Nam châm điện

1. CONTACTOR

1.2.2.1. Nam châm điện

Gồm 4 thành phần:

- Cuộn dây tạo ra lực hút nam châm.

- Lõi sắt (mạch từ) của nam châm gồm 2 phần: Phần cố định và phần nắp di động. Có các dạng EE, EI, CI.

- Lò xo phản lực có tác dụng đẩy nắp di động trở về vị trí ban đầu khi ngừng cung cấp điện vào cuộn dây.

Hình 5.3: Các bộ phận chính của công tắc tơ Vỏ nhựa Mạch từ phần ứng Các tiếp điểm phụ Mạch từ phần cảm

Cuộn dây (cuộn hút)

Các tiếp điểm chính Lò xo phản lực

SVTH: Lý Ngọc Hà - 65 - Khí Cụ Điện 1.2.2.2. Hệ thống dập hồ quang điện:

Khi contactor chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm các tiếp điểm bị cháy và mòn dần. Vì vậy cần có hệ thống dập hồ quang gồm nhiều vách ngăn làm bằng kim loại đặt cạnh bên hai tiếp điểm tiếp xúc nhau, nhất là ở các tiếp điểm chính của contactor.

1.2.2.3. Hệ thống tiếp điểm của contactor:

- Hệ thống tiếp điểm liên hệ với phần lỏi từ di động qua bộ phận liên động về cơ. Tùy theo khả năng tải dẫn qua các tiếp điểm, ta chia ra thành hai loại:

+ Tiếp điểm chính: Có khả năng cho dòng điện lớn đi qua (10A đến vài nghìn A). Tiếp điểm chính là tiếp điểm thường hở, đóng lại khi cấp nguồn vào mạch từ của Contactor làm mạch từ Contactor đóng lại.

+ Tiếp điểm phụ: Có khả năng cho dòng điện nhỏ đi qua, dưới 5A. Tiếp điểm phụ có hai trạng thái: thường đóng và thường hở.

- Tiếp điểm thường đóng là loại tiếp điểm ở trạng thái đóng (có liên lạc với nhau giửa hai tiếp điểm) khi cuộn dây nam châm trong Contactor ở trạng thái nghỉ. Tiếp điểm này hở ra khi Contactor ở trạng thái hoạt động. Ngược lại là tiếp điểm thường hở.

1.2.3. Nguyên lý hoạt động của Contactor:

Sự làm việc của công tắc tơ điện từ dựa trên nguyên tắc lực điện từ, khi ta cung cấp một điện áp U = (85  100)% Uđm vào cuộn dây, nó sẽ sinh ra từ trường, từ trường này sẽ tạo ra lực từ có lực lớn hơn lực kéo lò xo của hệ thống truyền động. Nó sẽ hút lõi sắt phần động để khép kín mạch từ. Hệ thống tiếp điểm sẽ thay đổi trạng thái. Nếu như ở điều kiện bình thường (khi cuộn dây chưa có điện), tiếp điểm là đóng khi cho điện vào cuộn dây, tiếp điểm sẽ mở ra. Ngược lại, nếu như ở điều kiện bình thường (khi cuộn dây chưa có điện), tiếp điểm là mở thì khi cho điện vào cuộn dây, tiếp điểm sẽ đóng lại.

SVTH: Lý Ngọc Hà - 66 - Khí Cụ Điện

1.3. Các thông số cơ bản của contactor:

1.3.1. Điện áp định mức (điện áp đặt vào đầu tiếp điểm chính): Là điện áp định mức của tải (mạch động lực).

Hình 5.4 : Nguyên lý hoạt động của Contactor một chiều

SVTH: Lý Ngọc Hà - 67 - Khí Cụ Điện

1.3.2.Điện áp định mức của cuộn dây (điện áp đặt vào 2 đầu cuộn dây):

Đó là điện áp làm việc định mức của cuộn dây contactor, nó được thể hiện ngay trên contactor. Giá trị điện áp này có thể giống và cũng có thể khác giá trị điện áp trên tiếp điểm chính.

1.3.3. Dòng điện định mức:

Dòng điện định mức của contactor (Iđm) là dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính trong chế độ làm việc lâu dài mà không phá hủy tiếp điểm. Các cấp dòng định mức thông dụng của contactor như sau: (10, 20, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 300, 600) Ampe.

1.3.4. Khả năng cắt và khả năng đóng:

Là giá trị dòng điện lớn nhất cho phép đi qua tiếp điểm chính khi đóng hoặc cắt contactor, thường tuổi thọ contactor do độ bền cơ khí, độ bền điện quyết định.

1.3.5. Tuổi thọ của contactor:

Tuổi thọ của contactor được tính bằng số lần đóng mở, sau số lần đóng mở ấy thì contactor sẽ bị hỏng không dùng được.

