Các phần tử điều khiển truyền động điện là các phần tử tham gia vào mạch truyền động điện với chức năng điều khiển hoặc bảo vệ. ðiều khiển cĩ thể bằng tay hay tự động. Một phần tửđiều khiển cĩ thể chỉ giữ một chức năng hoặc điều khiển hoặc bảo vệ hoặc giữ cả hai chức năng.
6.3.1 Cơng tắc: 6.3.1.1 Khái niệm:
Cơng tắc là loại khí cụđiện dùng đểđĩng ngắt mạch điện cĩ cơng suất nhỏ và dịng điện định mức nhỏ hơn 6A. Cơng tắc thường cĩ hộp bảo vệđể tránh sự phĩng điện khi mở. ðiện áp của cơng tắc nhỏ hơn hay bằng 500V. Trạng thái của cơng tắc sẽ bị thay đổi khi cĩ ngoại lực tác động và giữ nguyên khi bỏ lực tác động (trừ cơng tắc hành trình).
Hình 6.6: Các loại cơng tắc
6.2.1.2 Phân loại:
Phân loại theo cơng dụng làm việc cĩ các loại cơng tắc sau:
• Cơng tắc đĩng ngắt trực tiếp
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
• Cơng tắc hành trình và cuối hành trình loại cơng tắc này được áp dụng trong các máy cắt gọt lim loại để điều khiển tựđộng quá trình làm việc của mạch điện.
Các thơng sốđịnh mức của cơng tắc:
• Uđm : điện áp định mức của cơng tắc.
• Iđm: dịng điện định mức của cơng tắc.
Ngồi ra cịn cĩ các thơng số thử cơng tắc như: độ bền cơ khí, độ bền cách điện, độ phĩng điện.
ðiều quan trọng khi lựa chọn cơng tắc ta cần chú ý đến hai thơng số kỹ thuật là dịng điện định mức và điện áp định mức.
6.2.2 Nút ấn:
Nút ấn cịn gọi là nút điều khiển, là một loại khí cụ diện dùng đểđĩng ngắt từ xa các thiết bị điện từ khác nhau: các nút ấn thường cĩ các tiếp điểm thường đĩng và thường mở. Khi ta tác động thì các tiếp điểm này sẽ thay đổi trạng thái sử dụng thường đĩng sang thường mở và ngược lại.
Nút ấn cĩ độ bền lên tới 1.000.000 lần đĩng ngắt khơng tải và 200.000 đĩng ngắt cĩ tải. Khi thao tác nút ấn cần phải dứt khốt đểđĩng hoặc mở mạch điện. Cĩ hai loại nút ấn: • Nút ấn đơn (hình a) . • Nút ấn kép (hình b). Hình 6.7: Nút ấn
Khi lựa chọn nút ấn ta cần chú ý đến các thơng số kỹ thuật là dịng điện định mức, điện áp định mức, trạng thái của các cặp tiếp điểm khi cĩ ngoại lực tác động và khi khơng cĩ ngoại lực tác động.
a)
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
Chương VI: Giới thiệu một số loại cảm biến và sơ lược các phần tửđiều khiển
6.2.3 Contactor:
Contactor là một khí cụđiện dùng đểđĩng ngắt các tiếp điểm của mạch động lực. Khi sử dụng contactor ta cĩ thể điều khiển mạch điện từ xa cĩ phụ tải với điện áp dến 500V và dịng là 600A.
Phân loại contactor tùy theo các đặc điểm sau:
• Theo nguyên lý hoạt động ta cĩ contactor kiểu điện từ (truyền điện bằng lực hút điện từ ), kiểu hơi ép, kiểu thủy lực. Thơng thường sử dụng contactor kiểu điện từ.
• Theo dịng điện: contactor một chiều và contactor xoay chiều (contactor 1 pha va 3 pha)
6.2.3.1 Cấu tạo:
Cơng tắc tơ làm việc dựa trên nguyên tắc của nam châm điện bao gồm các bộ phận chính sau: Cơ cấu điện từ (nam châm điện), hệ thống dập hồ quang điện, hệ thống tiếp điểm (tiếp điểm chính và tiếp điểm phụ).
• Nam châm điện: Gồm cĩ 4 thành phần:
- Cuộn dây dùng tạo ra lực hút nam châm.
