Hình 3.18
Hình 3.29 Cấu tạo máy biến áp
Xét hình 3.18
- Máy biến áp làm việc dựa vào nguyên lý cảm ứng điện từ. Đặt vào D.ây quấn sơ cấp W1 điện áp xoay chiều U1 sẽ tạo ra dòng sơ cấp I1 dòng I1 sinh ra từ thông xoay chiều chạy trong lõi thép. Từ thông này mắc vòng cả hai cuộn sơ và thứ cấp gọi là từ thông chính.
- Từ thông φ biến thiên sẽ cảm ứng ra một sức điện động ở quận sơ và thứ cấp:
dt d W e1=− 1 φ
dt d W e2=− 2 φ
- Hai sức điện động này biến đổi theo quy luật hàm số sin và có trị số hiệu dụng là
E1 = 4,44 f.W1. φ max
E2 = 4,44 f.W2. φ max
Trong đó: φmax là trị số từ thông lớn nhất
f là tần số
- Trờng hợp chạy không tải ( thứ cấp hở mạch ): U1= E1.0
U2= E2.0
Nếu chia E1 cho E2
K U U W W W W E E = = = = 2 1 2 1 max . 2 . 44 , 4 max . 1 . 44 , 4 2 1 φ φ
Trong đó k là hệ số máy biến áp.
Nếu K >1 tức W1>W2, U1>U2 : Máy biến áp hạ áp. Nếu K <1 tức W1<W2, U1<U2 : Máy biến áp tăng áp.
4. Các thông số cơ bản của máy biến áp
- Điện áp định mức: Là điện áp đã quy định đặt vào dây quấn sơ cấp. Ký hiệu U1đm
- Điện áp thứ cấp định mức: Là điện áp giữa 2 cực của cuộn dây thứ cấp khi cuộn W1 có tải định mức và điện áp đặt vào sơ cấp là định mức.
- Dòng điện định mức: là dòng đã qui định cho mỗi cuộn dây của máy biến áp ứng với Pđm và Uđm
Kí hiệu : Iđm1 và Iđm2
- Công suất định mức: Là công suất biểu kiến trên các cực của dây quấn thứ cấp ở chế độ làm việc định mức.
- Kí hiệu Sđm
- Với máy một pha : Sđm = U2đm. I2đm
- Với máy ba pha : Sđm = 3U2đm. I2đm
- Đơn vị VA hoặc KVA
- Tần số: máy biến áp thiết kế sử dụng với tần số lới điện công nghiệp: f = 50 , 60Hz.
III. Câu hỏi ôn tập
1. Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy biến áp?
2. Phân biệt máy biến áp với động cơ không đồng bộ một pha và động cơ không đồng bộ ba pha?
Chơng 3: thiết bị bảo vệ và điều khiển
(Thời gian: 08 giờ; lý thuyết: 06; thực hành: 02)
i. Mục tiêu
Học xong bài này học sinh sẽ:
- Trình bày đợc những khái niệm cơ bản khí cụ điện. - Phân biệt đợc một số khí cụ điện cơ bản.
- Có tinh thần học tập tốt, hăng hái phát biểu xây dựng bài.
ii. Nội dung
Khí cụ điện là những thiết bị dùng để đóng, cắt, điều khiển, điều chỉnh và bảo vệ các lới điện, mạch điện, máy điện ngoài ra nó còn đ… ợc dùng để kiểm tra và điều chỉnh các quá trình không điện khác.
Khí cụ bảo vệ
1. Các trạng thái làm việc không bình thờng của thiết bị điện 1.1. Trạng thái quá tải
Khi dòng điện qua thiết bị vợt quá giá trị định mức thì khi đó thiết bị sẽ làm việc ở trạng thái quá tải.
Ta thấy tổn hao tỷ lệ với bình phơng dòng điện, nên khi bị quá tải thì tổn hao trong thiết bị tăng quá mức cho phép, khi đó dẫn đến thiết bị sẽ bị nóng lên gây ra cháy, nổ động cơ và h hỏng nặng thiết bị.
1.2. Trạng thái quá tải điện áp
Nếu điện áp đặt vào thiết bị lớn hơn điện áp định mức thì thiết bị sẽ làm việc ở trạng thái quá tải điện áp. Có hai loại quá tải điện áp là quá tải điện áp thiên nhiên và quá tải điện áp nội bộ.
+) Quá tải điện áp thiên nhiên: Do sét đánh trực tiếp hoặc do cảm ứng dòng điện sét vào lới điện, dẫn truyền đến thiết bị.
+) Quá tải điện áp nội bộ: Do các điều chỉnh sai lệch cũng nh sự cố trong lới điện, làm điện áp vợt quá giá trị định mức.