1.3.6. Tần số thao tác:

Là số lần đóng ngắt contactor trong một giờ: Có các cấp: 30,100, 120, 150, 300, 600 1200, 1500 lần/ giờ.

1.3.7. Tính ổn định lực điện động:

Tiếp điểm chính của contactor cho phép một dòng điện lớn đi qua mà lực điện động không làm tách rời tiếp điểm thì contactor có tính ổn định lực điện động.

1.3.8. Tính ổn định nhiệt:

Contactor có tính ổn định nhiệt nghĩa là khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua trong một khoảng thời gian cho phép, các tiếp điểm không bị nóng chảy và hàn dính lại.

1.4. Cách lựa chọn:

Dựa vào dòng điện định mức của tải và căn cứ vào tính chất của phụ tải làm việc gián đoạn hay liên tục và căn cứ vào dãy dòng điện, điện áp định mức của contactor từ đó ta lựa chọn contactor cho thích hợp:

SVTH: Lý Ngọc Hà - 68 - Khí Cụ Điện

2. RƠLE ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ:

2.1. Khái quát và phân loại:

Rơle là một loại khí cụ điện dùng để tự động đóng cắt mạch điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện.

 Các bộ phận chính của Rơle:

- Cơ cấu tiếp thu (khối tiếp thu): có nhiệm vụ trực tiếp nhận tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối trung gian. - Cơ cấu trung gian (khối trung gian): làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa đến từ khối tiếp thu và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho rơle tác động. - Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành): làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho khối điều khiển.

- Các khối trong rơle điện từ:

+ Cơ cấu tiếp thu ở đây là cuộn dây + Cơ cấu trung gian là mạch từ NCĐ + Cơ cấu chấp hành là hệ thống tiếp điểm

 Phân loại Rơle

- Có nhiều loại rơle với nguyên lý và chức năng làm việc rất khác nhau. Do vậy có nhiều cách để phân loại rơle.

- Phân loại theo nguyên lý làm việc gồm có nhóm:

 Rơle điện cơ (rơle điện từ, rơle từ điện, rơle điện từ phân cực, rơle cảm ứng,…)

 Rơle nhiệt

 Rơle từ

 Rơle điện từ - bán dẫn, vi mạch

SVTH: Lý Ngọc Hà - 69 - Khí Cụ Điện

- Phân theo nguyên lý tác động của cơ cấu khối chấp hành:

 Rơle có tiếp điểm: loại này tác động lên mạch bằng cách đóng mở các tiếp điểm.

 Rơle không tiếp điểm(Rơle tĩnh): loại này tác động bằng cách thay đổi đột ngột các tham số của cơ cấu chấp hành mắc trong mạch điều khiển như: điện cảm, điện dung, điện trở,…

- Phân loại theo đặc tính tham số vào:

 Rơle dòng điện.

 Rơle điện áp.

 Rơle công suất.

 Rơle tổng trở.

- Phân loại theo cách mắc cơ cấu:

 Rơle sơ cấp: loại này được mắc trực tiếp vào mạch điện cần bảo vệ.

 Rơle thứ cấp: loại này mắc vào mạch thông qua biến áp đo lường hay biến dòng điện.

- Phân theo giá trị và chiều các đại lượng đi vào rơle:

 Rơle cực đại.

 Rơle cực tiểu.

 Rơle cực đại – cực tiểu.

 Rơle so lệch.

 Rơle định hướng.

2.2 Đặc tính và tham số Rơle.

2.2.1 Đặc tính:

- Đường biểu diễn quan hệ giữa đại lượng vào x và đầu ra y của rơle được gọi là đặc tính “vào – ra” và còn được gọi là đặc tính cơ bản của rơle.

- Nên đặc tính này được gọi là đặc tính của rơle. - Dạng của đặc tính rơle được trình bày như sau:

SVTH: Lý Ngọc Hà - 70 - Khí Cụ Điện

- Khi đại lượng đầu vào x thay đổi từ 0 xtđ, thì đại lượng đầu ra y luôn bằng ymin. - Khi đạt tới giá trị tác động x = xtđ đại lượng đầu ra tăng đột ngột đến giá trị ymax. Sau đó dù x tiếp tục tăng đến x1v thì y vẫn giữ nguyên giá trị ymax, tương ứng với quá trình này ta nói rơle đã tác động hay rơle đóng.

- Ngược lại, khi đại lượng đầu vào giảm từ giá trị x1v đến trị số nhả xnh đại lượng y = ymax vẫn không đổi.

- Khi x = xnh thì y đột ngột giảm từ ymax về ymin dù x tiếp tục không đổi và giảm về 0. Quá trình này ta nói rơle nhả.