- Lõi sắt (hay mạch từ) của nam châm gồm 2 phần: Phần cố định và nắp di động. Lõi thép nam châm cĩ dạng EE, EI…
- Lõ xo phản lực cĩ tác dụng đẩy nắp di động trở về vị trí ban đầu khi ngừng cung cấp điện vào cuộn dây.
Hình 6.8: Trạng thái hoạt động của cơ cấu điện từ
• Hệ thống dập hồ quang điện:
Trạng thái nam
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu Khi dịng điện qua contacror hồ quang sẽ xuất hiện làm các tiếp điểm bị cháy. Vì vậy cần cĩ 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.
• Hệ thống tiếp điểm của contactror
Hệ thống tiếp điểm liên hệ với phần lõi từ di động qua bộ phận liên động về cơ. Tùy theo khả năng tải dẫn qua các tiếp điểm, ta cĩ thể chia các tiếp điểm của contactor thành 2 loại:
- Tiếp điểm chính : cĩ khả năng cho dịng điện đi qua (từ 10A đến vài nghìn A). Tiếp điểm chính là tiếp điểm thường mở và được đĩng lại khi cấp nguồn vào mạch từ của contactor.
- Tiếp điểm phụ: cĩ khả năng cho dịng điện đi qua các tiếp điểm nhỏ hơn 5A. tiếp điểm phụ cĩ 2 trạng thái: thường đĩng và thường mở.
Như vậy, hệ thống tiếp điểm chính thường đĩng ngắt trong mạch điện động lực, cịn các tiếp điểm phụ lắp trong hệ thống mạch điều khiển.
• Nguyên lý làm việc:
Khi cuộn hút của cơng tắc tơ chưa được cấp điện, lị xo 5 đẩy lõi thép động số 4 tách xa khỏi lõi thép tĩnh. Các cặp tiếp điểm chính 1 và tiếp điểm phụ 3 ở trạng thái mở, cặp tiếp điểm phụ 2 ở trạng thái đĩng. Vì vậy, tiếp điểm 1 và 3 gọi là tiếp điểm thường mở.
Khi cấp điện cho cuộn hút, trong cuộn hút sẽ cĩ dịng điện chạy qua. Dịng điện này sẽ sinh ra từ thơng mĩc vịng qua cả hai lõi thép và khép kín mạch từ. Chiều và trị số của từ thơng sẽ biến thiên theo chiều và trị số của dịng điện sinh ra nĩ, nhưng xét tại một thời điểm nhất định thì từ thơng đi qua bề mặt tiếp xúc của hai lõi thép là cùng chiều nên sẽ tạo thành ở hai bề mặt này hai cực N-S trái dấu nhau. Kết quả là lõi thép động sẽ bị hút về phía lõi thép tĩnh, kéo theo tay địn 2 làm cho các tiếp chính 1 và tiếp điểm phụ 3 đĩng lại, tiếp điểm phụ 2 mở ra. Khi cắt điện vào cuộn hút, lị xo hồi vịđẩy lõi thép động 4 về vị trí ban đầu.
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
Chương VI: Giới thiệu một số loại cảm biến và sơ lược các phần tửđiều khiển
Hình 6.9: Sơđồ nguyên lý hoạt động của contactor
Khi cuộn hút được cấp điện thì hai lõi thép sẽ bị biến thành nam châm điện và luơn cĩ xu thế hút nhau, khơng phụ thuộc vào chiều dịng điện chạy trong cuộn dây. Tức là khơng phụ thuộc vào nguồn điện cấp cho cuộn dây là điện xoay chiều hay điện một chiều.
• ðiện áp định mức: là điện áp cách điện an tồn giữa các bộ phận tiếp điện với vỏ của cơng tắc tơ. ðiện áp này khơng được chọn nhỏ hơn điện áp cực đại của lưới điện.
Cuộn hút cĩ thể làm việc bình thường ở điện áp trong giới hạn 85% đến 105% điện áp định mức của cuộn hút.
• Dịng điện định mức (Iđm): là dịng điện cho phép đi qua tiếp điểm chính trong chếđộ làm việc lâu dài. ðối với mỗi cơng tắc tơ thì dịng điện này phụ thuộc vào điện áp làm việc của contactor. Về nguyên tắc khi chọn contactor thì dịng điện định mức của contactor khơng được nhỏ hơn dịng điện tính tốn của phụ tải. Dịng điện này chủ yếu do tiếp điểm của contactor quyết định.
• Tần số đĩng cắt lớn nhất cho phép: thường được tính bằng số lần đĩng (cắt) lớn nhất cho phép trong một giờ.
• Tuổi thọ contactor: được tính bằng số lần đĩng mở, sau số lần đĩng mởđĩ thì contactor cĩ thể sẽ bị hỏng và khơng dùng được nữa.
• Tính ổn định điện động: tiếp điểm chính của contactor cho phép một dịng điện lớn di qua ( khoản 10 lần dịng điện định mức) mà lực điện động khơng làm hư tiếp điểm thì contactor cĩ tính ổn định lực điện động.
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
• Tính ổn định nhiệt: contactor cĩ tính ổn định nhiệt nghĩa là khi cĩ dịng điện ngắn mạch chạy qua trong một khoảng thời gian cho phép thì các tiếp điểm khơng bị nĩng chảy . 6.2.4 Aptomat: 6.2.4.1 Khái niệm chung: Aptomat là loại khí cụ điện dùng để đĩng, ngắt điện bằng tay nhưng cĩ thể tự động ngắt mạch điện khi cĩ sự cố quá tải hoặc ngắn mạch. a) Phân loại: - Theo cơ cấu tác động:
• Aptomat nhiệt: tác động nhờ cơ cấu điện - nhiệt nên thời gian tác động sẽ rất chậm. Lọai này thường dùng để bảo vệ quá tải.
• Aptomat điện từ: tác động nhờ cơ cấu điện - từ nên thời gian tác động sẽ rất nhanh. Lọai này thường dùng để bảo vệ ngắn mạch.
- Theo kết cấu: • Aptomat một cực. • Aptomat hai cực. • Aptomat ba cực. - Theo điện áp sử dụng: • Aptomat một pha. • Aptomat ba pha. - Theo cơng dụng: • Aptomat dịng cực đại. • Aptomat điện áp thấp. • Atomat chống giật. • Aptomat đa năng.
b) Thơng số kỹ thuật và cách lựa chọn aptomat:
- Dịng điện định mức của aptomat (A): đây là dịng điện lớn nhất cho phép aptomat làm việc trong thời gian lâu dài mà khơng bị tác động. Dịng điện này khơng được nhỏ hơn dịng điện tính tốn của phụ tải.
- Dịng điện bảo vệ ngắn mạch của aptomat (A): là dịng điện nhỏ nhất đủ để làm aptomat tự ngắt. Chỉ những aptomat cĩ kết cấu ngắt kiểu điện từ mới cĩ thơng số này. ðối với aptomat loại này, khi chọn để đĩng ngắt động cơ thì dịng điện này
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
Chương VI: Giới thiệu một số loại cảm biến và sơ lược các phần tửđiều khiển
- Dịng điện bảo vệ quá tải của aptomat (A): dịng điện này cĩ thể điều chỉnh được nhờ các vít điều chỉnh đặt bên trong aptomat.
- ðiện áp làm việc của aptomat (V): điện áp này được chọn phụ thuộc vào điện áp của lưới điện mà aptomat sử dụng. Về nguyên tắc điện áp này khơng được nhỏ hơn điện áp cực đại của lưới điện mà aptomat sử dụng.
- Số cực của aptomat: loại một cực, hai cực hay ba cực.
6.2.4 Rơle trung gian:
Rơle trung gian la một loại khí cụ điện dùng trong lĩnh vực điều khiển tự động, cơ cấu điện từ. Rơle trung gian đĩng vai trị trung gian giữa các thiết bị điều khiển.
Rơle trung gian bao gồm: Mạch từ của nam châm điện, hệ thống tiếp điểm chịu dịng nhỏ, vỏ bảo vệ và chân ra các tiếp điểm.
Nguyên lý hoạt động: nguyên lý hoạt động của rơle trung gian cũng tương tự như nguyên lý hoạt động của contactor. Khi cấp điện áp bằng gái trị điện áp định mức vào hai đầu của rơle trung gian thì kực điện từ hút mạch kín lại, hệ thống tiếp điểm chuyển đổi trạng thái và duy trì trạng thái này ( tiếp điểm thường đĩng mở ra, tiếp điểm thường mở đĩng lại). Khi ngưng cấp nguồn, mạch từ hở, hệ thống tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu.
