Các thiết bị đóng cắt và bảo vệ

3.7.1 Lựa chọn aptomat

a) Khái niệm

Aptomat là tên thường gọi của thiết bị đóng cắt tự động (cầu dao tự động). Trong tiếng Anh thiết bị đóng cắt là Circuit Breaker (viết tắt là CB). Aptomat có chức năng bảo vệ quá tải và ngắn mạch trong hệ thống điện. Một số dòng Aptomat có thêm chức năng bảo vệ chống dòng rò được gọi là aptomat chống rò hay aptomat chống giật. Aptomat được phân chia ra nhiều loại theo chức năng, hình dạng, kích thước khác nhau.

Hình 3. 15 Các loại aptomat

b) Cấu tạo và nguyên lí hoạt động

-Nguyên lý hoạt động: Người ta cho 2 dây mát và lửa của dòng điện đi qua 1 cuộn cảm (cuộn dây) tên tiếng anh Là ZTC ( Zero cureent transformer) . Đây giống như 1 cái biến thế thông thường với cuộn sơ cấp 1 vòng dây( chính là 2 dây mát và lửa đi qua tâm biến thế) và cuộn thứ cấp vài chục vòng dây, biến thế này to bằng cái nhẫn cưới. Như chúng ta biết: dòng điện đi ra ở dây nóng về ở dây mát ( và ngược lại: ra mát về nóng) là ngược chiều nhau, có nghĩa là từ trường biến thiên chúng sinh ra trong cuộn dây là ngược chiều nhau, nếu 2 dòng điện này bằng nhau, 2 từ trường biến thiên sẽ triệt tiêu nhau làm điện áp ra của cuộn thứ cấp biến dòng = 0. nếu điện áp qua 2 dây bị dò, dòng điện trên 2 dây khác nhau,hai từ trường biến thiên sinh ra trong cuộn dây khác nhau làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trên cuộn dây, dòng điện này được kiểm tra xem có lớn hơn dòng rò an toàn không? Nếu lớn hơn tỉ dụ là 30 mA thì thiết bị sẽ cấp điện cho triac cấp điện cho cuộn hút của Aptomat.

c) Lựa chọn aptomat

Việc lựa chọn aptomat, chủ yếu dựa vào: dòng điện tính toán đi trong mạch; dòng điện quá tải; tính thao tác có chọn lọc.

Ngoài ra lựa chọn Aptomat còn phải căn cứ vào đặc tính làm việc của phụ tải và Aptomat không được phép cắt khi có quá tải ngắn hạn ( thường xảy ra trong điều khiện làm việc bình thường như dòng điện khởi động, dòng điện đỉnh trong phụ tải công nghệ)

Yêu cầu chung là dòng điện định mức của mức bảo vệ Iap không được bé hơn dòng điện tính toán của mạch:

Iap ≥ Itt

Tùy theo đặc tính và điều kiện làm việc cụ thể của phụ tải, người ta hướng dẫn lựa chọn dòng điện định mức của móc bảo vệ bằng 125%, 150% hay lớn hơn nữa so với dòng điện tính toán của mạch.

Chọn Aptomat cho động cơ băng tải có : - công suất tiêu thụ là: 2kW

-cosphi = 0,85.

-Dòng điện của động cơ: IĐC=

3. .cos

P

U  ⁼

2000

Iap=(1,2-1,5)Itt

Ta tính được: Ict=1,4*3.3=4,62A

Do đó ta chon loại Aptomat có dòng định mức là 6A

Hình 3. 16 Aptomat LS BKN 6A 6kA 3P

Thông số kĩ thuật: Dòng điện : 6A Dòng cắt : 6kA Số cực : 3p

Điện áp ngõ vào : 3 pha Hãng sản xuất : LS BKN

3.7.2 Lựa chọn role trung gian

a) Cấu tạo của role trung gian

Thiết bị nam châm điện này có thiết kế gồm l i thép động, l i thép tĩnh và cuộn dây. Cuộn dây bên trong có thể là cuộn cường độ, cuộn điện áp, hoặc cả cuộn điện áp và cuộn cường độ. L i thép động được găng bởi lò xo c ng định vị bằng một vít điều chỉnh. Cơ chế tiếp điểm bao gồm tiếp điểm thuận và tiếp điểm nghịch.

Hình 3. 17 Rơ le 24vDC 8 Chân

b)Nguyên lý hoạt động của rơ le trung gian:

Khi có dòng điện chạy qua rơ le, dòng điện này sẽ chạy qua cuộn dây bên trong và tạo ra một từ trường hút. Từ trường hút này tác động lên một đòn bẩy bên trong làm thay đổi trạng thái các tiếp điểm của rơ le.

Ứng dụng: Rơle trung gian làm chức năng thực hiện các theo tác trung gian, hoặc đi đóng cắt cuộn dây khống chế của contactor, aptômat hoặc máy cắt điện.

Bảng 3 6 Thông số kỹ thuật một sô loại Relay

Số cặp tiếp điểm

Thông sốcủa tiếp điểm Điện áp của cuộn dây Tải trở Tải cảm ứng DPDT (2) 5A, 220VAC 5A, 24 VDC 2A, 220VAC 2A, 24 VDC AC 100/110 AC 100/110 DC 24 DC 12 4PDT (4) 3A, 220 VAC 3A, 24 VDC 0, 8A, 220 VAC 1, 5A, 24 VDC AC 100/110 AC 220/240 DC24 DPDT (2) 5A, 220VAC 5A, 24VDC 2A, 220VAC 2A, 24VDC AC 100/110 có đèn hiển thị AC 220/240 có đèn hiển thị DC 24 có đèn hiển thị

c) Lựa chọn role trung gian Sử dụng role RJ2S-CL-D24

Hình 3. 18 Rơ le trung gian RJ2S CL D24 Bảng 3 7 Thông só Role RJ2S CL D24

Loại rơ le Role 8 chân

Điện áp 24 VDC

Dòng định mức 6A

Tiếp điểm 2NO + 2NC

Báo hiệu kiểm tra Có đèn báo và chốt kiểm tra

3.7.3 Lựa chon contactor

Contactor là một khí cụ điện dùng để đóng ngắt các tiếp điểm, khi sử dụng contactor ta có thể điều khiển mạch điện từ xa có phụ tải với điện áp định mức lên đến 500V, dòng định mức 780A.

Hình 3. 19 Contactor – Khởi động từ

a)Cấu tạo

Hình 3. 20 cấu tạo contactor

-Cấu tạo contactor:

Contactor bao gồm 3 bộ phận chính:

- Nam châm điện: gồm có các chi tiết: Cuộn dây dùng tạo ra lực hút nam châm; Lõi sắt; Lò xo tác dụng đẩy phần nắp trở về vị trí ban đầu.

-Hệ thống dập hồ quang: Khi chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm các tiếp điểm bị cháy và mòn dần, vì vậy cần hệ thống dập hồ quang.

+Tiếp điểm chính: Có khả năng cho dòng điện lớn đi qua. Tiếp điểm chính là tiếp điểm thường hở đóng lại khi cấp nguồn vào mạch từ của contactor trong tủ điện làm mạch từ hút 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 đóng là loại tiếp điểm ở trạng thái đóng (có 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 mở ra khi contactor ở trạng thái hoạt động. Ngược lại là tiếp điểm thường mở.

Như vậy, hệ thống tiếp điểm chính thường được lắp trong mạch điện động lực, còn các tiếp điểm phụ sẽ lắp trong hệ thống mạch điều khiển của Contactor.

b) Nguyên lí hoạt động

Khi cấp nguồn trong mạch điện điều khiển bằng với giá trị điện áp định mức của

Contactor vào hai đầu cuộn dây quấn trên phần lõi từ đã được cố định trước đó thì lực từ sinh ra sẽ hút phần lõi từ di động và hình thành mạch từ kín (lúc này lực từ sẽ lớn hơn phản lực của lò xo). Contactor bắt đầu trạng thái hoạt động.

Nhờ bộ phận liên động về cơ giữa lõi từ di động và hệ thống tiếp điểm sẽ làm cho tiếp điểm chính đóng lại và tiếp điểm phụ chuyển đổi trạng thái (khi thường đóng sẽ mở ra và khi thường hở sẽ đóng lại), trạng thái này sẽ được duy trì. Khi nguồn điện ngưng cấp cho cuộn dây thì contactor ở trạng thái nghỉ và các tiếp điểm lại trở về trạng thái ban đầu. c) Phân loại contactor

Có nhiều cách phân loại contactor:

- Theo nguyên lý truyền động: Ta có contactor kiểu điện từ, kiểu hơi ép, kiểu thủy lực,… Thường thì ta gặp contactor kiểu điện từ.

- Theo dạng dòng điện: Contactor điện một chiều và contactor điện xoay chiều.

- Theo kết cấu: Người ta phân contactor dùng ở nơi hạn chế chiều cao (như bảng điện ở gầm xe) và ở nơi hạn chế chiều rộng (ví dụ buồng tàu điện).

- Theo dòng điện định mức: Contactor 9A, 12A, 18A,.... 800A hoặc lớn hơn.

- Theo cấp điện áp: Contactor trung thế, contactor hạ thế.

- Theo điện áp cuộn hút: Cuộn hút xoay chiều 220VAC, 380VAC,... cuộn hút 1 chiều 24VDC, 48VDC,...

- Theo chức năng chuyên dụng: Một số hãng chế tạo contactor chuyên dụng cho một ứng dụng đặc thù ví dụ contactor chuyên dùng cho tụ bù của hãng Schneider,...

d) Lựa chọn contactor

Để lựa chọn contactor phù hợp cho động cơ ta phải dựa vào những thông số cơ bản như : Uđm, P , Cosphi

Iđm = Itt x 2 Iccb = Iđm x 2

Ict = ( 1,2 – 1,5 ) Iđm

Lựa chọn contactor với tải động cơ băng tải 3P, 380V, 2KW: Tính toán dòng định mức theo công thức như sau:

Iđm = P / ( 1.73 x 380 x 0.85 ) ở đây hệ số cosphi là 0.85. Ta tính được: Iđm = 2000 / ( 1.73 x 380 x 0.85 ) = 3.41A Ict = ( 1,2 -1,4 ) Iđm.

Ta tính được: Ict = 1,4 x 3.41 = 4.75 A

Nên chọn Contactor có dòng lớn hơn dòng tính toán. Chọn loại có dòng 6A

Bảng 3 8 Thông số kĩ thuật Contartor LD 3P 6A Mã sản phẩm: MC-6a Số cực: 3 Dòng định mức: 6A Công suất: 2.5kW Tiếp điểm phụ: 1a Cuộn hút: 220V, 380V,... Kích thước:

Điện áp hoạt động: 690VAC Điện áp thử nghiệm xung

(Uimp): ^6kV

Độ bền cơ học: 2.5 triệu lần đóng cắt Tiêu chuẩn: IEC 60947

3.7.4 Lựa chọn role nhiệt

Rơ le nhiệt là khí cụ điện có chức năng tự động đóng cắt tiếp điểm khi có nhiệt tác động lên các thanh kim loại và làm chúng giãn nở. Khí cụ điện này được ứng dụng trong đa dạng các hệ thống điện khác nhau từ dân dụng đến công nghiệp. Trong hệ thống điện, rơ le nhiệt đóng vai trò bảo vệ quá tải cho các thiết bị điện và hệ thống điện được hoạt động ổn định. Khởi động từ và rơ le nhiệt là một bộ đôi thiết bị bảo vệ chắc chắn cho toàn bộ mạng lưới điện của hệ thống.

a)Cấu tạo

Hình 3. 23 Cấu tạo rơ le nhiệt

Rơ le nhiệt cũng như các thiết bị điện khác được cấu tạo từ những bộ phận khác nhau gồm:

– Gồm một đầu cảm nhiệt chứa môi chất dễ bay hơi để lấy tín hiệu nhiệt độ buồng lạnh biến thành tín hiệu áp suất.

– Hộp xếp dùng để chuyển tín hiệu áp suất ra độ giãn nở cơ học của hộp xếp, vì giữa hộp xếp và đầu cảm nhiệt có ống dẫn.

– Cơ cấu đòn bẩy để biến độ giãn nở hộp xếp ra động tác đóng ngắt tiếp điểm cho một cách dứt khoát.