2.2.2 Tham số của Rơle

- Tỷ số Knh =xnh /xtđ gọi là hệ số nhả của rơle (đôi khi còn được gọi là hệ số trở về). Hệ số Knh luôn nhỏ hơn 1.

- Khi Knh lớn, bề mặt rộng của đặc tính rơle nhỏ, đặc tính rơle dạng này phù hợp với bảo vệ có tính chọn lọc cao sử dụng trong bảo vệ HTĐ.

- Khi Knh nhỏ, bề rộng đặc tính lớn, đặc tính này thích hợp với rơle điều khiển và tự động trong truyền động điện và tự động hoá.

- Tỷ số gọi là hệ số dự trữ của rơle. Kdt >1 khi Kdt lớn càng đảm bảo

rơle làm việc tin cậy.

- Hệ số điều khiển:Tỷ số gọi là hệ số điều khiển của rơle.Với:

Pđk: là công suất cực đại trên mạch tải của mạch làm việc, gọi là công suất điều khiển.

Ptđ: là công suất đầu vào cần thiết của Rơle tác động, gọi là công suất tác động.

nh tđ x x x   nh tđ x x x   tđ x dt x K lv  tđ đk đk P P K  /

SVTH: Lý Ngọc Hà - 71 - Khí Cụ Điện 2.3. Một số loại rơle thông dụng:

2.3.1. Rơle điện từ.

- Rơle điện từ làm việc trên nguyên lý điện từ. Nếu đặt một vật bằng vật liệu sắt từ (gọi là phần ứng hay nắp từ) trong từ trường do cuộn dây có dòng điện chạy qua sinh ra.

- Từ trường này tác dụng lên nắp một lực làm nắp chuyển động.

2.3.1.1. Cấu tạo của rơle điện từ

2.3.1.2. Nguyên lý làm việc của rơle điện từ.

-

Hình 5.6 : Cấu tạo chung của rơle điện từ

Hình 5.7: Nguyên lý cấu tạo rơle điện từ a. Kiểu bản lề; b. Dạng piston

SVTH: Lý Ngọc Hà - 72 - Khí Cụ Điện

Khi cung cấp điện cho cuộn dây, sẽ tạo từ trường chạy trong mạch từ chính. Lực hút điện từ sinh ra thắng được lực hút lò xo phản lực nắp mạch từ được hút về phía lõi. Ứng với mạch từ 1 chiều – xoay chiều có các rơle 1 chiều – xoay chiều.

- Nhận xét về một số rơle điện từ

 Công suất tác động Ptđ tương đối lớn, độ nhạy thấp, Kđk nhỏ. Hiện nay có xu hướng cải tiến vật liệu sắt từ mới sản xuất các loại rơle để tăng Kđk .

 Một số rơle điện từ thông dụng: rơle trung gian, rơle dòng điện và điện áp, rơle thời gian và điện từ.

2.3.2. Rơle trung gian

- Rơle trung gian được dùng rất nhiều trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện và các sơ đồ điều khiển tự động. Do có số lượng tiếp điểm lớn, vừa là tiếp điểm thường mở và tiếp điểm thường đóng.

- Có các loại rơle trung gian một chiều và rơle xoay chiều.

2.3.2.1. Cấu tạo của rơle trung gian

1. Mạch từ 2. Cuộn dây 3. Nắp mạch từ 4. Lò xo nhã

5. Hệ thống tiếp điểm

2.3.2.2. Nguyên lý hoạt động của rơle trung gian

- Khi cấp điện áp bằng giá trị điện áp định mức vào 2 đầu sợi dây của rơle trung gian, lực điện từ hút mạch từ kín lại, hệ thống tiếp điểm chuyển đổi trạng thái và duy trì trạng thái này (tiếp điểm này thường đóng hở ra, tiếp điểm thường hở đóng lại). Khi ngưng cấp nguồn, mạch từ hở. Hệ thống tiếp điểm trở về vị trí ban đầu.

5 3 2 4 1

SVTH: Lý Ngọc Hà - 73 - Khí Cụ Điện

2.3.3. Rơle tín hiệu

- Rơle tín hiệu được sử dụng trong mạch điện một chiều của các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện để chỉ rõ rơle và các thiết bị bảo vệ khác đã tác động.

2.3.3.1. Cấu tạo rơle tín hiệu

1. Mạch từ 2. Cuộn dây 3. Khớp giữ 4. Nắp hút 5. Cờ 6. Lỗ quan sát 7. Tiếp điểm động 8. Tiếp điểm tĩnh 9. Lò xo 2.3.3.2. Nguyên lý làm việc

- Ở trạng thái bình thường (không có sự cố), cuộn dây 2 của rơle không có dòng điện. Khi có sự cố, các thiết bị bảo vệ tác động, đồng thời tín hiệu truyền đến sợi dây 2, lực điện từ hút nắp 4 làm nhả khớp 3, cờ 5 rơi xuống vị trí thẳng đứng, đồng thời đuôi cờ gạt tiếp điểm động 7 làm tiếp điểm 7 đóng vào tiếp điểm tĩnh 8. Lúc này người vận hành nhìn qua lỗ quan sát 6 trên nắp rơle, thấy màu của cờ, biết rơle đã tác động. Sau khi khắc phục sự cố, cuộn dây 2 mất điện. Muốn đưa cờ về vị trí ban đầu thì phải quay núm phục hồi trên nắp rơle, và tiếp điểm 7-8 lại trở về trạng thái mở.

2.3.4. Rơle dòng điện cực đại.

2.3.4.1. Khái niệm chung về rơle dòng điện cực đại.

- Rơle dòng điện cực đại điện từ dùng trong lĩnh vực bảo vệ hệ thống điện và thiết bị riêng lẻ như : động cơ điện, máy biến áp công suất lớn.

2.3.4.2. Nguyên lý làm việc của rơle dòng điện cực đại

SVTH: Lý Ngọc Hà - 74 - Khí Cụ Điện

- Khi dòng điện động cơ tăng lớn đến trị số tác động của rơle, lực hút nam châm thắng lực cản lò xo làm mở tiếp điểm của nó, ngắt mạch điện điều khiển qua công tắc tơ K, mở các tiếp điểm của nó tách động cơ ra khỏi lưới.

2.3.5. Rơle nhiệt.

2.3.5.1. Khái niệm chung về rơle nhiệt.

- Rơle nhiệt là một thiết bị dùng để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi bị quá tải, thường dùng kèm với khởi động từ, công tắc tơ,…

- Rơle nhiệt không tác động nhất thời theo trị dòng điện vì có quán tính nhiệt lớn phải cần thời gian để phát nóng.

- Thời gian làm việc từ khoảng vài giây [s] đến vài phút, nên không dùng để bảo vệ ngắn mạch được. Muốn bảo vệ ngắn mạch thường dùng kèm cầu chảy.

Hình 5.10: a) Cấu tạo của rơle dòng điện;

SVTH: Lý Ngọc Hà - 75 - Khí Cụ Điện

2.3.5.2. Cấu tạo của rơle nhiệt

Trong đó:

1: Phần tử đốt nóng 2: Tiếp điểm thường đóng 3: Băng kép kim loại 4: Đòn xoay

5: Lò xo đòn xoay 6: Nút ấn phục hồi

2.3.5.3. Nguyên lý làm việc

- Nguyên lý làm việc của rơle nhiệt dựa trên cơ sở tác dụng nhiệt làm giãn nở phiến kim loại kép. Phiến kim loại kép gồm 2 lá kim loại có hệ số giãn nở khác nhau (hệ số giãn nở hơn kém nhau 20 lần) ghép chặt với nhau thành một phiến bằng phương pháp cán nóng hoặc hàn. Khi có dòng điện quá tải đi qua phiến kim loại được đốt nóng, uốn cong về phía kim loại có hệ số giãn nở bé. Đẩy cần gạt làm lò xo co lại và chuyển đổi hệ thống tiếp điểm phụ. Để rơle nhiệt làm việc trở lại, phải đợi phiến kim loại nguội và kéo cần reset của rơle nhiệt.

6 4 5 3 2 1

SVTH: Lý Ngọc Hà - 76 - Khí Cụ Điện 2.3.6 Rơle thời gian.

2.3.6.1. Khái niệm chung và phân loại rơle thời gian.

Khái niệm: Rơle thời gian là một khí cụ điện dung trong lĩnh vực điều khiển tự

động, với vai trò điểu khiển trung gian giữa các thiết bị điều khiển theo thời gian định trước.

Rơle thời gian bao gồm: mạch từ của nam châm điện, bộ định thời gian làm bằng linh kiện điện tử, hệ thống tiếp điểm chịu dòng điện nhỏ (<= 5A), vỏ bảo vệ các chân tiếp điểm.

Tùy theo yêu cầu sử dụng khi lắp ráp hệ thống mạch điều khiển truyền động, ta có 2 loại Rơle thời gian: Rơle thời gian ON DELAY, Rơle thời gian OFF DELAY.

2.3.6.2 Rơle thời gian ON DELAY

 Ký hiệu:

- Cuộn dây Rơ le thời gian:

Điện áp đặt vào 2 đầu cuộn dây Rơ le thời gian được ghi trên nhãn thông thường