, tinh chất hoạt động relay điện đột ngột có điện lại đột ngột, mạch cuộn khởi động khơng đóng lưỡng kim (2) chưa đủ thời eian để nguội trở lại vị trí đóng mạch Để bảo vệ động lại phải lắp thêm relay bảo vệ khác cồng kềnh bât tiện, relay dây nóng có cặp tiếp điểm (a) (b) đóng mở khơng dứt khốt, dễ làm hư hỏng nhược điểm relay dây nóng, loại relay sử dụng

X THERM ISTOR BẢO VỆ ĐỘNG

Thermistor loại cảm biến nhiệt độ dạng nhiệt trở Nó ứng dụng thay đổi giá trị điện trở nhiệt độ thay đổi

Thermistor có hai loại:

■ NTC (Negative Temperature Coefficient) - eiá trị điện trở giảm nhiệt độ tăng ế PTC (Positive Temperature Coefficient) - giá trị điện trở tăng nhiệt độ tăng

Thermistor dùng phổ biến để bảo vệ, cho động mà cho chi tiết động (hoặc máy nén) chông lại nhiệt

Thermistor bảo vệ động gồm phận điều khiển phần tử cảm biến nhiệt độ Phần tử cảm biến nhiệt độ bơ" trí ở nơi cần bảo vệ nhiệt Hình 2.35a giới thiệu sơ đồ mạch bảo vệ động thermistor Để dễ hiểu nguyên tắc bảo vệ thermistor ta biểu diễn mạch mạch đơn giản xem hình 2.35b.

R S T - d â v ba pha N - d â y trung h ò a F1 - c ầ u chì đ ộ n g cơ F - c ầ u chì đ iề u khiển 3 ~ M - đ ộ n g c b a pha KI - Contactor

K2 - Rơle điều khiển s - N ú t b ấ m O FF S2 - N ú t b ấ m ON t - th erm isto r

R K - đ iệ n trở c ủ a r le R P T C - đ iệ n trở c ủ a PT C

Rk

Rprc

b)

Để giải thích hoạt động relay bảo vệ kiểu thermistor, sử dụng nguyên'tac mạch điện trở mắc nơi tiếp, nhiệt độ làm việc bình thường động cơ, đầu cảm PTC có

điện trở rât nhỏ điện thê chủ yếu nằm cuộn dây u ~ ƯK, từ lực sinh cuộn dây đu lớn để kéo lõi thép đóng tiếp điểm 1 - 4 relay, đóng mạch cho động làm việc bình

thường Nếu nhiệt độ cuộn dây động tăng mức cho phép điện ưở PTC tăng rât nhanh, điện áp rơi PTC lớn Uk nhỏ Và lực từ sinh không đủ đê giữ lõi thép làm cho relay cắt mạch động

X I R ELA Y THỜI GIAN

Relay thời gian relay tạo trễ đầu ra, nghĩa có tín hiệu điều khiển đầu vào sau thời gian đầu có tác động Thời gian trễ từ vài phần giây đên vài lâu Sau sô" loại relay thời gian

l ẵ Relay thời gian cảm ứng 1.1 Nguyên tắc cấu tạo 1- Cuộn dây

2- Mạch từ V

3- Ong lót bang đơng 4- Lõi thép (nắp)

5- Tiếp điểm thường đóng đóng chậm 6- Tiếp điểm thường mở mở chậm 7- Lò xo

8- Lò xo chỉnh thời gian Hình 2.36: cấu tạo relay thời gian cảm ứng

9- Vít chỉnh thời gian

10- Nguồn cấp điện cho cuộn dây

v ề mặt cấu tạo đơi với loại relay có nhiều chủng loại khác có chung ngun lý, đưa loại có câu tạo chung Xem hình 2.36

1.2 Nguyên lý làm việc

Relay thời gian cảm ứng loại thiết bị khí cụ điện sử dụng việc thiết kế mạch điều khiển hệ thống, mà hệ thống máy móc thiết bị khơng làm việc đồng thời lúc lệch thời gian Hoặc thiết bị hoạt ở hai chế độ khơng lúc lệch thời gian

Nguyên lý hoạt động relay thời gian cảm ứng: Khi ta đặt vào nguồn (10) điện áp xoay chiều AC cấp nguồn cho cuộn dây (1), cuộn dây (1) sinh từ trường ồiên thiên biên thiên qua ơng lót đồng (3) mạch từ (2), mạch từ (2) sinh lực điện từ, ban đầu nhỏ có giá trị nhỏ chưa đủ sức đé hút nắp (4) xuông Trong lúc ống lót đồng sinh sức điện động cảm ứng xuất dòng điện cảm ứng, dòng điện cám ứng sinh từ trường cảm ứng biến thiên qua mạch (2), từ trường chiều với từ trường mạch (2), theo thời gian từ trường cảm ứng lúc tăng dẫn đên từ trường biến thiên qua mạch từ (2) tổng hợp lúc tăng, đến thời điểm mạch từ (2) sinh lực từ lớn F > F l o x o (7) tác dụng lực F hút nắp (4) xuống

đồng thời mang theo tiếp điểm xuống làm cho tiếp điểm thường đóng (5) mở ra, tiêp điểm thường mở (6) đóng lại, điều cấu chấp hành hệ thống nút vít chỉnh (9) điều chỉnh lò xo (8) (7) lớn hay nhỏ điều chỉnh thời gian đóng mở tiếp điểm

Hiện nay, relay thời gian loại dùng có độ sai sơ" tương đối lớn, câu tạo thiết bị lớn cồng kềnh khơng phù hợp cho q trình tự động điều khiển Loại relay thời gian có từ sớm có nhiều nhược điểm, chúng thay loại relay thời gian khác có độ xác cao

2 Relay thời gian kiểu lắc

2.1 Nguyên tắc cấu tạo 1- Cuộn dây

2- Lõi thép 3- Cơ cấu quay 4- Thanh đẩy

5- Vít chình (thời gian) 6- Tiếp điểm thường đóng 7- Tiếp điểm thường mở 8- Thanh

9- Bánh ăn khớp 10- Con lắc

11- Nguồn cấp cho cuộn dây

(2

)-(1 y

%

(4) #

-(11)

]■ *

(6) (7)

T

Hình 2.37: cấu tạo relay thời gian kiểu lắc

Loại relay thời gian có nhiều chủng loại, phong phú đa dạng dựa nguyên tắc chung, đưa sơ đồ cấu tạo chungỄ Xem hình 2.37.

2.2 Nguyên lý làm việc

ngăt tiêp điêm thường đóng ngừng hoạt động máy nén, đóng tiêp điểm thường mở lại, tiêp điêm mắc nôi tiếp với điện trở xả đá (nếu hệ thông lạnh xả đá nhiệt trở) măc nôi tiêp với van điện từ (nêu hệ thông lạnh xả đá gas nóng trường hợp máy nén vân hoạt động) Như câp điện cho thiết bị xả đá thực trình xả đá cho dàn lạnh trước thực chu trình làm lạnh Đôi với tủ lạnh việc xả đá nhiệt trở dùng relay thời gian kiểu lắc thơng dụng bên cạnh cần phải dùng thêm cảm biên nhiệt độ âm (thường gọi sò lạnh ; (-)Temperature sensor) mắc nối tiêp với điện trở xả đá Bên cạnh việc xả đá cịn có tác dụng làm cho máy nén hệ thơng lạnh có thời gian nghỉ ngơi làm việc theo chu kỳ, tăng tuổi thọ máy nén

Hình 2.38: Relay thời gian kiểu lắc

Nguyên lý làm việc relay thời gian kiểu lắc Khi đặt điện áp vào nguồn (11) cuộn dây (1) dòng điện I qua làm cho lõi thép (2) bị hút, câu (3) làm cho đồng số (4) tiến từ phải sang trái, dẫn đến (8) trượt hệ thống bánh (9) làm cho hệ thống bánh (9) quay, kéo theo lắc (10) dao động, (8) tiên mức lắc tiến chu kỳ, sau thời gian định vít số (5) tác động vào tiếp điểm, làm tiếp điểm thường đóng mở ra, tiếp điểm thường mở đóng lại Như điều khiển trình chậm trễ thời gian hoạt động máy móc thiết bị hệ thơng

Loại relay thời gian nhiều hãng thê giới sản xuất hãng: Danfort, Parasonic, LG, ToShiBa, Carrier, DaiKin, , giá thành hạ, đơn giản dễ ch ế tạo, lắp đặt tương đối dễ dàng, sử dụng rộng rãi ngành kỹ thuật lạnh, ngành kỹ thuật sấy số ngành khác

3 Relay thời gian kiểu thủy khí (h ìn h )

Cuộn hút (1) quấn lõi từ (2) cấp điện hút nắp từ động (3) Lò xo (4) bị kéo căng tiếp điểm (5) không đóng piston (6) chuyển động chậm xilanh dầu nhờn Do đó, tiếp điểm bị đóng chậm Khi cuộn hút bị cắt điện, trình nhả diễn chậm với giải thích tương tự Relay dùng cho cuộn hút chiều xoay chiều

Hiện công nghệ bán dẫn phát triển mạnh mẽ, chế tạo relay thời gian có chu kỳ đóng ngắt tiếp điểm xác vi mạch điện tử

ề.

T - L

7

1 - cuộn hút

2 - lõi từ

3 - nắp từ động

4 - lò xo

5 - tiếp điểm 6 - piston 7 - chất lưu

Hình 2.39: Nguyên tấc

4 Relay thời gian bán dẫn

Hiện việc làm trễ thời gian tác động phần lớn nhờ mạch bán dẫn có ưu điểm trội như: bền, gọn, tiêu tốn lượng ít, tác động nhanh, tin cậy, dải thời gian tác động lớn (từ vài phần giây đến hàng trăm hơn)

Mạch làm trễ thời gian bán dẫn đa dạng nguyên lý phân ra:

■ Mạch trễ nhờ phóng nạp tụ điện (mạch Rcy. thời gian trễ điều chỉnh qua R Trị số R, c lớn thời gian trễ lớn Mạch cho thời gian trễ không vài

■ Mạch trễ nhờ đếm: Đây mạch trễ logic theo nguyên tắc đồng hồ Thời gian trễ xác định số’ đếm tần sô" xung đếm Thời gian trễ tăng lên số đếm tăng lên tần số xung đến giảm Mạch có thời cho thời gian trễ râ't lớn Sơ đồ khối chức trễ đếm biểu diễn hình 2.40. Bộ đếm thực chất đồng hồ thời gian so sánh với tín hiệu đặt Nếu hai tín hiệu đếm đặt đầu so sánh có tín hiệu sau qua khâu khuếch đại tác động vào chấp hành để đóng mở tiếp điểm

Hình 2.40: Sơ đồ khối chức nẫng trễ

5 Một số m ạch relay thời gian b án dẫn

5.1 Sơ đồ m ạch relay thời gian điện tử

Chú ý: 1/ Khi s, đóng T = 1’ đến 120’ 2/ Khi s đóng T = 1’ đến 60’ Tùy theo điều chỉnh biến trở Pi

5.2 Sơ đồ mạch in, sơ đồ mạch linh kiện

1 t í

m r l n r r X

Hình 2.43: Sơ đồ mạch in relay thời gian

Mạch relay thời gian giới thiệu ở mạch hoàn toàn thực tê lắp chạy thử nghiệm tương đối tốt, cần mua linh kiện theo thông số hình vẽ sơ đồ mạch điên lắp rắp relay thời gian mong muốn

Hiện nay, mạch điện rơ le thời gian điện tử thiết k ế theo nhiều sơ đồ khác rât đa dạng phong phú, công nghệ bán dẫn phát triển mạnh mẽ, sản xuât rât nhiều vi mạch với chủng loại thích hợp, mà việc thiết k ế sơ đồ tùy theo ý thích nhà sản xuất

Chú ý để có nguồn cấp vào cho vi mạch ln có điện áp ổn định, cần có nguồn ổn áp, nguồn thiết ~220 k ế nhờ vào vi mạch ổn áp như: 78LXY, 79LXY 78L, 79L đời sản xuất •" cịn chữ số XY giá trị điện áp ổn áp nguồn

« +5V

— M ass

Hình 2.44: Sơ đồ mạch điện ổn áp V

*3

'< o

eo

ũ*

A ON

30s

Tiếp điểm thường đóng OFF

ON

OFF Tiếp điểm thường mở

- >

Hình 2.45: Relay thời gian điện tử

Thời gian thay đổi trang thái

AiIV/1 g i u n U1U 1 UW1 u ụ i i ũ u a u

Hình 2.47: Relay thời gian nhiêu chê độ Hình 2.48: Đặc tính làm việc relay thời gian

Ví dụ : 78L05 : điện áp ổn định đầu 5V 78L24 : điện áp ổn định đầu 24 V

Cần để ý điện áp đầu vào vi mạch ổn áp phải có giá trị lớn điện áp đầu chút, không lớn, lớn làm hư vi mạch ổn áp dịng qua vi

mạch ổn áp < 1,5A.

Để tiện cho việc thiết k ế nguồn ổn áp, giới thiệu sơ đồ ổn áp 5V Sau sơ" chủng loại relay thời gian đường đặc tính làm việc chúng, tất loại relay thời gian thiết k ế dựa nguyên lý chung làm chậm thời gian để khoá điện tử (transitor/ diod bán dẫn) cho thông mạch cấp nguồn cho relay trung gian DC-6V, DC-9V, DC-12V DC-24V

XII R ELA Y TỐC DỘ 1 Relay không c h ế tốc độ

1.1 Nguyên tắc cấu tạo

Xem hình 2.49 loại relay có nhiều chủng loại khác nhau, phong phú đa dang, sau đưa cấu tạo điển hình loại relay

1- Trục nôi với động cần khống chế 2- Nam châm vĩnh cửu

3- Vịng trục bên ưong có đặt dây quấn

4- Cần mang tiếp điểm động.

/.2 ễ Nguyên lý hoạt động

Relay tốc độ loại thiết bị khí cụ điện, sử dụng trường hợp cần

khống chế tốc độ động hay sô" thiết bị truyền động giới hạn tốc

độ cho phép

Trong công nghiệp loại relay tốc độ được sử dụng nhiều phổ biến rộng rãi Đặc biệt dây chuyền công nghệ cần khống chế tốc độ động nằm ưong tốc độ cho phép

Nguyên lý hoạt động loại relay : Gồm trục (1) liên hệ với trục động hay máy cần khống chê tốc độ, trục sô gắn liền với nam châm vĩnh cửu (2), bên ngồi vịng nam châm vĩnh CƯU (2) có vịng trục (3) Mặt vịng trục (3) có đặt dẫn, hai đầu dẫn nối với hai mặt tạo thành lồng sóc, động quay kéo theo nam châm vĩnh cửu (2) quay, từ trường nam châm cắt dẫn, làm cho dẫn bị cảm ứng sinh sức điện động cảm ứng, dẫn xuất dòng điện cảm ứng, dòng điện sinh từ trường, từ trường dòng điện cảm ứng sinh tác dụng ngược lại với từ trường nam châm sinh Như xuất lực điện từ Fđt tác động lên vùng trục (3) làm cho vùng trục (3) quay kéo theo cần (4) quay làm cho tiếp điểm thường đóng (6) mở ra, tiếp điểm thường mở (5) đóng lại

Lực điện từ Fđt sinh có đủ lớn để tác động lên vùng trục (3) có quay hay khơng? Nó cịn phụ thuộc vào từ trường nam châm vĩnh cửu biến thiên qua dẫn nhanh hay chậm, hồn tồn phụ thuộc vào tốc độ trục động hay trục máy cần không chế tốc độ

Khi tốc độ trục động hay máy cần khống chế n (vịng/phút) tăng dần, từ trường nam châm vĩnh cửu biến thiên qua dẫn tăng dần, làm cho sức điện động dòng điện xuất dẫn tăng lên, dòng điện cảm ứng sinh từ trường lớn Như sinh lực điện từ F(jt tăng dần, thời điểm có giá trị tốc độ cần khống chế lực điện từ Fđt sinh có giá trị lớn đủ để tác động lên trục (3) làm cho vịng trục (3) quay

Hiện có nhiều môđun (modul) chế tạo sẵn dùng để điều chỉnh tốc độ động (một chiều, không đồng ba pha xoay chiều, đồng ba pha xoay chiều ) cách xác hiệu cơng nghệ bán dẫn kỹ thuật số (digital), môđun dễ lắp đặt sử dụng, đặc biệt vừa điều chỉnh vừa khơng chế giá trị tốc độ động

mong muốn, v ề mặt câu tạo môđun phức tạp, tương đối khó v ề mặt thiết

kế, giá thành môđun tương đối cao, dẫn đến chi phí lắp đặt tương đối lớn, vận hành cần phải có trình độ kỹ thuật định trang bị cho người vận hành, tron2 công nghiệp người ta sử dụng môđun nhiều dây chuyền công nghệ đại, ngồi điều chỉnh khống chê tốc độ động môđun giao tiếp với máy tính, hoạt động theo chương trình lập trình sẵn

2 Relay kiểm tra tốc độ

Relay kiểm tra tốc độ dùng để thay đổi chê độ làm việc hệ tiếp điểm mốc tốc độ Đại lượng vào tốc độ quay động điện, đại lượng việc trí tiếp điểm Khi tốc độ quay đạt giá trị cho trước đó, relay tác động đóng cắt tiếp điểm mạch điều khiển bảo vệ

2.1 Relay kiểm tra tốc độ kiểu cảm ứng (hình 2.50)

Khi nam châm (1) quay với trục quay động tạo từ trường quay quét qua dẫn lồng sóc (2) Sức điện động cảm ứng xuất dẫn lồng sóc nối ngắn mạch tạo dòng điện Từ trường quay nam châm lại tác động vào dòng cảm ứng từ lực tạo moment có xu hướng làm quay lồng sóc theo chiều quay từ trường Nam châm quay nhanh dịng cảm ứng mạnh, moment tác dụng lớn Tới tơ"c độ đó, moment tác động đủ lớn thắng moment ghìm giữ lồng sóc lồng sóc quay cần (3) gắn với lồng sóc quay để đóng (hoặc mở) tiếp điểm relay

Hình 2.50: Nguyên tắc cấu tạo relay kiểm tra tốc độ kiểu cảm ứng

1 - nam châm; - dẫn; -cần

Hình 2.51: cấu tạo relay kiểm tra tốc độ kiểu li tâm trục quay; - văng; 3,5 - lị xo; - tiếp điểm thường

đóng; - tiếp điểm thường mở

2.2 Relay kiểm tra tốc độ kiểu li tâm (hình 2.51)

Trục (1) quay với động cơ quay kéo hai văng (2) quay Khi ưục đứng n lị xo (3) kéo hai văng tì vào đĩa cách điện (4), ép lị xo (5) để đóng tiếp điểm thường đóng (6) mở tiếp điểm thường mở (7) Nếu tốc độ động lớn đến giá trị chỉnh định trước, lực li tâm sẽ thắng lực k éo của lò xo (3) làm hai văng (2) văng xa trục (1) khơng tì vào đĩa (4) Lị xo (5) đẩy đĩa (4) sang phải, làm tiếp điểm (6) mở ra, tiếp điểm (7) đóng lại

X III PHANH HÃM ĐIỆN TỪ 1 Nguyên tắc cấu tạo

Loại phanh hãm điên từ có rất nhiều chủng loại khác nhau, đa dạng phong phú dựa nguyên tắc chung điện từ,

đưa cấu tạo chunơ xem hình 2Ễ52.

1- Cuộn dây điện từ

2- Lỏi thép.

3- Thanh dịch chuyển 4- Trục động

5- Lị xo

© - W V W r w v w K D

□

2 Nguyên lý hoạt động

Phanh hãm điên từ khí cụ điện dùng để phanh hãm trục động trục phận truyền động Chẳng hạn phanh hãm cẩu trục, cần cẩu, phận thăng cửa xe .v.v Trong thực tế phanh hãm điện từ sử dụng rât nhiều thông dụng lĩnh vực trun động khác nhau, giãn dễ chê tạo, sử dụng tương đối có hiệu quà, chi phí thâp, mặt cấu tạo gồm có: bốn cuộn dây (1), bốn lõi thép (2), hai (3), kht nửa vịng trịn có bán kímh lớn bán kính trục (4) chút, cho ghép hai (3) lại vịng trịn áp sát với trục (4) hai lò xo (5) nối với (3)

Nguyên lý hoạt động:

Khi cho điện vào cuộn dây (1), cuộn dây (1) sinh từ trường biến thiên qua lõi thép (2) làm cho lõi thép (2) trở nam châm điện, lõi thép (2) hút (3) phía cuộn dây (1) nối rỗng trục động làm cho trục động hoạt động bình thường không chịu ảnh hưởng ma sát (3) gây áp sát trục động (hay phận truyền động )

Khi điện cuộn dây (1), dẫn đến từ trường cuộn dây (1) sinh bị mất, lỏi thép (2) khơng cịn tính nam châm điện khơng cịn hút (3), lị xo (5) (3) áp sát trục động (4), tác dụng lực ma sát hai (3) gây

Khi áp sát trục động (4), làm cho trục động (4) quay chậm lại dừng hẳn cần ý có điện cuộn dây (1), lõi thép trở thành nam châm điện sinh điện từ F, lực phải lớn lực kháng lò xo (F >F lị xo ) phanh điện từ hoạt động

CHƯƠNG

CÁC T H IẾ T BỊ ĐO LƯỜNG - ĐIỂU KHIÊN T ự ĐỘNG VÀ BẢO VỆ ■ ■ ■ ■

Á P Lực CỦA CÁC QUÁ TRÌNH N H IỆT - LẠNH

I THIẾT BỊ Tự ĐỘNG ĐIỀU KHIÊN ■ Ệ ■ v bảo v ệ• t ín h i ệ u■ p Lực■

1 Áp lực (áp suất)

Áp lực đại lượng vật lý lực tác dụng lên đơn vị diện tích theo phương pháp tuyến mặt phẳng diện tích

p = — , N/ m2 (3-1)

s

Theo thuyết động học phân tử áp suất đại lượng thơng kê trung bình tỉ lệ với động trung bình chuyển động theo phương tịnh tiến phân tử

_ m.ũT2 „

p = a n —— (3-2)

3

Áp lực chia làm hai loại sau: trạng thái bình thường thơng với khí trời có áp lực pkq = kg/cm2 (1 kg/cm2 = 760mmHg = 9,81.10? N/m2 = lat = 0,981 bar)

Nếu trạng thái có áp suất p lớn áp suất khí hiệu chúng gọi áp suất dư

P d = P - P k q ( - )

Nếu trạng thái có áp suất p nhỏ áp suất khí hiệu chúng gọi áp suất chân khơng

P c k = P k q - P ( - )

2ẽ Các thiết bị tự động điều khiển bảo vệ tín hiệu áp lực

Các thiết bị tự động điều khiển bảo vệ áp lực hệ thống lạnh loại khí cụ điện tham gia vào q trình tự động hóa hệ thống lạnh sơ" q trình nhiệt khác, hệ thơng làm việc an toàn tránh cố nguy hiểm cho thiết bị áp lực, thiết bị gồm có thiết bị sau đây:

■ Thiết bị điều khiển bảo vệ áp lực gas (môi chất lạnh) như: áp lực cao: ký hiệu HP (High Pressure: Pk - thông thường áp suất ngưng tụ thiết bị ngưng tụ hệ thống lạnh), áp lực thấp: ký hiệu LP (Low Pressure: Po - thông thường áp suất bay thiết bị bay hệ thống lạnh)

■ Thiết bị điều khiển bảo vệ áp lực dầu: ký hiệu OP (Oil Pressure - thông thườnơ áp lực dầu bôi trơn cho máy nén).

Hiện nay, thực tế có hai loại thiết bị tự động điều khiển bảo vệ áp lực là: thiêt bị có tiếp điểm thiết bị khơng tiếp điểm

Thiết bị có tiếp điểm: loại relay áp suất phổ biến nhiều ưong hệ thống tự động điều khiển hệ thông lạnh Đôi với thơng lạnh có cơng suất từ trung bình lớn lớn relay áp lực gas: cao áp (HP: áp suất ngưng tụ) thấp áp (LP: áp suât bay hơi), relay hiệu áp lực dầu (OP), relay áp lực nước (WP) hầu hết sử dụng trình tự động điều khiển

Thiết bị không tiếp điểm: loại cảm biến áp suât (Sensor Pressure), thông thường thiết bị kết hợp với vi mạch điện tử, vi xử lý, vi điều khiển tạo thành hệ thống tự động đo lường điều khiển thông minh như: đo lường điều khiển hệ thống lạnh PLC, chương trình lập trình sẩn máy tính

Sau giới thiệu sô" thiết bị tự động điều khiển bảo vệ áp lực

II THIẾT BỊ Tự ĐỘNG ĐIỂU KHIEN v b ả o v ệ p L ự c GAS (mãi chất lạnh)

1 Thiết bị có tiếp điểm

Thiết bị điều khiển bảo vệ áp lực gas relay áp suất, loại thiêt bị chuyển đổi tín hiệu áp suất hiệu áp suất thành tín hiệu đóng cắt tiếp điểm điện (ON/OFF) để điều khiển bảo vệ áp lực gas Tùy thuộc vào số lượng phần tử cảm biên nhận tín hiệu phân relay áp lực gas thành loại sau:

ế Relay áp lực đơn: relay áp lực cao relay áp lực thấp riêng lẻ có đường tín hiệu ■ Relay áp lực kép: relay áp lực cao relay áp lực thấp chung khơi có hai đường tín

hiệu, bên áp lực cao, bên áp lực thấp / / Ể Relay áp suất đơn

Relay áp suất đơn nhận máy nén khỏi áp suất cao áp suất thâp)

1.1.1 Relay áp suất thấp a) Nguyên tắc câu tạo

Relay áp suất thấp loại

relay hoạt động áp SLÚÍt bay hơi

và ngắt mạch điện máy nén áp suâ't giảm xuống mức cho phép để bảo vệ máy nén để điều khiển suâ't lạnh Hình 3.1 giới thiệu nguyên lý cấu tạo relay áp suất thấp

Hình 3.1: Nguyên tắc cấu tao relay áp suất đơn

và không chế tín hiệu áp suất Nó chủ yếu dùng để bảo vệ phía nén (relay áp suất cao) áp suất thấp phía hút (relay

1 - Vít đặt áp suất tháp 2 - Vít đặt áp suất cao 3 - Vít đặt áp suất vi sai 4 - Tay địn chính 5 - Lị xo chính 6 - Lò xo vi sai 7 - Hộp xếp

b) Nguyên lý hoạt động

Vít (1) (3) hai vít điều chỉnh áp suất cắt đóng relay Tay địn (4) mang câu lật (13) tiếp điểm (11) dẫn tới đáy hộp xếp (7) Tay đòn nối câu lật (13) tới lị xo phụ quay quanh chốt cố định khoang tay địn Vì thê tiêp điếm có hai vị trí cân Hộp xếp dịch chuyển áp suất vượt qua giá trị ON OFF VỊ trí cấu lật tác động lên cấu với lực, lực thứ lực từ hộp xêp trừ lực lị xo chính, lực thứ hai lực kéo lò xo vi sai Trên hình 3.1, tiếp điểm vị trí ON (1-4) Khi áp suất hộp xếp từ từ giảm xuống khơng có chi tiết relay chuyển động Chỉ áp suất hộp xếp giảm xuống mức điều chỉnh (giá trị trừ giá trị vi sai), tay địn (4) bị kéo xuống đủ mức làm cho cấu lật (13) đột ngột thay đổi vị trí, tiếp điểm đột ngột rời bật xuống (OFF) Và áp suất hộp xếp tăng lên, vượt qua gia'trị điều chỉnh lị xo (giá trị chính) nhờ câu lật, tay đòn (4) lại đột ngột thay đổi vị trí tiếp điểm rời sang (ON)

Thời gian đóng mạch relay (thời gian tiếp điểm động gặp tiếp điểm tĩnh đến lúc kết thúc q trình đóng mạch) thường nhỏ phần vạn giây Hệ thống tiếp điểm cần phải làm việc với tốc độ cao để ưánh tạo tia lửa điện hồ quang xuất mở tiếp điểm Hồ quang phát làm cháy làm nóng chảy dính tiếp điểm, làm giảm tuổi thọ relay Hồ quang

là nguyên nhân làm hỏng hệ thôns tiếp điểm relay Hình 3.2 siới thiệu cấu tạo relay áp suât thấp Danfoss

Hình 3.3 relay áp lực thấp hãng Chunhui Trung Quốc chê tạo, loại relay rât tiện lợi cho việc sử dụng Hiện nay, thê giới có nhiều hãng chê tạo loại

relay áp lực như: hãng Carrier, DaiKin, MisuMitShi MyCom, Nissin, .v.v đa số đạt châ't

lượng tốt.

c) Cách cài đặt cho relay áp lực thấp

Trên relay áp lực thấp ln có hai thang: thang cài đặt áp suất làm việc thiết bị bay cho hệ thống lạnh (low pressure range) nhờ vít (1/2), thang lại cài đặt áp suất vi sai (differential low pressure range) nhờ vít (3)

1 - Vít đặt áp s't thâ'p 2 - Tay địn chính 3 - Lị xo chính

4 - Vít nối điện tiếp điểm 5 - Tiếp địa

6 - Hộp xếp

7 - Ơng nơi áp suất thấp 8 - Lôi luồn dây điện 9 - Tiếp điểm 1 - Cơ câu lật

1 - Vít điều chỉnh vi sai 12 - Khóa vít điều chỉnh 13 - Lị xo vi sai

Hình 3.2: cấu tạo relay áp suất thấp Danfoss

ếm ắ í a i

Gọi: ' LPfcut-in] : áp lực cài đặt để bảo vệ hệ thông

lạnh relay áp lực thấp thang low pressure

AP = LP[cut-in] - LP[cut-out] : giá trị áp suất Cut-out vi sai cài đặt thang differential low pressure

LP = Po : áp lực thấp (áp suất bay hơi) thực tế Vùng máy nén chạy Vùng máy nén dừng hộp xếp hay thiết bị bay Hình 3.4: Đặc tính làm việc relay áp lực

thấp

Trong trình hệ thống lạnh làm việc Po ln

thay đổi nhiệt độ buồng lạnh thay đổi theo suốt thời gian làm lạnh - làm đơng sản phẩm, cơ" bất thường xảy làm cho áp suât bay thâp so với bình thường, hình 3.4 đặc tính làm việc relay áp lực thấp

■ / Khi LP > LP[cut-in] - AP = LP[cut-out] —*• máy nén chạy, hệ thống lạnh hoạt động

■ Khi LP < LP[cut-in] - AP = LP[cut-out] —> máy nén dừng, hệ thống lạnh không hoạt động tự động hoạt động trở lại LP tăng lên, LP = LP[cut-out] + AP = LP[cut-in]

ỉ 1.2 Relay áp suất cao a) Nguyên tắc cấu tạo

Xem hình 3.5, cấu tạo relay áp lực cao hãng Danfoss

b) Nguyên tắc làm việc Relay áp suất cao relay hoạt động áp suất ngưng tụ môi chất lạnh ngắt mạch điện áp suất vượt mức cho phép để bảo vệ máy nén v ề nguyên tắc cấu tạo relay áp suất cao tương tự relay áp suất thấp (hình 3.1) tiếp điểm

được bơ" trí ngược lại Tuy nhiên tính chất động ngắt khơng tự đóng mạch lại ( sai) mà cần phải tác động reset để đưa relay phân biệt vị trí nút reset: reset ngồi vỏ relay reset vỏ relay Hình 3.5 giới thiệu loại relay áp suất cao Danfoss Hiện nay, sô" hãng chế tạo loại relay áp lực cao tự reset sau khắc phục cô", khả làm việc loại tương đối ổn định

1 - Vít đặt áp suất thấp 2 - Tay địn chính 3 - Lị xo chính

4 - Vít nối điện tiếp điểm 5 - Tiếp địa

6 - Hộp xếp

7 - Ông nối áp suất thấp 8 - L ối luồn dây điện 9 - Tiếp điểm

10 - Cơ cấu lật

1 - Vít điều chỉnh vi sai 12 - Khóa vít điều chỉnh 13 - Lị xo vi sai

14 - Nút reset

Hình 3.5: cấu tao môt relav áo suất cao Danfoss

an toàn (áp suất cao) nên relay áp suất cao tác iù áp suất giảm xuống giá trị đặt trừ giá trị vi :rở lại trạng thái ban đầu Mức độ an tồn cịn

Hình 3.6: Relay áp lực cao hãng Chunhui

lượng tương đối ổn định, khả đóng mở tiếp điểm tốc độ nhanh, tránh phát hồ quang c) Cách cài đặt cho relay áp lực cao

Trên relay áp lực cao luồn có hai thang: thang cài đặt áp suất làm việc thiết bị ngưng tụ cho hệ thcíng lạnh (high pressure range) nhờ vít (1/2), thang cịn lại

cài đặt áp suất vi sai (differential high pressure range) c ut_ nhờ vít (3)

Cut-out

Gọi:

^ H P

-v V

\ _ _

OFF X/

' ' : ' Ệ Id iff (AP)

r \ 1 4 Ì

-— r—ã -> Vùng máy nén chạy Vùng máy nén dừng HP[cut-in] : áp lực cài đặt để bảo vệ hệ thơng Hình 3.7: Đặc tính làm việc relay áp lực

lạnh relay áp lực cao thang high pressure ca0'

AP = HPỊcut-out] - HP[cut-in] : giá trị áp suất vi sai cài đặt thang differential high pressure

HP = p k : áp lực cao (áp suâ't ngưng tụ) thực tế hộp xếp hay thiết bị ngưng tụ

Trong t ì n h hệ thống lạnh làm việc Pfc ln ổn định nhiệt độ mơi trường làm mát ổn định, có thay đổi thay đổi khơng đáng kể, cịn khơng hệ thống lạnh làm việc khơng ổn định Nhưng cơ" bất thường xảy làm cho áp suất ngưng tụ tăng nhanh so với bình thường, hình 3.7 đặc tính làm việc relay áp lực cao

■ Khi HP < HP[cut-in] + AP = HP[cut-out] —> máy nén chạy, hệ thông lạnh hoạt động

■ Khi HP > HP[cut-in] + AP = HP[cut-out] —*■ máy nén dừng, hệ thống lạnh không hoạt động tự động hoạt động trở lại HP giảm, HP = HP[cut-out] - AP = HP[cut-in]

1.1.3 Thống s ố kỹ thuật relay áp suất đơn

1

Bảng 3.1 Thông số kỹ thuật sô relay áp suất đơn Danfoss.

Kiểu (* - tiếp điểm

mạ vàng)

Áp suât thâp LP Áp suất cao HP Reset

Áp suât

Phạm vi điều chỉnh

(bar)

Vi sai Ap (bar)

Phạm vi điều chỉnh

(bar)

Vi sai Àp

(bar) LP HP

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

Môi chất freon

Thâp KP1 -0,2-5-7,5 0,7*4,0 Tự động

Thấp KP1* -0,2+7,5 0,7+4,0 Tự động

Thâp KP1 -0,9+7,0 0,7 Bằng tay

Thâp KP2 -0,2+5,0 0,4+1,5 Tự động

Cao KP5 8-28 1,8-6 Tự động

Cao KP5* 8+28 1,8+6 Tự động

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7) (8)

Cao Cao Cao KP5 KP7W KP7W* 8-28 8+28 8-28 3 4H-10 4*10

Cao Cao Cao Cao

KP7B KP7B* KP7S KP7S*

8*28 8-28 8+28 8-28

4 4 4 4

Bằng tay Bằng tay Bằng tay Bằng tay Môi chất freon amoniac

Thâ'p KP1A -0,2+7,5 0,7-4,0 Tự động

Thấp KP1A* -0,2+7,5 0,7-4,0 Tự động

Thẩp KP1A -0,9+7,0 0,7 Bằng tay

Thấp KP2A -0,2+5,0 0,4+1,5 Tự động

Cao KP5A 8-28 1,8-i-6 Tự động

Cao KP5A* 8-28 1,8+6 Tự động

Cao KP5A 8-28 3 Bằng tay

1.2 Relay áp suất kép

1 - Vít đặt áp thấp 2 - Vít vi sai áp thấp

3 - Tay địn phía hạ áp 4 - Khóa vít điều chỉnh 5 - Vít đặt áp cao 6 - Lối luồn dây điện 7 - Nút reset

Hình 3.8: cấu tạo relay áp suất kép của Danfoss

Nếu relay áp suât đơn nhận tín hiệu áp suất relay áp suất kép nhận hai tín hiệu áp suât, khống chế đồng thời hai áp suâ^t tác động lên tiếp điểm chung Như vậy, relay áp suâì kép gồm relay áp suâ't cao relay áp suâ't thâp tổ hợp chung lại vỏ thực chức hai relay, ngắt điện cho máy nén áp suâ't cao vượt mức cho phép áp suất thấp hạ xuống mức cho phép Hình 3.8 giới thiệu cấu tạo relay áp suất kép Danfoss

v ề nguyên tắc làm việc đóng ngắt tiêp điểm giống loại relay áp suât đơn với loại kép relay ngắt tiếp điểm tác động áp suất cao dù áp s't thâp mạch khơng đóng lại, có nghĩa tác động phía cao áp khơng phụ thuộc vào phía hạ áp Điều giúp đảm bảo an tồn cho phía áp cao

Khi lắp đặt loại relay áp suât cần lưu ý ống nối từ ống hút ống đẩy vào relay nên vị trí phía ống để ngăn dầu lọt vào hộp xếp, để dầu lọt vào hộp xếp lâu ngày có thê hộp xêp bị bó khơng hoạt động cách hồn hảo khơng đảm bảo cho tiếp điểm làm việc bình thường

Hình 3.9: Relay áp lực kép hãng Fujikoki

Hình 3.9 loại relay áp lực kép hãng Fujikoki Nhật Bản chế tạo, loại có chất lượng cao, q trình đóng ngắt nhanh, reset tự động, có phận dập hồ quang tránh gây hư tiếp điểm, nửa tác động áp suất làm thay đổi trạng thái tiếp điểm sai sô nhỏ so với áp suất cài đặt, loại tương đối xác

Hiện nay, thê giới có nhiều hãng chê tạo loại relay áp lực như: hãng Carrier, DaiKin, MisuMitShi, MyCom, Nissin, .v.v đa số đạt chất lượng tốt Vì vậy, thiết kê lắp đặt hệ thông tự động điều khiển hệ thông lạnh có nhiều lựa chọn theo mong muốn người sử dụng

Đặc tính làm việc relay áp lực kép

Cách cài đặt relay áp lực kép hoàn toàn tương tự relay áp lực đơn (relay áp lực thấp

và relav áp lực cao) Tuy nhiên relay áp lực kép có thang: thang cài đặt áp lực

thấp làm việc thiết bị bay hơi, thang kèm theo vi sai áp lực thâp (áp suất bay Po, hay LP), thang cài đặt áp lực cao làm việc thiết bị ngưng tụ, thang kèm theo vi sai áp lực cao (áp suất ngưng tụ pk, hay HP)

Hĩnh 3.10 đặc tính làm việc relay áp lực kép, nằm vùng giới hạn cut - ini(ONi) cut - in2(ON2) vùng hệ thống lạnh làm việc ổn định Khi gặp cố áp lực cao dịch lên phía ưên, cịn gặp cố áp lực thâp dịch chuyển xuống Lúc hệ thơng lạnh dừng hoạt động

Vùng máy

Cut-in2

A HP 0 X

OFF

N A U r Tị

' diff^A P)

' í

lén chay

T

h ỵ t

Vùng máy nén dừng

t

^ d i f f ^ A P )

^ ẩ u r r - )

7

V LP

1.2.3 Thông s ố kỹ thuật relay áp lực kép

Bảng 3.2 Thông số kỹ thuật số relay áp suất kép Danfoss.

Áp suất thấp LP Áp suất cao HP Reset

Kiểu relay Phạm vi

điều chỉnh (bar)

Vi sai Ap (bar)

Phạm vi điều chỉnh

(bar)

Vi sai Ap

(bar) Áp suất thấp Áp suất cao

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

Môi chá t freon

KP15 -0,2 + 7,5 0,7 + 4,0 8 - 8 4 Tự động Tự động

KP15* -0,2 - 7,5 0,7 + 4,0 8 - 8 4 Tự động Tự động

KP15 -0,2 H- 7,5 0,7 + 4,0 8 - 8 4 Tự động Bằng tay

KP15* -0 ,2 + ,5 0,7 + 4,0 8 - 8 4 Tự động Bằng tay

KP15 -0,9 + 7,0 0,7 8 - 8 4 Bằng tay Bằng tay

KP15* -0,9 + 7,0 0,7 8 - 8 4 TĐ/BT TĐ/BT

KP15 -0,2 -H 7,5 0,7 + 4,0 8 - 8 4 Tự động Tự động

KP15* -0,2 + 7,5 0,7 + 4,0 8 - 8 4 Tự động Bằng lay

KP15 -0,2 * 7,5 0,7 + 4,0 8 - 8 4 TĐ/BT TĐ/BT

(1) (2) (3) (4) (5) (6) (7)

KP15 -0,9 + 7,0 0,7 8 - 8 4 TĐ/BT TĐ/BT

KP7BS - - 8 - 8 4 - Bằng tay

KP17W** -0,2 + 7,5 0,7 + 4,0 8 - 8 4 - Tự động

KP17W -0,2 + 7,5 0,7 + 4,0 8 - 8 4 - Tự động

KP17B -0,2 + 7,5 0,7 + 4,0 8 + 28 4 - Bằng tay

Môi chất freon amoniac •

KP15A -0,2 + 7,5 0,7 + 4,0 8 - 8 4 Tự động Tự động

KP15A -0 ,2 + 7,5 0,7 + 4,0 8 - 8 4 Tự động Bằng tay

KP15A -0 ,9 + 7,0 0,7 8 - 8 4 Bằng tay Bằng tay

KP15A -0,9 + 7,0 0,7 8 - 8 4 TĐ/BT TĐ/BT

KP7AS - - 8 - 8 4 Bằng tay Bằng tay

KP7ABS - - 8 +.28 4 Bằng tay Bằng tay

Ghi chú:

*) - Các tiếp điểm mạ vàng.

**) - Có đèn báo ngắt relay áp suất thấp áp suất cao. T hiết bị không tiếp điểm

2.1 Cấu tạo cảm biến áp suất

CD ®

á p s u â t ^ E

\ r - * ị

u

-/ k ề

tr— X Ị J i

■ } ỉ i

1

K ©

1 - Đầu nốì

2 - Màng thép không gỉ 3 - Chip cảm biến 4 - Vỏ bọc 5 - Vỏ cao su

'4) (5) 6 - Mặt bảo vệ

Hình 3.11: cấu tạo cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất sử dụng thuộc tính điện trở thay đổi ứng suất thay đổi chât bán dẫn có câu tạo như hình 3.11.

Nó có “chip” cảm biến (3) bán dẫn Si có kích thước khoảng 4x3x1.7 mm “Chip” có màng mà bị biến dạng có tín hiệu áp suất đặt vào

2ệ2 Nguyên lý làm việc

Khi có áp suất tác động lên màng thép, trở áp bề mặt bán dẫn Si bị thay đổi thông qua trình khuếch tán nhiệt cảm nhận sức căng Bốn trở áp mắc thành mạch cầu, áp suất thay đổi tín hiệu điện áp tương ứng với áp suât thay đổi đưa ngồi qua chân tín hiệu Để tăng độ xác cho tín hiệu ra, người ta mắc thêm điện trở bù nhiệt độ, hình 3.12 trình bày m ặt cắt ngang mạch điện minh họa cho nguyên lý làm việc

Hình 3.12: Nguyên lý làm việc cảm biến áp suất

Thang đo cảm biến áp suất đa dạng Nếu dùns để đo lường, điều khiển bảo vệ tín hiệu áp lực dư nên chọn thang đo (l-E-1 0) kg/cm2, cịn dùng để đo lường, điều khiển bảo vệ tín hiệu áp lực chân khơng nên chọn thang đo (0-ỉ-l) kg/cm2

2.3 Sơ đồ kh ô i cua modul đo lường điều khiển bảo vệ tín hiệu áp lực

Nguyên lý hoạt động modul sau: hệ thống lạnh hoạt động, máy nén hoạt động, tín hiệu áp lực cao (HP - high pressure) áp lực thấp (LP - low pressure) cảm biến áp suât (high pressure sensor, low pressure sensor) cảm nhận chuyển đổi tín hiệu áp suất thành tín hiệu analog (điện áp), tín hiệu analog đưa đến vi mach số để mã hoá (IC mã hoá: biên đổi A/D) chuyển đổi tín hiệu từ analog sang digital (tín hiệu dạnơ

tín hiệu digital vi xử lý/ vi điều khiển hiểu Tại vi xử lý/ vi điều khiển tín hiệu xử lý theo chương trình lập trình cài đặt sẵn ở bên nó, sau xử lý xong hiển thị đo lường thông số áp lực cao áp lực thấp, mặt khác xuât tín hiệu digital truyền tới vi mạch số giải mã (IC giải mã: biến đổi D/A) để chuyển đổi tín hiệu từ digital sang analog, cuối tín hiệu khuếch đại trước tác động tới máy nén điêu chỉnh lại áp lực cao áp lực thấp vùng tối ưu theo mong muốn

Hình 3.13: Sơ đổ khối tự động đo lường, điều khiển bảo vệ áp suất LP, HP hệ thông lạnh

Khi thiết k ế thành lập mạch điều khiển cần phải chọn cảm biến áp suất cho phù hợp với loại áp lực Thông thường đo lường điều khiển áp lực thấp thiết bị bay thống lạnh cần phải chọn loại cảm biến áp suất có thang đo từ (0 4-20) Kg/cm2 phù hợp, đo lường điều khiển áp lực cao thiết bị ngưng tụ thống lạnh cần phải chọn loại cảm biến áp suất có thang đo từ (0 -=-35) Kg/cm2 phù hợp

Cảm biến áp suất, nhiều hãng giới sản xuất như: Trane, Century, Gabrielli, Roc Test, .v.v

III THIẾT BỊ T ự ĐỘNG ĐIỂU KHIEN v bảo v ệ áp Lực DẦU (dẩu bôi trơn)

l ể T hiết bị có tiếp điểm

Relay hiệu áp lực dầu loại thiết bị khí cụ điện sử dụng bảo vệ suất dầu cho máy nén hệ thống lạnh số lĩnh vực khác, q trình bơi trơn cho chi tiết truyền động máy nén quan trọng, phần giảm tối thiểu lượng ma sát phần tải nhiệt ngồi mơi trường làm mát cho bề mặt tiếp xúc chi tiêt truyền động Nêu không làm cho máy nén hư hỏng ngay, ưong q trình máy nén làm việc ngun nhân mà áp lực dầu (do bơm dầu bị hu hỏng, hệ thông bơm dầu bị cố tắt nghn đường đi, .v.v) relay hiệu áp lực dầu (relay oil pressure) có nhiệm vụ phải ngắt máy nén để tránh cho máy nén gặp nguy hiểm

1' Đường tín hiệu cacte máy nén (LP — Low pressure). 2- Đường dẫn tín hiệu áp lực dầu (OP - Oil pressure).

3- Hộp xếp (Bellow), ’- hộp xếp (1)

4- Nguồn điện xoay chiều AC 220V.

5- Thang điều chỉnh khoảng vi sai hiệu áp suâ't. 6- Thang điều chinh hiệu áp suất.

7- Vít vặn điều chỉnh hiệu áp suâ't.

8- Vít vặn điều chỉnh khoảng vi sai hiệu áp suất. 9- Lò xo.

10-Gối đỡ câu. 11-Thanh cấu mang tiếp điểm.

12-Cuộn dây đốt nóng khoảng thời gian.

13-Thanh lưỡng kim.

(56) (01): Tiếp điểm thường đóng. (57) (02): Tiếp điểm thường mở. (34): nguồn cuộn đốt nóng.

1.2 Nguyên lý làm việc tổng quát

Xem hình 3.14, thấy đường (1) đường lấy tín hiệu áp suất thấp (LP) áp suất cacte nơi chứa dầu bôi ươn cần bơm lên bôi trơn cho máy nén, đường (2) lấy tín hiệu áp lực dầu sau bơm dầu áp lực dầu (OP) Vì áp suất cacte ln thay đổi, để biết bơm dầu có làm việc hay chưa phải lấy tín hiệu: OP - LP = Pbơm (áp lực bơm), bơm không làm việc Pbơm = 0, lúc OP - LP = nên OP = LP

Khi máy nén hoạt động cách cấp nguồn qua tiếp điểm 56, đồng thời cấp nguồn vào cuộn dây đốt nóng (12) qua điểm 34 Như tín hiệu LP qua đường (1) vào hộp xếp (3), tín hiệu OP qua đường (2) vào hộp xếp (3’), đến thấy mang cơ cấu tiếp điểm (11)

chịu tác động lực: phía chịu tác động lực OP tạo (Fop), phía chịu tác

động lực lò xo (9) (Fiòxo) LP (Flp) tạo ra, lực có tác dụng làm thay đổi trạng thái tiếp điểm hay không? Thì sau máy nén hoạt động (30 -ỉ- 45)s có câu trả lời, sau khoảng thời gian máy nén bơm dầu tạo áp lực dầu Nếu máy nén bơm dầu tạo áp lực dầu, F0p > Fiịxo + FLp, làm cho (1 1) chuyển động lên phía trên, làm tiếp điểm thường đóng mở ngắt nguồn cấp cho cuộn dây đốt nóng (1 2), để tránh đốt nóng lưỡng kim khỏi bị cong làm tiếp điểm thường đóng 56 mở ngừng máy nén

đặt giá trị áp lực dầu khơng đạt, có nghĩa điều F0p > F]ịxo + FLp không xảy máy nén dừng hoạt động

Chú ý ở cuộn dây đốt nóng đóng vai trị timer, thời gian đốt nóng làm cong lưỡng kim lớn thời gian kể từ máy nén hoạt động cho đên tạo áp lực dầu, thông thường thời gian máy nén hoạt động tạo áp lực dầu từ (30^45)s, thời gian đốt nóng làm cong lưỡng kim từ (60^90)s

Hình 3.15 Sơ đồ mạch điện relay bảo vệ áp lực dầu cho máy nén lạnh, nguyên lý hoạt động sau: cấp nguồn AC 220V vào hai điểm A B, cuộn dây đốt nóng relay hiệu áp lực dầu có điện, đồng thời relay trung gian có điện, relay trung gian có điện cấp nguồn cho công tắc tơ để đưa máy nén vào trạng thái hoạt động

Khi máy nén hoạt động chưa có áp lực dầu, tiếp điểm 56 31 trạng thái đóng, sau khoảng thời gian khoảng (30-^45)s cuộn dây đốt nóng relay hiệu áp lực dầu bị đốt nóng chưa đủ độ nóng làm cong lưỡng kim để mở tiếp điểm 56, đồng thời sau khoảng thời gian máy nén tạo hiệu áp lực Ap = OP - LP phải đủ để làm thay đổi vị trí mang tiếp điểm mở tiếp điểm 31, ngắt nguồn cấp cho cuộn dây đốt nóng đảm bảo cho tiếp điểm 56 ln trạng thái đóng, máy nén hoạt động bình thường, sau khoảng mà máy nén chưa tạo đủ hiệu áp lực Ap = OP - LP sau khoảng thời gian (60-^90)s kể từ máy nén hoạt động cuộn dây đốt nóng đủ thời gian để đốt nóng làm cong lưỡng kim mở tiếp điểm 56, relay trung gian điện dẫn đến máy nén dừng hoạt động ngay, bảo vệ máy nén tránh hư hỏng khơng có khơng đủ áp lực dầu bôi trơn

Nếu máy nén hoạt động, lý áp lực dầu áp lực dầu giảm dẫn đến hiệu áp Ap không đủ sức giữ tiếp điểm 31 trạng thái mở, kết mang tiếp điểm phục hồi lại trạng thái ban đầu làm cho tiếp điểm 31 đóng lại, cuộn dây đốt nóng có điện đốt nóng lưỡng kim sau khoảng thời gian (60-^90)s tiếp điểm 56 mở ngắt nguồn relay trung gian, máy nén ngừng hoạt động

1.3 Relay hiệu áp dầu Danfoss

Relay hiệu áp dầu sử dụng kỹ thuật lạnh chủ yếu để bảo vệ bôi trơn máy nén Do áp suất khoang cacte máy nén thay đổi áp suất dầu khơng đổi khơng thể bảo đảm an tồn cho bơi trơn máy nén Chính vậy, hiệu áp dầu (áp suất dầu trừ áp suât cacte) đại lượng đánh giá đũng chê độ bôi trơn máy nén Hiệu áp dầu cần thiết nhà chế tạo máy nén qui định (thường Áp > 0,7 bar). Khi hiệu áp dầu thấp mức qui định relay hiệu áp dầu ngắt mạch để bảo vệ máy nén Tuy nhiên, khởi động máy nén hiệu

áp dầu 0 nên lúc có m ột relay thời gian nối tắt qua relay h iệu áp dầu, khoảng 45 - 120

giây, hiệu áp dâu xác lập, relay thời gian ngắt mạch Hình 3.16 giới thiệu nguyên tắc cấu tạo relay hiệu áp dầu

Hộp xêp áp suât thâp (2) lây tính hiệu áp suất cacte, hộp xếp áp suất dầu (9) lấy tín hiệu áp suât đầu bơm dầu Nêu hiệu hai áp suất giảm trục (15) dịch

chuyển xuống giảm đến thấp giá tri chỉnh trước lẫy tiếp điểm (6) bị kéo xuống nhờ vòng lẫy (7) ngắt tiếp điểm (1-2), đóng tiếp điểm (1-4) Ngược lai hiệu hai áp suâ't tăng lên trục (15) dịch chuyển lên, đạt giá trị áp suất đặt, lây tiêp điểm (6) bị đẩy lên nhờ vịng lẫy (8), đóng mạch (1-2) ngắt mạch (1-4)

Hình 3.16: Một loại relay hiệu áp dầu Danỉoss

a) Nguyên tắc cấu tạo; b) cấu tạo relay hiệu áp dầu

1 - Đầu nối áp suất thâp 2 - Hộp xếp áp suất thấp 3 - Đĩa điều chỉnh 4 - Lò xo chính 5 - Trục chính

6 - Thanh lẫy tiếp điểm 7 - Vòng lẫy ưên 8 - Vòng lẫy dưới 9 - Hộp xếp áp suât dầu 10 - Đầu nối áp suât dầu 1 - Lối luồn dây điện 12 - Nút reset

13 - Hệ thống tiếp điểm có cả tiếp điểm rơle thời gian

Hình 3.17 giới thiệu cấu tạo thực t ế relay hiệu áp lực dầu hãng SAGInoMIYA Nhật Bản chế tạo, khả hoạt ổn định, chất lượng tốt có nhiều Ưu điểm

Hình 3.17: cấu tạo relay hiệu áp lực dẩu SAGInoMIYA

1.4 Thông s ố kỹ thuật relay hiệu áp lực dầu

Bảng 3.3 Thông sô’ kỹ thuật số relay hiệu áp suất Danfoss.

Kiểu Môi chất

lạnh

Hiệu áp suất Ap (bar)

Vi sai đóng neắt max Ap

(bar)

Phạm vi hoạt động phía LP

(bar)

Thời eian ưễ ngắt (s)

Tải tiếp điểm

0.65 '0,2 -1 + 12 0* B

MP54 Freon 0,65 0,2 -1 -H 12 45 A

0,65 0,65 2,1

0,2 0,2 0,2

-1 + 12 -1 + 12 -1 + 12

90 120 120

A A A

0,3 + 4,5 0,2 -1 + 12 45 A

0,3 + 4,5 0,2 -1 + 12 60 A

0,3 + 4,5 0,2 -1 + 12 60 A

MP55 Freon 0,3 + 4,5 0,2 -1 + 12 90 A

0,3 + 4,5 0,2 -1 + 12 120 A

0,3 + 4,5 0,2 -1 -5- 12 0* B

o U) + U1 0,2 -1 + 12 0* c

0 ,3 + 4,5 0,2 -1 4- 12 45 A

0,3 + 4,5 0,2 -1 + 12 60 A

Freon và 0,3 + 4,5 0,2 -1 + 12 60 A

MP55A

amoniac 0,3 + 4,5 0,2 -1 + 12 90 A

0,3 + 4,5 0,2 -1 + 12 120 A

0,3 + 4,5 0,2 -1 4- 12 0* B

Ghi (bảng 3.3)

*) - Relay hiệu áp không ghép relay thời gian, kết hợp với relay thời gian A - Điện áp relay thời gian AC 15: 2A, 250V; DC 13: 0,2A, 250V

B - Kiểu khơng có relay thời gian AC 15: 0,lẢ, 250V; DC 13: 12W,125V

c - Kiểu khơng có relay thời gian AC 1: 10A, 150V; AC3: 4A, 250V; DC13: 12W, 125V 2ệ5 Các đường đặc tính làm việc relay hiệu áp lực dầu

1.5.1 Đặc tính làm việc relay hiệu áp lực dầu máy nén khởi động

Giả sử thời gian để lưỡng kim bị đốt để mở tiếp điểm 56 ROP (relay hiệu áp lực dầu) 45s, giá trị cài đặt Ấp = 0.68 bar, vi sai hiệu áp suất = 0.2 bar

Khi khởi động chưa có hiệu áp dầu nên ROP đóng tiếp điểm 31, cuộn dây đốt nóng có điện đốt lưỡng kim

Điểm A: khởi động, hiệu áp dầu thiết lập trước lưỡng kim ngắt mạch (nhỏ 45s) Hiệu áp hiệu áp dầu + vi sai hiệu áp suất = 0.88 bar điểm A tiếp điểm 31 ROP mỡ, nghĩa hiệu áp dầu thiết lập cho máy nén hoạt động

Điểm B: khởi động hiệu áp dầu không đạt giá trị yêu cầu ( chưa đạt 0.8 8bar) mà thời gian để lưỡng kim bị đốt làm hở mạch hết ( lớn 45s), nên lưỡng kim cong mở tiếp điểm 56 ngắt nguồn relay trung gian, điểm B, relay trung gian mở tiếp điểm làm ngắt mạch vận hành máy nén

Hình 3.18 đường đặc tính làm v iệ c relay hiệu áp lực dầu m áy n én khởi động.

1.5.2 Đặc tính làm việc Relay hiệu áp lực dầu máy nén hoạt động

Điểm C: hiệu áp dầu tụt xuống giá trị đặt, tiếp điểm 31 ROP đóng cuộn dây đốt nóng cấp nguồn đốt lưỡng kim

Điểm D: hiệu áp dầu đạt giá trị đặt + vi sai hiệu áp suất trước lưỡng kim hở mạch, tiếp điểm 31 ROP mở hiệu áp dầu trở lại giá trị bình thường

Điểm E: hiệu áp dầu tụt xuống giá trị đặt, tiếp điểm 31 ROP đóng cuộn dây đốt nóng câp nguồn đốt lưỡng kim

Điểm F: thời gian để lưỡng kim bị đốt hết mà hiệu áp suấ"t dầu giá trị đặt nên lưỡng kim cong mở tiếp điểm 56 ROP ngắt nguồn nuôi relay trung gian Ớ điểm F, relay trung gian mở tiếp điểm làm ngắt mạch vận hành máy nén

Hình 3.19' đường đặc tính làm việc relay hiệu áp lực dầu máy nén hoạt động Thiết bị không tiế p điểm

Thiết bị này, đo lường - điều khiển bảo

vệ áp lực dầu thông qua tín hiệu OP, tín hiệu LP cảm biến áp lực - vi mạch điện tử

2.1 Câu tạo cảm biến áp suất

INTERNAL STRUCTURE PA-870/PA-878

Hình 3.19: Đặc tính làm việc relay hiệu áp suất dầu máy nén hoạt động.

Pressure

Hình 3.20: cấu tạo cảm biến áp lực, chủng loại PA-870/ PA-878

1-đẩu gắn; - thép không rỉ; 3-cảm biến; -màng; 5-vỏ kim loại; 6-vỏ nhựa.

Cấu tạo cảm biến áp lực dầu (OP: Oil Pressure) áp lực thấp (LP: Low Pressure) hồn tồn giống nhau, loại cảm biến lây tín hiệu áp lực làm thay đổi trở áp sau xuất tín hiệu điện tương ứng với áp lực mà cảm biến nhận Hình 3.20 cấu tạo cảm biến áp lưc

2.2 Nguyên lý làm việc

nhận analog có giá trị từ IV đên 5V tương ứng với giá trị áp suất thâp nhât đên cao nhât khoảng đo cảm biên Dựa vào tín hiệu analog (điện áp) nhận được sẽ biêt được áp trị áp suất cần đo lường điều khiển

Loại cảm biến áp lực PA-870/ PA-878 có thang đo áp lực từ CO-E-IO) KG/cm2, thường đo áp suât thâp hệ thống lạnh Đối áp sua't cao cảm biến phải có thang đo từ

(0-E-35) KG/cm2.

Ở cần ý rằng, mua loại cảm biến áp suất mà khơng có database (có nghĩa sở liệu: ứng với giá trị áp lực có giá trị analog tương ứng) cần phải tìm database, cách phải có đồng hồ đo giá trị thực tê áp lực, đồng thời lúc đo giá trị điện áp đưa ứng với giá trị áp lực Đo nhiều giá trị áp lực khác làm thê vẽ đường tín hiệu analog đưa điều khiển, nêu tín hiệu đưa ở dạng tun tính tuyệt vời, cịn dạng phi tun tính cần phải thiêt k ế mạch phụ để chuyển tín hiệu từ dạng phi tuyến tính thành dạng tuyến tính sau lập trình điều khiển

2ế3 Sơ đổ khôi modul đo lường - điều khiển bảo vệ áp lực dầu

Cảm biến áp lực thâ’p (Low Pressure sensor)

Hình 3.21: Sơ đồ nguyên lý tự động đo lường, điều khiển bảo vệ áp lực dầu.

IV THIẾT BỊ Tự ĐỘNG ĐIỀU KHIEN ■ ■ ■ v à b ả o v ệỆ t í n h i ệ uề á p L ự c Nước

Đối với hệ thơng lạnh có thiết bị ngưng tự làm mát nước làm mát hổn hợp (vừa nước vừa khơng khí) Chính vậy, việc tự động điều khiển bảo vệ áp lực nước hêt sức quan trọng, bơm nước hoạt động khơns có thiếu áp lực nước phôt bơm (bạc lọt) bị cháy dẫn đến bơm hoạt động không Mặt khác thiếu nước làm mát khơns có nước làm mát q trình giải nhiệt không dẫn đến áp lực cao cao, máy nén làm việc tình trạng nguy hiểm, tỷ số nén tăng dịng qua động máy nén tăng nhanh Do bảo vệ áp lực nước vấn đề quan hệ thơng lạnh có thiết bị ngưng tự làm mát nước làm mát hổn hợp (vừa nước, vừa khơng khí)

Đối với thiết bị tự động đo lường, điểu khiển bảo vệ áp lực nước có nhiều loại thiết bị có tiếp điểm thiết bị khơng có tiếp điểm

1 Thiết bị có tiếp điểm

Thiết bị điều khiển bảo vệ áp lực nước relay áp lực nước, loại thiết bị chuyển đổi tín hiệu áp lực nước thành tín hiệu đóng cắt tiếp điểm điện (ON/OFF) để điều khiển bảo vệ áp lực nước cho thiết bị ngưng tụ làm mát nước làm mát nước không khí, ngồi cịn bảo vệ áp lực nước làm mát cho máy nén có áo nước giải nhiệt, đồng thời bảo vệ cho bơm nước tránh hoạt động trường hợp thiếu nước khơnơ có nước

1.1 Cấu tạo relay áp lực nước (hình 3.22) 1- Cửa nước vào đặt đường ống

2- Cửa nước đặt đường ống

3- Tấm cảm biến áp lực nước thông qua tốc độ

4- Ty gắn chặt vào cảm biến

5- Màng cao su đàn hồi chịu áp lực ngăn không cho nước qua lại khoang (a) (b)

6- Vít điều chỉnh hay cài đặt áp lực nước 7- Lị xo gắn vít ty

8- Gối đỡ cô" định giữ ty theo phương thẳns đứng

9- Thành ông relay áp lực nước nốì với ống dẫn nước 10- Thang cài đặt áp lực nước trước làm việc

1 1- Vỏ bảo vệ relay áp lực nước làm sứ 12- Nút phục hồi (reset)

Relay áp lực nước dùng để bảo vệ áp lực nước cho trình làm mát loại dàn ngưng dàn ngưng tụ ống chùm, dàn ngưng tụ hỗn hợp (khơng khí nước) hệ thơng lạnh Nêu áp lực nước bị khơng đủ cố báo mạch điện điều khiển ngưng hoạt động hệ thống lạnh

Nguyên lý làm việc relay áp lực nước dựa nguyên lý áp lực áp lực động học dòng nước ống sinh ra, tác dụng vào cảm biến áp lực thơng qua tơc độ dịng nước ống

Theo định luật Becnully: áp suất dịng nước ơng viêt dạng phương trình sau:

1.2 Nguyên lý làm việc

p,n = p b + pgz + Ì P - K = pb + i p w ,‘b (3-5)

Trong đó: p b :

w tb :

z = Pnlp

áp suất bơm tạo Pb = const vận tốc trung bình nước ống

(ta xem ông dẫn nước nằm ngang)

áp suất động học toàn phần tác dụng lên cảm biến

Ban đầu vít điều chỉnh điều chỉnh cài đặt áp lực nước tác động vào tâm cảm biên thang 10, lò xo cho lực kháng Pix tương ứng với việc điều chỉnh Khi bơm nước chưa hoạt động (hoặc làm việc mà sinh áp lực nước không đủ), ty vị trí ban đầu, tiêp điểm thường đóng đóng Khi bơm nước hoạt động tạo áp lực Ptp đủ lớn, lớn lực kháng lò xo sinh (Ptp > Pix), lực tác dụng lên cảm biên làm cho ty dịch chuyển theo nguyên lý cánh tay địn với điểm tựa gối đỡ sơ" 8, kết tiếp điểm thường đóng 01 mở ra, tiếp điểm thường mở 02 đóng lại, đưa tín hiệu điều khiển máy nén hoạt động Nút

12 lò xo 13 dùng để phục hồi cách tự động lại trạng thái ban đầu, màng cao su số ngăn khơng cho nước lên phía Các đường ống dẫn nước làm mát cho dàn ngửng hệ thống lạnh thường ống nhựa, v ỏ bảo vệ relay 11 thường làm sứ để cách điện tốt nhất, lắp relay áp lực nước cần phải lắp chiều, cịn lắp sai khơng có tác dụng

Khi chế tạo relay áp lực nước cần phải ý tâm cảm biến áp lực đặt trùng với tâm ống tốt nhất, vận tốc dịng nước ống tâm ống lớn nhất, tốc độ dịng nước điểm tồn diện tích cảm biến nói lên giá trị trung bình áp lực động học nước tác dụng lên cảm biến tương đối xác

Hình 3.23 đồ thị biểu diễn tốc độ dịng chảy nước

đi ơng ' Hình 3.23: Đồ thị biểu diễn tốc độ dòng

chảy nước ống Theo phương trình Newton dịng chảy chê độ

chảy tầng tốc độ dòng chảy viết

W { r ) = - - ^ - [ r - r l \ (3-6)

2 ju.rw Với: X : ứng suất tiếp tuyến

ụ. : độ nhớt nước

rw : bán kính ống dẫn nước

r : khoảng cách từ tâm ông đếm điểm ống

T X r 2

Như vậy: Wmx = lt lv , r = (3-7)

2 /<xr„

w* , dF = n r d r (3-8)

n x r ;

, Wtb = 0.5 w max (3 -9 )

4/Ar„

Trong sô" trường hợp: dòng chảy chảy chế độ khác chảy rối, chảy độ vận tốc trung bình dịng chảy tính theo cơng thức sau

w tb = vj/.Wmax (3-10)

Với lị/: hệ sô" điều chỉnh tốc độ v|/ = 0.3 -ỉ-0.5

Ap lực động học sinh tác dụng lên cảm biến là:

Pr = fi+ fig z + j p w ỉ = p t + j p w j (z = 0) (3-11)

2 Thiết bị không tiế p điểm

Cảm biến áp lực nước có cấu tạo khác so với cảm biến áp lực dầu áp lực gas, phần cảm biến cực tụ điện, áp lực nước thay đổi làm khoảng cách hai điện thay đổi dẫn đến điện dung tụ thay đổi, hiệu điện sinh hai cực tụ thay đổi Sự thay đổi điện áp sinh hai đầu cực điện cho biết giá trị áp lực nước tương tác

2.1 Cấu tạo cảm biến áp lực nước 1- Vỏ cảm biến làm inox 2- Bản cực cố định tụ điện

3- Bản cực cảm biến áp lực nước dịch chuyển nhờ lực tương tác vào lò xo đẩy tới 4- Bề mặt chịu tương tác áp lực nước, làm hợp chất polyme chịu tương tác đàn

hồi khơng bị ăn mịn 5- Lò xo cảm biến

~ AC nguồn ni cho cảm biên 24V

• DC t ừ( l - ) V - • Cảm biến áp lực nước

2

Hình 3.24: So' đồ cấu tạo cảm biến áp lực nước

2.2 Nguyên lý làm việc

Dưới tác dụng áp lực nước vào bề mặt chịu tương tác đàn hồi 4, lò xo cảm biến sinh lực đàn hồi đẩy cực vào, làm cho khoảng cách hai cực d tụ điện thay đổi, điện dung tụ điện thay đổi dẫn đến điện trở điện dung thay đổi, mặt khác dịng điện nguồn ni khơng thay đổi Vì vậy, làm cho điện áp thay đổi Điện áp tín hiệu analog đưa đo lường điều khiển Tín hiệu analog đưa tớii)ộ biến đổi A/D sau đưa tới vi xử lý/ vi điều khiển Tại vi xử lý/ vi điều khiển tín hiệu xử lý, tính tốn theo chương trình lập trình cài đặt sẵn ở bên nó, xuất tín hiệu đo lường điều khiển

Vỏ cảm biến làm inox để tránh ăn mịn điện hố, cảm biến có thang chịu áp lực giới hạn, trình đo lường tự động điều khiển sử dụng khơng đúng, có nghĩa bắt cảm biến chịu áp lực lớn áp lực đáng thủng cảm biến làm cho cảm biến bị hư hỏng

V CÁC SỐ CẢM BIẾN ĐO ÁP SUẤT

l ề c ả m biến đo áp suất loại học ^

Nguyên lý tác dụng cảm biến đo áp suất biến dạng dựa sở biến dạng đàn hồi phần tử cảm biến hay tạo ứng lực chúng Có ba loại cảm biến chính: lị xo ống, ơng syphon, màng mỏng

a) Lị xo ống

• C âu tạo: lò xo ống kim loại uốn cong, đầu giữ cố định đầu để tự Lò xo ống chủ yếu dùng để biến đổi áp suất đối tượne đo đưa vào ống thành dịch chuyển đầu đo Phổ biến lị xo ơng có vịng, cung trịn, có tiết diện

ngang hình trái xoan (hình 3.6). Để ch ế tạo lò xo áp suât cao 5MPa ta dùng kim loại đồng thau đồng đỏ Lò xo với áp suât thấp 5MPa sử dụng hợp kim nhẹ, thép hợp kim Đặc biệt, với áp suâ't lớn lOOOMPa, người ta sử dụng thép gió

1 Nguyên lý hoạt động: tác dụng áp suất cao ơng, lị xo dãn ra, cịn tác dụng áp suất thấp co lại

b) Syphon

Syphon hình trụ xếp nếp đặt theo chiều ngang có khả thay đổi đáng kể tác dụng áp suất hay lực Tỷ số tác dụng lực đặt lên với biến dạng không đổi, gọi độ cứng syphon Để tăng độ cứng, người ta thường đặt thêm lò xo ống Syphon chế tạo với kim loại khác thép cacbon, thép khơng gỉ, hợp kim nhơm với đường kính (80+1000)mm, bề dày

c) M àng

Màng có màng đàn hồi màng dẻo Màng đàn hồi có dạng phẳng trịn hay uốn nếp, có khả chịu uốn tác dụng áp suất Màng uốn nếp có độ võng lớn màng phẳng chúng có đặc tính phi tuyến nhỏ Các màng loại chế tạo loại thép khác

Màng dẻo dùng để đo áp suất nhỏ hay hiệu số áp suất Chúng mặt bích phẳng hay đĩa uốn nếp, ch ế tạo từ vải cao su, teflon

2ế Cảm biến áp suất với m àn g sọc co giãn kim loại (Strain gauge)

Chỉnh điểm 0

Bù trừ nhiệt độ của trị sô định mức

í

D + AD

—p —

•ị Y 1 -Ị— - -1 + AI

N su n điện

H iệu chỉnh sự tuyến tính H iệu chỉnh trị sơ" định mức

Hình 3.26: Dẫy dẫn bị biến dạng Hình 3.27: Mạch điện màng sọc co giãn

Màng sọc co siãn loại cảm biến quan trọng dùng để đo áp suất, lực Lợi điểm nàng sọc co giãn có trị sơ" đo xác, kích thước bé Để có độ xác cao, mạch điện

ần nhiều điện trở bù trừ sửa sai (hình 3.27).

Độ nhạy K màng sọc co giãn tỉ lệ thay đổi tương đối điện ưở độ giãn nở:

k = A R / _ R = + Ạ P / _ P (3_12)

A l / l A l / l

Trong đó: AR/R: sai số tương đối điện trở R Alã: sai số tương đối chiều dài điện trở Ap/p: sai số tương đôi điện trở suât ụ.: hệ số Poisson

Vật liệu để làm màng sọc co giãn kim loại hay vật liệu bán dẫn — thường silic Dưới áp lực áp suât, màng sọc co giãn bị biên dạng Sự thay đổi điện trở gồm hai thành phần hình học tính chất vật liệu Sự thay đổi thành phần sau điện trở suất p bị thay đổi Cảm biến áp suất với màng sọc co giãn kim loại phần lớn dựa vào thay đổi kích thước hình học Trong cảm biến áp st với màng sọc co giãn bán dẫn dựa vào thay đổi vật liệu nó, ở điện trở suất đến 98%. Phần lớn lại đóng góp vào thay đổi điện trở biến dạng kích thước hình học Cảm biến áp suất với màng sọc co giãn kim loại chia làm ba loại tùy theo phương pháp ch ế tạo

• Màng sọc co giãn kim loại • Màng sọc co giãn màng mỏng • Màng sọc co giãn màng dây

a) M àng sọc co giãn kim loại

Cấu trúc thông thường cho ta K - 2 với vật liệu kim loại Màng sọc co giãn loại thông thường đường dây dẫn điện kim loại mịn nằm chất dẻo Người ta thực phương pháp in lụa hay quang khắc Vì thay đổi chiều dài thực tế bé, đường dẫn điện chế tạo thành đường uốn khúc để có chiều dài lớn nằm diện tích bé, từ ta có thay đổi điện trở đáng kể Trong hình 3.28 trình bày màng sọc co giãn

Đường dẫn điện phình điểm uốn để làm giảm sai số đo với giãn nở ngang Thường người ta chế tạo nhiều màng sọc co giãn để đo lúc co giãn nhiều hướng khác Điện trở định mức từ vài chục đến vài trăm Ohm Điện trở màng sọc bị ảnh hưởng nhiệt độ Để giải vân đề người ta nối hai hay bốn màng sọc thành nửa hay cầu điện trở, hai số chịu tác động lực

Đặc trư n g kỹ th u ật:

• Áp simt làm việc: (10+5.l(ý) bar. • Dải nhiệt độ hoạt động: (-40± + l20)°C. • Sai số: ± (0.1+0.3)%.

Hình 3.28: Màng sọc co giãn cơng

b) M àng sọc co giãn loại m àng m ỏng

Ngày màng sọc co giãn với kỹ thuật màng mỏng chế tạo phương pháp bốc chân không hay công nghệ phun bụi (sputtering) Qua hai phương pháp cầu điện trở có độ nhạy cao bị ảnh hưởng nhiệt độ

Màng sọc co giãn thực với cơng nghệ màng mỏng đạt tính chât ưu việt như:

• Sự ổn định lâu dài với thời gian tốt • Độ xác cao

• Điểm zero tồn thang đo ổn định nhiệt độ • Chịu đựng tơ"t rung

• Thích hợp cho đo áp suất tĩnh động • Tiêu hao lượng

Một sô ứng dụng đặc biệt mang sọc co giãn

• Dùng việc thử nghiệm động

• Kiểm sốt áp suất bên buồng máy bay Airbus A300 • Kiểm sốt sức nén liên tục động phun lực

Đặc trưng kỹ thuật

• Áp suất làm việc: (2 1 +3.103) bar. • Dải nhiệt độ hoạt động: (-40++500) °c. • Độ xác: ±(0.1+0.5)%.

c) Cảm biến áp suất loại m àng m ỏng sọc co giãn với kỹ thuật m àng dày gốm Cảm biến loại không dùng rộng rãi so với loại kỹ thuật màng mỏng Màng sọc co giãn ch ế tạo ê n gốm (AI2O3) với kỹ thuật in lụa Lợi điểm kỹ thuật màng dày ch ế tạo cảm biến áp suât mạch khuếch đại với kỹ thuật mạch lai (Hybrid Technology)

Đặc trưng kỹ thuật

• Áp st làm việc: (7-r2ỗl ó 2) bar.

• Dải nhiệt độ hoạt động: (-50 -T +150)°c. • Sai số: ±(0.3 -T 0.5)%.

3ễ Cảm biến áp suât áp điện thạch anh

M ch k h u y ế c h đại đ iện tử (5 ) _

Cửa (1)

C c m iế n g thạch anh (2)

M ả n g b iế n đ ố i (4) B u n g b iế n ổ i (3)

Hình 3.29: Sơ đồ nguyên lý biến đổi áp suất bằng tinh thể áp điện

nén N theo quan hệ: <2= k.N, đó: k hệ số phụ thuộc vào kích thước lát c ắ t chât tinh thể (với thạch anh, k=2,1.10~12C/N).

Sơ đồ biến đổi áp suất tinh thể áp điện hình 3.29. Áp suất đo biến đổi thành ứng suất nhờ màng biến đổi (4), tạo thành lực nén lên miếng thạch anh (2), đường kính 5mm, dày lmm. Điện tích Q xuất cửa đưa đến khuếch đại điện tử (5) có tổng trở vào lớn, cỡ 1013Q Quan hệ áp suất p điện tích Q là: Q - k.F.P, đó: F diện tích hữu ích màng

Để giảm quán tính biến đổi, người ta giảm thể tích buồng (3) Vì tần sô"

dao động riêng hệ thống màng - lát cắt thạch anh vào khoảng hàng chục kHz, nên í)iến đổi đo dạng có đặc tính động học cao Do đó, chúng sử dụng rộng rãi để đo kiểm tra áp suất hệ thông có q trình dịng chảy nhanh Độ nhạy biên đổi nâng cao cách mắc song song số tinh thể thạch anh tăng diện tích hữu ích màng Khơng dùng đo để đo áp suất tĩnh

Đặc trưng kỹ thuật

• Giới hạn đo khoảng (2,5+ 100)MPa. • Cấp xác 1.5; 2.

4 C ảm biến p suất kiểu điện dung

Trong cảm biến áp suất kiểu điện dung {hình 3.30), màng đàn hồi làm gốm với 90% AI2O3 Trên hình 3.30, màng (1) nhận áp suất đo cực động biến đổi điện dung Bản cực tĩnh (2) cách điện với vỏ thạch anh Sự phụ thuộc điện dung c vào độ dịch chuyển ổ của màng có dạng:

(2 ) B ả n cự c tĩnh

c = E.s

Ỏ + Ổn (3-13)

1 1 (1 ) M n g k im lo i I p

Hình 3.30: Cảm biến áp suất kiểu điện dung

Trong đó: e. sơ điện mơi chât cách điện điền đầy khe hở cực Ặ:khoảng cách cực áp suất 0.

S: diện tích cực

Đê biên đơi điện dung c thành tín hiệu đo lường, người ta dùng cầu xoay chiều hay mạch vòng cộng hưởng L - c Bộ cảm biên áp suất kiểu điện dung đo áp suất đến HOMPa, dải nhiệt độ hoạt động: (-20 +80)°c.

Đặc trừng kỹ thuật

• Áp suất làm việc: (0.1+70)bar.

• Dải nhiệt độ hoạt động: (-40+150)uC. • Sai số: ±(0.1Jr ) c7c.

5 Cảm biến áp suất kiểu cảm ứng

I

Trên hình 3.31 sơ đồ cảm biến đo kiểu cảm ứng Màng (1) phần thép động nam châm điện (2) có quấn cuộn dây (3) Dưới tác dụng áp suất đo, màng (1) dịch chuyển làm thay đổi điện cảm phần tử biến đổi cảm ứng Nếu bỏ qua điện trở tác dụng cuộn dây, từ thông tổn hao lõi thép độ tự cảm L phần tử biến đổi xác định:

L = W 2^ Ạ

1 p

J L

Pf

(1) Màng

í(2)Nam châm điện (3) Cuộn dây

Hình 3.31: Sơ đồ cảm biến kiểu cảm ứng

(3-14)

Trong đó: w - sơ" vịng dây cuộn dây ổ - chiều dài khe hở khơng khí s - tiết diện ngang khe hở khơng khí

ỊẨị) - độ từ thẩm của khơng khí.

Khi đo độ tự cảm L thường thực cầu đo xoay chiều hay mạch cộng hưởng L - c Khi áp suất từ (0,5+1 )MPa, bề dày màng khoảng (0,l-r0,3)mm. Còn áp suất (20^30)MPa bề dày màng l,3mm.

6 Cảm biến áp suất cho tín hiệu điện biến áp vi sai

Bộ biến đổi áp suất kiểu biến áp vi sai hình 3.32 gồm: cảm biến biến dạng (1) phần tử biến đổi (2) Phần tử biến đổi khung cách điện, có quấn cuộn dây sơ câp (7) Cuộn sơ cấp gồm hai cuộn dây (4) (5) đấu ngược chiều Trong rãnh cuộn dây, người ta đặt lõi thép động (6) nối với lò xo (1) đầu kéo căng (3) Cửa cuộn thứ cấp đâu với điện trở Ri- Tín hiệu cửa biến đổi hình thành sau: có dịng điện li chạy qua cuộn sơ câp tạo từ thông hai nửa cuộn thứ câp, làm suất sức điện động cảm ứng ei ei Độ lớn chúng phu thuộc vào hỗ cảm cuộn sơ câp Ml, M2 Phương trình điện áp biên đổi:

Hình 3.32: Cấu tạo biến đổi áp suất kiểu biến áp vi sai

Biến đổi áp suất đo thành tín hiệu ura thực cách biến đổi áp suât thành biến dạng phần tử cảm ứng gắn với lõi sắt (6) sau biến đổi sự dịch chuyên lõi thép thành tín hiệu điện

7 Cảm biến áp suất điện tử a) Câu tạo

1 - Đầu nôi

2 - Màng thép không gỉ 3 - Chip cảm biến 4 - Vỏ bọc 5 - Vỏ cao su 6 - Mặt bảo vệ

Hình 3.33: cấu tạo cảm biến áp suất

Cảm biến áp suất sử dụng thuộc tính điện trở thay đổi ứng suất thay đổi chất bán dẫn có cấu tạo hình 3.33.