1.3. Trạng thái ngắn mạch
Là trạng thái hai dây dẫn có điện thế khác nhau bị nối tắt bởi một vật dẫn có điện trở nhỏ.
2. Cầu chì
2.1. Khái niệm và công dụng
Cầu chì là khí cụ dùng để bảo vệ thiết bị điện và lới điện tránh khỏi dòng điện ngắn mạch, nó thờng đợc dùng để bảo vệ đờng dây dẫn , máy biến áp, động cơ điện, các thiết bị điện khác
Cầu chì thờng gồm một dây chảy làm bằng chì, nhôm, đồng, kẽm đặt trong… một vỏ kín và đợc mắc nối tiếp trong mạch bảo vệ.
2.2. Cấu tạo, phân loại và ký hiệu cầu chì
+) Cầu chì hở: Thờng dùng dây chảy dạng lá, đặt hở lắp trong cầu dao nắp nhựa, đợc sử dụng ở các dòng điện 5A, 10A, 15A, 30A
+) Cầu chì kiểu nắp vặn: Dây chảy đợc nối với nắp ở phía trong. Nắp có dạng răng vit để vặn chặt vào đế. Dây chẩy băng đồng hoặc bằng bạc có dòng điện định mức 6A, 10A, 15A, 20A, 25A, 30A, 60A, 100A
+) Cầu chì hộp: Hộp và nắp đều làm băng sứ cách điện và đợc bắt chặt các tiếp xúc điện băng đồng, dây chảy đợc bắt chặt bằng vít vào phía trong nắp. Cầu chì hộp đợc chế tạo theo các cỡ có dòng điện định mức là 5A, 10A, 15A, 20A, 30A, 60A, 80A, 100A ở điện áp 500 V
+) Cầu chì ống: Cầu chì ống có hai loại phổ biến là ống nhựa phibơrô và ống sứ. Dây chảy đợc đặt trong ống sứ hình hộp có bột thuỷ tinh để dập hồ quang (bột thuỷ tinh khử ion rất mạnh nên hồ quang bị dập tắt) cầu chì này chế tạo với điện áp 550V
3. Rơ le nhiệt
3.1. Khái niệm và công dụng
Rơle nhiệt là khí cụ để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi bị quá tải, thờng dùng kèm với khởi động từ , công tắc tơ. Đợc dùng ở điện áp 500V, tần số 50Hz
Rơle nhiệt không tác động tức thời theo trị số dòng điện vì nó có quán tính nhiệt lớn, phải có thời gian để phát nóng. Vì vậy nó không thể dùng để bảo vệ ngắn mạch đợc.
3.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của rơle nhiệt
Hình 4.1 Cấu tạo rơ le nhiệt
Phần tử phát nóng 1 đợc đấu nối tiếp với mạch động lực bởi vít 2 và ôm phiến lỡng kim 3. Vít 6 trên giá nhựa cách điện 5 dùng để điều chỉnh mức độ uốn cong đầu tự do của phiến 3. Giá 5 xoay quanh trục 4, tùy theo trị số dòng điện chạy qua phần tử phát nóng mà phiến lỡng kim cong nhiều hay ít, đẩy vào vít 6 làm xoay giá 5 để mở ngàm đòn bẩy 9. Nhờ tác dụng lò xo 8, đẩy đòn bẩy 9 xoay quanh trục 7 ngợc chiều kim đồng hồ làm mở tiếp điểm động 11 khỏi tiếp điểm tĩnh 12. Nút nhấn 10 để reset rơ-le nhiệt về vị trí ban đầu sau khi phiến lỡng kim nguội trở về vị trí ban đầu.
Hình 4.2 Khi rơ le nhiệt tác động
Nguyên lý làm việc của rơle nhiệt là dùng lá kim loại kép, phần tử phát nhiệt đợc đấu nối tiếp vào mạch điện chính tuỳ theo cờng độ dòng điện và thời gian dòng điện đi qua mà sinh ra nhiệt lợng khác nhau một phần nhiệt lợng này toả vào không gian, một phần để đốt nóng lá kim loại kép. Khi bị đốt nóng đến một mức độ nào đó thì lá kim loại kép uốn lên phía trên, cần 1 bị lõ xo kéo xuống ngợc chiều kim đồng hồ, đầu tiếp xúc 6 mở ra làm cho mạch điện của cuộn dây công tắc tơ bị cắt, đông cơ dừng lại.
Rơle nhiệt thờng dùng thuộc loại đốt nóng gián tiếp, một pha .