Hình 6.10: Rơle trung gian
6.2.5 Rơle thời gian:
Dùng trong lĩnh vực điều khiển tựđộng với vai trị điều khiển trung gian giữa các thiết bịđiều 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 dịng nhỏ (5A), vỏ bảo vệ và các chân ra các tiếp điểm.
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu Tùy theo yêu cầu sử dụng khi lắp ráp hệ thống mạch điều khiển truyền động mà ta cĩ hai loại rơle thời gian: rơle thời gian ON DELAY và OFF DELAY.
- Các loại rơle thời gian
• Trễ vào thời điểm cuộn hút được đĩng điện (ON DELAY). Loại này chỉ cĩ tiếp điểm thường đĩng, mở chậm hoặc thường mở, đĩng chậm.
• Trễ vào thời điểm cuộn hút mất điện (OFF DELAY). Loại này chỉ cĩ tiếp điểm thường đĩng, đĩng chậm hoặc thường mở, mở chậm.
• Trễ vào cả hai thời điểm trên (ON/OFF DELAY). Loại này cĩ tiếp điểm thường đĩng, mởđĩng chậm hoặc thường mở, đĩng mở chậm.
Hình 6.11: Rơle thời gian và sơđồđấu dây
6.2.6 Rơle nhiệt:
Rơle nhiệt loại khí cụ dùng để bảo vệđộng cơ và mạch điện khi cĩ sự cố quá tải. Rơle nhiệt khơng tác động tức thời theo trị số dịng điện vì nĩ cĩ quán tính nhiệt lớn, phải cĩ thời gian phát nĩng, do đĩ cĩ thời gian làm việc từ vài giây.
Rơle nhiệt hoạt động dựa trên nguyên lý co giãn vì nhiệt của các thanh kim loại. Trong mạch điện cơng nghiệp, nĩ thường được dùng để bảo vệ quá tải cho các động cơđiện. Khi đĩ rơle nhiệt kết hợp với contactor tạo thành bộ khởi động từ.
6.2.6.1 Nguyên lý làm việc:
Ta xét nguuyên lý làm việc của rơle nhiệt bảo vệ cho động cơ ba pha như hình 6.12.
Trung tâm Học liệu ĐH Cần Thơ @ Tài liệu học tập và nghiên cứu
Chương VI: Giới thiệu một số loại cảm biến và sơ lược các phần tửđiều khiển
Hình 6.12: Sơđồ nguyên lý hoạt động của rơle nhiệt
Ấn nút điều khiển PB1, cuộn hút của cơng tắc tơ K được cấp điện. Nĩ sẽ đĩng các tiếp điểm cấp điện cho động cơ M họat động. Ở chế độ định mức hoặc khơng tải của động cơ thì dịng điện qua động cơ khơng vượt quá dịng định mức nên nhiệt lượng trên dây đốt nĩng ở mức bình thường và nhiệt độ trên thanh lưỡng kim 5 bình thường. Thanh lưỡng kim chưa bị cong, các tiếp điểm thường đĩng 2 và thường mở 3 của rơle nhiệt chưa tác động, động cơ vẫn họat động bình thường.
Khi động cơ M bị quá tải, dịng điện qua động cơ vượt quá dịng điện định mức làm cho nhiệt lượng trên dây đốt nĩng 7 tăng lên, nhiệt độ trên thanh lưỡng kim cũng tăng cao. Do thanh lưỡng kim được chế tạo từ hai vật liệu cĩ hệ số giãn nở vì nhiệt khác nhau ép sát vào nhau, lá kim loại bên phía phải của thanh lưỡng kim cĩ hệ số giãn nở vì nhiệt nhiều hơn nên làm thanh lưỡng kim bị cong về bên trái. Khi thanh lưỡng kim bị cong về phía trái sẽ đẩy cần gạt 8 sang trái tác động vào địn bẫy 1 mở tiếp điểm thường đĩng 2, ngắt điện mạch điều khiển, cuộn hút contactor bị ngắt điện, các tiếp điểm K1 mở ra bảo vệ an tồn cho động cơ.
Muốn điều chỉnh tiếp điểm đĩng cắt ở các mức độ quá tải khác nhau ta điều chỉnh vít 4 để tăng hay giảm lực căng của lị xo ép vào địn bẫy 1.
6.2.6.3 Chọn rơle nhiệt: