2.2.1. Cụngtăctơ (Contactor)
1. Khỏi niệm và cụng dụng
Cụngtăctơ là một loại khớ cụ điện dựng để đúng, cắt thường xuyờn cỏc mạch điện động lực, từ xa, bằng tay hay tự động. Việc đúng cắt Cụngtăctơ cú tiếp điểm cú thể được thực hiện bằng nam chõm điện, thủy lực hay khớ nộn. Thụng thường ta gặp loại đúng cắt bằng nam chõm điện.
Cụngtăctơ cú hai vị trớ: đúng - cắt, được chế tạo cú số lần đúng - cắt lớn, tần số đúng cú thể đến 1500 lần trong một giờ.
2. Phõn loại và ký hiệu
a. Phõn loại: Cụngtăctơ hạ ỏp thường dựng là kiểu khụng khớ, được phõn ra nhiều loại như sau:
+ Theo nguyờn lý truyền động, ta cú Cụngtăctơ kiểu điện từ (truyền điện bằng lực hỳt điện từ), kiểu hơi ộp, kiểu thuỷ lực. Hiện nay ta thường gặp Cụngtăctơ kiểu điện từ.
+ Theo dạng dũng điện cú: Cụngtăctơ điện một chiều (DC) và Cụngtăctơ điện xoay chiều (AC).
+ Theo nguyờn lý làm việc gồm: Cụngtăctơ cú tiếp xỳc và khụng tiếp xỳc. + Theo vị trớ lắp đặt, người ta phõn ra Cụngtăctơ dựng ở nơi hạn chế chiều cao (vớ dụ ở bảng điện gầm xe) và ở nơi hạn chế chiều rộng (như ở trong buồng tàu điện).
b. Kớ hiệu:
Hỡnh 2.15 Ký hiệu Cụngtăctơ
3. Cấu tạo và nguyờn lý làm việc của Cụngtăctơ điện từ a. Cấu tạo:
Cụngtăctơ kiểu điện từ cú cỏc bộ phận chớnh như sau: Hệ thống mạch vũng dẫn điện, hệ thống dập hồ quang, cơ cấu điện từ (mạch từ, cuộn dõy hỳt), hệ thống tiếp
a1)Tiếp điểm thường mở mạch động lực (NO); a2) Tiếp điểm thường mở mạch điều khiển (NO); b) Tiếp điểm thường đúng (NC); c) Cuộn dõy
Hỡnh 2.16 Hỡnh dỏng một loại Cụngtăctơ
1, 2. Đầu nối dõy tiếp điểm mạch điều khiển; 3. Đầu nối dõy tiếp điểm mạch động lực
* Hệ thống mạch vũng dẫn điện của Cụngtăctơ
Mạch vũng dẫn điện của Cụngtăctơ do cỏc bộ phận khỏc nhau về hỡnh dỏng. Cỏc tiếp điểm của Cụngtăctơ phải chịu được độ mài mũn về điện và cơ trong cỏc chế độ làm việc nặng nề và cú tần số thao tỏc lớn. Để đỏp ứng yờu cầu đú tức là giảm độ mài mũn và điện trở tiếp xỳc, người ta chế tạo để cỏc tiếp điểm cú tiếp xỳc đường.
Hỡnh 2.17 Kết cấu và hoạt động của Cụngtăctơ
1, 3. Tiếp điểm; 2. Đầu nối; 4. Lừi thộp động; 5. Cuộn dõy; 6. Lừi thộp tĩnh; 7. Đế Ở Cụngtăctơ, tiếp điểm thường dựng cú dạng hỡnh ngún và dạng bắc cầu.
Hỡnh 2.18 Mạch vũng dẫn điện của Cụngtăctơ 1, 3. Tiếp điểm; 2. Đầu nối
* Hệ thống dập hồ quang
- Hệ thống dập hồ quang ở Cụngtăctơ điện một chiều:
Trong Cụngtăctơ điện một chiều người ta thường dựng cuộn thổi từ tạo ra từ trường, tỏc dụng lờn dũng điện hồ quang, sinh ra lực điện động kộo rài hồ quang và đẩy hồ quang vào buồng dập hồ quang.
Cuộn thổi từ thường được mắc nối tiếp với tiếp điểm. Khi dũng điện cắt càng lớn lực điện động sinh ra do cuộn thổi từ với dũng điện hồ quang càng lớn, hồ quang càng được đẩy sõu vào trong buồng dập hồ quang. Buồng dập hồ quang được chế tạo bằng cỏc tấm thộp non tạo thành dàn dập hồ quang hay kiểu buồng dập hồ quang cú khe hở hẹp với hỡnh dỏng quanh co zớch zắc.
- Hệ thống dập hồ quang ở Cụngtăctơ điện xoay chiều.
Cỏc Cụngtăctơ điện xoay chiều thụng dụng trong cụng nghiệp thường chế tạo cú hai đoạn ngắt mạch trờn cựng một pha. Sử dụng tiếp điểm bắc cầu đặt trong một hộp kớn để dập hồ quang.
Để nõng cao độ tin cậy dập tắt hồ quang và để giảm độ hư mũn tiếp điểm thường bổ sung cỏc biện phỏp sau:
+ Dập hồ quang bằng thổi từ nhờ một cuộn dõy đấu nối tiếp và hộp dập hồ quang cú khe hở hẹp.
Hồ quang được thổi vào khe hở hẹp cọ sỏt vào vỏch và bị dập tắt. Hồ quang càng được kộo dài, tốc độ càng lớn thỡ hồ quang càng dễ bị dập tắt. Vỡ thế trong khe hở hẹp, người ta cũn bố trớ thờm những tấm ngăn song song để hồ quang càng được kộo dài qua đoạn đường quanh co zớch zắc. Cỏc tấm ngăn này thường làm bằng samốt, stờatit ộp hoặc abụximăng.
+ Chia hồ quang thành nhiều hồ quang ngắn
Hộp dập hồ quang gồm nhiều tấm thộp hoặc đồng đặt song song nhau. Khi hồ quang bị kộo vào buồng ngăn sẽ chia thành nhiều hồ quang ngắn cú chiều dài khoảng
2 –3 mm. Những đoạn hồ quang ngắn này độc lập với nhau và khụng cựng tốc độ dịch chuyển. Do đú thời gian tồn tại của hồ quang là ngắn nhất.
* Cơ cấu điện từ
Hỡnh 2.19 Cơ cấu điện từ của Cụngtăctơ 1. Nắp; 2. Cuộn dõy; 3. Lừi thộp; 4. Đế
Mạch từ:
Là cỏc lừi thộp cú hỡnh dạng chữ ш hay chữ . Nú gồm cỏc lỏ tụn silic, cú chiều dầy 0,35mm hoặc 0,5mm, ghộp lại để trỏnh tổn hao dũng điện xoỏy.
Mạch từ thường chia làm hai phần: Một phần được kẹp chặt cố định (phần tĩnh), phần cũn lại là nắp (cũn gọi là phần ứng hay phần động) được nối với hệ thống tiếp điểm (tiếp điểm động) qua hệ thống tay đũn.
- Cuộn dõy hỳt:
Cuộn dõy cú điện trở rất bộ so với điện khỏng. Dũng điện trong cuộn dõy phụ thuộc vào khe hở khụng khớ giữa nắp và lừi thộp cố định. Nếu khe hở lớn ( lớn) thỡ dũng điện qua cuộn dõy lớn, do đú khụng được phộp cho điện ỏp vào cuộn dõy khi nắp mạch từ bị kẹt khụng hỳt xuống được.
Cỏc cuộn dõy của phần lớn cỏc Cụngtăctơ được tớnh toỏn sao cho được phộp đúng ngắt tới 600 lần trong một giờ, ứng với hệ số thụng điện TĐ = 40%.
Cuộn dõy của Cụngtăctơ điện xoay chiều cũng cú thể được cung cấp từ lưới điện một chiều. Cuộn dõy cú thể làm việc tin cậy (hỳt phần ứng) khi điện ỏp cung cấp cho nú nằm trong phạm vi 85 110 % Uđm. Nếu ta gọi tỷ số giữa trị số điện ỏp nhả và điện ỏp hỳt của cuộn dõy là hệ số trở về, thỡ hệ số này cú thể đạt tới (0,6 0,7). Điều đú cú nghĩa là khi điện ỏp cuộn dõy sụt xuống cũn (0,60,7) trị số điện ỏp hỳt thỡ nắp bị nhả và ngắt mạch điện.
- Cơ cấu truyền động: Phải cú kết cấu sao cho giảm được thời gian thao tỏc đúng ngắt tiếp điểm, nõng cao lực ộp cỏc tiếp điểm và giảm được tiếng kờu va đập.
+ Nắp chuyển động xoay quanh bản lề, tiếp điểm chuyển động thẳng cú tay đũn truyền chuyển động.
+ Nắp và tiếp điểm chuyển động thẳng theo hai phương vuụng gúc với nhau. + Nắp chuyển động thẳng, tiếp điểm chuyển động xoay quanh bản lề.
+ Nắp và tiếp điểm đều chuyển động xoay quanh bản lề cú một hệ thống tay đũn chung, trường hợp này lực ộp trờn tiếp điểm lớn.
b. Nguyờn lý làm việc của Cụngtăctơ điện từ
Sự làm việc của Cụngtăctơ điện từ dựa trờn nguyờn tắc lực điện từ, khi ta cung cấp một điện ỏp U = (85 100)% Uđm vào cuộn dõy, nú sẽ sinh ra từ trường, từ trường này sẽ tạo ra lực từ cú lực lớn hơn lực kộo lũ xo của hệ thống truyền động. Nú sẽ hỳt lừi sắt phần động để khộp kớn mạch từ. Hệ thống tiếp điểm sẽ thay đổi trạng thỏi. Nếu như ở điều kiện bỡnh thường (khi cuộn dõy chưa cú điện), tiếp điểm là đúng thỡ khi cho điện vào cuộn dõy, tiếp điểm sẽ mở ra. Ngược lại, nếu như ở điều kiện bỡnh thường (khi cuộn dõy chưa cú điện), tiếp điểm là mở thỡ khi cho điện vào cuộn dõy, tiếp điểm sẽ đúng lại.
4. Cụngtăctơ điện tử a. Khỏi niệm chung
Cụngtăctơ điện tử (Cụngtăctơ khụng tiếp xỳc) thực hiện đúng cắt mạch điện bằng cỏc van bỏn dẫn (thyristor, triac), loại 1 cực hay 3 cực. Cỏc tiếp điểm phụ cú thể là cỏc van bỏn dẫn hay cỏc rơle cú tiếp điểm.
Ưu điểm chớnh của Cụngtăctơ điện tử là cú thể làm việc với tần số đúng cắt lớn, thời gian đúng cắt nhỏ, tuổi thọ cao do khụng cú đúng cắt cơ khớ, khụng gõy ra hồ quang khi đúng cắt và đặc biệt khụng gõy ra tiếng ồn.
Loại một cực được chế tạo với:
- Điện ỏp định mức Uđm=240V, 50/60Hz;
- Dũng điện định mức: 10, 20, 30, 40, 50, 70, 100, 150, 200A;
- Điện ỏp điều khiển: 100-120V hay 200-240 V xoay chiều. Thời gian tỏc động ttđ ≤ 30 ms.
Loại ba cực thường được chế tạo với: - Điện ỏp pha định mức Ufđm = 240V;
- Dũng điện định mức: 3, 8, 20, 30, 40, 50, 80, 120A;
- Điện ỏp điều khiển cú: 110V, 220 V xoay chiều hoặc 12V, 24V một chiều.
Tiếp điểm phụ: Loại đúng cắt dũng xoay chiều cú thể được cấu tạo bằng triac (50 mA, 240V xoay chiều) hay thyristor (0,2 A, 240 V xoay chiều).
Loại đúng cắt dũng một chiều dựng transitor (0,2 A, 24 V một chiều) Thời gian tỏc động ttđ ≤ 30 ms.
+ Điều khiển bằng từ:
Hỡnh 2.21 Cụngtăctơ điều khiển bằng từ
Tớn hiệu điều khiển (Control Signal) được đưa vào cuộn dõy qua bộ khuếch đại (Optional Preamplifier), tạo từ trường hỳt tiếp điểm cú thể dẫn từ (Reed Relay) làm mạch Trigger hoạt động, mở Triac đưa dũng chạy qua tải (Load).
+ Điều khiển bằng biến ỏp:
Hỡnh 2.22 Cụngtăctơ điều khiển bằng biến ỏp
Tớn hiệu điều khiển qua khối chuyển đổi DC-AC (DC-AC Converter) để sang điện ỏp AC, điện ỏp này qua biến ỏp (Isolating Transformer) tạo dũng làm mạch Trigger hoạt động để mở cho Triac cho dũng tải chạy qua.
+ Điều khiển bằng quang
Hỡnh 2.23 Cụngtăctơ điều khiển bằng quang
Tớn hiệu điều khiển đưa vào, làm cho LED phỏt quang, khi transistor quang (Photo Transistor) thu được ỏnh sỏng thỡ transistor mở, cho dũng chạy qua mạch
- Theo kiểu điện ỏp đầu ra
+ Đầu ra DC + Đầu ra AC
Hỡnh 2.24 Cụngtăctơ điều khiển theo điện ỏp đầu ra 5. Cụngtăctơ chõn khụng
Cụngtăctơ chõn khụng đặc biệt thớch hợp với cụng việc đúng mở cỏc động cơ cần đúng mở thường xuyờn, vớ dụ cỏc động cơ trung ỏp cho mỏy bơm, bộ bự, tụ điện hoặc quạt. Bảo vệ chống ngắn mạch đường dõy cung cấp cho động cơ bằng cầu chỡ hạn chế dũng, năng lực cắt cao, vớ dụ kiểu CMF hoặc bằng mỏy cắt, vớ dụ kiểu HB.
Cụngtăctơ chõn khụng cú tuổi thọ 1x106 chu kỳ đúng cắt và cú thể làm việc với tần số đúng cắt 1200 đúng/cắt một giờ.
Cụngtăctơ chõn khụng kiểu VRC trờn hỡnh 2.25
Hỡnh 2.25 Cụngtăctơ chõn khụng kiểu VRC
1. Đầu nối; 2. Buồng đúng cắt chõn khụng; 3. Cuộn dõy cụngtăctơ; 4. Tiếp điểm phụ Cỏc tớnh năng của cụngtăctơ chõn khụng kiểu VRC như sau:
Điện ỏp định mức(kV) 3,6 7,2 12
Dũng điện định mức(A) 450 450 250
Cho động cơ đến kW 1500 2000 4000
6. Cỏc tham số chủ yếu của Cụngtăctơ
Điện ỏp định mức Uđm: là điện ỏp của mạch điện tương ứng mà tiếp điểm chớnh phải đúng cắt. Điện ỏp định mức cú cỏc cấp 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều.
Dũng điện định mức Iđm là dũng điện định mức phải đi qua tiếp điểm chớnh của Cụngtăctơ trong chế độ làm việc giỏn đoạn lõu dài. Dũng điện định mức của Cụngtăctơ hạ ỏp thụng dụng cú cỏc cấp: 10, 20, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 250, 300, 600, 800 A.
Khả năng đúng và khả năng cắt: đú chớnh là dũng điện cho phộp đi qua tiếp điểm chớnh khi cắt hoặc khi đúng mạch.
Tuổi thọ của Cụngtăctơ: Tuổi thọ của Cụngtăctơ được tớnh bằng số lần đúng mở, sau số lần đúng mở ấy Cụngtăctơ sẽ hỏng khụng dựng được nữa. Sự hư hỏng của nú cú thể là do mất độ bền cơ khớ hay độ bền điện.
Ngoài ra cũn cú cỏc tham số như: Tần số đúng cắt; tớnh ổn định lực điện động; tớnh ổn định nhiệt; số cực; số cặp tiếp điểm phụ; điện ỏp cuộn dõy.
2.2.2. Khởi động từ
1. Khỏi niệm và cụng dụng
Khởi động từ là một loại khớ cụ điện dựng để điều khiển từ xa việc đúng, cắt, đảo chiều quay và bảo vệ quỏ tải cỏc động cơ điện khụng đồng bộ xoay chiều ba pha rụ to lồng súc.
Khởi động từ cú một Cụngtăctơ và một rơle nhiệt gọi là khởi động từ đơn, thường dựng để điều khiển đúng cắt động cơ điện.
Khởi động từ cú hai Cụngtăctơ và một rơle nhiệt gọi là khởi động từ kộp, dựng để điều khiển đảo chiều quay động cơ điện.
2. Cỏc yờu cầu kỹ thuật chủ yếu
Động cơ điện khụng đồng bộ ba pha cú thể làm việc liờn tục được hay khụng tựy thuộc đỏng kể vào định mức tin cậy của khởi động từ.
Do đú khởi động từ cần phải thỏa món cỏc yờu cầu sau đõy: - Tiếp điểm phải chịu được độ mài mũn, va đập;
- Khả năng đúng cắt cao; - Thao tỏc đúng, cắt dứt khoỏt; - Tiờu thụ cụng suất nhỏ nhất;
- Bảo vệ tin cậy động cơ điện khỏi bị quỏ tải lõu dài;
3.Nguyờn lý làm việc của khởi động từ
a. Khởi động từ đơn : Điều khiển, vận hành từ xa động cơ điện khụng đồng bộ xoay chiều ba pha quay theo 1chiều.
Hỡnh 2.26 Mạch điện khởi động từ đơn
Cỏc thiết bị trong mạch điện:
- Aptụmat 3 pha (AP1), 1pha (AP2) - Cụngtăctơ: K
- Rơle nhiệt: RN
- Nỳt bấm mở mỏy: M, nỳt bấm dừng mỏy: D
- Động cơ xoay chiều khụng đồng bộ 3 pha rụto lồng súc: M
Nguyờn lý hoạt động:
- Mở mỏy: Đúng Aptụmat AP1, AP2 cấp nguồn cho mạch động lực và mạch điều khiển.
Bấm nỳt bấm M, Cụngtăctơ K cú điện tỏc động và tự duy trỡ bằng tiếp điểm K(3- 5), cỏc tiếp điểm thường mở của Cụngtăctơ K(A1-A2, B1-B2,C1-C2) ở mạch động lực đúng lại, cấp nguồn cho động cơ M làm việc, kết thỳc quỏ trỡnh mở mỏy.
- Dừng mỏy: Để dừng mỏy bấm nỳt bấm dừng D, Cụngtăctơ K mất điện, mở cỏc tiếp điểm Cụngtăctơ K ở mạch động lực ngắt nguồn cấp cho động cơ M, động cơ M dừng.
Ngắt Aptụmat AP1, AP2 ngắt nguồn cấp cho mạch động lực và điều khiển
Cỏc khõu liờn động và bảo vệ:
- Bảo vệ ngắn mạch cho mạch động lực và mạch điều khiển bằng AP1, AP2. - Bảo vệ quỏ tải cho động cơ M bằng rơle nhiệt RN, khi xảy ra quỏ tải rơle nhiệt RN tỏc động, tiếp điểm RN(2-N) ở mạch điều khiển mở ra ngắt nguồn cấp cho
Cụngtăctơ K, mở cỏc tiếp điểm ở mạch động lực của Cụngtăctơ K ngắt nguồn cấp cho động cơ M, động cơ dừng.
- Bảo vệ cực tiểu, bảo vệ điểm khụng bằng tiếp điểm Cụngtăctơ K (3-5).
b. Khởi động từ kộp: điều khiển, vận hành từ xa động cơ điện khụng đồng bộ xoay chiều pha chạy và đảo chiều quay .
Hỡnh 2.27 Mạch điện khởi động từ kộp dựng nỳt bấm đơn
Cỏc thiết bị trong mạch điện: - RN : Rơle nhiệt
- KT : Cụngtăctơ điều khiển động cơ quay thuận
- KN : Cụngtăctơ điều khiển động cơ quay ngược
- AP1 : Aptụmat 3 pha, đúng-cắt nguồn điện mach động lực
- AP2 : Aptụmat 1 pha, đúng-cắt nguồn mạch điều khiển
- D, MT, MN : Nỳt bấm dừng, điều khiển động cơ quay thuận, ngược
- M : Động cơ xoay chiều khụng đồng bộ ba pha rụto lồng súc
Nguyờn lý hoạt động:
- Mở mỏy: Đúng AP1, AP2: Cấp nguồn cho mạch động lực và điều khiển
- Quay thuận: Ấn nỳt MT(3-5), Cụngtăctơ KT cú điện, tỏc động và tự duy trỡ bằng tiếp điểm KT(3-5), cỏc tiếp điểm ở mạch động lực KT(A1-A2; B1-B2; C1-C2) đúng lại cấp nguồn cho động cơ M quay theo chiều thuận.
- Quay ngược: Muốn đảo chiều quay động cơ ta ấn nỳt D(1-3) ngắt điện cấp cho Cụngtăctơ KT mất điện. Ấn nỳt MN(3-9), Cụngtăctơ KN cú điện, tỏc động và tự duy trỡ bằng tiếp điểm KN(3-9), cỏc tiếp điểm ở mạch động lực KN(A1-C2; B1-B2; C1-A2) đúng lại cấp nguồn cho động cơ M quay theo chiều ngược.
Dừng mỏy: Ấn nỳt D(1-3) ngắt điện cấp cho Cụngtăctơ KT (hoặc KN) để cắt nguồn cấp cho động cơ. Ngắt Aptụmat AP1, AP2 ngắt nguồn cấp cho mạch động lực và điều khiển.
Cỏc khõu liờn động và bảo vệ:
- Bảo vệ ngắn mạch động lực và điều khiển bằng AP1, AP2. - Bảo vệ quỏ tải cho động cơ bằng rơle nhiệt RN.
- Bảo vệ trỏnh làm việc đồng thời khi đảo chiều quay bằng cỏc tiếp điểm thường kớn của cỏc Cụngtăctơ KT(9-11), KN(5-7).
- Bảo vệ cực tiểu bảo vệ điểm 0 (khụng tự mở mỏy) bằng cỏc tiếp điểm của cỏc Cụngtăctơ KT(3-5), KN(3-9).
4. Cỏch lựa chọn khởi động từ
Hiện nay động cơ khụng đồng bộ ba pha rụto lồng súc cú cụng suất từ 0,6 đến