3.3. Phân loại, ký hiệu và một số thông số kỹ thuật của rơle nhiệt
*) Phân loại rơle nhiệt + phân loại theo kết cấu:
- Rơ le kiểu hở: Đợc đặt trong các nắp máy, tủ điện, bảng điện… - Rơle nhiệt kiểu kín: Đợc đặt trong các bề mặt hở của các thiết bị
+ Phân loại theo phơng pháp đốt nóng:
- Loại đốt nóng trực tiếp: Dòng điện trực tiếp đi qua tấm kim loại kép, loại này có cấu tạo đơn giản, nhng khi thay đổi dòng điện định mức ta phải thay đổi tấm kim loại kép, do đó không tiện dụng.
- Loại đốt nóng gián tiếp: Dòng điện đi qua phần tử đốt nóng độc lập, nhiệt l- ợng của nó toả ra, gián tiếp làm tấm kim loại kép cong lên. Loại này có u điểm là muốn thay đổi dòng điện định mức ta chỉ cần thay đổi phần tử đốt nóng, chứ không cần thay đổi tấm kim loại kép. Nhợc điểm của loại này là khi có quá tải lớn, phần tử đốt nóng có thể đạt nhiệt độ rất cao, mhng vì không khí truyền nhiệt kém, nên tấm kim loại cha kịp tác động mà phần tử đốt nóng đã bị cháy đứt. Trong thực tế đa số rơle nhiệt kiểu này bị cháy hỏng bộ phận đốt nóng là nh vậy.
- Loại đốt nóng hỗn hợp: Loại này tơng đối tốt vì vừa đốt trực tiếp vừa đốt gián tiếp. Nó có tính ổn định nhiệt cao và có thể làm việc ở bội số quá tải lớn (12- 15)Iđm
+ Phân loại theo yêu cầu sử dụng:
- Loại hai cực: Thờng đợc dùng để bảo vệ quá tải ở mạch xoay chiều ba pha. *) Ký hiệu rơle nhiệt:
Để phân biệt rơle nhiệt với các khi cụ khác, trên sơ đồ mạch điện thông thờng dùng 2 chữ in hoa để ký hiệu cho rơ le và các bộ phận của nó nh: RN (Việt Nam) PT (Liên Xô) …
Hình 4.4 Rơ le nhiệt 4. Rơle dòng điện.
4.1. Khái niệm và công dụng
Công dụng chủ yếu của rơle dòng điện là bảo vệ thiết bị điện và đờng dây khi quá tải hoặc ngắn mạch không bị h hỏng nghiêm trọng.
Cuộn dây của rơle dòng điện có thể đấu trực tiếp vào mạch dòng điện của lới điện hoặc đấu qua máy biến dòng điện.
4.2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của rơle dòng điện
Khi trong cuộn dây có dòng điện đi qua, thì phiến hình chữ z, do tác dụng của lực điện từ có xu hớng di động về phía cực từ của nam châm điện, nhng lực lo xo thì chống lại sự di động ấy. Mô men điện từ Mđ tác dụng vào phiến hình chữ Z tỷ lệ thuận với bình phơng của dòng điện. Khi dòng điện trong cuộn dây tăng lên đến mức làm cho Md lớn hơn mo men và lực cản ma sát của lò xo thì phiến hình chữ Z bị hút vào cực từ, làm cho tiếp điểm đợc nối thông cũng có nghĩa là rơle đã tác động. Dòng điện nhỏ nhất có thể làm cho rơle tác động gọi là dòng điện tác động của rơle.
Hình 4.5 Cấu tạo rơ le dòng điện
Khi dòng điện giảm xuống thì mômen cũng giảm đi một cách tơng ứng. Khi mômen của lò xo lớn hơn mô men của điện từ và lực cản ma sát thì rơle phục hồi trạng thái ban đầu. Sau khi rơ le tác động, dòng điện lớn nhất làm cho rơle phục hồi vị trí ban đầu gọi là dòng điện phục hồi của rơle.
Tỷ số giữa dòng điện phục hồi và dòng điện tác động gọi là hệ số phục hồi đối với rơle dòng điện thì dòng điện tác động lớn hơn dòng điện phục hồi nên hệ số phục hồi nhỏ hơn 1.
5. Rơ le điện áp :
- Dùng để bảo vệ sụt áp mạch điện.
- Cuộn dây hút quấn bằng dây nhỏ nhiều vòng mắc song song với mạch điện cần bảo vệ. Khi điện áp bình thờng, rơ-le tác động sẽ làm nóng tiếp điểm của nó. Khi điện áp sụt thấp dới mức quy định, lực lò xo thắng lực hút của nam châm và mở tiếp điểm.
6. Rơ le vận tốc
Hình 4.6 Cấu tạo rơ le vận tốc
- Làm việc theo nguyên tắc phản ứng điện từ đợc dùng trong các mạch thắng của động cơ
- Rơ-le đợc mắc đồng trục với động cơ và mạch điều khiển. Khi đợc quay, nam châm vĩnh cửu quay theo. Từ trờng của nó quét lên các thanh dẫn sẽ sinh ra suất điện động và dòng điện cảm ứng. Dòng điện này nằm trong từ trờng sẽ sinh ra lực điện từ làm cho phần ứng quay, di chuyển cần tiếp điểm đến đóng tiếp điểm của nó. Khi tốc độ động cơ giảm nhỏ gần bằng không, lực điện từ yếu đi, trọng lợng cần tiếp điểm đa nó về vị trí cũ và mở tiếp điểm của nó.
- Rơ-le vận tốc thờng dùng trong các mạch điều khiển hãm ngợc động cơ.
7. Nút nhấn
Nút nhấn còng gọi là nút điều khiển là một loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt từ xa các thiết bị điện từ khác nhau; các dụng cụ báo hiệu và cũng để chuyển đổi các mạch điện điều khiển, tín hiệu liên động bảo vệ ở mạch điện một chiều điện áp đến… 440V và mạch điện xoay chiều điện áp 500V, tần số 50HZ; 60HZ, nút nhấn thông dụng để khởi động, đảo chiều quay động cơ điện bằng cách đóng và ngắt các cuôn dây của contactor nối cho động cơ. Nút nhấn thờng đợc đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút nhấn. Nút nhấn thờng đợc nghiên cứu, chếõ tạo làm việc trong môi trờng không ẩm ớt, không có hơi hóa chất và bụi bẩn. Nút nhấn có thể bền tới 1.000.000 lần đóng không tải và 200.000 lần đóng ngắt có tải. Khi thao tác nhấn nút cần phải dứt khoát để mở hoặc đóng mạch điện.
7.2. Phân loại và cấu tạo:
a. Cấu tạo:
Nút nhấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thờng hở – thờng đóng và vỏ bảo vệ. Khi tác động vào nút nhấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái; khi không còn tác động, các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu.
b. Phân loại:
Nút nhấn đợc phân loại theo các yếu tố sau:
- Phân loại theo chức năng trạng thái hoạt động của nút nhấn, có các loại: + Nút nhấn đơn:
Mỗi nút nhấn chỉ có một trạng thái (ON hoặc OFF) Ký hiệu:
Hình 4.7 Các dạng tiếp điểm
Trong thực tế, để dễ dàng sử dụng vào tháo ráp lấp lẫn trong quá trình sửa chữa, thờng ngời ta dùng nút nhấn kép, ta có thể dùng nó nh là dạng nút nhấn ON hay OFF.
- Phân loại theo hình dạng bên ngoài, ngời ta chia nút nhấn ra thành 4 loại: + Loại hở.
+ Loại bảo vệ.
+ Loại bảo vệ chống nớc và chống bụi.
Nút ấn kiểu bảo vệ chống nớc đợc đặt trong một hộp kín khít để tránh nớc lọt vào. Nút ấn kiểu bảo vệ chống bụi nớc đợc đặt trong một vỏ cacbon đút kín khít để chống âm và bụi lọt vào.
+ Loại bảo vệ khỏi nổ.
Nút ấn kiểu chống nổ dùng trong các hầm lò, mỏ than hoặc ở nơi có các khí nổ lẫn trong không khí. Cấu tạo của nó đặc biệt kín khít không loạt đợc tia lửa ra ngoài và đặc biệt vững chắc để không bị phá vỡ khi nổ.
- Theo yêu cầu điều khiển ngời ta chia nút ấn ra 3 loại: một nút, hai nút, ba nút. - Theo kết cấu bên trong:
+ Nút ấn loại có đèn báo.
+ Nút ấn loại không có đèn báo.
UBBđmBB: điện áp định mức của nút nhấn. IBBđmBB: dòng điện định mức của nút nhấn.
Trị số điên áp định mức của nút nhấn thờng có giá trị ? 500V. Trị số dòng điên định mức của nút nhấn thờng có giá trị ? 5A. Hình dạng của một số dạng nút nhấn:
Hình 4.8 Các loại nút nhấn 8. Phích cắm và ổ cắm điện
ổ cắm và phích cắm đợc dùng cấp điện, nối chuyển tiếp trong sinh hoạt hằng ngày. Thông thờng, ổ cắm và phích cắm đợc chế tạo ở điện áp 250V, dòng điện định mức 10A, nên dây nối điện là: