Contactor hay còn gọi là khởi động từ, là khí cụ điện hạ áp, thực hiện việc đóng ngắt thường xuyên các mạch điện động lực có dòng điện ngắt không vượt quá giới hạn dòng điện quá tải của mạch điện. Việc đóng cắt công tắc tơ có tiếp điểm có thể được thực hiện bằng nam châm điện. Thủy lực hay khí nén. Thông thường ta gặp loại đóng cắt bằng nam châm điện hay một cách gọi khác là contactor điện từ.
•Công dụng:
Contactor dùng để đóng cắt từ xa, tự động hoặc bằng nút ấn các mạch điện lực có phụ tải, điện áp lên đến 500v, dòng điện đến 600A, tần số đóng cắt đến 1500 lần/giờ. Theo nguyên lý truyền động có contactor kiểu điện từ, kiểu hơi ép, kiểu thuỷ lực. Theo dạng dòng điện có contactur một chiều, xoay chiều. Theo kết cấu có công tắc tơ dùng ở nơi hạn chế chiều cao VD: điện gầm xe), hạn chế chiều rộng (VD: ở buồng xe điện).
•Cấu tạo:
Contactor được cấu tạo gồm các thành phần: cuộn dây điện áp, mạch từ hở (động và tính), lò so phản hồi của nam châm và các tiếp điểm, tiếp điểm thường đóng, tiếp điểm thường mở (chính và phụ), hệ thống liên động cơ, bộ phận dập hồ quang và vỏ, vỏ cách điện...v.v
- Nam châm điện được cấu tạo từ + Cuộn dây tạo ra lực hút nam châm
+ Lõi sắt (hay mạch từ) của nam châm bao gồm hai thành phần: phần cố định và phần nắp di động. Lõi thép nam châm có thể dạng EE, EI, CI.
+ Lò xo phản lực có tác dụng đẩy phần nắp di động trở về vị trí ban đầu khi ngừng cung cấp điện vào cuộn dây.
- Hệ thống dập hồ quang điện.
Khi contactor chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm các tiếp điểm bị cháy, mòn đầu. Vì vậy cần có hệ thống dập hồ quang gồm nhiều vách ngăn làm kim loại đặt cách hai bên tiếp điểm tiếp xúc nhau, nhất là ở các tiếp điểm chính ở contactor.
Hệ thống tiếp điểm liên hệ với phần lõi từ di động qua bộ phận liên động về cơ. Tuỳ theo khả năng tải dẫn qua tiếp điểm, ta có thể chia các tiếp điểm của contactor thành hai loại.
+ Tiếp điểm chính: Có khả năng cho dòng điện lớn qua (từ 10A đến vài nghìn A, ví dụ từ 1600A hay 2500A). Tiếp điểm chính là tiếp điểm thường mở và đóng lại khi cấp nguồn vào mạch từ của contactor làm mạch từ hút đóng lại.
+ Tiếp điểm phụ: Có khả năng cho dòng điện đi qua các tiếp điểm nhỏ hơn 5A. Tiếp điểm phụ có hai trạng thái thường đóng và thường mở. Tiếp điểm thường mở là loại tiếp điểm ở trạng thái đóng (nó liên lạc với nhau giữa hai tiếp điểm) khi cuộn dây nam châm trong contactor ở trạng thái nghỉ (không được cung cấp điện), tiếp điểm này ở ra khi contactor có điện. Ngược lại là tiếp điểm thường mở. Như vậy hệ thống tiếp điểm chính thường được lắp trong hệ thống mạch điều khiển ( dùng điều khiển việc cung cấp điện đến cac cuộn dây nam châm của contactor theo quy trình định trước).
Theo một số kết cấu thông thường của Contactor, các tiếp điểm phụ có thể được liên kết cố định về số lượng trong mỗi bộ contactor. Tuy nhiên cũng có một số nhà sản xuất chỉ bố trí cố định số tiếp điểm chính trên mỗi contactor, còn các tiếp điểm phụ được chế tạo thành những khối rời riêng lẻ. Khi cần sử dụng ta chỉ ghép thêm vào trên contactor, số lượng tiếp điểm phụ trong trường hợp này có thể bố trí tuỳ ý.
Hình 3.2. Công tắc tơ xoay chiều và một chiều
•Nguyên lý làm việc:
Khi cấp nguồn điện bằng giá trị điện áp định mức của contactor vào hai đầu cuộn dây cuốn trên lõi từ cố định thì lực hút tạo ra hút phần lõi từ di động hình thành mạch từ kín lực từ lớn hơn phản lực của lò xo, contactor ở trạng thái hoạt động. Lúc này nhờ các bộ phận liên quan liên động về cơ giữa lõi từ di động và hệ thống tiếp điểm
làm cho tiếp điểm chính đóng lại, tiếp điểm phụ chuyển đổi trạng thái. Nếu là tiếp điểm thường mở thì khi được cấp điện sẽ đóng lại còn tiếp điểm thường đóng sẽ mở ra. Khi ngừng nguồn cấp cho cuộn dây thì lực lò xo sẽ đẩy làm cho các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu
•Một số hình ảnh mô tả về contactor:
Hình 3.3. Hình ảnh mô tả công tắc tơ
Contactor được chọn theo điều kiện như sau:
+ Động cơ nâng-hạ gàu
��� = (1,2 ÷ 1,5)��� = 1,2. ��� = 1,2.356,2266 = 438,2719(�)
Lựa chọn contactor LS 3P MC-500AHình 9 Các laoị máy xúc
+ Động cơ đẩy tay gàu
��T = 1,2. ��� = 1,2.83,48037 = 100,1764493[�]
Lựa chọn contactor Mitsu 3P,125A
+ Động cơ quay bàn
��T = 1,2. ��� = 1,2. 104,350468 = 125,22056[�]
Lựa chọn contactor Schneider 3P 150A
+ Động cơ di chuyển máy xúc
��T = 1,2. ��� = 1,2. 83,48037 = 100,17644493[�]
+ Động cơ đóng mở gàu
��T = 1,2. ��� = 1,2.2,295710 = 2,754852 [�]
Lựa chọn contactor LS3P,MC, 6A
3.2.3 Tính toán lựa chọn Rơ le Nhiệt
Rơ le nhiệt (hay còn gọi là Relay nhiệt, Role nhiệt) là một loại thiết bị điện dùng để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi bị quá tải, thường dùng kèm với Contactor (Khởi động từ). Rơ le nhiệt có chức năng tự động đóng cắt tiếp điểm nhờ sự co dãn vì nhiệt của các thanh kim loại.
Cấu tạo và công dụng:
- Công dụng: Để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi bị quá tải, Rơ le thường dùng với contactor để tạo thành mạch khởi động từ, được chế tạo với điện áp xoay chiều chiều 500 v, f = 50 hz; điện áp một chiều đến 400 v dòng điện tới 150A.
- Cấu tạo: gồm phần tử phát nóng được mắc nối tiếp với mạch động lực bởi vít 2 và ôm phiến lưỡng kim kép 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 xoáy quanh trục 4, tùy theo trị số dòng điện chạy qua phần tử đốt nóng mà thanh lưỡng kim cong nhiều hay ít, đẩy vào vít 6 làm xoay giá 5 để mở ngàm đòn bảy 9. Nhờ tác dụng của lò xo 8,dẩy đòn bẩy 9 xoáy quanh trục 7 ngược chiều kim đồng hồ làm mở tiếp điểm động 11 ra khỏi tiếp điểm tĩnh 12. Nhấn nút reset role nhiệt về vị trí ban đầu sau khi phiến lưỡng kim đã nguội trở về vị trí ban đầu.
Hình 3.4. Cấu tạo rơle nhiệt
Rơ le nhiệt gồm hai mạch điện độc lập:
Mạch động lực có dòng điện phụ tải đi qua, phần tử phát nóng được đấu nối trực tiếp với mạch động lực bởi hai vít cấy và ôm lấy phiến kim loại kép. Vít cấy trên giá
nhựa cách điện dùng để điều chỉnh mức độ uốn cong gần xa của đầu tự do của phiếu kim loại.
Mạch điều khiển ngắt điện cuộn dây điều khiển, tiếp điểm thường đóng phục hồi bằng tay của Rơ le nhiệt được mắc trong mạch điều khiển.
Phân loại:
Theo kết cấu role nhiệt chia làm hai loại là kiểu kín và kiểu hở Theo yêu cầu sử dụng chia làm hao loại là một cực và hai cực Theo phương tức đối nóng:
- Đốt nóng trực tiếp: dòng điện đi qua trực tiếp tấm kim làm việc loại kép. Loại này có kết cấu đơn giản, nhưng khi thay đổi dòng điện định mức thì phải thay đổi tấm kim loại kép, loại này không tiện dụng
- Đốt nóng gián tiếp: dòng điện đi qua phần tử đốt nóng độc lập, nhiệt lượng tỏa ra gián tiếp làm tám lưỡng kim cong lên. Loại này có ưu điểm là muốn thay đổi dòng điện định mức ta chỉ cần thay đổi phần tử đốt nóng. Nhược điểm của loại này là khi có quá tải lớn, phần tử đốt nóng có thể đạt đến nhiệt đọ cao nhưng vì không khí truyền nhiệt kém nên tấm kim loại chưa kịp tác động mà phần tử đốt nóng đã bị cháy đứt.
- Đốt nóng hỗn hợp: loại này tương đối tốt vì vừa đốt nóng trực tiếp vừa đốt nóng gián tiếp. Nó có tính ổn định nhiệt tương đối cao và có thể làm việc với bội số quá tải tương đối lớn.
* Nguyên lý làm việc:
Nguyên lý chung là dựa trên cơ sở tác động nhiệt của dòng điện, do có sự giãn nở khác nhau của hai thanh kim loại có hệ số giãn nở vì nhiệt khác nhau được gắn chặt với nhau, khi bị đốt nóng, phiến kim loại kép này bị uốn cong về phía kim loại có hệ số giãn nở nhiệt bé.
Nếu dòng điện qua phần tử phát nóng lớn quá giá trị cho phép làm phiến kim loại kép cong nhiều đẩy vào vít mở ngàm đòn bẩy. Dưới tác dụng của lò xo, tiếp điểm động và tĩnh tách khỏi nhau. Điều chỉnh vít cấy điều chỉnh để thay đổi dòng tác động. Nút ấn để phục hồi Rơ le nhiệt về vị trí ban đầu khi miếng kim loại kép nguội trở lại.
Điều kiện chọn:
Đặc tính cơ bản của role nhiệt là quan hệ giữa dòng điện phụ tải chạy qua và thời gian tác động của nó (gọi là đặc tính thời gian – dòng điện, A– s). Mặt khác để đảm bảo yêu cầu giữ được tuổi thọ lâu dài của thiết bị theo đúng số liệu kĩ thuật đã cho của nhà sản xuất, các đối tượng bảo vệ cũng cần đặc tính thời gian dòng điện.
Lựa chọn đúng role là sao cho đường đặc tính A - s của role gần sát đường đặc tính A – s của đối tượng cần bảo vệ. Nếu chọn thấp quá sẽ không tận dụng được công suất của động cơ điện, chon cao quá sẽ làm giảm tuổi thọ của đối tượng cần được bảo vệ.
Trong thực tế sử dụng, cách lựa chọn phù hợp là chọn dòng điện định mức, mức của rơ le nhiệt bằng dòng định mức của động cơ điện cần bảo vệ và Rơ le tác động ở
giá trị: Itđ = (1,1 ÷ 1,3) Iđm. Bên cạnh đó chế đọ làm việc của phụ tải với môi
trường xung quanh phải được xem xét.
Ngoài ra tuỳ theo chế độ làm việc của phụ tải là liên tục hay ngắn hạn mà ta cần xét đến hàng số thời gian phát nóng của Rơ le khi có quá tải liên tục hay ngắn hạn. Khi nhiệt độ môi trường xung quanh thay đổi, dòng điện tác động của Rơ le cũng thay đổi theo, làm cho chức năng bảo vệ kém chính xác. Thông thường nếu nhiệt độ môi trường tăng, dòng điện tác động giảm thì ta phải hiệu chỉnh lại bằng núm điều chỉnh.
Một số hình ảnh mô tả Rơ le nhiệt:
Hình 3.6. Hình ảnh mô tả rơle
Relay nhiệt được chọn theo điều kiện như sau: + Động cơ nâng hạ gàu
��� = (1,2 ÷ 1,5)��� = 1,3. ��� = 1,3. 356,2266 = 463,09458(�)
Chọn Relay cắt chịu dòng 500A
+ Động cơ đẩy tay gàu
���= 1,3. ��� = 1,3. 83,48037 = 108,524481 (�)
Chọn Relay cắt chịu dòng 125A
+ Động cơ quay bàn
���= 1,3. ��� = 1,3. 104,350468 = 135,6556 (�)
Chọn Relay chịu cắt dòng 150A
+ Động cơ di chuyển máy xúc
���= 1,3. ��� = 1,3. 83,48037 = 108,524481 (�)
Chọn Relay chịu cắt dòng 125A
+ Động cơ đóng mở gàu
���= 1,3. ��� = 1,3. 2,295710 = 2,984423(�)
3.2.4 Thiết kế sơ đồ mạch lực và mạch điều khiển
Ở đây ta sử dụng phần mềm EPLAN Electric để thiết kế mạch cho hệ thống.
Hình 3.7. Hình ảnh phần mềm Eplan electric P8
-Sơ đồ mạch động lực:
Động cơ 2 bánh xích
Động cơ cần và động cơ gàu
Hình 3.8. Sơ đồ mạch động lực
Khí cụ mạch động lực gồm:
- 1 MCCB 3 pha - 6 Relay nhiệt
- 12 bộ tiếp điểm Contactor - 3 đèn báo pha
- 6 động cơ 1 chiều - Sơ đồ mạch điều khiển:
Đèn báo chế độ hoạt động
Hình 3.10. Sơ đồ đi dây đèn báo
Khí cụ điện mạch động lực:
- 12 contactor điều khiển hệ thống - 12 nút nhấn điều khiển on/off
- 15 bóng đèn ( báo pha, báo lỗi, trạng thái hoạt động từng chế độ)
3.3 Giải thích nguyên lý mạch
Khi ta bậc MCCB và CB mạch có điện
- Điều khiển bánh xích 1: Khi ta nhấn nút T1( động cơ bánh xích 1 quay thuận) (đèn báo
trạng thái D1 sáng), cuộn coil contactor K11 có điện sẽ hút tiếp điểm động lực K11 làm cho động cơ quay thuận ( bánh xích 1 quay thuận ), và tiếp điểm NC nút nhấn T1 (bên contactor K12) sẽ mở ra ngắn nguồn điện vào K12 tránh trường hợp tác động L1 contactor có điện sẽ sãy ra hiện tượng ngắn mạch, nhả bút nhấn T1 động cơ bánh xích 1 dừng. Nhấn vào nút nhấn L1 (động cơ bánh xích 1 quay nghịch) (đèn báo trạng thái D1 sáng), cuộn coil contactor K12 có điện sẽ hút tiếp điểm động lực K12 làm cho động cơ quay nghịch ( bánh xích 1 quay nghịch ), và tiếp điểm NC nút nhấn L1 (bên contactor K11) sẽ mở ra ngắn nguồn điện vào K11 tránh trường hợp tác động T1 contactor K11 có điện sẽ sãy ra hiện tượng ngắn mạch, nhả nút nhấn L1 động cơ bánh xích 1 dừng.
- Điều khiển bánh xích 2: khi ta nhấn nút T2( động cơ bánh xích 2 quay thuận) (đèn báo
trạng thái D2 sáng), cuộn coil contactor K21 có điện sẽ hút tiếp điểm động lực K21 làm cho động cơ quay thuận ( bánh xích 2 quay thuận ), và tiếp điểm NC nút
nhấn T2 (bên contactor K22) sẽ mở ra ngắn nguồn điện vào K22 tránh trường hợp tác động L2 contactor K22 có điện sẽ sãy ra hiện tượng ngắn mạch, nhả bút nhấn T2 động cơ bánh xích 2 dừng. Nhấn vào nút nhấn L2(động cơ bánh xích 2 quay nghịch) (đèn báo trạng thái D2 sáng), cuộn coil contactor K22 có điện sẽ hút tiếp điểm động lực K22 làm cho động cơ quay nghịch ( bánh xích 2 quay nghịch ), và tiếp điểm nút nhấn L2 (bên contactor K21) sẽ mở ra ngắn nguồn điện vào K21 tránh trường hợp tác động T2 contactor K21 có điện sẽ sãy ra hiện tượng ngắn mạch, nhả nút nhấn L2 động cơ bánh xích 2 dừng.
- Điều khiển xoay sang phải - trái:: khi ta nhấn nút P1( động cơ quay thuận) (đèn báo
trạng thái D3 sáng), cuộn coil contactor K31 có điện sẽ hút tiếp điểm động lực K31 làm cho động cơ quay thuận (máy xúc sẽ quay quay thuận ), và tiếp điểm NC nút nhấn T1 (bên contactor K12) sẽ mở ra ngắn nguồn điện vào K32 tránh trường hợp tác động TR2 contactor K32 có điện sẽ sãy ra hiện tượng ngắn mạch, nhả bút nhấn TR2 động cơ dừng. Nhấn vào nút nhấn TR2(động cơ quay nghịch) (đèn báo trạng thái D3 sáng), cuộn coil contactor K32 có điện sẽ hút tiếp điểm động lực K22 làm cho động cơ quay nghịch ( máy xúc sẽ quay sang trái quay nghịch ), và tiếp điểmNC nút nhấn TR2 (bên contactor K31) sẽ mở ra ngắn nguồn điện vào K21 tránh trường hợp tác động P1 contactor K31có điện sẽ sãy ra hiện tượng ngắn mạch, nhả bút nhấn TR2 động cơ dừng.
- Điều khiển Nâng – Hạ: Khi ta nhấn nút N ( động cơ quay thuận) (đèn báo trạng thái
D4 sáng), cuộn coil contactor K41 có điện sẽ hút tiếp điểm động lực K41 làm cho động cơ quay thuận (cần sẽ nâng lên ), và tiếp điểm NC nút nhấn N (bên contactor K42) sẽ mở ra ngắn nguồn điện vào K42 tránh trường hợp tác động H contactor có điện sẽ sãy ra hiện tượng ngắn mạch, nhả bút nhấn N động cơ nâng cần dừng. Nhấn vào nút nhấn H (động cơ quay nghịch) (đèn báo trạng thái D4 sáng), cuộn coil contactor K42 có điện sẽ hút tiếp điểm động lực K42 làm cho động cơ quay nghịch ( cần hạ xuống ), và tiếp điểm NC nút nhấn H (bên contactor K41) sẽ mở ra ngắn nguồn điện vào K41 tránh trường hợp tác động H contactor K41 có điện sẽ sãy ra hiện tượng ngắn mạch, nhả nút nhấn H động cơ nâng hạ dừng.
- Điều khiển lên - xuống: Khi ta nhấn nút L ( động cơ quay thuận) (đèn báo trạng thái
D5 sáng), cuộn coil contactor K51 có điện sẽ hút tiếp điểm động lực K51 làm cho động cơ quay thuận (gầu đào nâng lên), và tiếp điểm NC nút nhấn L (bên contactor K52) sẽ mở ra ngắn nguồn điện vào K52 tránh trường hợp tác động nút nhấn X contactor K52 có điện sẽ sãy ra hiện tượng ngắn mạch, nhả nút nhấn L động cơ gầu đào dừng. Nhấn vào nút nhấn X (động cơ gầu đào quay nghịch) (đèn báo trạng thái D5 sáng), cuộn coil contactor K52 có điện sẽ hút tiếp điểm động lực K52 làm cho động cơ quay nghịch ( gầu đào hạ xuống ), và tiếp điểm NC nút nhấn X (bên contactor K51) sẽ mở ra ngắn nguồn điện vào K51 tránh trường hợp tác động L contactor K11 có điện sẽ sãy ra hiện tượng ngắn mạch, nhả nút nhấn X động cơ nâng hạ dừng.
- Điều khiển đóng - mở: Khi ta nhấn nút D ( động cơ quay thuận) (đèn báo trạng thái D6
sáng), cuộn coil contactor K61 có điện sẽ hút tiếp điểm động lực K61 làm cho động cơ