Cảm biến áp suất có “chip” cảm biến (3) bán dẫn Si có kích thước khoảng 4x3x1.7 mm. Màng cảm biến củ a“chip”' bị biến dạng có tín hiệu áp suât đặt vào

b) Nguyên lý làm việc

Hình 3.34: Nguyên /ý làm việc cảm biến áp suất

Khi có áp suất tác động lên màng thép, trở áp bề mặt bán dẫn Si bị thay đổi thơng qua q trình khuếch tán nhiệt cảm nhận sức căng Bốn trở áp mắc thành mạch cầu, áp suất thay đổi tín hiệu điện áp tương ứng với áp suất thay đổi đưa ngồi q chân tín hiệu Để tăng độ xác cho tín hiệu ra, cần phải mắc thêm điện ưở bù nhiệt độ Hình 3.34 trình bày mặt cắt ngang mạch điện minh họa cho nguyên lý làm việc

8 Các phương pháp chuyến đổi khác

a) Phương pháp quang điện

Transistor npn phản xạ từ bề mặt vật trung gian chịu tác động biến dạng gương gắn học với vật trung gian Trong phương pháp thứ hai, người ta sử dụng cánh cửa động có liên hệ học với màng hay ống syphon chịu tác động áp suất cần đo

b) P h ềíơng pháp transistor áp điện Màng biến dổi Mũikimcưdng

Trong transistor áp điện loại npn, dùng mũi nhọn tác dụng lực F lên emitter, độ dẫn vùng chuyển tiếp emitter - base bị thay đổi ứng dụng mạch khuếch đại sử dụng transistor loại này, tín hiệu đầu tỉ lệ với lực tác dụng Cảm biếi> dùng ưansistor áp điện đo áp

suất khoảng l,5bar. Hình 3.35: Cảm biến đo áp suất dùng

0 Diode đương hầm tran$istor ip đlện

Phần điện ưở âm đường biểu diễn diode đường hầm bị ảnh hưởng mạnh với áp suất Với điện khơng đổi dịng điện thay đổi mạnh tác dụng áp suất

d) Quang trở nhạy với áp suất

Các loại điện trỡ quang, đặc biệt loại đơn tinh thể CdS được pha tạp cho làm việc với khoảng phổ hẹp, xạ, bị áp suất tác dụng

VI CÁC MẠCH ĐIỆN c BẢN BẢO VỆ TÍN HIỆU ÁP Lực

/

'2ẻ Mạch điện bảo vệ áp lực thấp (áp simt bay hơi)

4ề Mạch điện bảo vệ hiệu áp lực dầu

VII CÁC THIẾT BỊ Tự ĐỘNG ĐIỀU CHỈNH ÁP Lực có ĐẶC TÍNH LIÊN TỤC

l.C ác thiết bị tự động điều chỉnh có đặc tính liên tục

1.1 Các k h i niệm bản

Trong kỹ thuật lạnh người ta sử dụng hai loại dụng cụ tự động điều chỉnh áp suất chính: loại tiết lưu áp suất dùng để điều chỉnh suất lạnh máy lạnh van điều chỉnh nước giải nhiệt cho bình ngưng để trì áp suất khơng đổi cho bình ngưng tụ

Thiết bị tiết lưu áp suất dùng để không chế áp suất bay hơi hút máy nén Sự không chế áp suất bay thực việc thay đổi trở lực thủy khí van

Thiết bị tiết lưu ( hay gọi điều biến - moduating) áp suất chia làm nhóm theo kiểu tác động trực tiếp gián tiếp

Các thiết bị tiết lưu áp suâ't trực tiếp sử dụng cho thiết bị không lớn lắm, đường kính danh nghĩa van khơng vượt q 20 -ỉ-25mm

Theo chức làm việc, người ta chia dụng cụ dùng để điều chỉnh áp suất bay hơi, dụng cụ điều chỉnh áp suâ't ngưng tụ, dụng cụ điều chỉnh suất lạnh, dụng cụ dùng để điều chỉnh áp suất cacte máy nén

Hình 3.40: Van điểu chỉnh áp suất bay kiểu KVP của Danfoss

đường câp nước cho bình ngưng, tín hiệu điều chỉnh van áp suât đầu đẩy máy nén áp suâ't ngưng tụ

1.2 Thiết bị điều chỉnh áp suất bay hơi Hình dạng bên ngồi van điều chỉnh áp suât bay kiểu KVP Danfoss dùng cho môi chất lạnh freon sau

Kêt cấu van điều chỉnh áp suất KVP Danfoss, xem hình 3.40

Van điều chỉnh áp suất bay lắp đường ống hút phía sau dàn bay để thực nhiệm vụ sau:

- Khống chế áp suất bay khơng đổi qua khống chế nhiệt độ khơng đổi phía bề mặt dàn bay

- Đảm bảo áp suất hút khơng xuống q thấp ( ví dụ bảo vệ việc chống đóng băng) Van đóng lại áp suất bay giảm xuống mức qui định ( giá trị cài đặt) lại tiếp tục mở van cho vào máy nén áp suất vượt mức qui định

- Van KVP dùng thấy khác biệt áp suất bay nhiều dàn bay hệ thơng có máy nén

Thơng sơ' kỹ th u ậ t van Hình 3.41: Kết cấu của

van điều chỉnh áp suất bay kiểu KVP của

Danfoss

1-Nắp bảo vệ; 2-Đệm kín; 3-Vít điều chỉnh; 4- lị xo chính; 5- thãn van; 6-hộp xếp cân bằng; 7- điã van; 8- đế van; 9- cấu đệm trục; 10- đầu nối áp kế; 11- nắp; 12- đệm kín;

13- kim chèn kín.

- Dùng cho mơi chất CFC, HCFC, HFC

- Dãy áp suất điều chỉnh: -> 5,5 Bar

- Áp suất làm việc lớn 14 bar

- Áp suất dùng để thử lớn nhất: ■ KVP 12 -ỳ 22: p ’ = 28 bar ■ KVP28 -» 35: p ’ = 25,6 bar - Nhiệt độ môi chất lớn nhất: 100°c - Nhiệt độ môi chất thấp nhất: -40°c

- Dải áp suâí làm việc lớn ( maximum p band): ■ KVP 12-»22: l , b a r ể

■ KVP 28->35: 2,8 bar

- Lưu lượng nước (tính đơn vị m3/h ) với tổn thất áp suất van bar với dải P- band sau:

Nguyên tắc làm việc: độ mở van định áp suất bay môi chât vào van theo tỉ lệ, áp suất bay lớn van mở to, áp suất bay nhỏ, van mở nhỏ đóng áp suất bay giảm xuống mức qui định

Lực đóng van lực lị xo nén tác động từ xucrng Lực đóng van điều chỉnh vít điều chỉnh sơ" Lực mở van áp suất bay tác động lên diện tích đĩa van từ lên Khi lực lị xo nén lớn cân với lực mở van đóng Khi lực mở thắng lực lị xo nén van mở

Năng suất lạnh van thông số kỹ thuật để ta chọn van phụ thuộc vào loại môi chất lạnh, nhiệt độ bay hơi, nhiệt độ ngưng tụ, đặc tính làm việc van hiệu áp qua van

Bảng 3.4 Giởi thiệu suất lạnh van KVP Dan foss

Type Pressure drop in reaulatcx AD bar

Evaporating tem perature te 'C

- 30 - - - 15 - 10 - 1 0 1 c,

R 22

K V P 12 0.1 1.9 2 1 2 3 2 6 2 9 3 2 3 5 3 a

K V P 15

K V P 22 0 2 2 5 2 s 3 2 3 6 4 0 4 4 4 9 5 3

0 3 3 0 3 4 3 3 4 3 4 8 5 3 5 s 6 5

0 4 3 3 3 3 4 3 4 9 5 5 6.1 6 7 7 4

0 5 3 4 4 1 4 7 5 3 6 0 6 7 7 4 a 2

0 6 3.6 4 2 5.0 5 7 6-4 7 2 8-0 3 8

K V R 28 0.1 4 0 4 5 5 0 5 6 6 2 6-8 7 5 8-2

K V P 35 0 2 5 4 6 2 6 9 7 7 8 6 9 5 1 C 4 11 4

0 3 6 3 7 3 8 2 9 3 1 3 11.5 1 6 1 9

0 4 7 0 8.1 9 2 10 4 11 7 1 0 14 4 15 8

0 5 7 4 8 7 10.0 11.4 12 8 1 3 15 s 1 5

0 6 7 6 9.1 10.6 12 2 13 8 1 4 1 1 1 9

Bảng 3.4 suất lạnh van kiểu KVP với dịch chuyển (offset) 0,6 bar môi chât lạnh R22

Năng suất lạnh van phải phù hợp với suất lạnh dàn bay phụ thuộc vào nhiệt độ môi chất lạnh lỏng trước van tiết lưu, độ giáng áp qua van Ap hệ số hiệu chỉnh offset 0,6 bar Nhiệt độ lỏng trước van tiết lưu 25°c

Năng suất lạnh van tính cho bão hịa khô trước van điều chỉnh Khi thiết kế, suất lạnh dàn bay cần nhân với hệ số hiệu chỉnh từ nhiệt độ lỏng trước van tiết lưu ti offset ưong van

Bảng 3ế5 Hệ sô' hiệu chỉnh ( ti)

t |,° c 15 20 25 30 35 40

R22 0.93 0,96 1,0 1,04 1,09 1,15

Bảng 3.6 Hệ số hiệu chỉnh offset Ap (bar)

Offset (bar) 0,2 0,4 0,6 0,8 1,0 1,2

KVP 2,5 1,4 1,0 0,77 0,67 0,59

chỉnh áp suât cần phải đóng mở 5,1 bar Năng suât lạnh dàn bay Qo — 4,5 kW, nhiệt độ bay to = 5°c, nhiệt độ lỏng trước van tiết lưu ti = 30°c Chọn van thích hợp?

Giải

Ta có hệ số hiệu chỉnh ti = 1,04 30°c Offset: , - 5,1 = ,7 bar

Hệ số hiệu chỉnh offset: (1,04 + 0,7)/2 = 0,89

Năng suất lạnh hiệu chỉnh: Qo = 4,5* 0,89* 1,04 = 4,17 kW Hiệu áp phía van: Ap = 5,8 - 5,2 = 0,6 bar

Với R22 ta có Ap = 0,6 bar, Q„ = 4,17 kW, to = 5°c ta chọn KVP12,15 22 với suất lạnh max = , k w Khi ta chọn van điều chỉnh ta cần chọn đường kính danh nghĩa 12,15 2 cho phù hợp với đường kính ống hút máy nén đường kính ống dàn bay

Ý nghĩa P-band offset:

Dải tỉ lệ hay P-band áp suất cần thiết để di chuyển đĩa van từ vị trí đóng đến vị trí mở hồn tồn

Ví dụ: van điều chỉnh áp suất cài đặt để mở áp suất bar va dải P- band van 1,7 Van có suất lạnh lớn áp suất đầu vào đạt giá trị 5,7 bar

Hệ số hiệu chỉnh offset độ chênh lệch áp suất áp suất làm việc cần thiết áp suất làm việc thấp cho phép

Hệ sô" hiệu chỉnh offset phần P-band

Để giảm hiệu áp hay độ giáng áp qua van đến mức thấp nhất, người ta sử dụng van tác dụng gián tiếp kiểu PKV PKVS, lây tín hiệu áp suất ngưng tụ để đóng mở van chính, ngồi cịn có đường thơng khí từ bên áp sua't cao sang bên áp suâ't thấp để đóng mở van phụ Khi sử dụng van PKV kết hợp với van điện từ bố trí đường thơng người ta kí hiệu PKVS Hiệu áp suất qua van giảm xuống đến 0,02 bar

Van PKV/PKVS dùng cho hệ thơng lạnh có nhiệt độ âm sâu với tổn thất áp suất qua van thấp

ứ n g dụng: ứng dụng đơn giản van điều chỉnh áp suất bay kí hiệu KVP thể trêrt hình 3.43

Hình 3.44: Van điều chỉnh áp suất ngưng tụ kiểu KVR KVR.

r ® I I I I Ị l- ị-H - r Xét ứng dụng ta thấy phía sau dàn bay

hơi nhiệt độ cao to = +6° c được lắp van điều chỉnh áp suất để tránh đưa nhiệt độ dàn xuống ngang với dàn bay nhiệt độ thấp to = -4°c, áp simt hút máy nén nên Ph tương ứng với nhiệt độ -4°c, nhiệt độ bay dàn lạnh

Tuy nhiên ta cần lưu ý thiết phải lắp van chiều đường ống hút cho dàn có nhiệt độ lạnh sâu để tránh tích lỏng dàn lạnh máy nén dừng làm việc Ngồi ta nên bơ" trí van điện từ sau bình chứa để khố lỏng máy nén dừng

Kinh nghiệm nhiệt độ dàn lạnh cách ° c trở lên, ta phải lắp thêm van chiều cho dàn lạnh lớn Trước người ta hay dùng van điều chỉnh áp suât cho hệ thống lạnh với máy nén có nhiều dàn bay khác nhiệt độ ngày người ta sử dụng van điều chỉnh áp suâì bay cho hệ thơng lạnh có dàn bay để tránh tượng áp suất bay dao động m ạnh tải nhiệt dàn bay thay đổi mạnh

Do áp suất dàn bay phụ thuộc vào nhiệt độ bay nên ta khống chê áp suât bay qua việc không ch ế nhiệt độ bay

1.3 Thiết bị điều chỉnh áp suất ngưng tụ

1.3.1.Thiết bị điều chỉnh p suất ngưng tụ dàn ngưng giải nhiệt gió

Áp suất ngưng tụ áp suất bình chứa đại lượng quan ưọng để xác định suất lạnh van tiết lưu đảm bảo lưu lượng môi chất lạnh cần thiết cấp cho dàn bay

Để đảm bảo áp suầt ngưng tụ áp suất bình chứa không tụt xuống mức cho phép điều kiện thời tiết mùa đông, người ta sử dụng van điều chỉnh áp suất ngưng tụ

d r ^ - - ' © © T = -6 c

°

Hình 3.43: ứng dụng van điêu chỉnh áp suất bay hơi

MN- máy nén; NT- dàn ngưng; BC- Bình chứa; 1-Van điều chỉnh áp suất bay kiểu KVP; 2- van tiết lưu nhiệt; 3- dàn bay t0 = 6°C; 4- dàn bay t0 = -4°C; 5- van mộí chiều.

Xem hình 3.44, 3.45 giới thiệu van điều chỉnh áp suâ^t ngưng tụ KVR sử dụng cho dàn ngưng giải nhiệt gió

Hình 3.45: Van điều chỉnh áp suất ngưng tụ KVR áp suất bình chứa NRD.

a) Van KVR: 1- nắp bịt; 2- đệm kín; 3- vít cài đặt áp suất; 4- lị xo chính; 5- thân van; 6- hộp xếp cân bằng;

7- tấm van; 8- đế van; 9- cấu đệm; 10- đầu nối áp kế; 11- mũ; 12- đệm kín; 13- kim lót.

b), Van NRD: 1- piston; 2- van; 3- dẫn hướng piston; 4- thân van; 5- lò xo.

Nguyên lý làm việc: van KPR mở áp suất đầu vào tăng, nghĩa áp suất dàn ngưng tụ đạt đến giá trị định trước Van KPR hoạt động phụ thuộc vào áp suất vào van Sự thay đổi áp suất đầu van không phụ thuộc vào làm việc van van KPR có hộp xếp cân sơ" (6) Diện tích hiệu dụng hộp xếp tương ứng với diện tích hiệu dụng van Ngồi trang bị cấu đệm hiệu (9) chống lại xung đột thường xảy hệ thông lạnh Cơ cấu đệm đảm bảo tuổi thọ lâu bền cho van mà không làm giảm độ xác điều chỉnh

Van điều chỉnh áp suất bình chứa mở hiệu áp van đạt 1,4 bar van mở hoàn toàn hiệu áp đạt bar

Xem hình 3.46 giới thiệu vị trí lắp đặt KVR NRD vào hệ thống lạnh dàn ngưng giải nhiệt khơng khí (gió)

Ở điều kiện vận hành mùa đông, nhu cầu lạnh giảm hay suất lạnh yêu cầu giảm đi, hiệu nhiệt độ tăng Atk = tk - tkk diện tích trao đổi nhiệt dàn ngưng u cầu giảm đáng kể Van KVR có nhiệm vụ làm ứ lỏng dàn ngưng, vơ hiệu hóa phần dàn, làm cho áp suất ngưng tụ tăng lên

Giả sử hệ số truyền nhiệt giống nhau, áp suất nhiệt độ ngưng tụ yêu cầu diện tích trao đổi nhiệt dàn ngưng mùa đông khoảng 17% so với mùa hè Vì vậy, muốn đạt áp suất vậy, van KVR phải cho ngập lỏng khoảng 83% diện

u A' Isu- < U' u U'i t , Hình 3.46: Vi trí lăp đặt cú a KVR va NRD trong

tích dàn Khi áp suât binh chứa tụt xuống mức cho , ' "

. " ệ , hê thông lanh, điêu áp suât ngưng tu bang

• Các thơng sơ' kỹ thuật:

Mơi chất sử dụng HFC, CFC, HCFC Dải điều chỉnh -rl7,5 bar

Áp suất làm việc lớn 28 b a r ( c h o loại KVR NRD)

Áp suất kiểm tra lớn nhất: KVR 31 bar

»

NRD 36 bar

Nhiệt độ môi chất lớn 130 °c. Nhiệt độ môi chất thấp -40°Cế Dải P-band: K V R ^2 : 6,2 bar

KVR 28->35: bar

Hệ số chênh lệch áp suất để mở van NRD: Áp suất bắt đầu mở 1,4 bar Áp suất mở hoàn toàn bar

Bảng 3.7 giới thiệu đặc tính kỹ thuật sơ" van KVR phụ thuộc vào nhiệt độ ngưng tụ tk, hiệu áp qua van Ap độ dịch chuyển offset Offset 1,5 bar (tính cho lỏng) có nghĩa lúc van KVR lắp sau dàn ngưng, Offset 1,5 bar (tính cho hơi) có nghĩa lúc van KVR lắp trước dàn ngưng

Bảng 3.7 Đặc tính kỹ thuật số van KVR

N hiệt độ Offset 1,5 bar ( Tính cho lỏng) Offset 1,5 ( tính cho hơi)

Kiểu ngưng tụ tk, Hiệu áp Ap, bar Hiệu áp A ), bar

c

0,1 0,2 0,4 0,8 1,6 0,1 0,2 0,4 0,8 1,6

KVR12 KVR15 KVR22 30 40 50 19.8 17.8 15,7 28,1 25.2 22.2 39,7 35,6 31,4 56,2 50.4 44.4 79,4 71,3 62,9 35,6 32 28,2 50,4 45,3 39,9 71.3 64 56.4 100.9 90,6 79.9 142,9 128,3 113,1 KVR26 KVR35 30 40 50,7 45,9 71,7 63,4 101,4 91 143,4 128,7 202,9 182,1 91,2 81,9 129 115,8 182,5 163,9 258,2 231,8 365,5 328,2 Năng simt lạnh tính theo nhiệt độ lạnh °c và nhiệt độ bay -10°c, nhiệt độ nhiệt hút 0°c Nếu nhiệt độ bay thay đổi ta phải nhân với hệ số" hiệu chỉnh cho bảng 3.8 sau

Bâng 3.8 Hệ sô' hiệu chỉnh

to, °c -40 -3 -20 -10 0 10

Khi ta lựa chọn van KVR thích hợp, để đạt giá trị suất lạnh yêu cầu thực tế, ta dùng hệ sô hiệu chỉnh, điều kiện bắt buộc điều kiện hệ thống khác với điều kiện cho bảng Việc lựa chọn phụ thuộc vào tổn thất áp suât cho phép qua van

1.3.2 Van điều chỉnh nước giải nhiệt cho bình ngưng

Van điều chỉnh nước giải nhiệt nước cho bình ngưng loại WVFM, WVFS,WVS nhằm trì áp suất ngưng tụ không đổi thiết bị ngưng tụ suốt trình hoạt động, điều chỉnh lưu lượng nước giải nhiệt hệ thống bình ngưng giải nhiệt nước Khi hệ thống ngưng hoạt động, lưu lượng nước làm mát bị chặn đứng lại cách tự động ■

Hình 3.47 giới thiêu hình dáng bên ngồi van điều & fe Hjntl ,

3 7; ựan điểu chỉnh nước giải

chỉnh nước: n fìjệỊ Ịhigị h ị ng j ng tụ

Bảng 3.9 Thông sô" kỹ thuật số chủng loại van

Chủng

loại Phía bình ngưng Phía lỏng

Mơi châ't Áp suất điều khiển (bar) Áp suất làm việc lổn nhâ't (bar)

Áp suất kiểm tra lớn nhất (bar) Môi chất Áp suất làm việc lớn nhất (bar)

Áp suât kiểm tra lớn nhất (bar) Giá trị Kv

WVFM 10 3,5 -> 0 15 16,5 10 10 2,4

WVFM16 3,5 -> 0 15 16,5 10 10 2,4

WVFX10 3,5—>16 26,4 29 16 24 1,4

WVFX15 CFC, 4 -> 3 26,4 29 Nước 16 24 1,9

WVFX20 HCFC, HFC 3,5—>16 26,4 29 mặn 16 24 3,4

WVFX25 3,5—>16 26,4 29 16 24 5,5

WVFX32 4 - > 7 24,1 26,5 10 10 11

WVFX40 4 - > 7 24,1 26,5 10 10 11

WVS32 CFC 2.2—>19 26,4 29 10 16 12,5

WVS40 HCFC 2,2 - > 19 26,4 29 10 16 21

WVS50 HFC 2,2 -> 9 26,4 29 Nước 10 16 32

WVS65 R717 (NH3) 2,2 -> 9 26,4 29 mặn 10 16 45

WVS80 2,2 -> 9 26,4 29 10 16 80

WVS100 2,2 -> 9 26,4 29 10 16 125

Dải nhiệt độ làm việc môi chât: WVFM: -25 -ỳ 90°c

WVFX10->25: -25 130°c

WVFX32->40: -25 90°c

WVS: -25 -» 90°c Độ chênh lệch áp suất mở:

WVFM10 -» 16, WVFX10->25: lớn 10 bar W V F X ^ 40: lớn 10 bar

WVS32->40: nhỏ 0,5 bar; lớn bar WVS50->100: nhỏ 0,3 bar; lớn bar

Hình 3.48 sau giới thiệu van điều chỉnh nước giải nhiệt thiết bị ngưng tụ kiểu W V FX 10-25 Danfoss

Tấm van (8) làm đồng dán đè lên lớp cao su đặc biệt thành đệm kín ép lên đ ế van Van làm kín với bên ngồi màng (7) Phía phía thân van lắp ông dẫn hướng làm kín bằne vịng đệm hình chữ o để đảm bảo chi tiết ở bên di chuyển cách hồn hảo Các vịng đệm hình chữ o lắp với màng để đảm bảo độ kín cao bên ngồi, tránh rị ri

Đ ế van làm thép không ri dập khn với thân van v ỏ lị xo (2) làm nhơm có rãnh dẫn hướng cho vịng đỡ lị xo nhơ thành dạng kim cho việc điều chỉnh áp suất ngưng tụ Một thang đo chia vạch từ -í-15 đóng rivê lên thân vỏ lò xo thị độ chỉnh van

Áp suất ngưng tụ dẫn vào hộp xếp nhờ đầu nối mũ loe Mỗi thay đổi nhỏ áp suất tác động đến hộp xếp qua lưu lượng nước làm mát phù hợp hiệu chỉnh Các van có đường kính đến 40 mm chế tạo theo kiểu tác động trực tiếp

1.4 Thiết bị điều h suất lạnh 1.4.1 Thiết bị bypass nóng KVC CPCE

Có thể điều chỉnh suất lạnh cách xả nóng qua đường phụ bypass trở lại đường hút.Ta đặt đường bypass áp suất thấp áp suất cao hệ thống lạnh

Xem hình 3.49, 3.50 hình dạng bên ngồi cẩu tạo van KVC

Hình 3.48: Van điều chỉnh nước giải nhiệt thiết bị ngưng tụ kiểu

WVFX10+25 Danfoss

1- nắp bảo vệ; 2- đệm kín;

3- vít đặt điểu chỉnh van;

4- lị xo chính; 5- thân van;

6- hộp xếp cân bằng; 7- van;

8- đế van;

9- cấu đệm chống

Hình 3.49: Hình dạng bẽn ngồi van ' “ẻuw ' UM/ ",Ễj s xung' lạnh bypass nóng vê đường hút

kiểu KVC Danfoss

Van tự động mở áp suất đường giảm Áp suất đường van tương ứng với áp suất hút hay áp suất bay hơi, nghĩa áp suất bay giảm xuống mức qui định tương ứng với giảm suất lạnh yêu cầu, van mở để xả nóng trực tiêp phía hút Áp suất bay mở nhỏ, cửa van mở lớn ngược lại áp suất hút tăng (do tải nhiệt dàn bay tăng) van tự động đóng lại Áp suất bay điều chỉnh nhờ vít số

Áp suất đầu vào hay áp suất ngưng tụ không ảnh hưởng đến độ mở van KVC van trang bị hộp xếp cân (6) Hộp xếp cân có diện tích bề mặt hiệu dụng tương đương với diện tích bề mặt đ ế van

Van trang bị cấu đếm chống xung hiệu để chống lại xung động thường xảy máy lạnh Cơ câu đệm chông xung đảm bảo van hoạt động lâu bền, tin cậy độ xác điều chỉnh khơng bị suy giảm

Các van KVC12,15 22 có phạm vi điều chỉnh hiệu áp từ 0,2 đến bar, nhiệt độ làm việc tối đa nóng 106°c, áp suất làm việc tối đa 28 bar, áp suất thử 31 bar

Các van kiểu CPCE loại van tác động gián tiếp nhờ tín hiệu áp suất, chức tương tự van KVC

1.4.2 Van bypass nóng với van chủ PM C p ilo t c v c

Các van PMC c v c dùng để điều chỉnh suất lạnh bypass nóng cho hệ thống lạnh freon amoniac PMC van chủ sử dụng với van pilot khác dùng cho tất loại cấp lỏng:

- Dàn bay trực tiếp

- Hệ thống cấp lỏng bơm tuần hồn - Cấp lỏng tự nhiên

Hình 3.51 hình dạng bên ngồi cấu tạo

của van chủ PMC1 van PMC3 kết hơp với van U' u o Cl LP w ■ ’

Hình 3.51: Hình dạng bên ngồi van

pilot c v c chủ PMC1 PMC3

Hình 3.50: Van điều chỉnh suất lạnh bypass nóng đường hút

Câu tạo van chủ PMC1 PMC3, van pilot c v c và EVM được giới thiệu hình 3.52, 3.53 sau

Nhiệm vụ van điều chỉnh suất lạnh tương hợp suất cố định máy nén với tải lạnh thay đổi hệ thống Ta lắp van chủ PMC với van pilot c v c trên đường nối tắt đầu đẩy đầu hút máy nén để đạt mục đích

Nếu tải lạnh dàn bay giảm, có tải lạnh “nhân tạ o ” nóng tiết lưu trở lại qua bypass quay lại dàn bay bù cho thiếu hụt tải lạnh dàn lạnh

Van chủ điều biến dịng chảy tương ứng với tín hiệu van pilot Độ mở

a) PMC1 b) PM C3

Hình 3.52: cấu tạo van chủ PMC1 PMC3 I-thãn van; 1a,1b- kênh thẫn van; 10-trục điều chỉnh; I I - van hình dùng để tiết lưu; 12- đê' van; 22- vòng

_, _ , , _ , , khóa; 24-piston phụípiston trợ động);24a-lỗ cân piston

của van chủ đươc xác đinh hiêu áp ■ "■ ■ Jn J _ * > M~ U

, \ ; r ' phụ; 30- năp đáy; 36- nút bít; 40- nãp trên; 40a,b,c,d- kênh trên nắp trên; 44- nút khóa để lắp áp kế; 60- vít để mở van bằng tay.

suất áp suất P2 tác động lên đầu

piston phụ áp suất P3 tác động phía piston phụ

Nếu hiệu áp suất 0, van chủ đóng hồn tồn Nếu hiệu áp 0,3 bar trở lên, van chủ mở hoàn toàn Nếu hiệu áp (P2 - P3) 0,07 bar 0,2 bar, độ Do kênh lb thân van, áp suất P3 áp suất p4 cửa van Độ mở van chủ điều

chỉnh áp suất p2 lớn áp suất p4.

Áp suất P2 tối đa tác động lên piston phụ

là P2max = Pi, áp s't vào van chính Áp suất Pi

có thể dẫn vào phía piston phụ qua kênh (la, 40a, 40b, 40c, 40d), qua thân van (1), nắp (40) qua van pilot

Độ mở van pilot định độ lớn p2

và độ lớn P2 qu yết định độ mở van chủ, điều

đó có nghĩa lỗ cân (24a) piston phụ (24)

đảm bảo áp suất P: cân tương ứng với độ mở

của van pilot

Khi lắp van c v c lên nắp van chủ van chủ PMC1 mở Ps ở đầu nối tín hiệu (107) nằm dưới điểm đặt.

mở van chủ tỉ lệ tương ứng

Hình 3.53: cấu tạo van pilot cvc 43- đệm kín; 44- nút khóa lắp áp kế; 81- đệm kín; 82- vịng đệm hình chữ 0; 103-đầu nối;

104,106- vòng đệm chữ 0; 105- mũ bảo vệ; 107-đầu nối tín hiệu; 108- lỗ van phụ; 109- 107-đầu nối;

Van chủ PMC3 có đầu nối ren cho van pilot, mắc nối tiếp đươc mắc song song ( nôi tiếp SI SII; song song P) Nếu van pilot đủ cho chức điều khiển yêu cầu đầu nối ren cịn lại phải dùng nút khóa tương ứng kèm theo để khoá lại

1.5 Thiết bị dùng đ ể điều chỉnh áp suất hút hay áp suất cacte

Thiết bị điều chỉnh áp suât hút loại KVL lắp đặt phía đường hút máy nén Thiết bị dùng để bảo vệ máy nén chơng q tải suốt q trình khởi động sau khoảng thời gian dài hệ thống không sử dụng sau trình phá băng (áp suất cao dàn bay hơi) Hình 3.54 hình dáng bên ngồi van KVL, hình 3.55 Câu tạo van điều chỉnh áp suất hút '

= m m 1-mũ bảo vệ;

2- đệm kín;

3- vít hiểu chỉnh, vít cài đặt;

4- lị xo chính; 5- thân van;

6- hộp xếp cân bằng; 7- van;

8- đ ế van;

9- cấu chống xung.

Hình 3.54: Hình dáng bên ngồi thiết bị Hình 3.55: Van điều chỉnh áp suất hút KVL Danfoss điều chỉnh áp suất hút KVL

Van KVL mở áp suất phía đầu van giảm xng giá trị cài đặt, nghĩa

áp suâ^t hút hay áp suất cacte giảm xuống giá trị đặt không phụ thuộc v o áp suất đầu vào

dao động van trang bị hộp xếp cân phía mơi chất vào Diện tích bề mặt hiệu dụng hộp xếp tương đương với diện tích bề mặt hiệu dụng van

Cơ câu chống xung làm giảm xung động thường xảy hệ thống lạnh đảm bảo chi tiết làm việc tin cậy, tuổi thọ cao độ xác cao

Mục đích việc khống chế áp suất hút đảm bảo tránh tải cho động máy nén trường hợp phụ tải dàn lạnh tăng đột ngột kéo dài, áp suất nhiệt độ ngưng tụ tăng cao, đặc biệt xả lạnh cho hệ thông lạnh sau thời gian dài dừng máy, sau chu kì xả băng

Trong máy lạnh nhiệt độ thấp, van điều chỉnh áp st hút khơng giảm tối đa cơng suất động lắp đặt mà cịn giảm kích cỡ dàn ngưns tụ

Đồ thị hình 3.56 giới thiệu phụ thuộc công suất động yêu cầu vào nhiệt độ hút nhiệt độ ngưng tụ

.V,

A'ề,

■V,

Có/lị! su ấ t d õ n g cư

Động 4,5 k

I I

CỊú' đô làm 'piệc binh Đ ặt ịa n KVL

I I rs-1 ’

! / K hởi độ n g khóng có KVL

-1 - - I _ I _

~iU -30 -20 -10 0 10 Nhụt độ hút °c

Ví dụ: một máy lạnh có chế độ làm việc bình thường nhiệt độ sơi -26°c, nhiệt độ ngưng tụ 35°c Khi làm việc ổn định chế độ này, động lắp đặt cho máy nén cần 2kW đủ; xả lạnh, khởi động lại phá băng, tải lạnh dàn lớn, nhiệt độ ngưng tụ bị tăng lên, nhiệt độ bay nhiệt độ hút máy nén tăng, động chọn cho máy nén phải tăng đến 4,5 kW để đảm bảo tải điều kiện

Nếu sử dụng van khống chế áp suât hút KVL không chế nhiệt độ nhiệt độ hút -10°c cơng suất động cần lắp giảm xuống 3Kw Để ấn định máy lạnh làm việc cao chế độ này, ta tiến hành chọn dàn bay dàn ngửng cho phù hợp

Bảng 3.10 sau giới thiệu năna suât lạnh van phụ thuộc vào nhiệt độ hút th, độ giáng áp (hiệu áp) van Ap áp suât hút tối đa Ph đối với mơi chât lạnh R22 trích từ

catalog Danfoss

Bảng 3.10 Năng suất lạnh van phụ thuộc vào nhiệt độ hút th, độ giáng áp (hiệu áp) ở van là Ap áp suất hút tơì đa ph đốì với mơi chất lạnh R22

Kiểu Độ giáng Áp suất hút max (bar)

Năng suất lạnh Q„ phụ thuộc vào nhiệt độ hút sau van, to (°C) áp Ap

(bar) -35 -30 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 10

0 1

2

1,9

1 ,

3,3 3,1 , ,

3 3,3 3,7 4,1 4,0 2,5

4 3,3 3,7 4,1 4,6 3,9 ,

5 3,3 3,7 4,1 4.6 5.5 5,2

6 3,3 3,7 4,1 4,6 5,5 6 , 1,3

0 , 2 , 1,7

KVL12 KVL15 KVL22 4.2 4.2 4.2 4.2 4.7 4.7 4.7 4.7 4,4 5.3 5.3 5.3 3,0 5.9 5.9 5.9

0 , 5,6 6.5 6.5 3.1 7.1 7.1 5,5 7,8

0 , 7,3

6 4,2 4,7 5,3 5,9 6,5 7,1 7,8 8,5 8,7

0,3

2

3.2 5.2

2

5,8 5,4 3,7 0,3 3.8

3 5.2 5,8 6,5 • 7,2 6,9 ,

4 5,2 5,8 6,5 7,2 8 6,7 ,

5 5.2 5,8 6,5 7,2 8 9,6 9 1,7

6 5,2 5,8 6,5 7,2 8 , 9,6 10,5 10,7 2,3

0 , 1 4.1

KVL28 7.4 7,9 7 4.6 0,4

KVL35 7,4 8,3 9,3 10,3 8.9 4,7

5

7.4 7.4

8.3 8.3

9.3 9.3

10.3 10.3

11.4 11.4

1 , ,

13.8 13.8

1 , 15,1

2 ,

13,9 ,

0 , 5,8 3,6

2 , 1 , 9,8 6,5 0,5

3 , 1 , 13,2 14,7 12,5 ,

4 , 1 , 13,2 14,7 12,5 17,5 12 0.3

5 , 1 , 13,2 14,7 12,5 17,5 19,6 16,4 3,1

6 , 1 ,8 13,2 14,7 12,5 17,5 19,6 21,4 19,6 4

0,3 4,4

2 13 13,8 ,1 ,

3 13 14,6 16,3 18 15,4 ,

4 13 14,6 16,3 18 19,9 21,5 14,7 0,3

5 13 14,6 16,3 18 19,9 21,5 24,1 3,7

6 13 14,6 16,3 18 19,9 21,5 24,1 26,3 24,1 4,9

Van điều chỉnh áp suất hút không sử dụng cho máy gia lạnh kết đơng ở phải sử dụng hết công suất máy nhiệt độ cao để gia lạnh kết đông sản phẩm thời gian tối thiểu để đảm bảo chất lượng sản phẩm

1.6 Thiết bị điều chỉnh áp suất bình chứa

Trong nhiều trường hợp vận hành máy lạnh, áp suất bình chứa đóng vai trị quan trọng việc cấp đầu đủ lỏng cho dàn bay chế độ làm việc thay đổi, đặc biệt chế độ làm việc mùa đông, nhiệt độ nước làm mát khơng khí làm mát (giải nhiệt) có nhiệt độ thâp làm cho áp suất ngưng tụ giảm, áp suất bình chứa giảm theo Để trì áp suất bình chứa, người ta thường đưa nóng từ máy nén trực tiếp vào bình chứa

Hình 3.57, 3.58 sau giới thiệu van điều chỉnh áp suất bình chứa kiểu KVD Danfoss

í 1-nắp bảo vệ;

M 2- đệm kín; 3- vít điều chỉnh; 4-IÒ xo điều chỉnh;

—Ị 5- thân van;

—' 6-hộp xếp cân bằng;

7- tâm van; 8- đ ế van;

9- câu giảm xung; 10- đẩu nối áp kế; 11- mũ;

Hình 3.57: Hình dạng bên ngồi van KVD Hình 3.58: cấu tạo van điều chỉnh áp suất bình chứa KVD

C ác thông sô" kỹ th u ậ t van: Môi chất sử dụng CFC, HCFC,HFC Dải áp suất điều chỉnh: 20 bar Áp suất làm việc lớn 28 bar Áp suất thử lớn nhât 31 bar

CHƯƠNG

CÁC T H IẾ T BỊ ĐO LƯỜNG - T ự ĐỘNG ĐIỀU KHlỂN v b ả o v ệ

N H IỆT ĐỘ CỦA CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT - LẠNH■ ■ ■ Ế

I THIẾT BỊ Tự ĐỘNG ĐIỀU KHIEN ■ a ■ v b ả o v ệ t ín h i ệ u n h i ệ t độ

1 Nhiệt độ

Nhiệt độ đại lượng dùng biểu diễn mức lượng vật chất, hay biểu diễn mức nóng hay lạnh vật chât Theo thuyêt động học phân tử nhiệt độ đại lượng vật lý đặc trưng cho lượng động trung bình phân tử hay nguyên tử chúng chuyển động theo phương tịnh tiến quỹ đạo dao động chúng

Nhiệt độ phân chia thành khoảng sau • Từ 100°c < t < 10000°c nhiệt độ nóng • Từ 40°c < t < 100°c nhiệt độ nóng

• Từ 20°c < t < 40°c nhiệt độ bình thường

• Từ tđb < t < 20°c nhiệt độ lạnh thường (dương thấp) • T -100°c < t < t(ib nhiệt độ lạnh đơng (nhiệt độ lạnh thâp) • Từ -200°c < t < -100°c nhiệt độ lạnh thâm (nhiệt độ lạnh thấp) • Từ -272,99995°c < t < -200°c nhiệt độ lạnh tuyệt đối (lạnh cryo)

tđb nhiệt độ đóng băng

Thang đo nhiệt độ: giới dùng thang đo nhiệt độ sau ■ Thang đo nhiệt độ thông dụng ngành kỹ thuật độ Celsius (°C) ■ Thang đo nhiệt độ Kenvin (K): T[K] = t[°C] + 273,15

■ Thang đo nhiệt độ Fahrenheit (°F): T[°F] = — t[°C] +32

■ Thang đo nhiệt độ Rankine (°R): T[°R] = — ỗt[°C] = — (T[°F] -32)

2ẳ Thiết bị tự động điều khiển bảo vệ tín hiệu nhiệt độ

Hệ thống máy thiết bị lạnh ln hoạt động với mục đích nhất, làm giảm nhiệt độ mơi trường cần làm lạnh, làm đơng cần điều hồ khơng khí, ỗ.v.v xuống đến giá trị định theo yêu cầu công nghệ yêu cầu người sử dụng, để đảm bảo hiệu cho sản xuât công nghiệp tiện nghi cho người sinh hoạt lao động sản xuất

công đoạn khác dây chuyền sản xuất Trong công nghiệp chế biến thuỷ hai sản, công nghệ ch ế biến lạnh đông nhiệt độ cần làm lạnh đơng dao động khoảng (-45-T-30) c nhiệt độ phụ thuộc rất nhiều loại sản phẩm, bảo quản sản phẩm lạnh đơng u cầu nhiệt độ từ (-22-T-18)°c, cịn bảo quản lạnh u cầu nhiệt độ từ (-5-rlO)°C nhiệt độ phụ thuộc nhiều loại sản phẩm Nói chung nhiệt độ lạnh ứng dụng nhiều lĩnh vực khác như: công nghiệp thực phẩm, cơng nghiệp dầu khí (phân tách, phân riêng), công nghệ sinh học, công nghệ enzyme, y học, thương mại, công nghệ nhựa, công nghệ luyện kim .v.v

Ngoài hệ thống máy thiết bị lạnh ra, hệ thống thiết bị sấy, thiết bị nung, rang thiêt bị trùng làm việc nhiệt độ dương, khoảng nhiệt độ làm việc thiết bị rât rộng từ nhiệt độ môi trường (35-~40)°C đến hàng ngàn °c, vấn đề đặt ở việc khống chê bảo vệ tín hiệu nhiệt độ trì nhiệt độ theo yêu cầu cách ổn định cần thiêt tuỳ theo yêu cầu công nghệ Chẳng hạn trùng sản phẩm đồ hộp cần phải trì nhiệt độ 120°c trong khoảng thời gian (15-ỉ-20)phút, nhiệt thấp sản phẩm khơng đảm bảo tiêu chuẩn vi sinh, cịn nhiệt độ lớn 0° c làm chất lượng sản phẩm giảm

Như vậy, việc đo lường, điều khiển bảo vệ tín hiệu nhiệt độ quan Nó khơng đảm bảo cho hệ thống máy móc thiết bị hoạt động an tồn, xác, tiết kiệm lượng hiệu mà kết hợp với tín hiệu khác hệ thống tự động hóa nhằm đảm bảo hệ thống hoạt động ch ế độ tối ưu

Thiết bị đo lường, điều khiển bảo vệ tín hiệu nhiệt độ, rat nhiều chủng loại đa dạng phong phú, thiết nhiều hãng giới chế tạo sản xuất, chẳng hạn như: Danfoss, Trane, Carrier, Daikin, Mycom, Mitshumitshi, .v.v Tuy nhiều chủng loại chúng phân thành hai loại sau, thiết bị đo lường, điều khiển bảo vệ tín hiệu nhiệt độ có tiếp điểm khơng có tiếp điểm

Ilế THIẾT BỊ CĨ T IẾ P ĐIỂM

Đơi với loại thiết bị có hai loại chính, relay nhiệt độ (Thermostatics) relay nhiệt độ điện tử (bộ điều nhiệt)

• Relay nhiệt độ (Thermostatics) chuyển tín hiệu nhiệt độ thành làm thay đổi vị trí cấu mang tiếp điểm, làm thay đổi trạng thái tiếp điểm (1/0) để đóng/ ngắt (ON/OFF) mạch điều khiển bảo vệ tín hiệu nhiệt độ

• Relay nhiệt độ điện tử chuyển tín hiệu nhiệt độ thành tín hiệu điện áp, tác động tín hiệu áp kết hợp với vi mạch điện tử làm thay đổi trạns thái tiếp điểm relay trung gian DC - 9V, 12V, 24V, v.v để đóng/ ngắt (ON/OFF) mạch điều khiển bảo vệ tín hiệu nhiệt độ

thường dạng áp kế, dạng lưỡng kim điện trở Tương ứng với dạng biên đổi tín hiệu nhiệt độ, ta có loại relay nhiệt độ khác nhau:

• Thermostatics

• Relay nhiệt độ kiểu hộp xếp • Relay hiệu nhiệt độ

• Realy nhiệt độ kép

• Relay nhiệt kiểu dãn nở nhiệt • Relay nhiệt độ điện trở • Relay nhiệt độ điện tử

l ề Relay nhiệt độ

9,13,17 Các tay địn 10 Lá cơng tắc

11,16 Các vít hiệu chỉnh 12 Lị xo đảo chiều 14,15 Cơng tắc điện 18 Lị xo

19 Xi phơng 20 Thanh chuyền 21 Lị xo xi phơng

22 Đòn gánh 23 Lò xo vi D h â n (tinh chỉnh) 24 Ba lông nhiệt 25 ố n g mao dẫn

Nguyên tắc cấu tạo xem hình 4.1 b) Nguyên lý làm việc

Relay nhiệt câu tạo từ ba lông nhiệt, ống nối mao dẫn, xi phông vỏ xi phông, ba lông nhiệt thông thường nạp gas : R12, R13, R22, R502 Ba lơng nhiệt đặt vào vị trí kiểm sốt nhiệt độ phịng lạnh Áp suất gas tương ứng với nhiệt độ môi trường, nhiệt độ bình thường áp lực gas tác động lên xi phơng cộng với lực lị xo xi phơng cân

25 ■>*

Hình 4.1: cấu tạo relay nhiệt (Thermostatics)

1.1 Relay nhiệt độ (Thermostatics) a) Nguyên tắc cấu tạo

1 Vỏ hộp

2 Vít điều chỉnh vi phân

3,7 Các êcru lắp kim

4 Thang nhiệt độ

5 Thanh hãm

f

L J i - Z m

bằng lực lị xo lị xo vi phân 23 giữ cho tay đòn 17 cân động trạng thái nhiệt độ tính tốn

Khi nhiệt độ mơi trường kiểm sốt tăng lên, áp lực gas đè lên xi phông tăng lên, xi phông bị nén lại, chuyền di chuyển lên trên, chống lại lực ép lị xo Đầu tự phần nằm ngang thuộc tay đòn 17 chuyển động theo chiều kim đồng hồ quanh trục Oi Khi

chuyển động đến điểm tựa đòn gánh 2 H1nh 4-2: Re'ay " W độ (Ttĩermostalics)

thì tay đòn 17 chịu thêm lực kéo lò xo vi phân 23 Nếu nhiệt độ tăng thêm lượng mức thang vi phân tay địn 17 thắng lực lò xo vi phân Tay đòn lò xo 18 chuyển động làm quay tay đòn đảo mạch 13 (tay đòn đảo mạch 13 tác động lên cơng tắc làm cho nhóm cơng tắc 14, 15 đóng mở) Khi trục hình học lị xo đảo mạch 12 cắt qua trục hình học tay địn 13 cơng tắc làm việc tức tiếp điểm 14, 15 đóng dứt khốt Lị xo đảo mạch 12 có đầu nối vào tay địn khớp cầu, đầu nơi vào khe tay đòn đảo mạch 13 Tay đòn đảo mạch nhờ lực kéo lò xo đảo mạch nên luôn tựa vào đầu chuyển động công tắc

Khi nhiệt độ mơi trường kiểm sốt giảm, áp lực gas tác động lên xi phông giảm, tác động lò xo 23 chuyền xuống, xi phơng dãn Tay địn 17 chuyển động hgược chiều kim đồng hồ, đòn gánh theo chiều kim đồng hồ Khi đòn gánh đến điểm tựa lị xo vi phân hết tác động đến tay đòn 17 Khi trục lò xo đảo mạch trục tay địn đảo mạch cắt tiếp điểm 14, 15 cắt dứt khốt Lị xo lị xo vi phân có êcru vít điều chỉnh để điều chỉnh áp suất (nhiệt độ môi trường kiểm sốt) Nhiệt độ kim lị xo nhiệt độ cắt m ạch điện Gia số nhiệt độ kim lò xo vi phân nhiệt độ đóng cơng tắc điện Lị xo làm việc chế độ nén, lò xo vi phân làm việc chế độ kéo

Phạm vi nhiệt độ mà thermostatics cảm nhận từ -60°c đến +45°c / ế2 Relay n h iệt độ kiểu hộp xếp

Relay nhiệt độ kiểu hộp xếp kết hợp relay áp suất đơn với biến đổi tín hiệu kiểu nhiệt áp Hình 4.3 giới thiệu nguyên tắc cấu tạo relay nhiệt độ kiểu hộp xếp

1 - Vít đặt nhiệt độ chính 2 - Vít đặt nhiệt độ vi sai 3 - Tay địn chính 4 - Lị xo chính 5 - Lị xo vi sai

6 - Hộp xếp biến đổi nhiệt áp 7 - Lối luồn dây điện

8 - Bầu cảm nhiệt 9 - Tiếp điểm 10 - Cơ cấu lật

Hình 4.3 Nguyên tắc cấu tạo relay nhiệt

Giả sử, relay cắt máy nén đủ độ lạnh phòng Khi nhiệt độ ưong phòng giảm, nhiệt độ bầu cảm nhiệt (8) cảm nhận giảm (trong bầu cảm nhiệt lỏng, môi chất lạnh chất hấp thụ) tín hiệu áp suất đưa hộp xếp (6) giảm, lúc chi tiết relay khơng chuyển động Khi nhiệt độ phịng giảm thấp nhiệt độ đặt (giá trị đặt trừ giá trị vi sai), lị xo đẩy hộp xếp xuống, tay địn (3) bị kéo xuống đủ sức làm cấu lật (10) đột ngột thay đổi vị trí, tiếp điểm đột ngột rời tiếp điểm (ON), xuống tiếp xúc với tiếp điểm (OFF), máy nén dừng Khi nhiệt độ phòng tăng lên đến giá trị đặt (giá trị đặt chính), áp suất chuyển hộp xếp (6) đủ lớn thắng lực lị xo chính, hộp xếp dãn ra, đẩy tay địn (3) lên qua cấu lật chuyển mạch dứt khốt Hình 4.4a giới thiệu cấu tạo relay nhiệt độ kiểu KP hình 4.4b giới thiệu câu tạo relay nhiệt độ kiểu KPU Danfoss

1 - Vít đặt nhiệt độ 2 - Lị xo vi sai 3 - Vít đặt vi sai 4 - Cơ cấu lật 5 - Tiếp điểm

6 - Lối luồn dây điện 7 - Ong mao

8 - Hộp xếp 9 - Vít tiếp địa 10 - Vít nối điện 11 - Lị xo chính 12 - Tay địn chính

Hình 4.4: Một s ố relay nhiệt độ Danfoss

a) Cấu tạo relay nhiệt độ kiểu KP; b) Cấu tạo relay nhiệt độ kiểu KPU

Phạm vi nhiệt độ mà KP KPƯ cảm nhận từ -60°c đến +80°c, vượt qua vùng nhiệt độ có sai số độ trể chuyển đổi trạng thái tiếp điểm lớn

1.3 Relay hiệu nhiệt độ kiểu hộp xếp a) Cấu tạo nguyên tắc làm việc

Relay hiệu nhiệt độ kiểu hộp xếp gồm hai hộp xếp: bầu cảm nhiệt đặt môi trường có nhiệt độ thấp LT (Low Temperature), bầu cảm nhiệt đặt mơi trường có nhiệt độ cao HT (High Temperature), v ề nguyên tắc, relay hiệu nhiệt độ giống relay hiệu áp suất dầu Hình 4.5 giới thiệu cấu tạo relay hiệu nhiệt độ Danfoss

ứ n g dụng relay hiệu nhiệt độ việc điều khiển tự động hóa hệ thông lạnh: để khống chế độ chênh lệch nhiệt độ môi chất lạnh trước vào thiết bị bay khỏi thiết bị bay hơi, nhằm điều khiển trạng thái môi châ't lạnh trước máy nén hút hay nói cách khác điều chỉnh độ nhiệt môi chất lạnh khỏi thiết bị bay Phân tích cách sâu xa điều chỉnh cơng tiêu tốn máy nén từ nâng cao suất lạnh hệ thống lạnh Mặt khác điều chỉnh trạng thái hút môi

chất nằm đường X = (bão hịa khơ) vùng nhiệt làm cho hệ thống lạnh làm

việc an toàn hơn, tránh gây va đập thủy lực cho máy nén hệ thống lạnh sử dụng máy nén lạnh máy nén piston

RT 270 (relay temperature 270) sử dụng cho quy trình cơng nshệ hệ thống thơng gió, hệ thống lạnh điều hịa khơng khí, hệ thống sưởi ấm khơng khí mà cần du) trì hiệu nhiệt độ hai mơi trường vào nằm khoảng (0h-15)°C

1 1 2 3 4 5

1 - Bầu cảm nhiệt LT 2 - Ông mao cảm nhiệt LT 3 - Hộp xếp phía LT 4 - Đĩa điều chỉnh

5 - Thanh điều chỉnh nhiệt độ 6 - Vòng đâu dây

7 - Lốì luồn dây điện 8 - Lị xo chính 9 - Vít nối điện 10 - Trục chính 11 - Tiếp điểm 12 - Vòng lẫy ưên 13 - Thanh lẫy tiếp điểm 14 - Vòna lẫy dưới 15 - Lỗ bắt chặt relay 16 - Vít tiếp địa 17 - Lỗ thông

18 - Hộp xếp phía HT 19 — Ơng mao cảm nhiệt HT 20 - Bầu cảm nhiệt HT

Hình 4.5: Cấu tạo relay hiệu nhiệt độ Danfoss

b) Cách lắp đặt: LT lắp đặt mơi trường có nhiệt độ thấp HT lắp đặt môi trường có nhiệt độ cao Ngồi ra, ốns mao nơi với bầu cảm biến nhiệt ((1) nối với (2), (19) nối với (20)) khơng có chiều dài lớn, nên khoảng cách hai môi trường cần điều chỉnh độ chênh lệch nhiệt độ không cho phép cách lớn Nếu khoảns cách lớn loại relay hiệu nhiệt độ lắp đặt cần phải dùng thiết bị điều chỉnh tư động điều khiển độ chênh lệch nhiệt độ digital

c) Đặc tính làm việc

i>[ofsv RT 270

EV,

'->[01 SVị EV; Dàn lạnh

1st set point 2nd set point

SVj (out puti)

2(out put2)

a)

Hình 4.6: a.Sơ đồ cấp dịch cho thiết bị bay hơi; b Đặc tính làm việc relay hiệu nhiệt độ. RT 270 - realy hiệu nhiệt độ; s v , svh sv2 - van điện từ (solenoid valve); EV, EVh EV2 - van tiết lưu (expansion valve);

Atqn = tqn - ts G [ 1st set point; 2nd set point]

Giả sử cần khống c h ế độ nhiệt A t q n = t q n - t s = 10°c = s t set point[-35uC] -

point[-45°C] = 10°c của thiết bị bay hệ thống lạnh chạy cho tủ cấp đônơ nà Khi đó:

■ Nếu Atqn = tqn - ts > 10°c thì SV], SV2 mở cấp dịch cho van tiết lưu EVi, EV2 để làm lạnh, làm lạnh đông

■ Nếu 0°c < Atqn = tqn - ts < 10°c s V] đóng lại ngừng cấp dịch cho van tiết lưu EVi, s v2 mở cấp dịch cho van tiết lưu EV2 để làm lạnh, làm lạnh đông

■ Nếu Atqn = tqn - ts = 0°c SVi, SV2 đóng lại ngừng câp dịch cho van tiết lưu EV|

Hiện nay, việc điều chỉnh hệ thống cấp dịch cho tủ cấp đơng để làm lạnh đơng sản phẩm có nhiều thiết bị khác nhau, relay hiệu nhiệt độ cịn có thiêt bị SHV (Super heat conventer) số thiết bị điện tử khác

Sơ đồ cấp dịch cho tủ cấp đơng hồn tồn giơng hình 4.6a cần thay thê RT 270 SHV Đặc tính làm việc thiết bị hồn tồn giơlng hình 4.6b q trình điều chỉnh độ q nhiệt xác hơn, chúng làm vi mạch điện tử, lập trình cách xác (gọi relay hiệu nhiệt độ điện tử)

1.4 Relay nhiệt độ kép kiểu hộp xếp

HTJ

Hình 4.8: a) Một s ố relay nhiệt độ; b) Relay nhiệt độ kép kiểu hộp xếp

thể làm cháy dầu bôi trơn, nhiệt độ dầu bôi trơn thấp làm cho độ nhớt dầu tăng bị đơng đặc nhiệt độ dầu bơi trơn q cao dễ bị biến tính (do xảy phản ứng trùng hợp, rac k in g , làm thay đổi tính chất dầu bơi trơn) Như nguy hiểm máy nén hoạt động, loại relay nhiệt độ kép có hai bầu cảm biến nhiệt, bầu dùng để cảm biên nhiệt độ dầu OT (Oil Temperature), bầu lại dùng để cảm biến nhiệt độ đầu đẩy máy nén HT (High Temperature)

Trong trình làm việc nhiệt độ đầu máy nén cao, bầu cảm biến TH cảm nhận nhiệt độ này, khí bầu cảm biến dãn nở làm áp suất bầu TH tăng, relay nhiệt độ kép tác động làm dừng máy nén không cho máy nén làm việc, nhiệt độ dầu cao, bầu cảm biến OT cảm nhận được nhiệt độ này, làm dừng máy nén sau đưa gas lạnh làm mát cho dầu bơi trơn, cịn trường hợp dầu bơi trơn có nhiệt độ thấp máy dừng (do nhiệt độ mơi trường vùng khí hậu ỉạnh q thấp), bầu cảm biến OT cảm nhận nhiệt độ này, cấp nguồn cho điện trở sưởi ấm dầu bôi trơn trước máy nén hoạt động trở lại Hình 4.8b relay nhiệt độ kép kiểu hộp xếp Danfoss

ở Việt Nam khí hậu miền nhiệt đới, nhiệt độ mơi trường bình qn ngày năm dao động khoảng (26 -T 30)°c, nhiệt độ dầu bơi trơn có đặc tính tốt khơng cần sưởi ấm, loại relay khơng thích hợp cho việc dùng tự động điều khiển máy nén lạnh, việc khống ch ế bảo vệ nhiệt độ đầu đẩy máy nén lạnh nhiệt độ dầu (hai loại nhiệt độ liên quan nhau) dùng relay nhiệt độ đơn, HT q cao tác động đến van điện từ đưa gas lạnh làm mát cho máy nén dầu bơi trơn hợp lý

Đốì với relay nhiệt độ Danfoss được ứng dụng rộng rãi kỹ thuật lạnh, đặc biệt khoảng nhiệt độ từ -60°c đến 60°c, cài đặt điều khiển tự động sau:

1.5 Relay nhiệt độ kiểu dãn nở nhiệt

a) Relay nhiệt độ kiểu dãn 1ĨỞ nhiệt hai phần tử

1 - ông đồng 2 - lò xo 3 - đầu tự do 4 - tiếp điểm 5 - nút luồn dây

4 / 3 / 6 - đ ế cô" định

Hình 4.9: cấu tạo relay nhiệt độ kiểu dãn nở nhiệt hai phẩn tử

Cấu tạo loại relay nhiệt độ kiểu dãn nở nhiệt hai phần tử trình bày hình 4.8. ố n g hợp kim đồng (1) phần tử cảm biến relay Bên ống có gắn hai lị xo hợp kim Phần trái ống lò xo lắp vào đ ế cố định (6) Đầu tự ống giữ vòng treo (3) Khi ống hợp kim đồng tăng nhiệt độ, ống dãn nở dài Đầu tự (3) kéo lò xo (2) dãn ngắt tiếp điểm (4) Dây dẫn từ tiếp điểm luồn qua nút (5) Relay loại điều chỉnh để làm việc ưong khoảng 25 +2CƯC.

b) Relay nhiệt độ kiểu dãn nở nhiệt lưỡng kim

INO gôm mọt pnan ĨU cam Dien la lưỡng kim (2), lưỡng kim kẹp vào kẹp (3) tay quay (1) Khi tay quay (1) quay quanh trục (8) theo hướng ngược chiều kim đồng hồ, lực căng lưỡng kim tăng độ chỉnh relay thay đổi Các nam châm vĩnh cửu (4) tác động lên đòn bẩy (9) làm cho relay ngắt tức thời bảo vệ tiếp điểm không bị nung nóng Khi quay vít (5), vi sai relay thay đổi Tiếp điểm bao gồm phần di động (7) phần cố định (6) Dịch

chuyển phần tử c ố định để điều chỉnh áp lực

tiếp điểm

Hình 4.10: Câu tạo relay nhiệt độ kiêu dãn nhiệt thanh

lưỡng kim

I 1 - tay quay; - iưõng kim; - kẹp; - nam chãrr;

5 - vít vi sai; - tiếp điểm tĩnh; - tiếp điểm động;

8 - trục quay; - đòn bẩy

2 Relay nhiệt độ điện tử

2.1 Relay nhiệt độ điện trở

Relay nhiệt độ điện trở mô tả mặt nguyên lý hình 4.11. Nó gồm biến đổi nhiệt độ, khuếch đại thiết bị Mạch so sánh thường sử dụng mạch cầu Biến trở R, để điều chỉnh nhiệt độ Điện trở R() cảm biến có trị số điện trở thay đổi theo nhiệt độ (thermistor) Khi nhiệt độ cảm biến nhiệt độ chỉnh định, cầu cân bằng, điện áp VAB = 0, relay ngắt tiếp điểm Khi nhiệt độ cảm biến lệch khỏi giá trị chỉnh định, cầu cân VAB Ỷ ớ, qua khuếch đại điều khiển relay tác động đóng tiếp điểm

Bơ 'ứ

khuếch \ \

đai \ i

B

^ Relay

Hình 4.11: Nguyên lý relay nhiệt độ điện trở

2.2 Relay nhiệt độ điện tử

-2.2.1 Cấu tạo

RCH - cặp nhiệt điện.

R|, R2 - điện trở dây quấn R3 - biến trở làm thay đổi tín hiệu khuếch tác động lên relay điện tử

Nguyên tắc cấu tạo xem hình 4.12.

Buồng cần khơng chế nhiệt độ

i "

+ E

Bộ khuếch

Bộ so sánh Tiếp điểm

RCH

2.2.2 Nguyên lý làm việc

Khi nhiệt độ buồng cần không chế thay đổi cặp nhiệt điện RCH cảm biên nhiệt độ, chuyển đổi tín hiệu nhiệt thành tín hiệu điện áp đưa tới so sánh, so sánh với giá trị cài đặt trước thỏa mãn đưa tới khuếch đại, để khuếch đại làm cho tín hiệu có cường độ lớn đủ để làm thay đổi trạng thái điều khiển cách tác động lên relay điện tử đóng ngắt tiếp điểm Hiện thị trường có bán nhiều chủng loại relay nhiệt độ điện tử như: Eliwell, Xiwell, .v.v

Ị||ễ THIẾT BỊ KHÔNG T IẾ P ĐIEM

l ề c ả m biến nhiệt tiếp xúc

Hình 4.13: Sơ đồ khối tự động đo lường, điều khiển vầ bảo vệ tín hiệu nhiệt độ hệ thống lạnh

Cấu tạo chung gồm phận sau: (hình 4.13)

- Ph ần tử cảm nhận: vật liệu có đặc tính thay đổi theo nhiệt độ, có tỉ nhiệt thấp, nhiệt dẫn suất cao, nhạy với nhiệt độ

- Tiếp điểm: dẫn từ phần tử cảm nhận đến mạch điện tử cảm nhận bên Các tiếp điểm phải có nhiệt dẫn suất nhỏ

- Vỏ bảo vệ: phân cách cảm biến với mơi trường, v ỏ bảo vệ phải có nhiệt ưở thấp cách điện tốt, chịu ẩm yếu tố ăn mòn

a) Cảm biến n h iệtp la tin nickel ‘

Platin vật liệu cho nhiệt điện trở dùng rộng rãi công nghiệp, ch ế tạo dạng tinh khiêt cao, cho phép tăng độ xác đặc tính điện Ngồi ra, platin cịn trơ mặt hố học ổn định tinh thể Theo tiêu chuẩn, dải đo nhiệt điện trở platin từ -200+85CPC.

Cho dải đo từ -20CPC JrOuC, ta có đa thức cấp ba tính điện trở:

Rịt) = Ro [1+ At+ B r+ c(t-10 crc)t3l

, Phần tử cảm nhận

Vỏ bọc Cứa sô

Tiếp điểm Vỏ bọc

Cho dải đo từ ỡ°Ch-85ỡ°C, ta có đa thức cấỹ hai tính điện trở: R(t) = R o (ỉ+ A t+ Bt2)

Trong đó: A = 3,90802 l ữ ° c '

B = -5,802 l ° c 2

c = -4,2735.1ƠJ2 ° c 3

Ro - trị số điện trở định mức ỡ°c

Nickel có độ nhạy nhiệt độ cao nhiều so với platin, rẻ tiền Điện ưở nickel 1 o & c lớn gấp 1,617 lần so với CPC, với platin độ chênh 1.385. Tuy vậy, nickel có hoạt tính hóa học cao, dễ bị oxi hoá nhiệt độ tăng dải nhiệt độ hoạt động bị hạn chế (-60Jr250)°C. Trị số đặc trưng ứ c 100Ỉ2.

Ta có đa thức tính điện trở:

R(t) = R(j (1 + At+ Bt + Ct + D t ) Trong đó: A= 0,5485.l ° c ‘

B = 0,665 l ° c 2 c = 2,805 l ữ ° c 4

D= 2,111 l 17 ° c 6

Cảm biến Ni 100 thường dùng cơng nghiệp điều hồ nhiệt độ phòng Đặc tuyến Pt 100 Ni 100 hình 4.15.

Ngồi ra, để đo nhiệt độ vật rắn ta sử dụng nhiệt điện trở bề mặt có câu trúc hình 4.16. Người ta sử dụng màng mỏng kim loại có chiều dày vài Ịjm có kích thước khoảng 1 cm2. Khi sử dụng, nhiệt điện trở dán bề mặt cần đo nhiệt độ

Điện trở/Q

40(1 350 300 250 2U0 150 138

100

Điện tíịl n

300 280 260 240 220 200 180 160 140 120

™ ™ _ 100

100 200 300 400 500 600 700 800 900 50 Nhiệt độ/°c Nhiệt độ/°c

Pt 100 yỵ ỵ y / Ni 100 / / Ẻ/ / / / / y

100 150 250

Hình 4.15: Đặc tuyến Pt 100 Ni 100

C ôn g tắc kim loại

Hình 4.16: Nhiệt điện

trở bế mặt

b) Cảm biến nhiệt độ với vật liệu Silic

Cảm biến nhiệt độ với vật liệu Silic dùng Tất phổ biến công nghiệp nơi cần đo hiệu chỉnh nhiệt độ từ (-50+300)°c Silic tinh khiết hay đơn tinh thể silic có hệ số điện trở âm Tuy nhiên, kích tạp loại n dải nhiệt độ đó, hệ sơ nhiệt điện trở ưở thành dương điện tích mang chuyển sang nhiệt độ thấp Ớ nhiệt độ cao hơn, sô" điện tích tự tăne lên điện tích tự phát đặc tính silic chiếm đa số 2 ( x f c điện ưở suất silic có hệ số nhiệt dương ưên 20&C hệ số nhiệt trở âm Có thể tính điện trở cảm biến silic theo nhiệt độ theo công thức gần đúng: Rt = Ro [ + A (T -T o )+ B ( T - T o ) 2]

Trong đó: Ro - điện trở điểm chuẩn ( f c (i2) To - nhiệt độ điểm chuẩn &C (K).

A = 0,7874 K 1

B = 1,8 l 5 K'2

Ngoài ra, điện trở R đươc xác đinh với phương trình: R = , ưong đó: n.d

R - điện ưở cảm biến nhiệt, [i2 ]ễ p - điện ưở suất vật liệu silic, [42 m]

d - đường kính kim đo (cơng tắc kim loại), [m]

Tất loại cảm biến nhiệt silic không tác động lực lên cảm biến làm hỏng cảm biến Hầu hết loại cảm biến bị giới hạn nhiệt độ Ì5Ỡ°C vỏ bọc, chân nối vào chip khơng ổn định với nhiệt độ cao sau 15&C dẫn điện tải (Intrinsic Conductivity) bắt đầu hoạt động

c) Cảm biến cặp n h iệt ngẫu

Câu tạo: gồm hai loại dây dẫn khác loại A B nối mối hàn, hai mối hàn có nhiệt độ khác t to (nhiệt độ chuẩn 0°C) Ta thường dùng kim loại platin làm kim loại chuẩn có độ bền hố học cao, nhiệt độ nóng chảy cao, dễ điều chế (hình 4.18).

Nguyên lý hoạt động: dựa vào tượng khuếch tán điện tử tự Khi mạch khép kín mà hai mối hàn có nhiệt độ khác nhau, hoạt tính điện tử tự đầu đốt nóng tăng lên, có dịng điện tử khuếch tán từ đầu nóng đến đầu lạnh làm cho đầu nóng thiếu điện tử tự nên mang điện tích dương, cịn đầu lạnh mang điện tích âm Giữa hai đầu xuất sức điện động Chiều dòng điện phụ thuộc vào nhiệt độ tương ứng mối hàn, nghĩa nhiệt độ t > to dịng điện chạy theo chiều ngược lại

Khi hai mối hàn có nhiệt độ sức nhiệt điện động tổng:

Eab- ^ab(ỉu)+ eBA(to) = 0

Khi t *to thì: EáB= eAB(t)+ eB.\(to) <=> EAB= eAB(t) - eAB(t0)

Đây phương trình cặp nhiệt ngẫu, nghĩa sức nhiệt động phụ thuộc vào hiệu số nhiệt độ mạch Nếu to = const eAỊi(to) = c (C sô")

—^ Eah— &AB(to) c

Như vậy, cách đo sức điện động mà ta tìm nhiệt độ t.

Trên hình 4.19, người ta đặt điện cực (3) vỏ bảo vệ (1) có chuỗi cách điện (4) Mơi hàn (2) tiếp xúc với đáy vỏ bảo vệ hay cách ly đầu sứ Dây dẫn nối dài (7) nối với điện cực đầu nối (8), vít (6) phích cắm (5) v ỏ bảo vệ giữ chắn đưa vào đối tượng cần đo, giữ chặt mức (9) Để bảo đảm tiêp xúc chắn, mối hàn (2) hàn v ỏ bảo vệ có dạng hình trụ hay hình vật liệu khơng thấm khí (thạch anh hay gốm) có đường kính ị l Jr25)mm, có chiều dài tùy thuộc vào yêu cầu từ (100+3000)171171.

2 Cảm biến nhiệt độ không tiếp xúc (cảm biến quang đo nhiệt độ)

a) Hỏa kê quang học

Hỏa k ế quang học sử dụng rộng rãi phịng thí nghiệm, có dải đo nhiệt độ từ (800+6000)°c.

Hỏa k ế quang học hoạt động dựa sở so sánh độ chói quang phổ vật đo với độ chói chuẩn mắt thường để xác định trùng độ chói đo với độ chói chuẩn (sự xạ vật đen tuyệt đôi) Phổ biến nhât hỏa k ế quang học dây tóc

hình 4.20. Hình 4.20: Sơ đồ hỏa kế quang học

Để đo nhiệt độ vật, người ta hướng vật kính (1) dụng cụ đo tới vật cần đo cho quan sát từ thị kính (7) sợi tóc đèn (4) So sánh độ chói vật đo với dây tóc đèn thường thực bước sóng 0,65jum. Để thực điều đó, ta đặt trước thị kính thiết bị lọc ánh sáng đỏ (6) Việc chọn lọc ánh sáng đỏ tạo cho mắt người cảm nhận qua lọc phần quang phổ qua gần với tia đơn sắc Ngoài ra, việc sử dụng lọc cho phép giảm giới hạn hỏa kế Thanh ngăn giới hạn góc vào hỏa kế Ta quan sát hình ảnh sợi tóc bóng đèn phơng vật đo: a) phơng tối - dây tóc sáng, b) phơng chiếu sáng - dây tóc tối. Ta phải chỉnh cho vật sáng đèn Nhờ có biến trở Rh mà ta thay đổi cường độ đo dòng điện qua đèn độ sáng dây tóc độ sáng vật đo Khi đó, kim mA với chia độ theo ánh sáng phụ thuộc vào nhiệt độ cho biết nhiệt độ tương ứng vật cần đo

Uca

Hình 4.21: Sơ đô hỏa kể quang điện

b) Hỏa k ế quang điện

Khác với hỏa k ế quang học, hỏa kê quang điện {hình 4.21) dụng cụ đo tự động Dải nhiệt độ đo từ (800+2000)°C. Loại hoạt động dựa ên phụ thuộc quang phổ độ chói vật vào nhiệt độ

Ống kính dụng cụ đo ngắm vào vật đo cho quang thơng truyền tới vật kính (2) qua màng ngăn (3) lỗ màng chắn (5) làm giảm

lọc màu đỏ (6) Sau tới phần thu quang điện (7) lỗ phía chắn (5), người ta truyền quang thông từ nguồn sáng (1), cung cấp dòng điện từ nguồn (9) điều khiển khuếch đại điện tử (8) Quang thông truyền tới tế bào quang điện (7) theo pha ngược lại Điều thực nhờ cửa điều tiết (4), cắt lỗ màng ngăn (5) Hình dáng cửa điều tiết lỗ chắn thực cho quang thông truyền tới tế bào quang điện tạo dịng điện hình sin đảo pha Do đó, quang thơng (độ chói) đèn vật đo nhau, tác dụng đảo pha tạo tế bào quang điện dòng điện chiều Nếu cường độ quang thơng chúng khác nhau, ví dụ nhiệt độ thay đổi, mạch tế bào quang điện xuất thành phần dịng xoay chiều, khuếch đại lên khuyếh đại (8) đưa qua tầng nhạy pha khối (9) Kết làm thay đổi dịng nung nóns đèn quang thơng chúng cân Nói cách xác, quang thông đèn không quang thơng vật đo Do đó, việc cân quang thông thực theo sơ đồ bù tự động tỷ lệ Nhờ hệ số khuếch đại lớn nên sai số cân tĩnh hệ thống nhỏ Như vậy, dịng điện đèn có liên hệ với đơn vị độ chói, đó, ta dùng để đo nhiệt độ vật

3 IC cảm biến nhiệt độ

a) IC cảm biến n h iệt L M 335

a) b)

Đây diode Zener cảm biến nhiệt độ có giới hạn từ (-40+1000)°c Đặc tính mơ tả theo công thức: u = 10.T = 10 (273,15 + t) (mV), ưong đó:

T - giá trị nhiệt độ Kelvin. t - giá trị nhiệt độ Cencius.

D òn g điện qua m c h cho p h é p k h o ả n g từ (0 , Jr5)m'V T rong m c h đo n h iệ t độ nên chọn 1 >1 mA, nhỏ 1 mA làm giảm độ xác R1 điện ưở giới hạn dòng qua cảm biến tính cho điều kiện chuẩn nhiệt độ t = 0’c

Rl = IQ3 Q)5 với E - điện áp cấp cho cảm biến, [V]

Để đảm bảo tuyến tính chuyển đổi đo, đòi hỏi / , < < / Độ lệch tun tính LM 335 đạt ±l°c.

Khi nhiệt độ t = °c tín hiệu đưa mạch điều khiển u = 2,73 V.

Đề đảm bảo độ xác cao giới hạn đo cần thiết nhiệt độ t= ỡ°c u = ov, ta sử dụng mạch hình 4.22 b.

Sơ đồ có khả hiệu chỉnh hai điểm giới hạn đo (Rd hiệu chỉnh đầu, Rc hiệu chỉnh cuối thang đo) Trước hết, đặt Rc ở vị trí trung gian hiệu chỉnh Rd cho điện áp u = -2,73V. Đặt cảm biến đo vào vùng có nhiệt độ điểm đầu thang đo hiệu chỉnh Rj giảm nửa sai số, sau đặt cảm biến đo vào vùng có nhiệt độ cực đại thang đo hiệu chỉnh Rc giảm nửa sai số phía Chuyển cảm biến nhiệt độ vị trí có nhiệt độ thấp thực lại phép hiệu chỉnh Quá trình hiệu chỉnh lặp lặp lại nhiều lần đạt kết mong muốn Trong mạch đòi hỏi Rj<<Ri.

b) IC cảm biến n h iệt LM 35 (LM34)

Vi m ạch cảm b iế n đo n h iệ t độ LM35 sử dụng đ ể đo n h iệ t độ thay đổi k h o ản g (50±300)°F (45,Ố)CJr 148,9 C). Tín hiệu LM35 tỉ lệ với nhiệt độ thang Farenhait hồn tồn tuyến tính với độ nhạy =10mV/ll>F. LM35 khơng địi hỏi thiết bị hiệu chỉnh bên ngồi

Các thơng số kỹ th u ậ t

Dịng tiêu thụ LM35 khoảng 70ụA. - Sai sô" đo nhiệt độ: ±0,5°F đôi với thang đo

từ (-50+30(fF), sai sơ" đo nhiệt độ phịng là: ±0,5 °F

- Nguồn cấp +E thay đổi khoảng (5V±20)V Hình 4.23a sử dụng đo nhiệt độ dương Farenheit, cịn hình 4.23b sử dụng đo nhiệt độ âm theo Farenheit

— E

- Điện trở R cho theo phương trình: R - —— ịM Q ) 50/uA

- Tín hiệu thay đổi theo hàm: u = lO.p (mV), với p nhiệt độ tính theo Farenheit +E

LM 34 -*1

R

-é - * -E b)

c) Đo nhiệt độ diode transistor Linh kiện điện tử nhạy cảm với nhiệt độ, đó, sử dụng số linh kiện bán dẫn diode transistor nôi theo kiểu diode (nối B C) phân cực thuận có dịng điện khơng đổi Khi đó, điện áp hai cực hàm nhiệt độ Dải nhiệt độ làm việc bị hạn chế khoảng (-50+150)°c

Độ nhạy nhiệt diode transistor mắc theo kiểu diode xác định theo biểu thức: S = ^ - ~ m V / ° c

dT

Đê tăng độ tuyến tính khả thay thế, người ta thường mắc theo sơ đồ (hình 4.22c) dùng cặp transistor mắc đơì với với hai dịng I\ /2 khơng đổi chạy aua đo điện áp B - E Bằng cách này, ta loại dòng điện ngược Trong trường hợp này, độ nhạy nhiệt tính theo cơng thức: s =

dT

ỉ a)

CHƯƠNG

CÁC LINH KIỆN BÁN DAN ứ n g d ụ n g t r o n g đ i ề u KHlỂN

CÁC QUÁ TRÌNH NHIỆT - ĐIỆN LẠNH

I CÁC LOẠI DIODE C ấu tạo

Diode linh kiện bán dẫn gồm hai tiếp giáp p - N ghép lại với Đầu p cực dương A (anode), đầu N cực âm K (cathode), c ấ u trúc ký hiệu diode trình bày hình 5.1.

2ề Nguyên lý làm việc đường đặc tính a) Khi diode khơng có điện áp ngồi

Hạt mang điện đa số lớp p lỗ trống, hạt mang điện đa số lớp N điện tử tự Khi ghép hai lớp lại với có dịng khuếch tán hạt đa sô" qua mặt ghép (lỗ trông từ p sang N điện tử tự từ N sang P) Do đó, tạo nên dịng điện khuếch tán /fa từ p đến N

Sự tồn Ikt làm vùng N điện tử tự do, vùng p nhận điện tử tự Do đó, phía vùng N có điện tích khối dương cịn phía vùng p có điện tích khối âm Như vậy, hai phía mặt ghép hình thành hiệu điện tiếp xúc Utx có chiều từ N đến p Hiệu điện tiếp xúc u tx cản trở khuếch tán hạt đa số làm giảm Ikt. Ngược lại, ư lx tạo chuyển dịch hạt mang điện thiểu số (lỗ trống từ N sang p điện tử tự từ p sang N) qua mặt ghép Điều tạo dịng diện ngược từ N đến p Do đó, dòng điện qua mặt ghép là: / =

Ikt-ỉng-Khi Ikt > Ing, hiệu điện tiếp xúc u tx tăng lên, tăng u,x làm giảm ha tăng Ing-Khi u,x tăng đến giá trị tất hạt mang điện thiểu số chuyển dịch qua mặt ghép Lúc lng đạt đến giá trị bão hịa Ịs khơng tăng lên Nếu u tx tiếp tục tăng lên lk, tiếp tục giảm xuống lúc đạt trạng thái cân động lịa =Inị! =IS. Lúc dịng điện qua mặt ghép I = 0 Utx đạt trị số xác định (khoảng 0.3V diode Ge khoảng 0,7V diode Si) u tx gọi hàng rào điện

b) Khi diode đặt m ột điện áp Uak > 0

Trong trường hợp UAK ngược chiều với u tx, đó, hàng rào điện giảm xuống khơng cịn Điều làm dòng điện khuếch tán /jt, tăng lên dòng điện ngược giữ giá trị /, Dòng điện qua mặt ghép tăng theo UAK theo cơng thức:

+ • •

\

(5-1) \

Trong đó:

ỉs - dịng điện ngược bão hịa T - nhiệt độ tuyệt đốì diode UAK - điện áp đặt vào diodeế Sự tăng 1 theo Uak biểu

ID(mA)

1

diễn bằne đoạn cong (1) đặc tuyến

Volt - Ampere diode trình bày ưên Ịji1t VD(V)

hình 5.2.

I UAK ưong trường hợp

u u

gọi dòng điện điện áp thuận diode trường hợp gọi diode

được phân cực thuận hay diode mở H1nh 5-2: Bườnl luyín m - AmPere cũa diode c) Khi diode được đặt m ột điện áp UAK < 0

Trong trường hợp UAK chiều với Utx- Do hàng rào điện tăng lên Hàng rào đẩy hạt mang điện đa sô" xa mặt tiếp xúc Điều tạo lớp nghèo hạt mang điện mặt ghép Lớp lớp cách điện đốì với hạt mang điện đa số cản trở hoàn tồn dịng điện khuếch tán Ngược lại, hàng rào điện UAK + Utx lại gia tốc cho hạt mang điện thiểu sô" qua mặt shép Tuy nhiên, UfCA nhỏ điện áp đánh thủng Uđt diode dịng điện ngược hạt mang điện thiểu sô" tạo bé Điều tương ứng với đoạn cong (2) đặc tuyến Volt - Ampere hình 5.2. Diode ưang thái gọi diode phân cực ngược diode khóa Khi điện áp ngược Uka > Uđt hạt mang điện thiểu

số gia tốc đến mức phá vỡ mốì liên kết nguyên tử lớp ghép tạo điện tử tự Các điện tử lại tham gia bắn phá mặt ehép Do đó, số điện tử tự tăng lên cách dây chuyền Điều làm dòns điện ngược tăng lên cách nhảy vọt Tinh trạng diode gọi diode bị đánh thủng

3Ế Các tham sô" diode a) Điện trở DC

Điện trở DC diode (Rdc) điểm hoạt động tìm thấy cách đơn giản bằnơ cách tìm mức điện áp V[) dòng điện I[) tương ứng với điện áp nguồn cung câp áp dụne

V

phương trình sau: RDC = — (5-2)

I D b) Điện trở A C

Điện trở AC diode (Rac) xác định theo công thức sau:

Trong đó:

/7 - số phụ thuộc vào vật liệu 1<Ĩ] <2. kT

VT =—— - hiệu điện thê nhiệt q

Với k = 1,38 l ơ23 (J/K) - số Boltzman

Tk = Tc + 273,15 (K) - nhiệt độ tuyệt đối Kelvin q = 1,6 l ữ19 (c ) - điện tích hạt

ID - dòng điện diode phân cực thuận Is - dòng điện rò bão hòa

c) Điện dung

Các linh kiện điện tử râ't nhạy với tần số cao Hầu hết ảnh hưởng điện dung nối tiếp bị bỏ qua làm việc tần số thâp Xc = â/27ĩfC có giá trị lớn (tương đương hở mạch) Tuy nhiên, bỏ qua làm việc tần số cao giá trị Xc giảm nhỏ ngắn mạch tín hiệu có tần số cao Trong diode bán dẫn p - N, điện dung cần xem xét gồm hai thành phần: c = Ct + Cd, cT điện dung chuyển tiếp (transistion) Cd điện dung

khuếch tán (diffusion)

d) Thời gian khôi phục ngược

Thời gian khôi phục ngược trr tổng hai thông số thời gian lưu trữ thời gian chuyển tiếp: trr = ts + t,. Trong thời gian lưu trữ ts thời gian để hạt tải thiểu số trở trạng thái hạt tải đa sô" chúng chất bán dẫn đối diện, thời gian chuyển tiếp tị thời gian để dòng điện giảm giá trị 0 ứng với trạng thái ngưng dẫn

e) Ả n h hưởng nhiệt độ

4 Các loại diode

a) Ký hiệu diode chỉnh lưu cao tần

+

b) Ký hiệu diode zener c) Ký hiệu diode biến dung

+ +

d) Ký hiệu diode Tunnel

w

Hình 5.4: Ký hiệu loại diode

a) Diode chỉnh lưu

Cấu tạo chuyển tiếp p - N tiếp xúc mặt nên diode chỉnh lưu có khả chịu dịng tải lớn ứng dụng mạch chỉnh lưu Diode chỉnh lưu ký hiệu hình 5.4a.

b) Diode cao tần

Cấu tạo chuyển tiếp p - N tiếp xúc điểm nên diode cao tần có điện dung tiếp xúc bé, hoạt động tần số cao ứng dụng mạch tách sóng cao tần Diode cao tần ký hiệu như hình 5.4a.

c) Diode zener

Câu tạo chuyển tiếp p - N chế tạo vật liệu chịu nhiệt tỏa nhiệt tốt, chịu dịng điện ngược lớn Zener hoạt động chủ yếu vùng phân cực ngược ứng dụng mạch ổn áp, tạo điện áp chuẩn Ký hiệu diode zener biểu diễn hình 5.4b.

d) Diode biến dung

Cấu tạo chuyển tiếp p - N chế tạo có điện dung thay đổi theo điện áp ngược đặt vào ứ n g dụng mạch tự điều chỉnh tần số cộng hưởng Ký hiệu diode biến dung trình bày hình 5.4c.

e) Diode Tunnel

Cấu trúc chuyển tiếp p - N có nồng độ tạp chất cao ứng dụng mạch siêu cao tần Diode Tunnel có ký hiệu như hình 5.4d.

f ) Diode Schottky

Diode Schottky có câu tạo tiếp xúc Schottky - tiếp xúc gồm m ột khối kim loại (như platin) m ột khô'i châ't bán dẫn N ghép lại với nhau, ứ n g dung mạch yêu cầu tốc độ ch u yển m ạch nhanh Ký hiệu diode Schottky b iểu diễn hình 5.4e.

g) Diode p h t quang (LED)

phát chuyển sang trạng thái khác Trong tất mối nối bán dẫn p - N, nãng lượng tạo nhiệt vài dạng hạt ánh sáng (photons) Hình / biểu diễn ký hiệu diode phát quang

II CÁC LOẠI TRANSISTOR

1 Transitor lưỡng cực tính BJT (Bipolar Junction Transistor)

a) Cấu tạo

Transistor linh kiện bán dẫn ba lớp gồm hai lớp N _ lớp p - gọi transistor NPN hai lớp p lớp N - gọi transistor PNP c ấ u trúc trình bày hình 5.5. Lớp bán dẫn có bề dày nhỏ nhiều hai lớp bán dẫn hai bên khoảng 150 lần.

Transistor có ba cực: cực E (Emitter) cực phát, c (Collector) cực thu B (Base) cực

b) Nguyên tắc làm việc

1 p

c E

n I3 n 1

Ie

B

Ic Ie

B

Ic

E

l*\Ệ

E

B M Ịb

b) loạiN PN a) loại PNP

Hình 5.5: cấu trúc bán dẫn ký hiệu transistor BJT

Dòng hạt tải đa số

E,

Dòng hạt tải thiểu số

I p n p I

a) BE phân cực thuận

Dòng hạt tải đa số Dòng hat tải đa số

b) CB phân cực ngược

d) Hoạt động khuếch đại transistor

Hình 5.6: Minh họa nguyên tắc hoạt động transistor loại PNP c) CB phẫn cực ngược, BE phản cực

thuận

Trên hình 5.6a, transistor khơng có điện áp mối nối phân cực CB mối nốì BE câp nguồn phân cực thuận Trường hợp này, hoạt động chuyển tiếp PN, vùng nghèo mặt tiếp giáp BE giảm có di chuyển hạt tải đa số từ lớp p cực E sang lớp N cực B

Trên hình 5.6b, mối nơi BE khơng phân cực cịn mối nối CB phân cực ngược Khi hoạt động giông diode phân cực ngược, vùng nghèo mặt tiếp giáp CB dày lên, dòng hạt tải đa số 0 dòng hạt tải thiểu số

Trên hình 5.6c ưường hợp mơì nối BE phân cực thuận cịn mơi nơì CB phân cực ngược Do mơi nối BE phân cực thuận nên số lượng lớn hạt tải đa số chất bán dân p khuếch tán sang chất bán dẫn N qua mặt tiếp giáp PN, chất bán dẫn N mỏng nên có số lượng hạt tải tái hợp tạo nên dịne Ib có giá trị nhỏ (vài ụ A) số lượng lớn hạt tải lại trở thành hạt tải thiểu sơ" lớp N (cực B) Trong mốì nơì CB phân cực ngược nên hạt tải tiếp tục di chuyển qua mặt tiếp giáp sang vùng chât bán dẫn p cực c tạo nên dịng ỉc- Theo định luật Kirchoff, ta có: ỈE = Ic + ỈB■ Trong dịng Ic xem tổng hai dòng: hạt tải đa số Icmajority (từ lớp p cực E),

mọt lâ cuâ hạt tâl thicu so lcominorityi vạy; 1(2 — Icinajority "t"

ỈCOminority-Thông thường, /c có giá trị lớn cịn leo có giá trị nhỏ, Ico giơng dịng Is diode phân cực ngược nhạy với nhiệt độ nên cần phải khảo sát cẩn thận ứng dụng trons ứng dụng có tầm nhiệt độ rộng

> Hệ số truyền đạt dịng điện a

Với tín hiệu DC, dòng /c ỈE phụ thuộc vào hạt tải đa số có mối liên hệ với hệ số a xác đinh phương trình: a = — , ỈE Ic dòng điện điểm làm việc

1E

Với linh kiện thực t ế a - 0,9 -ỉ- 0,998. Cịn với tín hiệu AC hệ số or xác định A Ir

phương trình: a A c~ — (5-4)

A Ie

> Hệ sơ kh u ếch đại dịng đ iện p

Với tín hiệu DC, dịng điện Ic 1B có mối quan hệ với hệ số p xác định phương trình: /3 = — , ưong IB Ic dịng điện điểm làm việc Với linh kiện thưc

IB

tế /3= 50 -ỉ-400. Cịn với tín hiệu AC hệ sơ" p xác định theo phương trình sau: _ A IC

p.AC A Y

a i b (5-5)

VCE=consianí

> H o ạt động k h u ế ch đại tran sisto r

Mối quan hệ dòng /c IE thiết lập trên, hoạt động khuếch đại transistor trình bày mạch điện hình 5.6d, thơng số chọn hình Bài tốn đặt khảo sát tín hiệu điện áp ngõ VL hệ số khuếch đại điện áp

Dòng điên vào đươc xác đinh sau: I = — = ~ 0 - I Q / ^

Giả sử aAC = 1 Ựe ~ Ic), đó: IL= h = 10 mA.

Như điện áp ngõ xác định: Vi = Il-R = 0 (mA).5(kíì) = 50V hệ số khch

* I - VL _ 50V

-đại điện áp A„ = —- = — - =

v; 200mV

c) Đặc tuyến Volt - Ampere

Đồ thị diễn tả mốì tương quan dịng điện điện áp BJT gọi đặc tuyến Volt - Ampere (hay đặc tuyến tĩnh) Người ta thường phân b iệt thành bốn loại đặc tuyến: đặc tuyến vào (quan hệ dòng điện điện áp ngõ vào), đặc tuyên (quan hệ dòng điện điện áp ngõ ra), đặc tuyên truyền đạt dòng điện (nêu phụ thuộc dòng điện theo dòng điện vào) đặc tuyên hồi tiêp điện áp (nêu biến đổi điện áp hai ngõ vào điện áp ngõ thay đổi) Dưới giới thiệu ba loại đặc tuyến thường dùng cho kiểu m ạch Trong phần trình bày cho loại NPN

❖ Mạch Base chung (B.C)

Mạch Base chung mắc đơn giản hình 5.7a.

a) Mạch Base chung đơn giản

Ic (mA) lE=7mA

ĨẸ=6mA IE=5mA tích cực Ie=4mA I^SmA IH=2mA Ỉ E = l m A =0mA

c) Họ đặc tuyến tĩnh (B.C)

Vcb (V)

b) Họ đặc tuyến vào tĩnh (B.C)

Ic(m A)

Vcb=5V

Vcb=OV V a,= 0V

Ỉ E (mA)

d) Họ đặc tuyến truyền đạt dòng điện (B.C)

Hình 5.7: Mạch Base chung

Đặc tuyến vào

Hình 5.7b biêu điên mơi quan hệ IE - f(VEli) giá trị V C B = constant (hằng số) đặc tuyến

Đặc tuyến ra

Đặc tuyến ngõ biểu diễn mối quan hệ Ic = f(V CB) 1E = hằng sơ ên hình 5.7c. Đặc tuyến gần song song với trục hoành, cắt trục tung ở tung độ khác Điều chứng tỏ VCB 0, dịng /c có giá trị khác 0 việc tăng Vcb ảnh hưởng

rất đến / c

Đường thấp nhât hình 5.7c ứng với Ỉ E - 0 cách trục hoành m ột khoảng hẹp Và

giá trị ứng với tung độ giá trị dòng điện ngược Collector

Đặc tuyến chia thành ba vùng: vùng tích cực - vùng mà mơi nốì BE phân cực thuận cịn CB phân cực ngược (vùng ứng với trạng thái khuếch đại thông thường transistor), vùng ngưng dẫn - vùng mà hai mối nối CB BE phân cực ngược vùng bão hòa - vùng hai mối nối phân cực thuận

-4- Đặc tuyến truyền đạt dòng điện

Đặc tuyến biễu diễn môi quan hệ /c = f(ỈE) giá trị V C B = constant, có dạng gần

tuyến tính (hình 5.7d) dịng điện IE cịn nhỏ, Ietang dần lên đặc tuyến lệch khỏi quy luật tuyến tính

❖ M ạch E m itte r chung (E ẵC)

Mạch Emitter chung mắc đơn giản như hình 5.8a

h ( ụ A )

c) Ho đặc tuyến fĩnh (E.C) d) Họ đặc tuyến truyền đat dòng điện (E.C)

Hình 5.8: Mạch Emitter chung

a) Mạch emitter chung đơn giản b) Họ đặc tuyến vào ũnh (E C)

I c ( m A )

4- Đặc tuyến vào

Đặc tuyến vào thể mối quan hệ /fl = f(V BE) giá trị VCB = c (C số) Thực chất, nhánh thuận đặc tuyến diode Hình 5.8b biểu diễn họ đặc tuyến

4- Đặc tuyến ra

Đối với mạch cực E chung, đặc tuyến biểu diễn mối quan hệ dòng điện / c điện áp VCE dãy dòng điện ngõ vào Iiì khác (hình 5.8c) Đường thấp (ứng với lu = 0) phản ánh giá trị dòng điện ngược Collector mạch E c ựcEo)- Phạm vi phía đặc tuyến vùng ngưng dẫn Phía đặc tuyến (ứng với Ib Ỷ 0) vùng bão hịa

vùng tích cực

i- Đặc tuyến truyền đạt dòng điện

Đặc tuyến truyền đạt dòng điện biễu diễn quan hệ Ic = /(Ib) giá trị Vce = constant(hình 7.8d). Độ dốc đặc tuyến hệ số khuếch đại dịng điện Ị3. Trong phạm vi dòng điện lớn, giá trị yổgiảm, đặc tuyến khơng cịn tuyến tính

❖ Mạch Collector chung (C.C)

Họ đặc tuyến vào có tính ch ất lý thuyết m ạch cực c chung m ôi quan hệ 7/j = f ( V IÌC) giá trị Vce = số, thực tế dùng Đặc tuyến biểu diễn mối quan hệ IIi= f ( V EC)\ H= đặc tuyến truyền đạt dịng điện thể mơi quan hệ

I r = f ( ỉ , ị)L _ EC—constthì gần giống đăc tuyến tương ứng mach CƯC E chung (E.C), IE ~ /c

2. Transitor trường FET (Field Effect Transistor)

a) Transistor trường dùng chuyển tiếp p - N (JFET)

> Cấu tạo

JFET linh kiện bán dẫn ba cực có câu trúc ký hiệu JFET kênh N JFET kênh p hình 5.9. Ba cực gồm có: cực máng D (Drain), cực nguồn s (Source), cực cửa hay cực điều khiến G (Gate)

(Drain)

G (Gate)

D (Drain)

I s (Source)

a) Cấu trúc ký hiệu JFET kênh l\l

G (Gate)

> s (Source)

b) Cấu trúc ký hiệu JFET kênh p

Hình 5.9: Cấu trúc ký hiệu JFET

> Nguyên tắc ho ạt động

trở Rd đặt điện áp VDS cực D s, gây dòng chuyển động qua kênh dẫn điện tử (hạt đa số thỏi bán dẫn N), tạo nên dòng điện máng ID Mặt khác, nguồn Ec tạo điện áp cực G s làm cho chuyển tiếp p - N bị phân cực ngược, nghĩa làm cho bề dày vùng nghèo tăng lên thu hẹp tiết diện kênh dẫn

Nếu giữ Ed khơng đổi, tăng dần giá trị EG, tình trạng phân cực ngược chuyển tiếp p - N tăng: vùng nghèo mở rộng, kênh dẫn thu hẹp Do điện trở kênh dẫn tăng dòng máng Id giảm Còn dòng cực G cực s dòng ngược chuyển tiếp p - N, nhỏ - không đáng kể (Ic - )

Nếu điện áp phân cực Egcó thêm tín hiệu xoay chiều es đặt vào cực G

và cực s rõ ràng tùy vào trị số dấu es mà tình trạng phân cực ngược chuyển tiếp p - N thay đổi Từ đó, điện trở kênh dẫn bị biến đổi dòng máng bị biến đổi theo Nếu es tăng giảm theo quy luật hình sin ID tăng giảm theo hình sin Dòng gây Rd điện áp biến thiên dạng với es biên độ lớn hơn, nghĩa JFET

khuếch đại tín hiệu

> Đặc tuyến Volt - A m p e re

Vùng điện trở

a) Mạch JFET kênh N b) Họ đặc tuyến JFET kênh N

Hình 5.10: Mạch dặc tuyến JFET

4 Đặc tuyến ra

Đặc tuyến biểu diễn mối quan hệ I D = f ( VDS)I t thể hình 5.10b. Đặc tuyên gồm ba vùng: vùng điện trở, vùng bão hòa hay vùng thắt kênh vùng đánh thủng

- Vùng điện trở: với hàm ý kênh dẫn thể điện trở, giá trị điện áp Vps = Vp (điếm A), vùng nghèo mở rộng tới mức chiếm hết tiết diện kênh vùng gần cực D, nghĩa kênh dẫn bị thắt lại phía cực D (hình 5.10Ò). Người ta gọi Vp điện áp thắt, điểm A điểm bắt đầu thắt kênh hay điểm bắt đầu bão hòa Vùng đặc tuyến nằm bên trái điểm A (hình 5.10b) vùng điện trở

(hình 5.10b). Vì vậy, VDS tăng dịng ID khơng thay đổi Vùng đặc tuyến gọi vùng thắt kênh (vùng bão hòa)

- Vùng đánh thủng: V D S quá lớn gây tượng đánh thủng chuyển tiêp p - N

Trên hình 5.10b, vùng nằm bên phải điểm B Khi thay đổi giá trị Vgs ta họ đặc tuyến

■4 Đặc tuyển ĩruyển đạt

Đặc tuyến truyền đạt biểu diễn mối quan hệ I D = f( VGS)|v = ưình bày ưên hình 5.11c. Dạng đặc tuyến phản ánh q trình điện trường điều khiển dịng điện Id', trị số tuyệt đối

của Vcs tăng, vùng nghèo mở rộng, điện trở kênh dẫn tăng dịng ID giảm Khi Vcs đạt tới giá trị điện áp thắt Vp dịng Ip giảm xuống không

Đ i ể m

c Đặc tuyến truyền đat JFET a Băt đâu thăt kênh b) Thãt kênh trải dài

kênh N

Hình 5.11: Minh họa trình thắt kênh đặc tuyến truyền đạt JFET kênh N

b) Transistor có cực cửa cách ly (M O SF ET - Metal Oxide Semiconductor F ET) ♦> MOSFET kên h có sẵn (Depletion - MOSFET)

> Cấu trúc

Cấu ưúc ký hiệu D - MOSFET kênh N kênh p trình bày hình 5.12.

S i 2 S i02

a) Cấu trúc ký hiệu D - M 0SFET kênh N b) cấu trúc ký hiệu D - MOSFET kênh p

Chất bán dẫn loại p hay N nối ngồi cực tính có tên ss (Substrate), cực D s được nối kết đến chất bán dẫn loại N hay p Cực G nối đến bề mặt tiếp xúc kim loại ngăn cách với chất bán dẫn kênh p hay N lớp S1O2 Dioxide Silicon (S1O2) vật liệu đặc biệt cách điện xem nhưchâ't điện môi

> Nguyên tắc hoạt động đặc tuyến.

Hãy xét hoạt động D - MOSFET kênh N mạch điện hình 5.13a.

a) Mạch D - MOSFET kênh N b) ĐT truyền đạt c) Đặc tuyến D - MOSFET

Hình 5.13: Mạch đặc tuyến D - MOSFET

Ban đầu, tác dụng điện áp VDS (do nguồn E[) tạo ra), qua kênh dẫn cực D có dịng điện lo tạo hạt dẫn đa sơ" kênh Nếu có thêm điện áp Vcs (do Ec tạo nên) có cực tính hình vẽ giơng trình xảy tụ điện, điện tích âm tích tụ cực G, điện tích dương tích tụ cực đơi diện, tức kênh dẫn (lớp S1O2 đóng vai trị điện mơi tụ) Các điện tích dương tái hợp với điện tử, làm giảm nồng độ hạt dẫn VCH1 có kênh, khiến điện trở kênh tăng dịng lo giảm Càng tăng trị sơ" Vcs dòng ln giảm C hế độ làm việc gọi chế độ làm nghèo hạt dẫn (gọi tắt chế độ nghèo) Nếu đổi cực tính nguồn Ec (Vcs trở thành điện áp dương) trình diễn ngược lại Càng tăng trị sô" Vcs nồng độ hạt dẫn kênh tăng thêm, điện trở kênh giảm dòng 7/jcàng tăng C h ế độ làm việc gọi chế độ giàu

Như vậy, Vcs = 0, D - MOSFET có dịng Id i1 0. Tùy cực tính v cs mà D -

MOSFET làm việc c h ế độ giàu hay ch ế độ nghèo, dùng giá trị Vcs để điều khiển dòng 1D tăng hay giảm Trên sở đó, có tín hiệu xoay chiều es đưa đến ngõ vào hiển nhiên dòng ID biến đổi theo es tải ngõ nhận tín hiệu khuếch đại

Đặc tuyến truyền đạt đặc tuyến D - MOSFET kênh N hoàn toàn phản ánh nguyên lý (hình 5.13b,c) Mỗi đặc tuyến bao gồm ba vùng: vùng điện trở, vùng bão hịa vùng đánh thủng (hình 5.13c).

❖ MOSFET k ên h cảm ứng (E n h an c em en t - MOSFET) > Cấu trúc

w.*mr/Am'///vw,

Ld I d

I

a) Cấu trúc ký hiệu E - MOSFET kênh N b) cấu trúc ký hiệu E - MOSFET kênh p

Hình 5.14: cấu trúc ký hiệu E - MOSFET

> Nguyên tắc hoạt động đặc tuyến

Eg

a) Điện áp phân cực

E - MOSFET kênh N b) Sơ đồ khuếch đại

d) Đặc tuyến E - MOSFET kênh N

Hình 5.15: Mơ tả nguyên tấc hoạt động đặc tuyến

Khi có điện áp Vos đặt vào, mạch có dòng điện nhỏ chạy qua điện ưở tương đữơng s và D coi vô lớn Khi có thêm điện áp dương VGS, điện tích dương tích tụ cực G, cịn điện tích âm tích tụ vùng đối diện, phía bên m àns SiO: (hình5.15a).

mặt phiến Si loại p (do cịn gọi lớp đảo), đóng vai ưị kênh dẫn nối liền hai cực D cực s Do xuất kênh dẫn, điện ưở tương đương s D giảm xuống dịng ID tăng lên Trị sơ' V G S tăng, nồng độ điện tích âm kênh dẫn nhiều, dòng Id

càng lớn C hế độ làm việc VGS> V t gọi chế độ làm giàu điện tích (gọi tắt chê độ giàu)

Sơ đồ khuếch đại E - MOSFET kênh N giới thiệu hình 5.15b. Ta thấy rõ, điện áp tín hiệu xoay chiều es (xếp chồng lên điện áp chiều Vcs nguồn Eo tạo ra) điều khiển nồng độ điện tích âm cảm ứng kênh dẫn điều khiển dòng Id tăng giảm Và ưên tải có điện áp khuếch đại es.

Đặc tuyến tru y ền đ t đặc tuyên E - MOSFET kênh N b iểu diễn hình 5.15c,d. T rê n đặc tuyên, ta thấy Vgs > V t có dịng / ữ và E -

MOSFET làm v iệc c h ế độ giàu

Ị||ễ CÁC LOẠI SCR (Silicon Controlled Rectifier)

1 Câ'u trú c

SCR linh kiện bán dẫn gồm bôn lớp p - N - p - N ghép nối tiếp với nhau, có cực anode (A), cathode (K), cực cửa hay cực điều khiển G (Gate)

Câu trúc ký hiệu SCR hình 5.16.

*

r

N p N

2 Nguyên lý ho ạt động

K

Hình 5.16: cấu trúc ký hiệu SCR

K

+1

J, J2 J3

r

N p N

Ả K

a) Chiều điện áp đặt vào

G I g = I b2 b) SCR phân thành hai transistor

Hình 5.17: Mơ tả nguyên lý hoạt động

Khi đặt điện áp u lên anode cathode SCR, mặt tiếp giáp J), J3 phân cực thuận mặt tiếp giáp J2 phân cực ngược (hình 5.17a). J2 mặt tiêp giáp Ti T2 Dòng điện chạy qua J2 /2 = a2lci + a2IC 2 + lo, lo dịng điện rị qua mặt tiếp giáp J2, (ữ/lci + a2Ic2) tổng dòng collector Nhưng Ti T2 ghép lại thành tổng thể, nên ta có:

Ỉ C Ì — ỈC2 - h - l - O íilc] + O ijlci + ỉo = i a ì + a )I + lo = > I — — ~ ~

ỉ - ( a , + a 2)

Vì J2phân cực ngược nên dịng chảy qua bị hạn chê, CC] Ơ.2 có giá trị nhỏ nên / sr

I(). Tức SCR trạng thái khóa

Qua biểu thức ta thấy dòng điện qua SCR phụ thuộc vào hệ số truyền điện tích (ữi, ai). Sự phụ thuộc biểu diễn hình 5.17c.

Dịng Ig qua cực khiển G vào cực B T2 (hình 5.17b), khiên T2 mở làm tăng dòng Ic2 tức tăng dòng cực B Tị Hiện tượng gọi hồi tiếp dương dịng, tạo điều kiện cho dịng chạy qua SCR tăng nhanh chóng

Khi dịng vào cực B T] tăng làm cho ơ\ tăng theo dòng vào cực B T2 tăng làm a2 tăng, tức ( C(] + (X2) —> 1, hai transistor chuyển sang trạng thái mở, lúc điện

trở A K nhỏ Như vậy, mn SCR dẫn hay tắt, ta điều khiển dịng vào cực G Tác động dẫn - tắt trình bày m ục 4.3.5.

3 Đặc tuyến Volt - A m p ere

Đặc tuyến Volt - Ampere SCR có dạng như hình 5.18.

Đoạn (1) ứng với trạng thái khóa SCR Trong đoạn (a , + a2) « 7, nên dịng qua SCR xỉ dòng rò I ~I(), việc tăng điện áp ảnh hưởng đên giá trị dịng Khi tăng điện áp đến giá trị VBR(F) (điện áp chuyển trạng thái), bắt đầu q trình tăng nhanh dịng điện vượt qua dịng trì IH, SCR chuyển sang trạng thái mở

Đoạn (2) đường đặc tuyến ứng với giai đoạn phân cực thuận mặt tiếp giáp h (các transistor Ti, T2bão hòa) Trong đoạn lƯỢng tăng dòng điện tương ứng với lượng giảm điện áp

Đoạn (3) ứng với trạng thái mở SCR Trong đoạn này, ta thấy giá trị điện áp nhỏ tạo dịng điện lớn Lúc dòng điện thuận bị hạn ch ế điện ưở Điện áp rơi SCR giữ trạng thái mở dòng điện thuận nhỏ dịng trì.

đặc tuyến diode thơng thường Dịng điện ngược nhỏ tăng điện áp ngược đên VngMax (điện áp đánh thủng) SCR (thyristor) bị hỏng

4 Các thông số’ chủ yếu SCR

- Điện áp thuận cực đại (V,hMax)'- điện áp lớn đặt lên SCR theo chiều thuận mà SCR trạng thái khóa

- Điện áp ngược cực đại (VngMax)'- điện áp lớn đặt lên SCR theo chiều ngược mà SCR không hỏng

- Điện áp định mức (Vđm): điện áp cho phép đặt lâu dài lên SCR theo chiều thuận ngược mà SCR không hỏng

- Điện áp chuyển Trạng thái (VBR(F)): giá tộ điện áp mà khơng cần kích dịng vào cực G, SCR chuyển sang trạng thái mở

- Dòng điện định mức (Iđm)'- dịng điện có giá trị trung bình lớn phép chạy qua SCR

- Điện áp dòng điện điều khiển (Uc, Ic)'- giá trị điện áp dòng điện nhỏ đảm bảo SCR mở

- Tốc độ tăng điện áp thuận cho phép (d v/d t): giá trị lớn tốc độ tăng dịng q ưình mở SCR

5 Tác động dẫn, t ắ t SCR a) Tác động dẫn

- Kích xung dịng Ig bé tương ứng với Ib2 (của transistor T2) làm Ơ2 tăng dẫn đến ỈC2

-Ibi tăng làm (Xj tăng Kết (ai + (X2) —>1 I tăng (tức SCR dẫn)

- T ăng đ iện áp th u ận VAK đ ến giá trị v ch, dòng rò tiếp giáp J2 tăn g nhanh làm ( ữ] + Ơ2Ì — SCR dẫn

- Tác động ánh sáng bên ngồi làm dịng rị tăng (loại SCR quang) làm cho SCR dẫn

- Nhiệt độ tăng làm dòng rò tăng (vì dịng rị tăng theo nhiệt độ - lưu ý đến dải nhiệt độ làm việc linh kiện)

- Tốc độ biến thiên điện áp A - K SCR (dV/dt) tăng đến mức đó, làm dòng rò tăng SCR dẫn

b) Tác động tắt

- Ngắt nguồn cấp' điện VAK khỏi SCR (cách thường khơng sử dụne phải tổn hao lượnơ ngắt, dễ tạo xung áp ngược biên độ cao làm hỏng SCR)

- Giảm dịng qua SCR xuống giá trị dịng trì IH

IV CÁC LOẠI DIAC, TRIAC

1 Diac

a) Cấu trúc

Diac linh kiện bán dẫn gồm bốn lớp p - N - p - N, có hai cực Ai A2 (do làm việc theo hai chiều nên khơng phân biệt Anode Cathode), c ấ u trúc ký hiệu diac hình 5.19.

A, N

p N p

a

N

A2

Hình 5.19: cấu trúc ký hiệu diac Hình 5.20: Đặc tuyến Volt - Ampere diac

b) Nguyên lỷ hoạt động đặc tuyến

Đặc tuyến Volt - Ampere diac có dạng như hình 5.20.

- Khi điện áp có trị số tuyệt đối nhỏ trị số tuyệt đối V b r (nằm Vb r(R )và Vb r(F )) diac tắt ngược lại diac dẫn Diac dẫn điện theo hai chiều

- Hầu hết ứng dụng diac điều khiển triac

2 Triac

a) Câu trúc

Câu trúc ký hiệu triac trình bày hình 5.21. Triac có ba chân: hai chân công suất MT|, MT2 (do triac làm việc theo hai chiều nên không phân biệt Anode Cathode) cực G Triac có cấu trúc tương đương hai SCR mắc song song ngược chiều

MT2

m t2

F |

p N

-MT,

N II

E ] G 1

*

G

MT]

Do có câu trúc tương đương với hai SCR mắc song song nên hoạt động tương đương Khi điện áp chân MT2 lớn MTi có xung dương kích vào cực G SCR bên trái dẫn, ngược lại đặt điện áp MT2 thấp MTi kích xung âm vào cực G SCR bên phải dẫn (hình 5.22Ị).

Triac có đặc tuyến Volt - Ampere đốì xứng Hình 5.22b biểu thị dạng đặc tuyến Volt - Ampere với giá trị khác dòng điều khiển

b) Nguyên lý hoạt động đặc tuyến

a) Sự tương đương triac với hai SCR b) Đặc tuyến Volt - Ampere triac

Hình 5.22: Mô tả nguyên lý làm việc đặc tuyến Triac

VbR(RI) VBR(R2) VBR(R3)

BR(F3) V BR(F2) V BR(F1)

- Mở triac: Triac mở hiệu điện hai chân công suất (MTi - MT2) dương với dòng điều khiển IG dương hay âm, hiệu điện hai chân công suất (MTi - MT2) âm với dòng điều khiển dương hay âm Như vậy, có tất bốn khả mở triac

- Khố triac: Khóa triac giống khóa SCR dòng dẫn giảm xuống thấp giá trị dịng điện trì Và tương tự, thơng số triac giơng SCR (phía nhánh thuận)

V CÁC LOẠI ĐIỆN TRỞ NHIỆT (thermistor - thermal sensitive resistor)

Thermistor làm việc dựa thay đổi điện trở theo nhiệt độ phân thành hai loại: nhiệt điện trở âm - nhiệt độ tăng điện trở giảm (NTC - Negative T em perature Coefficient), nhiệt đ iện trở dương - nhiệt độ tăng điện trở tăng (PTC - Positive Temperature Coefficient) Thermistor hỗn hợp đa tinh thể nhiều oxide gôm nung chảy nhiệt độ cao (1000 -T 1400°C). Sự thay đổi điện trở theo nhiệt độ PTC thermistors NTC thermistors phụ thuộc vào vật liệu tạo nên hỗn hợp, tỉ lệ hỗn hợp trình nhiệt độ nung nóng Câu tạo kích thước loại nhiệt điện trở

1 7 1 7 c\]

LO

a) Kích thước thermistor Đơn vị tính (mm)

100 200 300 c T/_ AX

I (mA)

b) Biêu diễn R NTC = f ( T NTCĩ) c) Đặc tuyến Volt - Ampere NTC thermistors

Đối với kim loại điện trở tăng khoảng 0,4% nhiệt độ tăng lên 1 độ nhiệt điện trở âm (NTC thermistors) điện trở giảm tị (3 -ỉ- 5,5)% nhiệt độ tăng lên 1 độ. Như vậy, thay đổi điện trở theo nhiệt độ NTC thermistors gấp (7 -r 14) lần so với kim loại Đặc điểm hình thành ưong trình nung nóng cấu trúc Ký hiệu NTC thermistors mạch điện hình 5.24a.

Hình 5.24b biểu diễn thay đổi điện trở NTC thermistors theo nhiệt độ Trên hình, ta thây 2Ỡ°C - NTC thermistors có điện trở R= 5,5 k ũ , nhiệt độ tăng đến 100°c điện trở R= 400Q.

Đặc tuyến Volt - Ampere NTC thermistors vẽ theo thang log - log có dạng hình 5.24c. Đặc tuyến gọi đặc tuyến tĩnh NTC thermistors Nó xác định nhiệt độ môi trường khác nhau, điện áp NTC thermistors không xác định trước đạt đến trạng thái cân nhiệt Đặc tuyến Volt - Ampere chia làm ba vùng khác nhau:

- Khi công suất điện cung cấp nhỏ (thấp 10mW) đường đặc tuyến gần tuyến tính Trong vùng điện trở NTC thermistors xác định nhiệt độ môi trường NTC thermistors dùng cảm biến nhiệt độ dãy Điểm cuối vùng khoảna 10mW.

- Khi dòng điện tăng nhiệt độ NTC thermistors tăng cao nhiệt độ mơi trường xung quanh Khi điện trở NTC thermistors giảm xuống đáng kể, giá trị dòng điện điện đạt cực đại

- Nếu tiếp tục tăng dịng điện điện áp giảm xuống Trong vùng điện ưở NTC thermistors phụ thuộc hồn tồn vào cơng suất điện cung cấp chịu ảnh hưởng nhiệt độ môi trường xung quanh

Các thông số NTC therm istors:

- Rịo (hoặc R25): điện trở nguội hay điện trở danh định Nó cho biết điện trở NTC

thermistors Tabm = 2CPC (hoặc Tabm = 25°C).

- TabmMim TabmSíax'- nhiệt độ giới hạn Nó cho biết NTC thermistors làm việc ổn định khoảng nhiệt độ Khoảng rộng lớn hay nhỏ tùy vào thiết k ế ứng dụng

- Pmax'■ cônơ suất cực đại cho phép Nó phụ thuộc vào nhiệt độ NTC thermistors - Gịh'. hệ số dẫn nhiệt (m\V/K) Đại lượng trái ngược với điện trở nhiệt

2 Nhiệt điện trở dương (PTC thermistor)

Rnom

Rineeot

T s w Tnom T uooer

- ( V )

b) Biêu diễn Rptct= f(Tamb) c) Đặc tuyến Volt - Ampere PTC

Hình 5.25: Ký hiệu đường đặc tuyến PTC thermistors

Rupoer

RpTCT

( Q )

— —

a) Ký hiệu PTC thermistors trên mạch điện

I (mA)

Sự phụ thuộc điện trở vào nhiệt độ Rptct = f(T abm) biểu diễn hình 5.25b. Nó chia

làm ba dãy:

— nhiệt độ thấp, PTC thermistors có dãy ứng với hệ số nhiệt độ âm nhỏ Trong dãy tính chất giống NTC thermistors Sau nhiệt độ tăng lên đến Tsw (Switch Temperature) - nhiệt độ bắt đầu chuyển từ hệ sô" nhiệt độ âm sang hệ số

nhiệt độ dương Giá trị điện trở PTC thermistors TSW gọi điện trở khởi đầu Rincepl (inception resistance) - điện trở thấp PTC thermistors

— Nhiệt độ tiếp tục tăng hệ số nhiệt độ dương tăng nhanh Khi đat đến nhiệt độ danh định (nominal temperature), điện trở PTC thermistors tăng đột ngột (tăng hàng trăm lần) Dãy tăng nhiệt độ điện trở dãy làm việc PTC thermistors Và điện trở nhiệt độ danh định gọi điện trở danh định Rnom (nominal resistance)

— Khi vượt qua nhiệt độ danh định, điện trở tăng mạnh ảnh hưởng chung tính chất bán dẫn sắt điện oxide kim loại Dãy làm việc PTC thermistors bị giới hạn nhiệt độ giới hạn Tupper tương ứng điện trở giới hạn Rupper. Khi đạt đến nhiệt độ giới hạn tăng điện trở giảm xuống

Hình 5.25c biêu diên đường đặc tuyên Volt — Ampere PTC thermistors ứn2 với vài nhiệt độ mơi trường khác thang tun tính Có thể thây rõ đặc tính giới hạn dịng PTC thermistors hình

— Trong dãy điện áp thâp (nhỏ 3V) đặc tuyên tuyên tính thỏa định luật Ohm Với dãy này, giông NTC thermistors, PTC thermistors dùng cảm biên nhiệt — Khi điện áp tăng lên, PTC thermistors bắt đầu nóng lên, điện trở tăng mạnh mà dịng

Đặc tuyến tĩnh Volt - Ampere riêng cho loại khác tùy vào nhà sản xuât cho thang log - log thang tuyến tính (hình 5.26). Nếu đảo ngược trục tung trục hồnh đặc tuyến PTC thermistors có dạng tương tự đặc tuyên NTC thermistors

■X— - H s " "500 1000

1111 lkQ \\

V ■ \

N / \ / /

X < / 1

•> > /

/-/ ' \ s

/

\

5kQ

/ s s

■ X

-\ /

XA I

- V 1W I

/ ‘“V — 7* A

V y s

/ / / X / s

/ / / s >s

ỵ / / s 500mW

/ / / / / / \ N \ \ III

1

1

í

S

r / / // / \ 2«

10C /

/

/ \

0,1 1 10 Ụ (V) 100

Hình 5.26: Đặc tuyến Volt - Ampere PTC thermistors (log -log)

Các thông sô' PT C therm istors:

- Tnom: nhiệt độ danh định hay nhiệt độ tham khảo Dãy làm việc PTC thermistors điểm

- aK\ hệ số nhiệt độ PTC thermistors

- 'ĩu p p e r- nhiệt độ giới hạn hay nhiệt độ dãy Nó cho biết điểm cuối dốc tăng điện trở - R2 5: điện trở nguội nhiệt độ môi trường Tahm = 25°c.

- Rso (hoặc R125)' với giá trị điện trở này, nhà sản xuất muôn cho biết nhiệt độ giới

hạn PTC thermistors có điện trở Ví dụ: R/2 = 200042, tức nhiệt

độ giới hạn Tupper - 125°c PTC thermistors có điện trở R = 2000Ỉ2.

PHẦN II

C SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN■ ■

VÀ TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Tự ĐỘNG■ ■ ■ ■

TRONG C Á C QUÁ TRÌNH VÀ THIẾT BỊ■

CHƯƠNG

Cơ SỞ KỸ THUẬT ĐIỆN TRONG CÁC QUÁ TRÌNH

VÀ T H IẾ T BỊ CÔNG NGHỆ NHIỆT - ĐIỆN LẠNH■ ■ ■ ■ ■

*

I DÂY DẪN, VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN, CÁC TIẾP DIEM đ i ệ n, Hồ QUANG ĐIỆN

1 Dây dẫn

1.1 Các loại dây dẫn thông dụng

Các loại dây dẫn thơng dụng gồm có: dây đơn, dây đôi, dây cáp

Dây dẫn thường dùng để nối điểm khác mạch điều khiển động lực Neồi cịn dùng để làm linh kiện điện tử điện trở dây quấn, cuộn dây, biên áp

Đặc tính dây dẫn phụ thuộc vào điện trở suất (p), tiết diện ngang s chiều dài (/) Cơng thức tính điện trở dây dẫn:

R = p — , ữ (6-1)

5

Trons đó: R : điện trở dây dẫn, Q. s : tiết diện dây dẫn, m2 1: chiều dài dây dẫn, m

p : điện trở suất vật liệu làm dây dẫn, Q.mm2/m

Màu dây dẫn thường giúp ta nhận biết chức khác chúng Hiệp hội nhà sản xuất tiêu chuẩn hóa màu lớp bọc cách điện: màu xanh da trời đốì với dây trung tính, màu xanh vàng dây dẫn bảo vệ

1.2 Tính tốn chọn dây dẫn

Việc chọn tiết điện dây dẫn đường dây tải điện cần ý vấn đề sau: độ sụt áp đường dây, phát nhiệt cho phép, tổn hao điện đườns dây, độ bền học dây dẫn

Để tính tốn chọn tiết diện dây dẫn có hai cách sau: chọn theo điều kiện phát nóng, hai chọn theo điều kiện tổn thất điện áp

1.2.1 Chọn theo điều kiện phát nóng

Tính tốn chọn theo điều kiện phát nóng áp dụng cho trường hợp chiều dài đường dây từ máy biến áp đến thiết bị nhỏ Km Chọn nhiệt độ dây dẫn nằm phạm vi cho phép hay cường độ dòng điện qua dây dẫn lâu dài mà khơng làm hư lớp cách điện bên ngồi

Điều kiện chọn: I(t < Idd (6-2)

Việc chọn cỡ dây nhẩt thiết phải biết cường độ dịng điện qua tải Nếu thơng số dịng điện khơng có ghi nhãn thiết bị cần phải thực tính tốn dịng tính tốn theo cơng thức sau:

p Dịng điện động pha: / =

Dòng điện động ba pha: I =

u r] COS (p

p

— ,A (6-3)

u

,A (6-4)

- ,A (6-5)

y [ U77C O S (p

Trong đó: p - công suất thiết bị, w. u - điện áp định mức, V.

77- hiệu suất thiết bị COS (Ọ - h ệ s ố c ô n g su ấ t.

Khi chọn cỡ dây nên chọn dòng điện cho phép dây lớn dịng tải theo u cầu tính tốn Khi tính tốn sử dụng tải thực t ế so với cơng suât thiết k ế trang thiết bị, ta tính p = k.Pn, Ả: = 0,7 -ỉ- 0,9 hệ số sử dụng

Nếu phụ tải có nhiều thiết bị điện tính tốn dịng để chọn tiết diện dây sau: a) Tính dịng điện tính tốn ph ụ tải chiếu sáng

• Phụ tải chiếu sáng phase

I = kc ẳ / * <6' 6>

i=1

I„ = k, <6-7)

i=l u dm Hay

Trong đó: Iđm, PJm, Ưđm : dịng, cơng suất, điện áp định mức phụ tảiể k c: hệ số chảy, chọn dây chảy

• Phụ tải chiếu sáng ba phase

y , P(im

I„ = kc -Jầ - (6.8)

Trong đó: p = — : hệ số tải, 77: hiệu suất động / Adm

Nhiều động cơ

i=l i=l r/ u dm Trong đó: k c : hệ sơ" chảy, chọn dây chảy

c) Tính dịng điện tính tốn p h ụ tải động xoay chiều ba phase • Một động

I, , = /? /* ,= 0 — - - (6-11)

rj.yl 3.U dm COS <p

Trong đó: p - : hệ số tải, rj: hiệu suất động

1 tim

• Nhiều động

I 7=-7=— - (6-12)

,=1 Ĩ=1 rj.yl 3.u dm COS (p

Trong đó: k c : hệ số chảy, chọn dây chảy

Bảng 6.1 Chọn dâv (chịu tải liên tục, nhiệt độ môi trường T< 30°c, cách điện chịu nhiệt đến 60(,C)

Loại dây

Tiết diện (mm2)

Đường kính dây (mm)

Cường độ dịng điện cho phép (A) Dây neồi

ười

Dây ông

3 sợi 4 sợi 5 sợi

Dây đơn cứng

(1) (2) (3) (4) (5) (6)

0.79 1.0 16 11 10 9

1.13 1.2 19 13 12 11

2.01 1.6 27 19 17 15

3.14 2.0 35 24 22 20

5.31 2.6 48 34 30 27

8.04 3.2 62 43 39 35

Dây cáp

0.8 7/0.4 17 12 11 9.5

1.25 7/0.45 19 13 12 11

2 7/0.6 27 19 17 15

3.5 7/0.8 37 26 23 21

5.5 7/1.0 49 34 31 27

8 7/1.2 61 43 38 34

22 7/2.0 115 80.5 75 64.5

(1) (2) (3) (4) (5) (6)

38 7/2.6 162 113.5 100 91

60 19/2.0 217 152 130 121.5

100 19/2.6 298 209 190 167

150 37/2.3 395 276.5 249 ?21

200 37/2.6 469 328 295.5 263

250 61/2.3 556 389 350 311

325 61/2.6 650 455 409.5 364

400 61/2.9 745 521.5 469 417

500 61/3.2 842 589.5 530.5 471.5

7.2.2 Chọn theo điều kiện tổn thất điện áp

Đối với trường hợp tải lớn, đường dây điện dài, tính tốn chọn tiết diện dây dẫn theo điều

kiện phát nóng khơng cịn phù hợp nữa, mà phải tính tốn chọn theo điều kiện tổn thất điện áp,

sau kiểm tra lại theo điều kiện phát nóng, tính tốn cho độ sụt áp đường dây không vượt độ sụt áp cho phép cân nhắc đến tổn hao, phát nhiệt đường dây dẫn điện:

Độ sụt áp cho phép: AU = - % cung câp cho mạng chiếu sáng AU = + % cung cấp cho tải động

Aơ(%) = — 100% (6-13)

^ hm

Trong đó: Au - độ sụt áp đường dây Nếu sụt áp vượt mức độ cho phép gây tổn hao hiệu suất cho mạch tiêu thụ

Tổn hao đường dây: p d = ud.Id (6-14)

Trong đó: P j - tổn hao đường dây Ud - sụt áp đường dây Id - dòng tải đường dây

Khi phụ tải phase rât phức tạp, trường hợp qui hai tốn tính tốn sau:

a) Tính tổn thất điện áp m ạng ba phase có tải tập trung Giả sử phụ tải có q

tác dụng phân xưởng Tổn th ất

công thức sau:

Giả sử phụ tải có q cơng suất phản kháng, p công suất Ị^~ L ụng phân xưởng

Tổn thất điện áp phân mạch phân xưởng, xác định theo Hình *A:f MƠ tểi tàp

ĩhứr sa 11* ^ '

p.R + q x

Au = - = A U '+ A U ", % (6-15)

Trong đó: AU'= : tổn thất điện áp công suất tác dụng u ,(ỉm

AU"= —— : tổn thất điện áp công suất phản kháng

u(im

R = ro.L : điện trở dây dẫn, Q.

ro : điện trở Km chiều dài dây dẫn, Í2/Km L : chiều dài dây dẫn, Km

X = Xo-L : điện trở kháng, Q

Xo : điện trở kháng Km dây dẫn

Xo= (0,38-^0,4) Q/Km đường dây khơng Xo= 0,1Q/Km cáp (có thể bỏ qua)

Các bước tính tốn: ■ Trước tiên chọn

Xo-q x _ x 0.L.Xo-q - Tính A " =

u(im udm - Tính AU’ = AƯcp- AU”

Trong đó: Aưcp tổn thất điện áp cho phép mà đảm bảo chất lượng điện

- Tính A U '—p.R _ r0.L.p

u(in i u(im T* u - 1 - - ■ Tính rn = p — = p — = ——

° s s ỵ.s

Trong đó: Y điện dẫn suất, m/(Q.mm2) L.p

(6-16)

(6-17)

(6-18)

(6-19)

Tính tiết diện dây dẫn: =

Trong đó:

, mm (6-20)

y-UdmA U '

ỵ điện dẫn suất, m/(fì.mm2) ỵ Cu = 53m/(Q.mm2), ỵ M = 31,7m/(Q.mm2) p : công suất tác dụng, KW

L : chiều dài dây dẫn, m Ujm : điện áp định mức, KV

AU’: tổn thất điện áp công suất tác dụng, V

Có s tìm đường kính dây dẫn, tra bảng tìm Xo, r0 tính lại AU, AU < AUC

hì dây dẫn xác định thỏa mãn

b) Tính tổn th ấ t điện áp m ạng ba phase có nh iều tải

Trường hợp đườns dây có nhiều tải đoạn rẽ vào phân xưởng Giả sử tải thứ có cơne suất P i, q i , tải thứ có cơng suất

pằ, q, tải thứ n có cơng suất P n ,

qn-I

'r, X, lế I r2, x2, ” j P | Q , / ^ k P 2, Q : Ỷ

= >

Trong đó:

Cơng suất tác dụng tính:

P| = pi + P2 + •■• + pn - X! Pi i= \

P2 = p2 + - + Pn = 'Yj P , 1=2

Pn —P n

-Cơng suất phản kháng tính: Qi = qi + q2 + • •• + qn = 'YjQ,

1=1

Q2 = q2 + + qn = 'YjCI, ; tương tự có i=2

Qn =

Qn-Tổn thất điện áp xác định theo công thức:

Ỳ ( P r r, + «/■*,■) /=1

AU = - = a ’+ a "

Các bước tính tốn:

ề Trước tiên chọn sơ Xo

n n

1 = _ _ ị = Ị _

• Tính AU "~ 1=1 ĩ

dm dm

■ Tính AU’ = AUtp - AU”

Trong đó: AUtp tổn thất điện áp cho phép mà đảm bảo chất lượng điện

n n

Ỵ J P rr, Z r0 2rPi )•=1 _ _ị^Ị Tính Af/' = —

^ dm w dm

ỉ 1

■ Tính rn = /?.— = /?.— = ——

° 5 r -

Trong đó: ỵ điện dẫn suất, m/(Q.mm2)

L u ,

■ Tính tiết diện dây dẫn: s, = —— -, mm2 Y-UdmA U '

(6-21)

(6-22)

(6-23)

(6-24)

(6-25)

Trường hợp chọn dây thay đơi theo tải tính toán sau.

Trong trường hợp này, cần phải tính tốn xác định mật độ dịng điện, sau xác định tiêt diện dây cho đoạn phụ tải

• Đơi với mạng lưới điện xoay chiều ba phase

j = <6-27>

■>j3.y Jị.c o s< p

Trong đó: COS (pi hệ số cơng suẫt tải thứ i.

• Đối với mạng lưới điện chiều hay xoay chiều phase

= L Ẹ L PJ ì (6-28)

2 ỵ i ,

Tiết diện dây cho đoạn xác định theo công thức

s, = — , mm2 (6-29)

i

Căn theo tiết diện tính tra bảng tìm đường kính dây, ro, Xo xác, sau tính lại AU, AU < AUCp tiết diện dây tìm đạt yêu cầu

Chú ý:

- Nếu tra bảng thây Xo < < Xo chọn chọn lại tiết diện nhỏ hơn, sau kiểm tra lại AU, điều kiện thỏa mãn AU < AƯcp

- Các trường hợp bỏ qua Xo'

+ Đốì với đường dây tải có COS (Ọ = 1, nên Q = AU’ = AUCp

+ Đối với dây cáp: có tiết diện < 50mm2 làm đồng, < 70mm2 làm nhơm

+ Đường dây khơng: có tiết diện < 60mm: làm đồng, < 16mm2 làm nhôm - Đốì với đường dây có tải phân bơ" thay tồn tải tải nhất,

có điểm đặt tập trung điểm đoạn tải

Ví dụ 6.1: Một mạng lưới điện có phụ tải phân bơ' hình 6.3, có cơng suất tác dụng Po KW/Km, cơng suất phản kháng qo KVA/Km

Giải

Đối với tốn này, tải phân bơ" từ điểm B đến điểm c , thay chúng tải tập ưung điểm o cách A khoảng:

L o - ( L b + L c ) /2, K m ử

Lúc đó, cơng suất tải tập trung điểm o xác định sau:

P = Po ( Lc - L b) , KW

Sau giải cách bình thường (như trường hợp a)

Ví dụ 6.2: Đường dây chiều cung cấp cho hai tải hình 6.4, L Xác định dây dẫn đồng theo phương pháp mật độ dòng điện j = const

Giải

Mật độ dòng điện đường dây xác định ^ 35 Km sau:

110V, AUCp = 3Vệ

B 20 Km c

l

3 A

s2 ị

12A

y A U ' 53.3

- ( + ?0) ’ • Hình 6.4: Mơ tả đường dây có nhiều tải.

Tiết diện dây đoạn AB xác định

£ _ l± + Ị_1_ _ 30 + 12 _ 2g ọ m m c j1p n the0 tjgu chuẩn Si = 35mm2, di = 7,5mm

5, = — = ~ ^—= 8,28 mm2 —> chọn theo tiêu chuẩn S2 = lOmm2, ổ2 - 3,5mm

j 1,45

2 V ật liệu cách điện

Chức lớp cách điện để định hướng chuyển dịch dòng điện Để có điều này, thân lớp cách điện phải có điện trở lớn Đối với điều kiện làm việc bình thường, lớp cách điện xếp xung quanh phần dẫn suốt chiều dài Đối với dây dẫn cao phải có lớp cách điện (cụ thể vật liệu cách điện sứ) điểm treo dây, phần lại dây cách điện khơng khí xung quanh chúng Vật liệu cách điện thường sử dụng là:

■ Polyvinyl Clorua (PVC)

■ Vật liệu đàn hồi, thuật ngữ dùng chung cho: cao su lưu hóa (v.i.r), etylen propylen (e.p) cao su Silicon (s.r)

■ Giấy ngâm tẩm

■ Chất cách điện khoáng chất

■ Các loại khác dùng cho yêu cầu đặc biệt

a) Polyvinyl Cloriia. Loại vật liệu loại vật liệu thay cho cao su Các đặc tính giá trị chúng thông thường giống với cao su, chúng có xu hướng mềm hóa tác động nhiệt độ trung bình bị rạn nứt nhiệt độ thấp Nó vật liệu trơ phản ứng hóa học Cáp có lớp cách điện PVC dùng nơi mà tổng nhiệt độ xung quanh nhiệt độ tăng lên dòng tải không vượt 6 °c Các loại cáp sản xuâ't theo loại 600/1000V cho việc lắp đặt loại 1900/3300V để dùng cho phận cung ứng điện Cáp bọc PVC làm theo nhiều cách: bọc ngồi hợp kim chì, bọc ngồi cao su, bọc PVC buộc viền, bện gộp lại với để đặt ống dẫn

căng học trung bình giá trị tùy thuộc vào độ lưu hóa cao su lưu hóa Cao su bọc vào phần lõi dẫn đùn ép vào phần lõi dẫn hai nhiều lớp suốt trình sản xuất Sau chúng lưu hóa Việc chế tạo cáp bọc cao su lưu hóa tương tự việc chê tạo cáp bọc PVC

c) Cao su butyl cao su Propylen - etylen: Các loại vật liệu phù hợp với việc sử dụng làm lớp cách điện cho phần dẫn nơi nhiệt độ sinh không lớn £0°c

d) Cao su Silicon: Cáp bọc lớp cách điện loại sử dụng nơi nhiệt độ lớp dẫn không vượt 145°c. Cáp bọc cao su silicon cao su etylen gia áp lực mạnh, bện sợi thuỷ tinh ghép lại với nhau, với chất chịu nóng, chịu dầu chất làm chậm tác dụng lửa Tất loại bọc lớp đàn hồi sản xuất theo loại 600/1000V.

e) Giấy ngâm tẩ m: Các loại cáp bọc giấy sản xuất với độ điện áp từ 600/1o o ov tới 1900/3300V, chủ yếu để lắp đặt đất Lớp cách điện giấy bọc quanh phần lõi dẫn theo cách băng giấy q u ấ n xoắn ốc với độ dày thích hợp Sau làm khô chân không, lớp cách điện ngâm tẩm áp suất lớn với khoáng chất dầu lớp cách điện khác gắn kèm hoàn toàn ttong vỏ bọc liên tục nhơm chì Các đầu cáp đóng kín rót đầy dầu đặc biệt gắn kèm với hộp lắp ghép kín

f ) Cách điện khoáng chất. Chất dẫn đồng nhơm với lớp cách điện khống chất dạng bột ép gắn kèm vỏ bọc đồng nhơm dùng tùy theo việc sử dụng cuối với nhiệt độ xung quanh lên tới 15Ở'C với dây cáp nhiệt độ cịn lớn

3 Các tiếp điểm điện

Tiếp điểm điện chỗ nôi tiếp giáp hai vật dẫn điện, cho phép chạy dòng điện từ vật dẫn sang vật dẫn khác

Bề mặt vật dẫn chỗ tiếp xúc gọi bề mặt tiếp xúc Các chi tiết thực tiếp xúc điện gọi tiếp điểm Để đảm bảo cho tiếp điểm làm việc tốt phải tạo lực ép chặt chúng lại với nhau, lực gọi lực ép tiếp điểm

Các vật liệu tiếp điểm phải thỏa mãn yêu cầu sau: ■ Phải có độ dẫn điện dẫn nhiệt cao

■ Bền vững đốì với ăn mịn ưons khơng khí môi trường khác ■ Bền vững đôi với oxi hóa bề mặt vật liệu tiếp điểm

■ Có độ cứng vừa phải để giảm giá trị lực ép tiếp điểm mài mịn khí phải đóng ngắt thường xuyên

■ Có độ bền chống hồ quang cao (nhiệt độ nóng chảy cao) ■ Có giá trị dịng điện điện áp trì hồ quanơ cao ■ Dễ 2Ía cơns, giá thành thâp

Sau Ưu nhược điểm vài vật liệu thường sử dụng: a) Đồng

• Nhược điểm: Có nhiệt độ nóng chảy thấp, làm việc ngồi trời thường hình thành lớp phủ oxi hóa bền vững, có điện trở suất cao, cần phải tạo lực ép tiếp điểm tương đôi lớn Để bảo vệ chị đồng khỏi oxide hóa bề mặt, tiếp điểm phủ lớp bạc phương pháp điện phân, có bề dày khoảng 20+30 ụm. Đồng thường sử dụng làm dẹt tròn, tiếp điểm khí cụ điện cao áp, aptomat Do độ bền hồ quang kém, đồng không sử dụng khí cụ đóng ngắt dịng điện mạnh có tần số đóng ngắt cao

b) B c

• Ưu điểm: Có độ dẫn diện dẫn nhiệt cao, lớp oxi hóa bề mặt từ bạc có độ bền khí nhanh chóng bị phá huỷ tiếp điểm bị phát nóng Tiếp điểm bạc bền vững, yêu cầu lực ép tiếp điểm nhỏ Một đặc điểm bạc có điện trở tiêp xúc Rtx nhỏ

• Nhược điểm: Có độ bền hồ quang thấp, độ cứng thấp bạc bị hạn chế ứng dụng vào tiếp điểm đóng ngắt dịng điện lớn có tần số thao tác cao

Bạc ứng dụng relay contactor có dịng điện đên 20A. Đơi với dịng điện lớn đến lOkA, bạc ứng dụng làm vật liệu tiếp điểm chính, hoạt động điều kiện khơng có hồ quang

c) Nhơm

• Ưu điểm: Vật liệu có độ dẫn điện dẫn nhiệt tương đối lớn, nhờ trọng lượng riêng nhẹ, ứng dụng nhiều thiết bị điện kỹ thuật, nơi cần giảm trọng lượng

• Nhưực điểm: ngồi trời mơi trường tích cực, dễ hình thành lớp oxi hóa bền vững có điện trở suất lớn Có độ bền hồ quang (nhiệt độ nóng chảy>nhỏ so với đồng bạc nhiều) Có độ bền thấp Khi tiếp xúc với đồng thường xảy hiệu ứng ăn mòn điện hóa mạnh Vì vậy, tiếp xúc với đồng, nhơm thường phủ lớp đồng điện phân mỏng hai vật liệu phải phủ lớp bạc

Nhơm hợp kim ứng dụng chủ yếu làm dẫn chi tiết kết câu thiết bị điện

d) Wolfram

• Ưu điểm: Có độ bền hồ quang, chống ăn mòn cao Độ cứng cao Wolfram cho phép ứng dụng vào thiết bị có tần sơ" thao tác cao

• Nhược điểm: Wolfram có điện trở suất lớn, độ dẫn điện thấp, hình thành lớp oxi hóa sulfic hóa bề mặt bền vững Vì có độ bền lớn lớp oxi hóa nên tiếp điểm làm từ Wolfram cần phải có lực ép tiếp điểm lớn

Ngồi ra, relay dịng điện bé, cần có lực ép tiếp điểm tương đối lớn thường sử dụng loại vật liệu có độ bền chống ăn mịn cao như: vàng, platin, paladi, hợp kim chúng

e) Các hợp kim

Các tính chất vật liệu tiếp điểm tính dẫn điện cao tính chịu hồ quang cao bạc, Wolfram, đồng khơng thể có vật liệu Do vậy, mn có tính chất vượt trội cần phải kết hợp qua phương pháp luyện kim bột (kim loại gốm) Các tính châ't chịu đựng hồ quang có vật liệu kim loại gốm thành phần Wolfram, giá trị điện trở tiếp xúc nhỏ bạc đồng Thông thường kim loại gốm có chứa 50% Wolfram ứng dụng thiết bị đóng ngắt phụ tải nặng ngắt dịng điện ngắn mạch Mặc dù có giá thành cao bù lại chi phí nhanh chóng bù đắp chúng vận hành tuổi thọ, độ tin cậy cao

4 Các k ế t cấu tiếp xúc điện a) Tiếp xúc cô'định

Là nơi mối nôi tiếp xúc dễ nôi chi tiết dẫn điện ữong hệ thống thiết bị kỹ thuật điện Ví dụ nơi dẫn, nơi cable, đầu nối điện từ thiết bị mạch điện Trong trình vận hành, hai tiếp điểm nối với bu - lông hay mối hàn Khi nối bu - lông, dẫn đồng trước hết phải làm bề mặt xi mạ chì, thiếc Sau phải phủ vemie chơng ẩm Nhưng đốí với nhơm, thường bị ăn mòn, nên người ta chuyển sang phương pháp hàn

b) Tiếp xúc đóng - ngắt

Trong trình hoạt động, tiếp điểm phần lớn phải ngắt dòng điện với dòng điện lớn nhiều so với dòng phát sinh hồ quang điện Sự phát sinh hồ quang lý làm cho chúng mau mịn Đ ể dập tắt hồ quang hiệu quả, khoảng cách tiếp điểm tĩnh động phải xác định cách xác Do khoảng cách tiếp điểm lớn hồ quang dễ dập tắt khoảng cách có liên quan đến kết cấu công suất hệ thông truyền động thiết bị Vì vậy, ta phải tính toán thiết k ế cách tối ưu

c) Tiếp xúc trượt

Là dạng tiếp xúc mà vật dẫn điện di chuyển bề mặt tiếp xúc với vật dẫn Ví dụ, chổi than trượt vành góp máy điện, cần tiếp điện tàu điện, Tất loại tiếp xúc trượt tạo ba dạng tiếp xúc chính: tiếp xúc điểm, đường, mặt

■ Tiếp xúc điểm: hai vật dẫn điện tiếp xúc với điểm bề mặt tiếp điểm Ở trường hợp này, hình dạng tiếp điểm thường là: cầu - cầu, cầu - mặt phẳng, đỉnh nón - mặt phẳng

■ T iếp xúc đường: hai v ật dẫn tiếp xúc vđi m ột đường thẳng hay trê n m ột bề m ặt râ't h ẹ p (tiếp xúc hai điểm ) Ví dụ tiếp xúc nửa trụ - nửa trụ, nửa trụ - m ặt phẩng

ế T iếp xúc m ặt: hai vật dẫn tiếp xúc với bề mặt (ít ba điểm tiếp xúc bề mặt tiếp điểm) Ví dụ tiếp xúc mặt phẳng - mặt phẳng

5 Hồ quang đ iện

Một đặc trưng hồ quang phân bố điện áp hồ quang cường độ điện trường E dọc hồ quang (hình 6.5).

b) Quá trình p h t sinh hồ qiiang

Đốì với tiếp điểm có dịng điện bé, ban đầu, khoảng cách chúng nhỏ điện áp đăt có trị sơ" định khoảng khơng gian sinh điện trường có cường độ rât lớn (đạt đến 3 l ó v /cm2) gây bật điện tử từ cathode, gọi phát xạ tự động điện từ

Đối với tiếp điểm có dịng điện lớn, trình phát sinh hồ quang phức tạp Lúc đầu mở

tiếp điểm, lực ép chúng bị giảm nên sơ" tiếp điểm tiếp xúc để dịng điện qua giảm Từ đó, mật độ dịng điện tăng đáng kể có lên đến hàng chục ngàn A/cm2. Do vậy, tiếp điểm phát nóng đến mức làm cho tiếp điểm nóng chảy Khi tiếp điểm rời xa giọt kim loại bị kéo căng trở thành cầu chất lỏng nơi liền hai tiếp điểm Lúc đó, cầu châì lỏng bay khơng gian xuất hồ quang điện Vì trình phát

n ó n g c ủ a c ầ u th ự c h i ệ n rấ t n h a n h n ê n s ự b ố c h i m a n g tín h c h ấ t n ổ

c) Dập hồ qimng điệtt. trình khử ion song song với q trình ion hóa Khử ion bao gồm: Hiện tượng tái hợp hạt mang điện âm dương tạo thành hạt trung hòa khu vực hồ quang điện, điện tử có tốc độ lớn so với ion dương nên điện tử không trực tiếp tái hợp với ion dương mà đến gặp hạt trung hịa sau tái hợp với ion dương Tốc độ tái hợp tỉ lệ nghịch với bình phương đường kinh hồ quang

Hiện tượng khuếch tán hạt mang điện từ nơi mật độ cao đến nơi mật độ thấp, từ chỗ nóng đến chỗ nguội Tốc độ khuếch tán theo mật độ tỉ lệ nghịch với đường kính hồ quang giảm bớt nhiệt độ hồ quang tăng cường trình khử ion

,>

l l ề ĐỊNH LUẬT OHM, ĐỊNH LUẬT KIRCH0FF

1 Định luật Ohm

a) Phát biểu định luật

Cường độ dòng điện I mạch tỉ lệ thuận với hiệu điện th ế u tỉ lệ nghịch với điện trở R mạch

Cơng thức: ' = T ’ A (6-30)

K b) Đôi với dịng xoay chiều

Cơng thức:

c) Đối với dòng m ột chiều

(6-31)

Cho mạch điện có nguồn điện (pin, acquy, .) điện trở R. Định luật Ohm cho toàn mạch nêu lên môi quan hệ sức điện động u , cường độ dịng điện I điện trở tồn phần (R + r)

Công thức: u

R + r , A (6-32)

Với: r - điện trở nguồn chiều Định luật Kirchoff

a) Định luật K irch off dòng điện (ĐKD)

P h t biểu: tổng đại sô" dịng điện đến nút khơng,

l i đến nút = (6-33)

Trên hình 6.6, chiều mũi tên chiều giả thiết; i], i2, Ỉ3,

i4có thể dương âm Theo ĐKD: i] + h + (- h) + (- u) = 0

Nếu (- ỉ]) + (- 12)+ ì3 + Ỉ4 = 0, ta có cách phát biểu thứ hai

củaĐKD:

X i rời nút = 0

N ế u viết: ij + Ỉ2= Ỉ3 + Ỉ4 = 0, ta có:

X i đến nút = X i rời nút

b) Định luật K irch o ff điện áp (ĐKA)

P h t biểu: tổng đại số điện áp dọc theo vịng kín bằne khơng

ỵ.u d ọ c th e o v ò n g = 0 , t r o n g đ ó tấ t c ả đ i ệ n p c ó c h i ề u

giả thiết dọc theo vòng

Trên hình 6.7, chiều mũi tên chiều giả thiết tùy ý Chọn M/, «2, uị, U4CĨ thể âm

Nếu chọn chiều chạy ABCDA (theo chiều kim đồng hồ) theo ĐKA: U/ + U2 + (-U3) + (-U4) = 0 (6-35)

Nếu chọn chiều chạy ADCBA (ngược chiều lom đồns hồ): ị - u i ) + ị - u 2) + U3 + U4 = 0 (6-36)

Nếu viết: Ui + u2 = Uj + u4 = 0, ta có cách phát biểu thứ hai c ủ a Đ K A : ỵ.u chiều = 'Lu ngược chiều

2.1 M ạch điện trở m ắc nơi tiếp

Hình 6.8 biểu diễn ba điện ưở mắc nối tiếp, có quan hệ dòns điện, điện áp sau:

■ Dịng điện b an s nhau: I ì = Ỉ2 = I3 = ỉ

luật Kirchoff dòng điện

(6-34)

Hình 6.7: Minh họa định luật Kirchoff điện áp

R] R: Ri

■ Điện áp toàn mạch tổng điện áp thành phần: u = U] + Ư2 + U3

■ Điện trở tương đương toàn mạch tổng điện trở thành phần: Rtđ = Ri + R2 +R3

ằ Tổng quát với mạch điện trở mắc nối tiêp có n điện trở:

■ Cường độ dịng điện: / = / 7 = / 2 = = ỉn

ế Hiệu điện thế: u = uI +Ư2 + + Un

■ Điện trở tương đương: R,đ = R/ + Ri + ••• + Rn

ứ n g dụng mạch nôi tiếp để bảo vệ tải động rât hiệu Quá tải nhiệt (nhiệt độ cuộn dây tăng cao) nguyên nhân: pha, làm mát động kém, nhiệt độ mơi trường q cao, đóng ngắt động liên tục

Mạch gồm ba điện trở nhiệt mắc nốì tiếp với relay K nối tiếp với nguồn điện chiều (hình 6.9) ở nhiệt độ làm việc bình thường, nhiệt điện

trở c ó đ i ệ n trở th ấ p h n n h i ề u s o v i đ i ệ n trở c ủ a

cuộn dây relay điện chủ yếu cuộn dây Nếu nhiệt độ động tăng cao mức cho phép điện trở nhiệt điện trở tăng nhanh, cao nhiều so với điện trở cuộn dây Lực điện từ không đủ lớn để giữ lõi thép đóng tiếp điểm relay, dẫn đến ngắt mạch động

2.2 M ạch điện trở song song

Hình 6.10 biểu diễn ba điện trở mắc song song, có quan hệ dịng điện, điện áp, điện trở sau:

■ Điện áp: ư = uI = Ư2

ẵ Cường độ dòng điện: / = / 7 + /

■ Nghịch đảo điện trở tương đương toàn mạch tổng nghịch đảo điện trở thành phần:

J _ = J _ J _ J _ Rìd ~ R, + R2 + R3

■ Tổng quát với mạch điện trở mắc song song có n điện trở:

■ Đ iện thế: = / = Ơ2 = ề = ơ„

■ Cường độ dòng điện: / = I] + I2 + + In

Ễ Điện trở tương đương: — = + — + — + + J —

R , R ị R , " R n

Ưng dụng mạch song song hệ thông lạnh với động máy nén lạnh, quạt dàn ngưng, quạt dàn bay

I

Mạch hỗn hợp gồm điện trở mắc song song nối tiếp Khi tính tốn cần kết hợp cơng thức phù hợp hai mạch Chủ yếu áp dụng Định luật Kirchoff & 2.

2ẳ3 Mạch hỗn hợp

III TỪ TRƯỜNG, ĐIỆN CẢM, CUỘN DÂY

1 Từ trường

Hình 6ẵ11: Mạch điện trở hỗn hợp

Từ trường sinh hạt mang điện chuyển động Từ trường đặc trưng vector cảm ứng từ B đường cảm ứng từ

Trên đường dây thẳng: đường sức từ qua điểm đường trịn, tâm nằm ưên sợi dây, có bán kính khoảng cách từ điểm kẻ vng góc với sợi dây Chiều đường sức từ tuân theo quy tắc đinh ốc một: đặt đinh ốc dọc theo sợi dây, xoay đinh ốc cho tiến theo chiều dịng điện, chiều quay đinh ốc chiều đường cảm ứng từ

Trong ơng dây từ trường từ trường đều, ống dây từ trường cong, tuân theo quy tắc bắc vào nam giông nam châm

2 Điện cảm cuộn dây

Trong đoạn dây thẳng có dịng điện chạy qua sinh trị sơ" điện cảm từ trường hình thành quanh vật dẫn mang điện Cuộn dây (coil, inductor) dùng để dây dẫn cuộn lại thành vòng, việc cuộn dây lại thành vòng làm tập trung từ trường, vịng dây góp phần tạo từ trường tổng cộng lớn kỹ thuật ứng dụng vào thực tế lớn Như vậy, điện cảm giảm kéo thẳng cuộn dây

Dây dẫn thẳng thườns dùng để nốì điểm khác mạch làm giảm tự cảm Vì điện cảm dây dẫn tăng đường kính dây dẫn giảm, nên ta dùng dây dẫn có đường kính lớn để nơì mạch có điện cảm yếu

3ẵ Cuộn dây (inductor)

Cuộn dây dây dẫn cuộn lại lõi khơng khí hay lõi sắt từ Mục đích sử dụng: máy biến áp, cuộn dây đánh lửa, cuộn dây anten, sửa dạng sóng

Ta có độ sụt áp cuộn dây (điện áp tự cảm):

AU = L —

dĩ (6-38)

Trong đó: I - dịns điện chạy qua cuộn dây, [A] ĩ - t hời gian, [5]

L - giá trị điện cảm cuộn dây, [//] (Henry)

Điện trở cuộn cảm mạch điện xoay chiều xác định theo công thức sau:

ZL - ) L , a (6-39)

Trong đó: (0=2 n f vận tốc góc cường độ dịng điện, rađ/s f : tần số cường độ dòng điện, Hz

Năng lượng điện trường cuộn dây xác định theo công thức:

Wl = L, — , J (6-40)

2

Trong đó: i: cường độ dịng điện, A Các loại cuộn dãy tiêu biểu:

■ Cuộn dây lõi khơng khí (air - core inductor): có dạng hình ống, giá trị L từ vài chục ntì đến mH. Cuộn dây thường tẩm sáp hay dầu để chống ẩm cải thiện sức chịu học ■ Cuộn dây lõi sắt miếng (laminated - iron inductor): có hình dạng phong phú,

miếng sắt cách điện cách phủ lên bề mặt lớp mỏng oxide sắt, thép Si hay varnis

■ Cuộn dây lõi sắt bụi (Powdered iron core inductor): có dạng hình trụ hay xuyến (toroid), giá trị điện cảm L từ vài H đến vài trăm H.

IV NAM CHÂM ĐIỆN, BIÊN ÁP

1 Nam châm điện 1.1 Định nghĩa

Là thiết bị dùng để biến đổi điện thành Được dùng rộng rãi nhiều lĩnh vực khác như: tự động hóa, relay, contactor

1.2 Phân loại

ể Loại hút chập hay hút quay: nắp quay quanh trục ■ Loại hút thẳng: nắp hút thẳng phía lõi

■ Loại khơng có nắp: gồm cuộn dây lõi sắt từ 1.3 Nguyên lý hoạt động

Khi cho dòng điện vào cuộn dây sinh từ trường vật liệu sắt từ đặt từ trường bị từ hóa có cực tính Từ trường xuyên qua vật liệu sắt từ theo đường khép kín Theo quy định, chỗ từ thơng vật liệu sắt từ gọi cực bắc (N) chỗ từ thông vào gọi cực nam (S) Trên hình 6.12 thây cực tính vật liệu sắt từ khác dấu với cực tính cuộn dây nên vật liệu sắt từ bị cuộn dây hút lực hút điện từ F:

Cuộn dây

Hình 6.12: Nguyên lý làm

2m0

(6-41)

Trong đó: B - cường độ từ cảm sắt từ, Tesla

ổ - khoảng cách cuộn dây lõi sắt từ, m Ho - hệ số từ dẫn (độ từ thẩm) khơng khí

s - tiết diện mạch từ, m2 Từ thông qua tiết diện nam châm:

B s , Wb (8642)

2 Biến áp

2.1 Đinh nghĩa

Máy biến áp thiết bị tĩnh, làm việc theo nguyên lý cảm ứng điện từ, dùng để biến đổi hệ thông điện xoay chiều (Uj, I],f) thành (Ư2, Ỉ2, f)• Đầu vào máy biến áp nơi với nguồn

điện gọi sơ cấp (chỉ sô" l ) ỗ Đầu nối với tải gọi thứ cấp (chỉ sô" 2)

Các lượng định mức máy biến áp nhà máy qui định cho máy làm việc lâu dài, gồm điện áp định mức, dịng điện định mức cơng suất định mức

- Điện áp định mức sơ cấp Uiđm điện áp qui định cho dây quân sơ cấp Điện áp dây quân thứ câp Ư2ă m điện áp hai đầu dây quân thứ cấp (hở mạch) điện áp sơ cắp định mức Với máy ba pha, điện áp định mức điện áp dây

- Dòng điện định mức sơ cấp Iiđm thứ cấp Ỉ2đ m dòng điện qui định cho dây quấn, ứng với công suất định mức Với m áy ba pha, dòng điện định mức dòng điện dây

- Công suất định mức Siá,, máy công suất biểu kiến thứ cấp chế độ định mức Ta có:

• Máy ba pha: = VĨ£/2íta/ 2đm = V ĩ lđm/ lám 2.2 Cơng dụng

Máy biến áp dùng để tăng điện áp từ máy phát điện lên đường dây tải điện xa giảm điện áp cuối đường dây để cung cấp cho tải Ngồi ra, chúng cịn dùng lò nung, hàn điện, đo lường làm nguồn điện cho thiết bị điện tử

2.3 Câu tạo

• Lõi thép: dùng để dẫn từ trường, thường thép lá, gồm hai phần: trụ để đặt dây quấn gơng để khép kín m ạch từ trụ

Lõi thép có hai dạng chính: loại trụ loại bọc

Loại trụ (hình 6.13a) gồm hai cuộn dây nằm hai trụ lõi thép chữ nhật Loại có khuyết điểm từ tản hai quấn lớn nên máy bị sụt áp nhiều

Loại bọc (hình 6.13b) gồm hai cuộn dây đồng tâm, cuộn hạ áp nằm (sát lõi thép) cuộn cao áp nằm để dễ cách điện

a)

Hình 6.13: Mạch từ máy biến áp: (a) Loại trụ; (b) Loại bọc

Lõi làm thép Silic (97% sắt 3% silic) Silic làm giảm tổn hao từ trễ; làm thép dịn, khó dập Mặt thép phủ lớp cách điện mỏng để cách điện thép với

»

Trong loại trụ, thép ghép từ lá thép chữ u chữ /; còn loại bọc, lá chữ E chữ I.

• Cuộn dây: dây quấn máy biến áp thường đồng nhơm, tiết diện trịn hay chữ nhật; bên ngồi dây dẫn có bọc cách điện Dây quấn gồm nhiều vòng dây lồng vào trụ lõi thép Giữa vòng dây, dây quấn dây quấn lõi thép có cách điện

Dây quấn có dạng vng, chữ nhật trịn Dạng vng chữ nhật phù hợp với máy nhỏ lý sau: bị ngắn mạch, lực điện tứ tỷ lệ với bình phương dịng ngắn mạch làm cuộn dây vng chữ nhật phình ra; cịn dạng trịn khó biến dạng

Máy biến áp công suất nhỏ làm mát không khí Máy lớn đặt ưong thùng dầu, vỏ thùng có cánh tản nhiệt Ngồi cịn có sứ để nối đầu dây ngoài, phận điều chỉnh điện áp, relay bảo vệ

2.4 Nguyên lý làm việc

Cuộn sơ cấp có Nì vịng cấp điện từ nguồn áp xoay chiều UỊ\ cuộn thứ cấp có yv2vịng

phát điện cho tải Zr Dịng sơ cấp ÍỊ thứ cấp /ế2 tổng hợp lại để tạo từ thông lõi thép Gọi (p từ thơng xoay chiều móc vịng

(xun qua) đồng thời hai dây quấn; gọi từ thơng chính, hay từ thơng chung; ta có:

<p(t) = ộm.sìnax (6-43)

Theo định luật cảm ứng điện từ, sức điện động cảm ứng sinh cuộn sơ cấp cuộn thứ cấp là:

l l

Ui

Tỷ số biến áp: k - ~ = —í- £ , N ,

r X J + + ~tr

-M-t I

I /

Ị cpti Ọ t:f

I

/

U:

(6-44) Hình 6.14: Sơ đồ nguyên lý máy biến áp pha hai dãy quấn

u , E, N , , AC.

E/ ~Ui , Ej ~ Ư2 — = — = — = k (6-45)

ể u2 E2 n2

Nếu bỏ qua hao tổn máy biến áp U ì 1] = Ư2 h- Vậy: — = — = k (6-46)

^2 ^1

Nếu N 2 > N] Ư2 > Uị, Ỉ2 < ỉ ì', máy tăng áp

Nếu N2 < Nj Ư2 < U], Ỉ2 > Ij: máy giảm áp

2.5 M biến áp ba pha

Để biến đổi điện áp nguồn áp ba pha, ta dùng hai cách: Tổ máy biến áp ba pha gồm ba máy pha {hình 6.15Ị), máy biến áp ba pha với lõi thép ba trụ (hình 6.15b).

A a B b c c

< < <

: <

í <

<

) <

<

í <

í (

<

) <

<

: <

í (

)

X X Y y z z

a)

A< ( < X

> B ( 1 c ( ■

1 < » i

1 Y z

a , b T í'

1

X

1 D ( (

’ y z

bì

Hình 6.15: ã) Tổ máy biến áp pha; b) Máy biến ấp ba pha ba trụ

Dây quấn sơ cấp ba pha ký hiệu AX, BY, cz.

Dây quấn thứ câp ba pha ký hiệu ax, by, cz Nếu sơ cấp đấu thứ cấp đấu sao; ta ký hiệu Y - Y

Ta có bơn cách đâu bản: Y - Y , Y - A, A - A A - Y

Gọi số vòng dây pha sơ cấp thứ câp lần lượt là N ì N 2. Tỷ số điện áp pha tỷ

số điện áp dây là: k p = —— = — kj - y r - (6-47)

u p2 2 (12

V ĐIỆN DUNG VÀ TỤ ĐIỆN

1 Điện dung

Điện dung c dung lượng điện mà tụ tích được, tỉ số điện tích Q điện áp đặt vào hai cực u.

Điện dung c (Capacity) được tính theo biểu thức:

C = ệ , [ F ] (6-48)

Trong đó: Q - điện tích, [C] v - điện thế, [V].

Trong kỹ thuật, điện dung tụ điện thường nhỏ 1F nhiều lần Do đó, thường sử dụng đơn vị juF(ljuF = l F).

Điện dung tụ điện cịn xác định qua kích thước hình học tụ:

c = £0£r- (6-49)

Trong đó: Ei) = 8,86 l ' 2 [As/Vm] - số trường điện

£r - hằng số điện m ô iỄ

s - tiết diện bề mặt kim loại, [m2]. D - khoảng cách hai kim loại, [ra] 1.1 M ạch tụ điện mắc nối tiếp

Mạch tụ điện mắc nối tiếp ứng dụng nhiều nhiều lỉnh vực kỹ thuật

điện, ngành kỹ thuật lạnh ứng dụng nhiều.

Nếu cần tụ điện có điện dung C| c c c

nhỏ để giải vấn đề đó,

thị v n h s ả n x u ấ t c h ỉ s ả n x u ấ t c c l o i tụ đ i ệ n c ó

điện dung lớn Trong trường hợp vậy, cần phải tính tốn mắc mạch tụ điện nối tiếp cho xác, phù hợp với u cầu

Các cơng thức tính tốn mạch tụ điện nối tiếp quy mạch tương đương sau:

Ư = Ư1 + Ư2 + + Un (6-50)

1

— II— II -II—

— 11—

u , u u n

- u - -U-^>J

a) b)

Hình 6.16: a) Sợ đồ mạch mắc tụ nối tiếp; b) Sơ đổ mạch tương đương.

_L _L _L

c Cj C2 Cn (6-51)

1.2 M ạch tụ điện mắc song song

u, Nếu cần tụ điện có điện dung lớn

để giải vấn đề đó, thị nhà sản xuất sản.xuất loại tụ điện có điện dung nhỏ Trong trường hợp vậy, cần phải tính tốn mắc mạch tụ điện song song cho xác, phù hợp với yêu cầu

Các cơng thức tính tốn mạch tụ điện nối tiếp quy mạch tương đương sau:

u = Ui = u = = Un c = Cl + C2 + + Cn

c u II

c„ u n —H I —

-U c Hh a) -U-b)

Hình 6.17: a) Sơ đô' mạch mắc tụ song song; b) Sơ đồ mạch tương đương.

(6-52) (6-53) Chú J.ệ kỹ thuật lắp đặt tụ điện cần phải biết xác điện áp giới hạn tụ, cịn khơng đặt điện áp lớn lên tụ điện, điện áp làm phá hỏng tụ điện Tụ điện

Tụ điện thiết bị điện sử dụng nhiều việc điều khiển, vận hành động điện làm việc cho đạt hiệu cao

Trong mạch điện chiều, tụ điện làm nhiệm vụ tích điện Cịn mạch xoay chiều, nhiệm vụ chủ yếu tụ làm lệch pha dịng điện xoay chiều Chính đặc điểm nên ta mắc tụ nôi tiếp với cuộn khởi động động pha

để tạo từ trường lệch pha, tăng moment khởi động ,

?ễ f “ * , Hình 6.18: Đồ thị dịng điện lệch pha qua tụ

(tụ khởi động) đế tăng hiệu suat làm việc

động (tụ ngâm) Đôi với mạch xoay chiều có cuộn kháng, muốn tăng cơng suất tồn mạch cần phải nânơ cao hệ sô" COS ọ (hệ số công suất), muôn ta phải mắc thêm tụ nối

tiếp với cuộn cảm cho: X L X c

-sao cho ĩhích hợp 2.1 Cấu tạo

coL coC

—> Do đó, mắc thêm tụ ta phải chọn tụ

Bản cực 1

Chât điện môi / - Bản cực 2

ịy - Bản cực 1

1 -1

1 Bản cực 2

Hình 6.19: Sơ đồ cấu tạo tụ điện Giây đệm dung môi

Các loại tụ tiêu biểu phân loại theo chất điện môi: tụ mica, tụ giấy, tụ màng, tụ gốm, tụ dán bề mặt, tụ hóa Và tuỳ thuộc vào chức mà phân biệt tụ ngâm (tụ làm việc) tụ khởi động (tụ tích)

2.2 Tụ ngâm

Thường tụ dầu, nghĩa dầu sử dụng làm chất điện phân Giữa hai cực có tâm giây lót cuộn lại với ngâm vào dầu vỏ nhơm hình trụ Tụ ngâm dùng cho máy điều hịa khơng khí thường tụ ngâm kép: có điện dung lớn từ (15

+ 45ịA.F) cho block máy nén, có điện dung nhỏ từ (S

+ 15juF) cho động quạt Có nhiều tiếp điểm để dễ Hình 6.20: Sơ đô mẫc tụ ngâm động

" v r cơ phase

dàng căm giãc đâu điện cho máy

Hình 6.20 cách mắc tụ ngâm cho động phase, ứng dụng hệ thơng lạnh có cơng suất nhỏ như: tủ lạnh, máy điều hòa nhiệt độ, tủ k e m ,

Tính tốn lắp đặt tụ ngâm phù hợp với công suât động phase Để tiện cho việc tính tốn, áp dụng công thức gần sau

c = 1340,14 — = 1340,14 — - (Ó-54)

u u TỊ. COS Ọ

Trong đó: I : cường độ dòng điện làm việc động cơ, A

Ư : điện áp làm việc động (điện áp định mức), V

p : công suất động (công suất ghi nhãn hiệu), w c : điện dung tụ đ i ệ n , j u F

Cos (p \ hệ số công suâ't động cơ, Cos (p = 0,75-ỉ-0,89 77: hiệu suất động cơ, ĩ]= 0,85-^0,98

Ví dụ 6.3. Xác định tụ ngâm để lắp đặt cho máy điều hịa nhiệt độ có cơng st l,5Hp Điện áp sử dụng AC/220V

c = 1340,14 15745,7 = 36,63 ụF 220 0,95.0,89

chọn tụ c = 40 juF 2.3 Tụ khởi động

Hình 6.21 cách mắc tụ khởi động cho động phase, ứng dụng ưong việc khởi động máy nén lạnh có cơng suất vừa nhỏ như: tủ lạnh, máy điều hòa nhiệt độ, tủ k e m ,

Tính tốn lắp đặt tụ khởi động phù hợp với công suất động phase Để tiện cho việc tính tốn, áp dụng công thức gần đũng sau

Như vậy, u = 220 V, f = 50 Hz cơng thức (6-55) viết lại

c = 159300 — -— = 14,51 (6-56)

220.50

Ví dụ 6.4. Xác định tụ khởi động để lắp đặt cho máy nén lạnh điều hịa nhiệt độ có thông số sau: p = l,5Hp, điện áp sử dụng AC/U = 220V/f = 50 Hz

Dòng điện làm việc động máy nén lạnh:

2.4 Chức nấng

Nạp hay xả điện: áp dụng cho mạch làm phẳng dạng sóng nguồn cấp điện, mạch lưu trữ điện, mạch định thời

Ngăn dòng DC: áp dụng vào mạch lọc để trích hay khử tần số đặc biệt

Trong tủ lạnh đặc biệt máy điều hòa nhiệt độ dùng điện pha xoay chiều để tăng moment khởi động cho động tăng hiệu suât làm việc block máy nén sử dụng tụ đề (tụ kích tụ khởi động) tụ ngâm (tụ làm việc) Ngoài ra, tụ điện sử dụng điều khiển hệ thống lạnh

Khảo sát trình tích điện phóng điện tụ điện:

Q trình tích điện: khóa K vị trí chuyển dịch đến vị trí 2, lúc hai đầu tụ điện c đặt hiệu điện thê Ưc q trình tích điện bắt đầu xảy

Hiệu điện Uc xác định theo phương trình sau:

c = 159300.—

f U

Trong đó: c : điện dung tụ khởi động, juF.

(6-55)

I : dòng điện qua cuộn dây khởi động, A f : tần số dòng điện, Hz

Ư : điện áp làm việc động cơ, V

c = 14,5 5,7= 82,63 ụF chọn tụ c = 90-^100ụF

ư c = ( l - exp )

V T o J

(6-57)

Trong đó: Uc, Ic : hiệu điện cường độ dòng điện tụ điện thời điểm r (s)

u : hiệu điện thế của nguồn, V R, c : điện trở tụ điện, ; F

ĩ : thời gian tích điện, s

T0 = R c : sô" thời gian, s

Uc, Ic

— -r ~* -> Kêt thúc ưình r (s)

Hình 6.22: Mạch thí nghiệm tính chất tích và phóng điện tụ điện

tích điện

Hình 6.23: Biến thiên điện Uc, cường độ lc tụ điện theo thời gian tích điện.

Hình 6.22 mơ tả sơ đồ thí nghiệm, hình 6.23 đồ thị biểu diễn độ biến thiên Uc, Ic theo thời gian tích điện Khi ĩ - Ic = Icm axỉ Ưc = T lớn thời gian tích điện lâu Ic

0; ư c - u.

Q trình tích điện: khóa K ở vị trí chuyển dịch đến vị trí 3, lúc hai đầu tụ điện c

được đặt hiệu điện Uc = u q trình phóng điện bắt đầu xảy Hiệu điện Uc trường hợp xác định theo phương trình sau:

Uc = u.ex p

T _ U

e xp T T,0

T r,

(6-59)

(6-60)

Hình 6.24 đồ thị biểu diễn độ biến thiên Uc, Ic theo thời gian tích điện Khi T - Ic = -Icmax;

u c = Utmax r lớn thời gian phóng điện lâu Ic —> 0; Uc —►

Điện trở tụ điện mạch điện xoay ỉcmax chiều xác định theo công thức sau:

1

Uc L

u = Ư c n a x

= - U Ic

Kết thúc q trình phóng điện

Zc =

ÍO.C & (6-61)

Hình 6.24: Biến thiên điện uc, cường độ lc tụ điện theo thời gian phóng điện.

Trong đó: cư =2 n f : vận tốc góc cường độ dịng điện, rad/s f : tần số cường độ dòng điện, Hz

Năng lượng điện trường tụ điện xác định theo công thức: _ I* r' T

Wc = C ^ , J

Trong đó: U c: hiệu điện hai đầu tụ điện, V

(6-62)

VI MẠCH ĐIỆN XOAY CHIỀU

1 M ạch điện xoay chiều m ộ t phase

❖ Nếu mạch điện xoay chiều có ba phần tử R, L, c mắc nối tiếp đặt m ột hiệu điện thê có dạng

được viết u = u y[ĩ sin( cưi + (p) V, xem hình 6.25 & 6.26 để tính tốn cho mạch áp dụng cơng thức sau đây:

• Cơng thức tính tổng trở tồn đoạn mạch

R

u ->

Hình 6.25: Mạch điện xoay chiều R, L, c

Trong đó:

z = J r 2+ ( Z l - Z c )2

u

(6-63)

R = ——: điện trở đoạn có R /

Zi = —r~: điện trở đoạn có L

1 Hình 6.26: Giản đồ lệch pha u và I

zc = điện trở đoạn có c.

/

Cơng thức tính hiệu điện hai đầu đoạn mạch

Ư = yỊu2R+(uL- u c)2 , v

Cơne thức tính độ lệch pha điện áp cườns độ dòng điện

Z L — z c _ R

12 (ơ = —— hoặc C O S0 =

-R z

(6-64)

(6-65)

Xét s ố trường hợp:

- Nếu t°(p > , có nshĩa ZL > z c mạch có tính cảm kháng, điện áp nhanh pha dịng điện góc (p.

- Nếu tg ẹ = 0, có nshĩa ZL = Zc mạch có tính trở, điện áp pha với dòne điện, tượng cộng hưởn2 xảy ra, dòng điện qua mạch có giá trị lớn nhât

- Nếu te (p < , có nghĩa ZL < z c mạch có tính dung kháng, điện áp chậm pha dịng điện góc (p.

Nếu Zc = R = 0, mạch cảm, điện áp nhanh pha dịng điện góc ọ

-, „ n

Nếu ZL = R = 0, mạch thuẫn dung, điện áp chậm pha dòng điện góc ọ = - —

• Cơng thức tính cơng suất - Cơng suất tác dụng

p = Ư.I COS (p

- Công suất phản kháng

Q = U.I sin (p - Công suất biểu kiến

(6-66)

(6-67)

s = ] P2+Q2 (6-68)

❖ Nếu mạch điện xoay chiều có ba phần tử R, (R1; L), (R2; C) mắc song song đặt hiệu điện có dạng viết u = u y /ĩ sin( cư.t + ạ>) V, xem hình 6.27 & 6.28 để tính tốn cho mạch áp dụng công thức sau đây:

R| L

—— - u —

Hình 6.27: Mạch điện xoay chiêu R,

(Rú L), (R2; C) mac song song

Cơng thức tính tổng trở đoạn mạch mà li, I2 , qua

z, = ^R; + z Ị

z 2= Ị r [ z Ị z = r

• Cơng thức tính dịng điện li, I2,13 I

I, = u I = i L - h t '

Trong đó:

I2 = I32 + I132 + I Ii3 c o s( ộ? +<p2), a

Il32 = I I2 + I32+ 2.I1.13.COS z,

tgộ^ã = — : độ lệch pha li u

A,

(6-69)

(6-70)

(6-71)

(6-72)

z

tg (p2 = : độ lệch pha I2 u

R 2

t %<p =

- / j ỗsin + Ạ.sin (p2

: độ lệch pha I u

/ p C O S Ộ ? ; + / , C O S ộ ? , + /

2 Mạch điện xoay chiều ba phase 2.1 M ột s ố khái niệm chung

Ngày nay, cơng nghiệp dùng rất rộng rãi điện dịng điện hình sin ba pha Vì động điện ba pha có cấu tạo đơn giản đặc tính tơ"t động pha Việc truyền tải điện mạch điện ba pha tiết kiện dây dẫn nhiều việc truyền tải điện

b ằ n g d ò n g đ i ệ n m ộ t p h a

Mạch điện ba pha bao gồm nguồn điện ba pha, đường dây truyền tải phụ tải ba pha Để tạo nguồn điện ba pha, phải dùng máy phát điện đồng ba pha Cấu tạo máy phát điện đồng gồm:

• Phần tĩnh: gọi stato, gồm có rãnh, rãnh đặt ba dây quấn AX, BY, c z có số vịng dây lệch góc — khơng gian Mỗi dây quấn gọi pha Dây quấn AX gọi pha A, dây quấn BY gọi pha B, dây quân c z gọi pha c • Phần động: gọi rơto, nam châm điện N - s, xem hình 6.29

Nguyên tắc làm việc sau: quay rôto, từ trường lần

lượt quét qua cuộn dây quân stato cảm ứng vào trong

cuộn dây stato sức điện động hình sin biên độ, tần số lệch góc .

3

Nếu chọn (pA - pha đầu sức điện động e A cuộn JI

dây quân AX Thì (pB = — pha đầu sức điên đông ee V ^ ^ y

3 - \ LÕJ X y

2 71

cuôn dây quấn BY (pr - -7- pha đầu củà sức điên đông ec

3 V V Hĩnh 6.2 9: S đô nguyên tắc cuộn dây quấn c z Lúc đó, biểu thức tức thời sức điện cau tạo may phát điện ba pha động ba pha viết:

• pha A: eA = E V2 sin(ứ;t + (pA) = E V2 sin&ít = Eo.d0 (6-74)

• pha B:

• pha C:

e B = E V2 sin( (tí t + ọB) = E V2 sin( cư t - — ) = Eọế — ) (6-75)r- 'In

e c 5= E V2 sin(<y t + ạ>c ) = E y í ĩ sin(ứ;t + — ) = Eo.e*— ) (6-76)

3

Chú ý: nhắc lại m ột s ố kiến thức sô phức.

- Véc tơ viết dạng số phức: z = a + jb = |z| (cosx + j sinx), j = (0,1), Ịz| - + b 2

- Công thức Euler: eJX = cosx + j.sinx

Hình 6.30a: Trị s ố tức thời sức điện động ba phase

Hình 6.30b: Véc tơ sức điện động ba phase

- Công thức Moivre: 2.2 Cách nối sao

(cosx + j.sinx)" = (eJX)n = e*'nx = cos(nx) + j.sin(nx)

u

Mạch điện phase có phụ tải nối trình bày hình 8.29 sau Trong dây từ điêm o khơng qua phụ tải R l, R2, R3 gọi dây trung tính, dây A, B, c qua phụ tài Rl, R2, R3 gọi dây phase

• Điện áp đầu dây phase A, B, c với dây trung tính gọi điện áp phase - Phase 1: U o A = Ưpi

- Phase 2: U0B = Up2 - Phase 3: Uoc = Up3

• Điện áp đầu dây phase A, B, c gọi

là điện áp dây Như có: Uab = Udi; Uac = Ư d ^ Ư B C U d

-Thực tế sử dụng mạch điện phase

tr o n g c ô n g n g h i ệ p c ũ n g n h t r o n g d â n d ụ n g thì

thường xét hai trường hợp sau:

- T rường hỢp 1: phụ tải có cơng suất khơne nhau, có nghĩa RI * R2 * R3 lúc Upi * Up2 * Up3ỉ Udi * Ưd2 * d3; Ia * Ib * Ic lo * 0, trường hợp gọi mạch phase không đôi xứng làm cho hệ sô" công suât cosọ giảm, độ chệch phase siữa điện áp phase dịng điện khơng cân bằng, có nghĩa coscpA * cos(pB * coscpc dẫn đến xuất dòng diện qua dây trung tính nguy hiểm, cung cấp điện cần phải tính tốn phụ tải phase cho cân để tăng suất sử dụng điện, không gây nguy hiểm cho việc sử dụng

- T rường hựp 2: phụ tải có cơng suất nhau, có nghĩa RI = R2 = R3 lúc Up, = Ưp2 = Ưp3 = u p; Udi = Ud2 = Ud3 = U(j; Ia = Ib = Ic lo = 0, trường hợp gọi mạch phase đối xứng thực tế mạch phase loại thường dùns phổ biến

• Đối với mạch phase đối xứng dịng điện qua dây dịng điện qua phase, đồng thời điện áp dây V3 điện áp phase Như vậy:

Ia = Ib = I c = Id = Ip = ( - 7 )

Ud =V3 Ưp (6-78)

Nếu điện áp phase Up = 220V điện áp dây u è = -J3 ,u p = yÍ3 220V = 380V

• Nếu phụ tải có điện trở r [Q] điện trở cảm kháng XL [fí] tổng trở độ

l ệ c h p h a s e g i ữ a đ i ệ n p v c n g đ ộ d ò n g đ i ệ n tr ê n m ỗ i c u ộ n ( m ỗ i p h a s e ) được x c đ ịn h

theo công thức:

z = ZA = ZB = Zc = yỊ r2 + x ị (6-79)

r r

c o s c p = C O S Ọ A = c o sỌb = c o s c p c = — = - ( - )

z J r2+x'l

Ĩas = I,1*1 2.3 Cách nối tam giác

Mạch điện phase có phụ tải nối tam giac (A) trình bay hình 6.32, đầu phụ tải nối với cuối phụ tải kia, có nghĩa A nơi với Y, B nối với z c nôi với X, xếp chúng lại tạo thành hình tam giác, gọi mạch điện

3 phase nối tam giác Hình 6.32:

Mạch điện phase nối tam giấc (A)

Cũng tương tự mạch điện phase có phụ tải nối mạch điện phase có phụ tải nối tam giác có hai trường hợp

- T rường hợp 1: phụ tải có cơns suất khơng nhau, có nghĩa RI * R2 * R3 lúc Upi Up2 * Up3i Ưdi * u d2 * u d3; IA * IB * Ic, trường hợp gọi mạch phase không đối xứng Trường hợp thực tế khơng áp dụns, hiệu suất sử dụng lượn2 không hiệu

- T rư ng hợp 2: phụ tải có cơng suất nhau, có nghĩa RI = R2 = R3 lúc Upi = Up2 = Up3 = u p; ƯJ1 = U j2 = Ưd3 = j; IA = Ib = Ic = Ux = Iby = Icx = Ip, trường hợp gọi mạch phase đối xứng thực tế mạch phase loại thường dùnơ phổ biến

• Đối với mạch phase đối xứng điện áp dây điện áp phase, đồns thời cườns độ dòns điện qua dây V3 cường độ dòng điện qua phase Như vậy:

Up, = Up2 - Up3 - Up - Udi = ƯJ2 = Uj3 = d

Ij = Ia = Ib = Ic = V3 Ip = V3 .Iax = V3 .Ib y = V3 Icx

(6-83)

• Nếu phụ tải có điện trở r [Q] điện trở cảm kháng XL [£2] tổng trở độ lệch phase điện áp cường độ dòng điện cuộn (mỗi phase) được xác định theo công thức:

2.4 Công suất mạch điện ba pha

Công suất mạch điện phase tổng công suất phase, kỹ thuật công suất mạch điện phase gồm có loại công suất sau

2.4.1 Công suất tức thời

Công suất tức thời phase xác định theo cơng thức sau: • - Phase A hay gọi phase 1: Pa = Uạ.Ìa [W]

- Phase B hay gọi phase 2: pB = UB.1B [W ]

- Phase c hay gọi phase 3: PC = U c-ic [W]

Công suâ"t tức thời hệ thống mạch điện phase tính:

2.4.2 Cơng suất tác dụng

Cơng suất tác dụng phase xác định theo công thức sau: - Phase A hay gọi phase 1: PA = Ua.Ia- cosỌa [W]

- Phase B hay gọi phase 2: PB = b-Ib- cosỌb [W] - Phase c hay gọi phase 3: Pc = Ưc-Ic- coscpc [W]

Công suất tác dụng hệ thơng mạch điện phase tính:

p = Pa + Pb + Pc = ưa-Ia- cosỌa + Ub-Ib- cosỌb + Uc-Ic- cosỌc [W] (6-87) Trong ngành kỹ thuật lạnh động phase tính cơng suất tiêu thụ điện thường tính theo cơng suất tác dụng, cịn loại cơng suất khác khơng cần quan tâm

2.4.3 Công suất phản kháng

Công suất phản kháng phase xác định theo công thức sau: - Phase A hay gọi phase 1: Qa = Ua.Ia sin(pA [W]

- Phase B hay gọi phase 2: Qb = Ub.Ib- sincpB [W]

- Phase c hay gọi phase 3: Qc = Ưc-Ic- sincpc [W]

z = Zax = Zby - Zcz - yỊr2 + xị (6-84)

r r

(6-85)

Công suất tác dụng hệ thơng mạch điện phase tính:

Q = Qa + Qb + Qc = ƯA.lA-SÌncpA + Ub.Ib.siikpb + Uc-Ic-Sincpc [W] (6-88) 2.4.4 Công suất biểu kiến

Công suât biểu kiến phase xác định theo công thức sau: - - Phase A hay gọi phase 1: SA = U a Ia [W]

- - Phase B hay gọi phase 2: Sb = Ub-Ib [W]

- - Phase c hay gọi phase 3: Sc = Uc-Ic [W]

Công suất biểu kiến hệ thông mạch điện phase tính:

S = SA + SB + Sc = Ua-Ia + Ub.Ib + Ưc.Ic [W] (6-89) 2.4.5 Điện tác dụng mạch điện phase

Điện tác dụng mạch điện phase xác định theo công thức sau:

w = P.T = (Ua-Ia- cosỌa + Ub-Ib- coscpe + Ưc-Ic- cos(pc)-T [J] (6-90) Trong đó: T [s] thời gian tiêu thụ điện

2.4.6 Công suất mạch ba phase đối xứng

Trong mạch phase đối xứng cac phụ tải có cơng suất nhau, hiệu điện hiệu dụng, cường độ dịng điện hiệu dụng góc lệch phase phase Vì vậy:

U A = U B = U c = Ư p IA = IB = Ic = Ip CpA = <Pb = cpc = Ọ

Do đó, cơng suất phase xác định:

PA = Pb = Pc = Pp = Up.Ip cosọ [W] (6-91)

Qa = Qb = Qc = Qp = Up.Ip.sinọ [W] (6-92)

Sa = Sb = Sc = Sp = Up.Ip [W] (6-93)

• Cơng suất phase xác định theo công thức:

p = 3.UpỗIp coscp [W] (6-94)

Q = 3.Up.Ip.sincp [W] (6-95)

s = Up.Ip [W] (6 -9 )

• Nếu mạch điện phase nối (Y) thì:

Ưp = ; Ip = Id; đó: p = ~^r Ij coscp = V3 Ud.Id cosọ (6-97)

Nếu mạch điện phase nối tam giác (A) thì:

^ ; U p = d; đó: p =

V3 V3

VII CÔNG, CÔNG SUẤT, TÔN THẤT CÔNG SUẤT, HIỆU SUẤT DỘNG ĐIỆN

1 Công

Công tiêu tốn w dòng điện I qua điện trở có hiệu điện hai đầu ư thời gian rđược tính theo hai biểu thức:

w = U.I T, [Ws kWh]. Công suất

Cơng suất p phụ tải tích điện thê u cường độ dòng điện I: p = U.Ị, [ W]

TJ Tj2

Từ đinh luât Ohm: l - — => p = — = r R

R R

Ví dụ 1. Một phá băng điện trở ngày làm việc 4 lần, lần 20 phút, điện 220V dòng điện qua điện trở 1,5A. Hỏi:

- Công suất phá băng bao nhiêu? - Công làm việc ngày bao nhiêu?

Giải:

p = ệ/ = 220V.1.5A = 330 (W) _ 4x20

w = U.I.T = 220x1,5 — — = 440Wh = 0,44kWh 60

Ví dụ 2: Một điện trở phá băng có cơng suất p = lk W ở điện th ế u = 220V. Khi điện sụt cịn 210V, cơng suất bị tụt xuống bao nhiêu?

Giải:

u u (220VÌ2

Theo phương trình có: p = ——=>/? = —— = ———— = 48,4& ■

R p 1000VA

Công suất sụt điện thế: p = = 911W

R 4 ,4 Q

Như vậy, hiệu điện sụt xuống 210V công suất giảm: (1000 - 1 ) = 89 (W) Tổn th â t công suất

Trạm lạnh đặt cạnh trạm cung cấp điện Dây dẫn có điện trở, đường dây dài, điện trở lớn, tổn thất điện đường dây lớn tổn thâ't công suất máy lạnh lớn Tổn thất cơng suất p„ xác định theo

•y biểu thức sau điện trở dây dẫn mắc nối tiếp với hộ tiêu thụ (máy lanh): p = p.C —

s

Ví dụ: Một điện trở phá băng công suất 1500W/220V nối dây dài 300m bằna đồng tiết diện 2,5mm2. Hỏi:

- Điện sụt bao nhiêu?

- M'n trì tổn thất là 4% tiết diện dây dẫn phải bao nhiêu?

Ế •

Giai:

- Điện trở phá băng: Rt = u _ (220V)2

1500W 32,27Q

l

Điện trở đường dây dẫn: Rj = p — = 0,0179.10 2.300

,ắ r s 2,5 lO '6 = 4,29 Q

Công suất thực tê đạt được: p = 1500W

4,2912

32,27Q

4,2962 + 32,2712 = 1324W

- Độ sụt áp là: Un = 220V = 25,8V

4,29 Q + 32,27n

Như vậy, điện sụt khoảng 11,7% đường dây dẫn - Tổn thất 4% 220V 8,8V

( R N

Độ sụt áp tính theo cơng thức: u„ = 220V — ■■ _ — yRj + 32,27Q Giải phương trình ta được: Rj = 1,345£2

= 8.10~6 m : = 8m m 2

Tiết diện: = = 0,0179.10~6 300

R, 1,345

4 Hiệu suất động

Khi cấp điện cho động hoạt động, tính công suất cấp vào cho động P]. Động biến điện thành trục quay P? truyền cho máy nén Sự biến đổi điện thành ở động lý tưởng P] = Pi (trong thực t ế Pi nhỏ pi) Một phần điện tổn thât động dạng nhiệt sinh cuộn dây điện trở cuộn dây khơng hồn thiện động Tỷ số P2/P1 gọi hiệu suất động Trên mác động

luôn ghi p Hĩnh 6.31 biểu đồ biểu diễn tổn thất công suất động cơ, Pị cơng suất điện cấp cho động cơ, Pị công suất thu động cơ, p„ = Pi - P2 công suất tổn that dạng nhiệt

Vậy, hiệu suất động tỷ số công thu công cung cấp cho động cơ:

/7= ~rxlOO% p,

Ví dụ: Một động có ghi ưên mác l,5kW. Khi ưên bảng đấu điện tính 1 9kW. Hỏi Hiệu suất động bao nhiêu?

- Công suâ^t tổn thất bao nhiêu?

Giải:

p ].5kW

— Hiệu suât động cơ: rj = — xlOO%= xl00°7c = 79,9%

Pị l,ỌkìW

- Công suất tổn thất: Ptt = P\ - P i= ỉ , - 1,5 = 0,4 (kW)

VIIIỄ CÁC DỤNG CỤ ĐO ĐIỆN (VOLT K Ế DC VÀ AC, AMPERE K Ế, VOM KIM VÀ số)

1 Sai sô" đo điện

Sai số cho phép: sai số lớn nha't (max) vạch chia dụng cụ giữ ngun cấp xác

Sai sơ" bản: sai số lớn (max) cho phép để đồng hồ làm việc bình thường Trong tính tốn ta quan tâm đến sai số đồng hồ

Khi đọc giá trị đồng hồ đo ta chia làm hai loại sai sơ":

■ Sai sô" hệ thống: Là sai số mà trị số chúng không thay đổi thay đổi theo quy luật định

■ Sai số ngẫu nhiên: sai số có trị số thay đổi khơng có quy luật q trình đo

Hiệu số trị số đo trị sô" thực tế đại lượng gọi sai số tuyệt đối máy đo Cấp xác thiết bị đo tỉ sô" sai số tuyệt đối cho phép với trị số lớn

th a n g đ o

Trong đo lường có sai sơ" cấp xác đồng hồ, tiêu hao điện máy đo, môi trường khác với tiêu chuẩn, điện trường từ trường ảnh hưởng, cách đọc người quan sát Khi ta sử dụng thiết bị đo, ta nên chọn thang đo gần với số đo lớn kết đo Ví dụ Volt k ế 450V với cấp xác 1,5 sai số tuyệt đối cho phép đo: ' — = 6,75V

100

2 A m p ere kê

"l,lrrT"— — Hình 6.35: Mạch ampere k ế có điện

Hình 6.34: Ampere kim Ampere sô' tr° sun

Khi đo cường độ dòng điện, ta mắc đồng hồ nối tiếp với dịng điện nên tồn dịng điện chạy mạch qua máy đo; muô^n cho việc đo xác cơng suất tiêu hao máy đo phải nhỏ nghĩa điện trở Ampere kê phải thật nhỏ để khỏi làm ảnh hưởng đến hoạt động mạch điện

Muốn dùng Ampere k ế thang đo nhỏ để đo dòng điện lớn: dùng đồng hồ kiểu từ điện (đo dòng điện chiều) mắc song song với Ampere k ế điện trở “sun" (Rs) xem hình 6.35. Với cách đấu phần lớn dòng điện chạy mạch chạy qua “sMn” (/i), có phần nhỏ dòng điện muốn đo chạy qua cuộn dây máy đo (/2), thang chia độ ghi theo trị số thực t ế dòng điện muốn đo Vì đó, điện trở “sun” nhỏ điện trở Ampere k ế nhiều Ta hiểu có n phần dịng điện chảy mạch có phần qua máy đo, cịn lại (n -1) phần qua “sun". Do đó, điện trở “sun" phải nhỏ điện trở Ampere k ế (n -1) lần

3 Volt k ế

Muốn đo điện áp ta dùng Volt kế với thang đo: mill - Volt, Volt kilo - Volt tùy theo phạm vi điện áp, xem hình 6.36

Hình 6.36: Volt kế kim volt k ế s ố

Đo điện áp hai điểm mạch điện, ta nối đồnơ hồ song sons với mạch điện Khi đo điện áp chiều tốt dùng Volt k ế kiểu từ điện đặc điểm có độ nhạy có độ xác cao (thực tê volt kê mi li - Ampere k ế có mắc thêm điện trở lớn mặt chia độ chia theo trị sơ" Volt)

Đo điện áp dùng Volt k ế có điện trở lớn sai số nhỏ, dịng điện nhỏ công suất tiêu hao Volt kê nhỏ

4 A m p ere kìm

Đây là dụng cụ dùng để đo tức thời Current dòng điện xoay chiều qua dây dẫn

bất kỳ mà không cần cắt dây, nối dây

Cấu tạo ampere kìm gồm thiết bị I

chính: mỏ kẹp, núm vặn chỉnh thang đo, lỗ V 'N j .■ Ị I

cắm Ohm - Com - Volt, nút hiệu chỉnh v V fcr&Pi 11 ' -—I " thang kim đo, khố (hình 6.37). n - u n n rì&mr' í

M erer Muốn đo dịng điện ta bóp mạnh vào

mỏ kep cách điên để tách lõi từ (gồm hai ,,, _

•v b “ Hình 6.37: Ampere kìm

nửa ln khép kín mạch băng lị xo) ln

cho dây cáp dẫn điện cần đo nằm phạm vi mạch từ (đây cuộn sơ câp có vịng dây) Cuộn thứ quấn nhiều vòng dây xung quanh lõi từ (bằng thép Silic ghép): hai đầu dây nối trực tiếp vào điện k ế từ điện có diode chỉnh lưu lắp thân ampere kìm

Ngồi Ampere kìm cịn có nhiều chức như: đo điện áp xoay chiều, đo điện trở, cách vặn nút điều chỉnh để hiệu chỉnh thang đo cho phù hợp Với mức xác khoảng ± 3% bảo vệ cầu chì 0,5A.

Các thông số kỹ thuật:

■ Mức sai số cho phép thang đo khoảng 3%. ■ Nhiệt độ hoạt động: (18h-28)0C

■ Cầu chì bảo vệ: 0,5A. 5ễ Đồng hồ điện vạn

Vạn k ế gọi VOM (Volt - Ohm - Meter) đo nhiều đại lượng điện khác nhau: điện áp, dịng điện, điện trở, điện dung, cơng suất âm tần c ấ u tạo gồm: núm chọn thang đo, vít chỉnh zero, lỗ cắm như: Com, Volt, Ohm, (hình 6.38). Sau cách đo số đại lượng:

a) Đo điện trở

Trước đo phải kiểm ưa xem kim đồng nằm vạch vơ (°°) phía trái chưa? Kiểm tra pin cách vặn công tắc vị trí Ohm Chập hai que đo lại để điều chỉnh núm chỉnh pin cho kim số 0 (vọt lên bên phải) Để mức đo x l châp que đo chỉnh kim phải thao tác nhanh cho đỡ tốn pin

Nếu vặn nút hết mức mà kim không trở số 0 pin yếu, phải thay pin để không làm thay đổi kết đo hỏng linh kiện đồng hồ Những đồng hồ đê lâu chưa dùng nên tháo pin ra, bảo quản nơi khô ráo, mát mẻ

Đo điện trở mạch điện phải cắt điện khỏi mạch lưới, có tụ phải phóng hêt điện để đảm bảo an toàn

Nếu chưa biết trị số điện trở cần đo vặn cơng tắc mức xlkỉ2, kim vọt lên cao sau xoay công tắc giảm dần tới mức độ đọc trị số rõ ràng điện trở Khi đo mức

X 0 Ỉ 2 không cầm tay vào phần kim loại que đo gây sai số

b) Đo điện áp đo dịng điện

Đo điện chiều vặn cơng tắc phíaVDC mA (ghi sơ" màu đen); đo điện xoay chiều phải vặn công tắc VAC (màu đỏ)

Phải biết giá trị tương đối đại lượng cần đo để chọn mức đo cho phù hợp Giả sử muôn đo 220V phải vặn công tắc mức 250V. Nếu chưa biết điện áp dòng điện phải đặt cơng tắc vị trí cao sau chuyển mức đo thích hợp cho kim đồng hồ có góc quay khoảng 80% mặt số để đảm bảo giá trị

Khi vặn công tắc phải rút que đo khỏi mạch điện để khỏi hỏng đồng hồ

Khi đọc kết phải nhìn sơ" kim thẳng góc với mặt thang đo; nhìn lệch, nghiêng sai số nhiều

ì Đo dịng điện phải đặc biệt ý nối dây: đầu nối tiếp với dụng cụ, thiết bị cần đo cho

nếu sơ ý sai dây dễ hỏng đồng hồ Đo điện chiều phải nối dây dương (+) đồng hồ (dây đỏ) vào dây dương (+) nguồn điện dây dương (+) pin, acquy

Khi đo xong, cần vặn công tắc chuyển mạch vị trí có trị số điện áp cao (hoặc số 0) đề phịng lần sử dụng sau khơng nhầm lẫn khỏi cháy hỏng đồng hồ

c) Đo transistor

Xác định cực gốc B: vặn công tắc thang đo điện trở đến mức xlK : đặt đầu que đo vào ba chân transistor, que đo đặt vào hai chân cịn lại; tìm hai chân mà kim đồng hồ trị sô" (cùng nhỏ lớn) chân mà que đo cơ" định cực gốc B Nếu đảo dây nhiều lần mà khơng tìm hai chân có giá trị transistor bị hỏng

Xác định ưansistor thuận (pnp) hay transistor ngược (npn): dùng que đo dương đồng hồ (âm pin) đặt vào cực B (vừa tìm được) mà kim đồng hồ vọt lên transistor pnp Nếu đặt que dương vào cực B (vừa tìm được) mà kim đồng hồ nằm im, số đo lớn transistor npn

Xác định cực phát E cực góp C: sau tìm chân B; cặp transistor có dấu châm (ỗ) ở vỏ gần chân cực C; chân cịn lại cực E (chỉ dùng đốì với transistor ký hiệu Nhật)

d) Đo dB

Khi đo nhiệt độ ta cần có đầu dị nhiệt độ Đầu tiên ta lựa thang đo QxlOO (Temp) Sau cắm que đo màu đen đầu dị nhiệt độ vào lỗ cắm (-), que đo màu đỏ đầu dò nhiệt độ vào lỗ cắm (+) đồng hồ Đưa đầu dò nhiệt độ chạm vào vật cần đo đọc trị sô nhiệt độ ổn định Lưu ý: không nên đo nhiệt độ 2 ( fc (392°F) với mức nhiệt độ làm hỏng VOM

Các thông số kỹ thuật:

■ Mức sai số cho phép thang đo 3%. ■ Nhiệt độ hoạt động: (ỡ-i-4ớ)ơc

CHƯƠNG

CÚ SỞ TRU YỀN ĐỘNG ĐIỆN T ự ĐỘNG TRONG CÁC QUÁ TRÌNH VÀ T H IẾ T BỊ CỐNG NGHỆ N H IỆT - ĐIỆN LẠNH

I MỘT SỐ KHÁI NIỆM BẢN VÀ PHÂN LOẠI HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG

1 Một sô" khái niệm bản

Truyền động điện tự động việc thực khởi động máy, đảo chiều quay, điều chỉnh tốc độ động phân hãm trì chế độ làm việc hệ thông theo yêu cầu công nghệ đặt thiết bị điện, thiết bị điều khiển hay hệ thơng tự động điều khiển

Hình : Thành phần m ột hệ thống truyền

Truyên động điện tự động làm cho hệ đơng địỡn

thống máy móc thiết bị, dây chuyền cơng

nghệ làm việc an tồn, làm tăng năne suất lao động làm giảm nhẹ sức lao động Hệ thơng truyền động điện bao gồm: xem hình Ỗ1

Yêu cầu hệ thông truyền động điện: Ế Hệ thông đơn giản, gọn nhẹ, khí cụ điện

■ Độ tin cậy an tồn khởi động máy móc cao, sơ đồ lắp rắp hợp lý có đặt bảo vệ đầy đủ ■ Thao tác vận hành dễ dàng thuận tiện

2ắ Phân loại hệ thông truyền động điện

Hệ thơng truyền độns điện phân thành ba loại sau

• T ru y ền động điện nhóm : động truyền lực lên trục chạy dài xuống phân xưởng đến máy sản xuất trích lực xuống

Nhược điểm: kết câu phân xưởng rườm rà, hiệu suất truyền khí thấp, sử dụng hệ thống điện không hợp lý

• T ru y ền động đ iện đơn: động kéo máy sản xuất Đối với loại việc ưuyền động điện tự động đơn giản, dễ khống chế thay đổi chế độ làm việc Nếu chọn cơng suất hợp lý hiệu suất sử dụng điện cao

• T ru y ề n động đ iện k ép: máy sản xuât kéo gồm nhiều động cơ, tùy theo yêu cầu cụ thể

3ề Nguyên tắc đọc phân tích mạch điều khiển

được thể trạng thái khơng có dịng điện chạy qua cuộn dây, relay nhiệt thê trạng thái lưởng kim không bị cong, nút ấn thể trạng thái khơng có lực tác dụng lên Mối quan hệ điện hệ thống truyền động thể sơ đồ nguyên lý, thể đầy đủ phần tử hệ thống mà khơng xét đến vị trí tương quan thực tế chúng, xét đến vị trí thực chức Trên sơ đồ nguyên lý có hai loại mạch điện

• Mạch động lực: bao gồm mạch stato, roto động điện xoay chiều, mạch phần ứng động điện chiều, mạch đầu biên đổi nguồn, .v.v

• M ạch điều khiển: bao gồm cuộn dây contactor, relay, vi mạch điều khiển, board điều khiển, nút ấn điều khiển, mạch tín hiệu bảo vệ, .v.v cầu chì bảo vệ mạch động lực mạch điều khiển có trị sơ" khác

4 Đặc tính động điện m áy sản xuất 4.1 Đặc tính động điện

Đặc tính động điện quan hệ tốc động (n [vịng/phút]) moment động (M(1 [N.m]), có nghĩa quan hệ biểu diễn dạng phương trình sau: Md = f(n)

Nếu động làm việc chế độ: điện áp định mức (Ưđm), tần số định mức (fđm), từ thông định mức {ộAm) không nôi thêm điện trở, điện kháng vào động Thì đường đặc tính gọi đường đặc tính tự nhiên Mcim = f(nJm), đường đặc tính nhân tạo động làm việc chê độ thay đổi yếu tố

Độ cứng đặc tính cơ: AM p =

A n (7-1)

Khi Ị5 lớn, có đặc tính cứng Khi /? nhỏ, có đặc tính mềm

Khi (3 —>0 0, có đặc tính cứng tuyệt đối 4.2 Đặc tính máy sản xuất

Đặc tính máy sản xuất đa dạng Tuy phần lớn biểu diễn dạng tổng quát:

Hình 7.2: Độ cứng đặc tính cơ (1): đặc tính mềm; (2): đặc tính cơ cứng; (3): đặc tính cứng tuyệt đối.

Mt — Mc0 + (Mđm Mco)

r \ a

n

(7-2)

Trong đó:

Mco - moment ứng với tốc độ n = Mđm - moment ứng với tốc độ n = nđm Mt - momemt ứng với tốc độ n

Hình 7.3: Độ cứng đặc tính số máy sản xuất.

5 Moment truyền động điện

• Quy ước: chiều quay roto ngược chiều kim đồng hồ gọi chiều thuận mang dầu dương (+) ngược lại mang dấu âm (-), chiều quay moment chiều kim đồng hồ chiều thuận mang dầu dương (+) ngược lại mang dâu âm (-)

• M om ent động: moment động sinh làm động quay, ký hiệu: Mđ [N.m]

• M om ent cản: ký hiệu Mc [N.m], moment cản có hai loại moment cản kháng moment cản

- M oment cản kháng: có chiều ngược với chiều chuyển động, động đổi chiều moment cản đổi chiều, ln ln chơng lại chuyển động động Chẳng hạn như: moment ma sát, moment cản máy cắt gọt kim loại

- M oment cản thê năng: có chiều tác dụng khơng thay đổi, chống lại hỗ trợ cho chuyển động động CƠỄ Chẳng hạn như: moment cản cấu nâng hạ hàng

6Ể Biểu diễn chê độ làm việc động hệ trụ c (M, n)

Các chế độ làm việc động thông thường xảy trường hợp sau

• Khi n > M > : hệ thống nâng hàng • Khi n > M < : hệ thống hãm dừng • Khi n < M < : hệ thống hạ hàng • Khi n < M > : hệ thống hãm hạ

II ĐỘNG ĐIỆN

Động điện (Electric motor)

thiết bị tiêu tôn lượng điện để chuyển điện thành năng, với mục đích phục vụ cho trình cơng nghệ theo u cầu định trước Trong công nghiệp, động điện sử dụng nhiều lĩnh vực khoa học kỹ thuật khác

Phân loại động điện: có phân làm loại sau: • Động điện chiều (motor direct cuưent)

• Động điện xoay chiều phase (motor alternating cuưent phase) • Động điện xoay chiều hai phase (motor alternating cuưent phase) • Động điện xoay chiều ba phase (motor alternating current phase) • Động cơ bước (motor stepper), .v.v

Tùy theo mục đích, yêu cầu, điều kiện thích hợp mà sử dụng loại động cho hợp lý có khả tiết kiện lượng cách hiệu

III TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Tự ĐỘNG ĐỘNG ĐIỆN MỘT CHIỂU

Truyền 'động điện tự động động điện chiều việc thực khởi động máy, đảo chiều quay, điều chỉnh tốc độ động cơ, phân hãm trì chế độ làm việc hệ thống theo yêu cầu công nghệ đặt thiết bị điện, thiết bị điều khiển hay hệ thống tự động điều khiển

1 Khởi động động điện chiều

Việc khởi động động điện chiều trực tiếp hay gián tiếp phụ thuộc vào công suất động công suất máy biến áp

• Nếu cơng suất động điện chiều nhỏ 1/10 công suất máy biến áp mở máy trực tiếp

• Nếu công suất động điện chiều lớn 1/10 cơng suất máy biến áp mở máy giáo tiếp

1.1 Khởi động trực tiếp

Khi ấn Start cuộn dây X có điện làm cho tiếp điểm thường mở X đóng lại Như vậy, hai tiếp điểm X thực hai nhiệm vụ là: trì nguồn điện cho cuộn dây X, thứ hai cấp nguồn cho động điện hoạt động đưa động điện chiều làm việc cách trực tiếp

Đôi với động chiều có kích từ nối tiếp kích từ độc lập có cách khởi động Xem hình 7.5.'

1.2 Khởi động gián tiếp

Do công suất động điện chiều lớn 1/10 công suất máy biến áp, lúc khởi động dòng khởi động lớn gây tác hai cho động điện, để giảm dịng khỏi động cần phải đưa thêm điện trở phụ vào phần ứng sau tốc độ roto động (75-^80)% tốc độ định mức lúc loại bỏ điện trở phụ, cách khởi động gọi mở máy gián tiếp

u

Stop -» I

»-■ N / V W N ^ CKT Start

Hình 7.5: Mạch điện khởi động trực tiếp động cơ điện chiều

VSAAAA CKT

Hình 7.6: Sơ đồ gắn thêm điện trở phụ

Ikđ = ^

R„ + Rf

Trong đó: R f : điện trở phụ

Ru : điện trở phần ứng

u : điện áp khởi động động

Ikđ : dịng khởi động

Nếu khơng gắn điên trở phu dịng khởi động Ikđ = — lớn, gắn thêm điện trở R u

phụ theo (7-3) dịng khởi động giảm nhiều

Việc loại bỏ điện trở phụ thông thường sử dụng ba nguyên tắc sau: nguyên tắc thời gian, nguyên tắc tốc độ nguyên tắc dòng điện Hình 7.6.

1.2.1 Nguyên tắc thời gian

Khi khởi động ấn nút Start cuộn dây contactor K có điện, đóng tiếp điểm trì cấp nguồn cho Timer Ti, động hoat động Dòng khởi động lúc Ikđ = -— -> n =

Ru + R f i + R /1

0 Ikđ = li, sau thời gian Tx tốc độ động tăng n = ni, dòng điện qua động giảm từ li xuống I2, lúc Ti tác động làm tiếp điểm thường mở đóng chậm đóng lại, cuộn dây Xi có điện tác động ngắt bỏ R f2 cấp nguồn cho Timer T2, đồng thời đặc tính làm việc động

dịch chuyển từ đường (3) sang đường (2) dòng qua động lại tăng từ I2 lên lị Sau thời

gian r2 tốc độ động tăng n = 112, dòng điện qua động giảm từ li xuống I2, lúc T2 tác

động làm tiếp điểm thường mở đóng chậm đóng lại, cuộn dây X2 có điện tác động ngắt bỏ- Rfi, đồng thời đặc tính làm việc động dịch chuyển từ đường (2) sang đường (1), đường đặc tính làm việc tự nhiên động Sau trì trạng thái làm việc ổn định động điểm A Xem hình 7.7 7.8.

/ ^ \ R|1 R p.

WWV—

-Hình 7.7: Đường đặc tính (M,n) khởi động gián tiếp động chiều. (1) - Đặc tính khởi động tự nhiên Rư. (2) - Đặc tính nhân tạo Rf1 + Rư. (3) - Đặc tính nhân tạo fìn + Rf2 + Rự.

Hình 7.8: Mạch điện khởi động gián tiếp động cơ điện chiều theo nguyên tắc thời gian.

1.2.2 Nguyên tắc tốc độ

Điện áp đặt hai cuộn dây Xi x relay điện áp viết sau Uxi = c.e.n i + Iư-(Rfi + Rư) (7-4)

Ư X2= C.e.ri2 + Iư-Rư (7-5)

Với : ni, n2 - tốc độ động

c - hệ sốc h ế tạo động

Nguyên lý làm việc: khởi động ân Start cuộn K có điện, tác động làm tiêp điểm thường mở K đóng lại thực hai nhiệm vụ Đó là, trì nguồn điện, đồng thời cấp nguồn cho động hoạt động Khi đó, động khởi động với tham gia hai điện trở phụ Rfi Rf2- theo thời gian tốc độ động tăng từ n = lên n = ni, điện áp đặt lên cuộn X) ƯX1 = c.e.ni + Iư.(Rfi + Rư) vừa đủ để làm cuộn X| tác động loại bỏ Rf2- điện áp đặt lên cuộn X2 chưa đủ để làm cuộn x tác động Nhưng tốc độ động tăng từ n = ni lên n = n2, điện áp đặt lên cuộn X2 Ux2 = C.e.n2 + lự.Rư vừa đủ để làm cuộn X2 tác động loại bỏ Rfi, đồng thời đưa động làm việc ổn định với đường đặc tính tự nhiên chúng, hình 7.9.

1.2.3 Ngun tắc dịng điện Phần tử RI relay dòng điện, dòng tác động làm thay đổi trạng thái tiếp điểm li (ItđRi = li), dòng nhã I2

Khi khởi động ấn Start, cuộn K có điện, tiếp điểm thường mở

K lúc đóng lại, động cơ khởi

động với toàn điện trở phụ, dòng qua động tăng lên li lúc RI tác động mở tiếp điểm thường đóng Khi tốc độ động tăng từ n = lên n = ni dịng qua động giảm từ li xuống I2, lúc tiếp điểm RI thường đóng đóng lại cuộn Xi có

Rn

ỉ WAV x X,

CKT

X,

r

Stop r e ­

start

K K

Hình 7.9: Mạch điện khởi động gián tiếp động cơ điện chiều theo nguyên tắc tốc độ.

X2II

Hình 7.10: Mạch điện khởi động gián tiếp động điện một chiều theo nguyên tắc dòng điện.

điện, tiếp điểm thường mở Xi đóng lại, loại bỏ Rf2 dịng qua động lại tăng lên

li làm cho RI tác động, Xi không điện trì, cịn x chưa có điện Khi tốc độ động tăng từ ni lên n2 dịng điện qua động giảm từ li xuống I2, lúc tiếp điểm RI thường đóng lại đóng lại cuộn X2CĨ điện, tiếp điểm thườns mở X2 lại, loại bỏ Rfi đồng thời đưa động làm việc ổn định với đường đặc tính tự nhiên chúng Xem hình 7.10.

Sức điện động cảm ứng xác định theo phương trình sau: E = n.Ke.$KT = u - Iư.Rư

1.2.4 Tính tốn điện trở phụ

(7-6)

Inm = — = (20 -r 25).Idm (7-7) K

Khi khởi động gián tiếp có đưa điện trở phụ vào mạch phần ứng dịng ngắn mạch xác định theo cơng thức sau

Inm = -ỵ - < (2 -T 2,5).Iđm ( -8 ) Ru + R n + R n

Từ phương trình (7-7) (7-8) xác định Rf = Rfi + Rf2

ở hình 7.6 Đường đặc tính (M,n) khởi động gián tiếp động chiều, để xác định li I2 chọn sau

I , < ( - , ) I đm (7-10)

I2 > (1,1 - l,3).Iđm (7-11)

Khi tcíc độ tăng lên dịng điện phần ứng giảm dần xác định theo biểu thức I u - K Ạ n u - K.ợ.n

R u + ^ /1 + R f R u + R f

Trong : n - tốc độ động [vòng/phút] [rad/s] Đổi chiều quay đ ộng

Khi đổi chiều quay động chiều thường thay đổi hai đại lượng sau đây: • Thay đổi chiều cực tính cuộn kích từ

• Thay đổi chiều cực tính động

• Khi thay đổi chiều cuộn kích từ mắc phải sơ" nhược điểm sau: đổi chiều lâu

( k é o d i th i g ia n ) , k h i th a y đ ổ i từ ( - ) s a n g ( + ) th ì <Í>KT = n ê n n —► °o, t ố c đ ộ q u lớ n n ê n d ễ h ư

hỏng Chính vậy, thơnơ thường thay đổi chiều cực tính động

Mn động quay theo chiều thuận ấn T, lũc cuộn dây T có điện đóng tiếp điểm thường mở, mở tiếp điểm thường đóng lại, đồng thời ngắt cuộn N Còn muốn cho động quay theo chiều nghịch ấn N, lúc cuộn dây N có điện đóng tiếp điểm thường mở, mở tiếp điểm thường đóng lại, đồng thời ngắt cuộn T, xem hình 7.11.

Stop

d _

-T1 N

ỳ

- 1—

Hãm động có nghĩa làm cho động chuyển động với tốc độ chậm lại (hay giảm dần) Trạng thái hãm động trạng thái động sinh moment điện từ ngược với chiều quay roto Động làm việc trạng thái hãm trường hợp sau:

• Giảm tốc độ động hay ngừng hệ thống

• Giữ cho hệ thống làm việc ổn định phụ tải mang tính chất

• Kiềm cho hệ thống đứng n chịu tác động lực có xu hướng chuyển động Với trạng thái hãm động có phương pháp hãm động sau: 3.1 Hãm ngược

Để hãm ngược động điện chiều có hai cách thực là: thay đổi cực tính phần đưa thêm điện trở phụ vào phần ứng

3.1.1 Đổi cực tính phần ứng Động làm việc với tốc độ định mức đổi cực tính phần ứng, xem hình 7.12, moment điện từ Mđt đổi chiều ngược với chiều quay động Như vậy, động quay theo chiều ngược lại Khi n = ngắt dịng qua động cơ.

Đơi chiêu cực tính phân ứng Hình 7.12: Hãm ngược động điện chiều cách đổi chiểu

phương pháp dùng để hãm cực tính phẩn ứng.

ngừng động

3.1.2 Đưa thêm điện trở phụ vào phần ứng Hãm ngược cách đưa thêm

điện trở phụ vào phần ứng Phương pháp dùng cấu nâng hạ hạng trường hợp tải trọng nặng, động làm việc ta đưa điện trở phụ Rf vào phần ứng tốc độ động giảm nhanh, moment điện từ Mđt nhỏ moment cản Mc, nên động làm việc trạng thái hãm

dừng Tai B có n = tác dun" Hmtl 7-13: Hẵm n9ưQc đ$n9 diện chiều cách đưa

Mc động quay ngược làm việc tr^ vào ph^n

ổn định với tốc độ nhỏ, phương pháp tổn hao nhiều lượng điện Rf, xem hình 7.13. 3.2 Hãm động năng

Để hãm động động điện chiều thực sau: cắt điện phần ứng sau nơi tắt hai đầu phần ứng với điện trở phụ, đồng thời trì nguồn điện cho cuộn kích từ cho động Xem hình 7.14.

Hình 7.14: Hãm động động điện chiều cách điện phẩn ứng nối tắt với điện trở phụ.

Nguyên lý làm việc: động làm việc chế độ n = riđm, để thực việc hãm động ấn nút Stop cuộn dây contactor K điện, tiếp điểm thường mở K mở ngắt nguồn cho động cơ, động thời tiếp điểm thường đóng đóng lại nơi relay hãm RH với động điện, động quay với tốc độ định mức nđni kích từ cịn Cho nên, động chuyển sang làm việc ch ế độ máy phát, điện áp phát ban đầu lớn làm cho RH làm việc, tiếp điểm thường mở RH đóng lại cuộn dây contactor H có điện đóng tiếp điểm thường mở lại để nối tắt điện trở phụ Rf với mạch phần ứng, điện áp phát Up tiêu tán nhanh Rf tốc độ động giảm, tô"c độ động nhỏ, Ưp nhỏ làm cho RH ngừng làm việc, tiếp điểm RH mở cuộn dây H điện, tiếp điểm H phục hồi trạng thái tự nhiên, Rf loại khỏi mạch phần ứng động Quá trình hãm động kết thúc

4 Điều chỉnh tốc độ động 4.1 K hái niệm chung

Điều chỉnh tốc độ động điện chiều có nhiều ưu việt so với loại động khác, khơng có khả điều chỉnh tốc độ dễ dàng mà cấu trúc mạch động lực, mạch điều khiển đơn giản hơn, đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao dải điều chỉnh tốc độ rộng

Điều chỉnh tốc độ động có nghĩa làm cho động làm việc đường đặc tính - điện khác nhau, giữ cho động ổn định moment cản thay đổi

Các tiêu tốc độ:

• Phạm vi điều chỉnh: D = —^ (7-13)

" m in

• Tốc độ động có phù hợp với tốc độ máy sản xuất hay khơng?

• Tính ổn định động có thay đổi hay khơng ( độ cứng đặc tính có thay đổi hay khơng?)

• Hướng điều chỉnh : nđmmin — ri ^ riđm max •

Phương trình tốc độ động điện chiều viết dạng sau U - I , R Ễ

n =

K e *

(7-14)

KT

Hình 7.15: Mạch điện động điện một chiều.

Từ phương trình (7-14) để thay đổi tốc độ động thay đổi điện áp phần ứng u , điện trở phần ứng Rư, dịng điện phần ứng Iư, thay đổi từ

th ô n g c ủ a c u ộ n k íc h từ O k

t-4.2 Điều chỉnh tốc độ động cactfthay đổi điện áp p h ầ n ứng

Dùng nguồn chiều chỉnh lưu từ dịng điện xoay chiều ba pha, xem hình 7.lóa 7.16b

Hình 7.16a: Mạch điện thay đổi tốc độ động cơ

điện chiều cách thay đổi điện áp phần Hình 7.16b: Đường đặc tính điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi điện

áp phần ứng.

Phương pháp cho phạm vi điều chỉnh lớn nguồn thay đổi liên tục Độ cứng đặc tính khơng thay đổi ổn định

Tốc đ ộ đ ộnẸ cơ n h ỏ hơn tốc đ ộ đ ịn h mức (n <

* -nđmX điêu chỉnh tôc độ trơn

• Dễ dàng thực nhung khơng k in h tế

4.3 Điều chỉnh tốc độ động cách thay đối điện trở phầ n ứng

Khi sử dụng phương pháp chi mắc thêm vào mạch điện phần ứng điện trở phụ, xem hình 7.17a 7.17b

• Phương pháp khơng ơn định, độ cứng đặc tính giảm

• Tốc độ động nhỏ tốc độ định mức (n <

riđm)-• Điều chỉnh tốc độ độns nhảy cấp

• Tơn hao lượnơ điện trở phụ nên

k h ô n g c ó k in h tế.

• Đơn giàn dễ dàng thực

/ \ Ru Rí:

Hình 7.17a: Mạch điện động điện chiều thay đổi điện trở phẩn ứng

Hình 7.17a: Đặc tínnh co' (M, n) động cơ điện chiều thay đổi điện trở phẩn ứng (1) Đặc tính khởi động tự nhiên fìƯ

4.4 Điều chỉnh tốc độ động cách thay đổi từ thơng kích từ (song song, độc lập

hay hỗn hợp)

Khi sử dụng phương pháp cần phải có giới hạn từ thơng kích từ nhỏ nhâ't (Okt min) tương ứng tốc độ động không lớn lần tốc độ định mức động cơ, nêu không làm cho rotor động hư hỏng

Hình 7.18a 7.18b sơ độ mạch điện đặc tính động lúc làm việc ưường hợp

• Phương pháp điều chỉnh tốc độ động lớn tốc độ định mức • Điều chỉnh dễ dàng tốn

• Độ cứng đặc tính giảm, chỉnh trơn

4.4 Điều chỉnh tốc độ động cách rẻ mạch phần ứng

Phương pháp thực dễ dàng, cần nối song song với mạch động điện ưở phụ, làm tốc độ động giảm, giảm nhanh giá trị điện trở Rf lớn, xem hình 7.19a 7.19bử

• Phương pháp dễ lắp đặt vận hành, bảo dưỡng

• Phương pháp điều chỉnh khơng kinh tế, lượng tiêu thụ điện trở phụ lãng phí

• Tốc độ điều chỉnh bị nhảy cấp • Độ cứng động giảm mạnh

4.5 Điều chỉnh tốc độ động hệ thống F - D

Phương pháp dùng hệ thống máy phát điện chiều cấp điện phần ứng cho động cơ, đồng thời thay đổi từ thơng qua cuộn kích từ, xem hình 7.20 thấy rõ sơ đồ hệ thống F - D

II t

• - T O T - W

-i R

Hình 7.18a: Mạch điện động điện một

chiều thay đổi từ thơng cuộn kích từ M

Hình 7.18b: Đặc tính từ thơng kích từ thay đổi

Rf

Hình 7.19a: Mạch điện động điện một chiều có rẻ mạch phần ứng

Me M

Hình 7.19b: Đặc tính có rẻ mạch phần ứng

• Đây phương pháp dễ thực hiện, vận hành bảo dưỡng • Điều chỉnh tốc đ ộ n g cơ lớn nhỏ tốc

độ định mức tùy ý

• -Độ cứng đặc tính khơng có độ dơc lớn

• Tuy nhiên hệ thống tiêu tốn rât nhiều vốn đầu tư

f» R

Hình 7.20: Hệ thống máy phát-động điện

IV TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN Tự ĐỘNG ĐỘNG ĐIỆN XOAY CHIỂU MỘT PHASE '

1 Động điện m ột pha từ trư ng đ ập m ạch

v ề cấu tạo, stato động pha có dây quấn pha, rotor thường lồng sóc Dây quân stato nối với lưới điện xoay chiều pha

Dòng điện xoay chiều chạy vào dây quấn stato không tạo từ trường quay Do biến thiên dòng điện, chiều trị sô" từ trường thay đổi, phương từ trường cố định không gian Từ trường gọi từ trường đập mạch

Gọi p số đơi cực, ta cấu tạo dây quấn để tạo từ trường một, hai p đôi cực Để đơn giản ta xét dây quấn pha đặt bốn rãnh stato Dòng điện dây quấn dòng pha i = ImaxsinứX. Trên hình 7.21a, chiều dịng điện (1) đến (1’) ký hiệu ® ở rãnh (1), (2) từ (2’) đến (2) ký hiệu rãnh (2) Cũng ký hiệu ® tương tự lại Dựa vào chiều dòng điện, vẽ từ trường theo quy tắc nút chai Dây quấn ở hình 7.21a tạo nên từ trường hai đơi cực (p = 2)

Hình 7.21: Từ trường đập mạch moment mở máy động điện pha

Vì khơng phải từ trường quay, nên ta cho điện vào dây quân stato, động không tự quay Để cho động điện làm việc được, trước hết ta phải quay rotor động điện theo chiều đó, rotor tiếp tục quay theo chiều động làm việc

Để giải thích rõ tượng xảy động điện pha, ta phân tích từ trường đập mạch thành hai từ trường quay xem hình 7.20b, quay ngược chiều tần sơ' quay ni, biên độ nửa biên độ từ trường đập mạch

", = — vđ = B „ „ = i f - (7-15)

p 2

Trong từ trường quay B, có chiều quay trùng với chiều quay rotor, gọi từ trường quay thuận, cịn từ trường Bìt có chiều quay ngược chiều quay rotor gọi từ trường quay ngược Trên hình 7.20b,B từ trường đập mạch, B, vàZ?/; quay với tốc độ ni ta có:

B — B Ị + Bịị

Gọi n tốc độ rotor, hệ sô" trượt trường quay thuận là: s, = —— — = s (7-16) n ,

H ệ s ố trượt S /J c ủ a từ trư ờng q u a y n g ợ c : s „ = n ' + n = n ' — ——ỉ iÌ Hl = 2 - s (7 -1 )

n, n,

Hình 7.21c vẽ moment quay Mị từ trường thuận sinh có trị sô" dương Mu từ trường ngược gây có trị số âm Moment quay động tổng đại số moment Mị Mù.

M = Mị - Mịj (7-18)

Từ đường đặc tính moment, thấy rằng, lúc mở máy s = Si = SJỊ = 1, Mj = Mu moment mở máy M mỳ = 0, động điện tự quay Nhưng ta tác động làm cho động quay, hệ sô" trượt < 1, lúc động có moment M tiếp tục quay Vì ta phải có biện pháp mở máy, nghĩa phải tạo cho động pha moment mở máy

2 Dùng dây quấn phụ m m áy

ở loại động này, dây quấn chính, cịn có dây quấn phụ Dây quấn phụ thiết k ế để làm việc mở máy Dây quấn phụ đặt số rãnh stato cho sinh từ thông lệch với từ thơng góc 90° khơng gian, dịng điện dây quấn phụ lệch pha với dòng điện dây quấn góc 90°. Dịng điện dây quấn phụ dây quấn sinh từ trường quay để tạo moment mở máy

Để dòng điện dây quân phụ lệch pha với dòng điện dây quấn góc • 90°, thường nối tiếp với dây quân phụ tụ điện c Loại động có tụ điện có đặc tính mở máy tốt

Để xác định đầu c , s R giúp cho việc mở máy thành cơng an tồn cần phải ý: điện trở cuộn phụ c s gọi Rs lớn điện trờ cuộn dây làm việc (cuộn dây chính) gọi Rr

vì dịng qua cuộn dây phụ Is nhỏ cuộn dây Ir Như vậy, hai đâu s R có điện trở

c - chin chung (Commom) s - chân đế/ khỏi động (Start) R — chân chạy/ làm việc (Run) CS: cuộn dây phu dùng để đề CR: cuộn dây chinh dùng đê làm việc

c - chân chung (Commom) s - chân đé/ khôi động (Start) R - chân chạy/ làm việc (Run) ,CS: cu ôn dây phụ dùng để đề.

CR: cuộn dây chinh dùng để làm việc Ci: tụ đề

c - chân chung (Commom) s - chân đế/ khỏi động (Start) CS: cuộn dây phu dùng để đề. CR: cuộn dây đùng để lảm việc

Ci:tụđề; Cj: tụ ngậm

Hình 7.22: a) Mở máy trực tiếp relay dòng

b) Mở máy trực tiếp relay dòng có mắc thêm tụ đề C-I

c) Mở máy trực tiếp relay dịng có mắc tụ đề Cu tụ ngậm c2

3 Động điện m ột pha có vịng ngắn m ạch cực từ

Cấu tạo loại động hình 7.23a. Cho vòng đồng ngắn mạch vào cực từ chẻ Vòng ngắn mạch coi dây quấn phụ, có dịng điện cảm ứng Tổng hợp hai từ trường dây quấn phụ sinh từ trường quay để tạo moment mở máy Loại thường gặp quạt bàn

a) Động điện pha có vịng ngắn mạch

b) Đấu nối động điện ba pha vào lưới điện pha

ưu điểm cấu tạo gọn, sử dụng lưới điện pha, nên sử dụng nhiều hệ tự động dân dụng

Ngồi thực tế, khơng có nguồn điện ba pha, động điện ba pha nối dây quấn stato hình 7.23b để nối vào lưới điện pha Nếu chọn trị số điện dung thích hợp, đạt cơng suất đến 70 -T 80% công suât định mức

V ĐIỂU KHIỂN ĐỘNG ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ BA PHA

l ẻ Động điện không đồng (KĐB) ba pha

a) Từ trường quay ba pha

Dòng điện xoay chiều ba pha có Ưu điểm lớn tạo từ trường quay máy điện

Hình 7.24 vẽ mặt cắt ngang máy điện ba pha đơn giản dây quấn ba pha đơi xứng stato AX, BY, cz đặt lệch khơng gian góc 120° điện

Hình 7.24: Từ trường quay ba pha

Giả thiết dày quấn có dịng điện ba pha đối xứng chạy qua:

ÌA = Imax-sincot; iB = Imax-sincot - 120°); i c = Imax.sin((Ot - °)

Khi xét thời điểm pha Cửr = 9Ơ\ trục từ trường tổng trùng với trục dây quấn pha A pha có dịng điện cực đại

Khi xét thời điểm pha ùJt = 9CP + 12CP, trục từ trường tổng trùng với trục dây quấn pha B pha có dịng điện cực đại

Khi xét thời điểm pha cư = 9Ơ' + 24Ơ\ trục từ trường tổng trùng với true dây qn pha c là pha có dịng điện cực đại

Tốc độ từ trường quay phụ thuộc vào tần số dòng điện s ta to /v số đôi cực p

n ẩ (7-ẩ9)

p

Chiều quay từ trường phụ thuộc vào thứ tự pha dịng điện M'n đổi chiều quay từ trường, chi cần thay đổi thứ tự hai pha với

b) Động điện KĐB ba pha

v ề cấu tạo, động cơ điện xoay chiều ba pha có hai phần chính:

- P h ầ n cảm (stato): gồm ba cuộn dây đặc lệch 120° không gian cấp điện xoay chiều ba pha để tạo từ trường quay Các cuộn dây phần cảm nơi theo hình (Ằ ) hay tam giác (A) tùy theo điện áp cuộn dây pha điện áp lưới điện

- Phần ứng (rotor): gồm ba cuộn dây tùy theo kết cấu cuộn dây phần ứng mà động điện xoay chiều ba pha chia làm hai loại:

■ Khi ba cuộn dây phần ứng kết hợp thành lồng trụ với dẫn nhơm rotor gọi rotor lồng sóc

■ Khi ba cuộn dây phần ứng dây đồng nối (Ằ ) ba đầu dây đưa qua hệ vòng trượt - chổi than để nối với điện trở mạch ngồi rotor gọi rotor dây quấn Khi từ trường quay phần cảm quét qua dây dẫn phần ứng cuộn dây (hay dẫn) phần ứng xuất suất điện động cảm ứng Nếu mạch phần ứng nối kín có dịng điện cảm ứng sinh Từ trường quay lại tác dụng vào dịng cảm ứng lực từ có chiều xác định theo qui tắc bàn tay trái tạo moment làm quay rotor theo chiều quay từ trường

Tốc độ quay rotor nhỏ tốc độ quay từ trường Nếu rotor quay với tốc độ với tốc độ quay từ trường từ trường không quét qua dây dẫn phần ứng nên suât điện động cảm ứng dòng điện cảm ứng khơng cịn, moment quay khơng cịn Do moment cản, rotor quay chậm lại sau từ trường dây dẫn phần ứng lại bị từ trường quét qua, dòng điện cảm ứng lại xuất lại có moment quay làm rotor tiếp tục quay thteo từ trường với tốc độ nhỏ tốc độ từ trường Động làm việc nguyên lý gọi động không đồng (KĐB)

Nếu tốc độ từ trường quay C0o tốc độ quay rotor &>luôn nhỏ Sai lệch rương đối

giữa hai tốc độ gọi độ trượt 5: s = ÙJ" ~ ỜJ, tốc độ 0)o tốc độ lớn mà rotor đạt

được khơng có lực cản Tốc độ gọi tốc độ không tải lý tưởng hay tốc độ đồng Các động điện xoay chiều không đồng với cấu tạo đơn giản, giá thành thấp, vận hành tin cậy nên sử dụng rộng rãi Ký hiệu động điện xoay chiều không đồng như hình 7.25.

b)

2 Đặc tính động điện xoay chiều ba pha khơng đơng bộ

a) Phương trình đặc tính cơ

Quan hệ moment quay tốc độ động không đồng sau:

M = ~ 3U Ị phR'2

f n R'2) **2

S(On R ,+ 2 + Xnm

K s )

[N m ] (7-20)

Trong đó: ƯỊph - điện áp pha đặt vào cuộn dây phần cảm, [V],

R’ - điện trở pha cuộn dây phần ứng quy đổi stato, [Í2].

R] - điện trở pha cuộn dây phần cảm, [Í2]. x nm = X] + X’ - điện trở ngắn mạch, [Q].

XI - điện kháng pha cuộn dây phần cảm, [£2].

x - điện kháng pha cuộn dây phần ứng quy đổi stato, [Í2]. b) Đường đặc tính cơ

Với giá trị khác s (0 < s <1), phương trình đặ£ tính cho giá trị tương ứng M Đường biểu diễn M = f(s) hệ trục tọa độ sOM hình 7.25a đường đặc tính động xoay chiều ba pha không đồng

Có thể biểu diễn đường đặc tính M = f(s) dạng = F(M) hay (O = F(M) hình 7.26b. Đường đặc tính có điểm cực trị K gọi điểm tới hạn với giá trị:

SK = ±

Ị rT+xÍ

Mk = ±

-2 CÚ, r, ± Ịr]2 + X Lnm

(7-21)

Vì ta xét phạm vi 0 < s <1 (chế độ động cơ) nên giá trị SKvà Mk đặc tính

trên hình 7.26 ứng với dâu (+)

M

s

a > b)

Đặc tính động điện xoay chiều khơng đồng đường cong phức tạp có hai đoạn AK KB, phân giới điểm tới hạn K. Đoạn AK gần thẳng, đoạn moment động tăng tốc độ giảm ngược lại Do vậy, động làm việc đoạn ổn định

Giả sử, động làm việc điểm p xem hình 7.27 với moment cản Mp tốc độ Củp. Vì lý đó,

tả i g iả m từ M p x u ố n g Mq th ì đ ộ n g c ơ s ẽ tă n g tô"c t h e o đ ặ c

tính từ p đến Q. Quá trình tăng tốc xảy với

trình g iả m m o m e n t T i đ iể m Q th ì Mb = Mq v đ ộ n g c s ẽ là m v i ệ c ổ n định v i tố c đ ộ (O q lớ n trước.

Trường hợp ngược lại tải tăng từ Mp lên M s cách lý giải tương tự, động chuyển điểm làm việc từ p tới s. Tại đây, động có moment lớn tốc độ nhỏ

Đoạn BK cong với độ dốc dương, đoạn động làm việc không ổn định Giả sử, với tải Mr, động làm việc điểm R đoạn BK 'đặc tính Khi tải biến động phía

tăng động giảm tốc theo đặc tính phía B. Nhưng động giảm tốc moment giảm tốc độ lại tiếp tục giảm Kết động tạo lại cân moment với tải dừng lại ((ứ - 0) điểm B.

Ngược lại, tải biến động phía giảm động tăng tốc theo đặc tính phía K, nhưiig moment động lại tăng, lớn moment tải tốc độ động tiếp tục tăng theo đặc tính vượt qua điểm giới hạn K lên đoạn KA tăng tốc kéo theo giảm moment Khi

m o m e n t đ ộ n g c g iả m b ằ n g m o m e n t tả i m i M s < Mr đ ộ n g c s ẽ m v i ệ c ổ n đ in h điểm 5.

Kết cho thấy, động không làm việc ổn định đoạn BK đặc tính

Trên đường đặc tính tự nhiên xem hình 7.26, điểm B ứng với tốc độ 0) = 0 (5 = 7) M Q M mm M r Mk m Hình 7.27: Sự làm việc ổn định trên đoạn AK không ổn định trẽn đoạn

KB động KĐB

moment mở máy M

co,

3U 2ỊphR'2

- - r i , điếm A ứng với moment cản 0 (Mc = 0) {R + R ' J + X i

tốc độ đồng cưn = 7 ĩ f x

3 Ảnh hưởng thơng s ố điện đến đặc tính cơ

Khi thơng số điện phương trình đặc tính thay đổi đại lượng sau bị biến đổi

- Tốc độ đồng bộ: (tín = (7-22)

p

R' Đô trượt tới hạn: SK =

Moment tới hạn: M K =

2(0 ị Ri + yjR ỉ

(7-23)

(7-24)

Điện áp Uiph đặt vào phần cảm (stato) động khơng đồng thay đổi phía giảm (UẴph < u ]phđm). Khi ph giảm moment tới hạn giảm nhanh theo bình phương u ]ph tốc độ đồng độ trượt tới hạn khơng thay đổi Các đặc tính giảm điện áp nguồn

U inh hình

a) Ả n h hưởng điện áp lưới Uiph

KĐB giảm điện áp nguồn cấp

b) Ả n h hưởng điện trở mạch rotor R2

đổi điện trở rotor

Động khơng đồng rotor lồng sóc (hay rotor nsắn mạch) thay đổi điện trở mạch rotor Việc thay đổi điện ưở mạch rotor sử dụng đốì với động khơng đồng rotor dây quấn mạch rotor nối với điện trở ngồi qua hệ vịng trượt - chổi than xem hình 7.29a.

Dễ thây điện ưở rotor R2 thay đổi phía tăng Do điện trở quy đổi R2

cũng thay đổi phía tăng Khi tăng độ trượt tới hạn tăng, tốc độ đồng moment tới hạn giữ nguyên Xem hình 7.29b.

c) Ả n h hưởng điện trở Rị, điện kháng Xị mạch stato

1 i i

a)

Hình 7.30: a) Sơ đồ nối thêm Ri X1 vào mạch stato b) Đặc tính tương ứng

d) Ả n h hưởng sô đôi cực p

Khi số đôi cực thay đổi tốc độ đồng (tío thay đổi Thơng thường loại động khơng' đồng có số đơi cực thay đổi được chế tạo với cuộn cảm stato có nhiều bối dây nhiều (Ịầu dây để thay đổi cách đâu dây Tùy theo khả để nối mà động không đồng gọi động có 2, 3, 4 cấp tốc độ

Do đổi nối cuộn cảm stato nên thông số R i, X] bị thay đổi điện áp pha

v ngay điện áp pha đặt vào cuộn dây thay đổi Vì Skvà Mk có thể khác

e) Ả n h hưởng tần sơ nguồn f i

Hình 7.31: Sự ảnh hưởng tần s ố nguồn u đến đặc tính cơ

Khi thay đ ổ i// C0o thay đổi Xi, X2 thay đổi (vì X = 27if.L) kéo theo Sk Mk thay đổi Hình 7.3la biểu thị đặc tính cơ thay đổi tần số nguồn K h i/; giảm Sk Mk tăng Mk tăng mạnh

Khi fi giảm xuống d i/đm tổng trở cuộn dây giảm nên giữ ngun điện áp cấp u đm dịng điện động tăng, đốt nóng động mức Do vậy, k h i/7 giảm xuống giá trị định mức cần phải giảm đồng thời điện áp cấp cho động cho: ^ — = const

f i

Như vậy, moment tới hạn Mk giữ khơng đổi vùng/y< f lđm(hình 7.31b). vùng// > f j đm khơng thể tăng điện áp nguồn cấp mà giữ Uj = Uiđm nên vùng Mk giảm tí lệ

nghịch với bình phương tần sốỗ

4 Điều khiển động điện xoay chiều ba pha không đồng a) M máy

Do vậy, cần phải có biện pháp mở máy để hạn chế dịng điện lúc mở máy đảm bảo moment mở máy cần thiếtề

Đôi với động công suất nhỏ mở máy trực tiếp Những trường hợp khơng mở máy trực tiếp thực phương pháp mở máy gián tiếp sau:

♦> Mở máv điện trở đốì xứng mạch rotor

Phương pháp dùng cho động không đồng bộ*rotor dây quấn co

a)

Hình : a) Sơ đồ mơ máy động KĐB qua cấp điện trở

b) Các đặc tính mơ máy

Hình 7.32 trình bày sơ đồ neuyên lý nốì dây động không đồng rotor dây quân để mở máy qua hai cấp điện trở phụ Ri R: ba pha rotor Đây sơ đồ mở máy với điện trở mở máy đối xứng ở mạch rotor

Lúc bắt đầu đóng điện vào stato, contactor Ki, K2 mở Mỗi pha cuộn dây rotor nốì với hai điện trở (R1+R2) nên đặc tính đường (1) Độns bắt đầu mở máy với

moment M nun = Mị bắt đầu tăng tốc theo đặc tính (1) từ điểm (a) Tới điểm (b), tốc độ động đạt ŨẶ moment giảm cịn M: tiếp điểm Ki đóng lại Các điện trở phụ R] nốì tắt, khơng tham eia vào mạch điện rotor Động chuyển điểm làm việc từ b đặc tính (1) sang điểm (c) đặc tính (2) ( ũ J h = C0c) tươns ứng với điện trở pha rotor R.2 Moment động tăng từ M2 lên Mi độn2 tiếp tục tăng tốc từ điểm c đến điểm d đặc tính (2) Tới điểm (d) moment động lại giảm xuống cịn M2 Lúc đóng tiếp điểm K2, loại điện ưở phụ R2 khỏi mạch rotor Động lại chuyển điểm làm việc từ d ( đặc tính 2) sang điểm (e) đặc tính tự nhiên (tn) với tốc độ cod = coe. Moment động lại tăng lên Mi tiếp tục tăn® tốc từ (Jủe lên CỬLV điểm làm việc LV M b = M c độns quay với (ÚLV.

Để điểm chuyển đổi b, d ứng với moment M2 điểm (a), (c), (e) ứng với moment Ml điện trở phụ R], R: phải tính chọn theo phươne pháp riênơ Thơnơ thường moment chuyển đổi chọn ưonơ giới hạn:

❖ Mở máy điện trở không đối xứng ở mạch rotor

Phương pháp khơng địi hỏi điện trở mở máy pha rotor giống cắt giảm điện trở không cần

Hình 7.33 biểu thị động rotor dây quân mở máy qua bốn cấp điện trở với điện trở mở máy R ị , R2, Rĩ , R-i R5 bố trí khơng đối xứng mạch rotor

K4

k3

k2 K,

không đối xứng mạch roto

Lúc đóng điện, tồn điện trở đưa vào mạch rotor, tiếp điểm mở xem hình 7.33a. Trong trình tăng tốc động cơ, điện trở lần lượt tách khỏi mạch rotor nhờ tác động contactor theo thứ tự Ki, K2, K3 K_ị xem hình 7.33b, c, d và e. Hai điện trở R.4 R5 tách khỏi mạch rotor lúc nên thuộc cấp điện trở

Trường hợp mà dùng phương pháp điện trở đối xứng bình thường phải cần đến 12 điện trở hình 7.33f. Phương pháp mở máy điện trở không đối xứng mạch rotor thường dùng với khống chế lực để kết hợp với việc tạo tốc độ khác vận hành để đưa động tốc độ thấp trước dừng nhằm đảm bảo dừng xác

❖ Mở máy điện trở điện kháng nổì tiếp mạch stato

Lúc mở máy điếp điểm K2 đóng, Ki mở để điện ưở xem hình 7.34a điện kháng xem hình 7.34b tham gia vào mạch stato nhằm hạn chế dòng điện mở máy Khi tốc độ động tăng đến mức (tùy theo hệ ưuyền động) tiếp điểm Ki đóng, K2 mở để loại điện trở điện kháng khỏi mạch stato Động chuyển điểm làm việc từ điểm a ưên đặc tính (1) sang điểm b đặc tính (2) tăng tốc đến tốc độ làm việc Quá trình mở máy kết thúc

Sơ đồ hình 7.34a, b mở máy với cấp điện trở điện kháng mạch stato Có thể mở máy với nhiều cấp điện trở điện kháng công suất động lớn Phương pháp thường dùng cho động cao áp

Hình 7.34d trình bày trường hợp mở máy đơn giản theo phương pháp điện trở không đôi xứng mạch stato

~3

Hình 7.34:

Lúc đầu đónơ điện tiếp điểm K mở để động mở máy qua điện trở R ở pha Sau động đóng để động làm việc bình thường Đây trường hợp cần giảm moment mở máy cho động công suât nhỏ trung bình mà khơng cần hạn chế dịng điện trở máy Phương pháp đơn giản, rẻ mà đáp ứng yêu cầu cần thiết

Nếu có yêu cầu hạn chế dịng điện mở máy dùng phương pháp mở máy qua điện trở, điện kháng đối xứng

❖ Mở m áy dùng biến p tự ngẫu

Phương pháp sử dụnơ để đặt điện áp thâp cho động lúc mở máy nhằm giảm điện áp, siảm dịng điện lúc mở máy kéo theo giảm moment mở máy xem hình 7.35. Lúc mở máy tiếp điểm K| K-) đóns, Ki mơ

- c iv*mm

a) , b)

Hình 7.35: Sơ mớ máy dùng máy biến áp tự ngẫu

b)

Sơ đồ mở bằng

mm