– Có thêm hệ thống lò xo và vít điều chỉnh nhiệt độ từ chế độ ít lạnh nhất đến lạnh nhất. b) Nguyên lí hoạt động

Phần tử cơ bản rơle nhiệt là phiến kim loại kép (bimetal) cấu tạo từ hai tấm kim loại, một tấm hệ số giãn nở bé (thường dùng invar có 36% Ni, 64% Fe) một tấm hệ số giãn nở lớn (thường là đồng thau hay thép crôm – niken, như đồng thau giãn nở gấp 20 lần invar). Hai phiến ghép lại với nhau thành một tấm bằng phương pháp cán nóng hoặc hàn. Khi đốt nóng do dòng I phiến kim loại kép uốn về phía kim loại có hệ số giãn nở nhỏ hơn, có thể dùng trực tiếp cho dòng điện qua hoặc dây điện trở bao quanh. Để độ uốn

cong lớn yêu cầu phiến kim loại phải có chiều dài lớn và mỏng. Nếu cần lực đẩy mạnh thì chế tạo tấm phiến rộng, dày và ngắn.

c) Lựa chọn role nhiệt

Khi lựa chọn role nhiệt các thông số cần quan tâm – Dòng làm việc

– Dòng sản phẩm phù hợp với contactor (mỗi loại rơ le nhiệt tương thích với một dòng contactor tương ứng, nhà sản xuất đã có khuyến cáo lựa chọn ngay trên catalogue sản phẩm)

Tương tự như tính toán dòng cho chọn contactor, ta tính toán dòng định mức, sau đó chọn như sau:

– Idm = Itt x 2 – Iccb = Idm x 2 – Ict = (1,2-1,5)Idm

Có tải động cơ 3 pha, 380V, 2kW nên ta chọn role nhiệt của Schneider LRD có dải điều chỉnh 2,5-4,1A

Rơ le nhiệt RN 2,5-4,1A

3.7.5 Nút ấn

dụng cụ báo hiệu và cũng để chuyển đổi các mạch điện điều khiển, tín hiệu liên động bảo vệ. Nút ấn có thể chịu được mức điện áp 440V ở mạch điện 1 chiều và 500V ở mạch điện xoay chiều tần số 50÷60Hz.

Nút ấn thường được đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút ấn. Nút ấn thường được nghiên cứu, chế tạo làm việc trong môi trường không ẩm ướt, không có hơi hóa chất và bụi bẩn. Nút ấn có thể bền tới 1. 000. 000 lần đóng không tải và 200. 000 lần đóng ngắt có tải. Khi thao tác ấn nút cần phải dứt khoát để mở hoặc đóng mạch điện.

Hình 3. 24 Một số loại nút ấn

Cấu tạo:

Nút ấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường hở – thường đóng và vỏ bảo vệ. Khi tác động vào nút ấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái, khi không còn tác động, các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu.

Phân loại theo chức năng trạng thái hoạt động của nút ấn, có các loại: nút ấn đơn, nút ấn kép

Phân loại theo yêu cầu điều khiển: -Một nút

-Hai nút -Ba nút

3.7.6 Đèn báo

Đèn báo được sử dụng để hiển thị các trạng thái, tín hiệu hoạt động của hệ thống. Phân loại đèn báo:

+Theo nguồn cấp: Đèn báo xoay chiều và đèn báo một chiều. +Theo màu sắc: Có nhiều loại màu như Xanh, Đỏ, Vàng, Trắng, …

Một số loại đèn báo

3.8 Mạch điều khiển trung tâm 3.8.1 Sơ đồ hoạt động của hệ thống 3.8.1 Sơ đồ hoạt động của hệ thống

-Hệ thống điều khiển sẽ gồm có:

+Thiết bị đầu vào: nút nhấn, cảm biến.

+Thiết bị điều khiển: bộ điều khiển lập trình PLC. +Thiết bị đầu ra: rơ-le, van khí nén.

+Nguyên lý hoạt động: Bộ xử lý trung tâm PLC nhận tín hiệu đầu vào từ nút nhấn, cảm biến, sau đó tiến hành xử lý tín hiệu, lập trình điều khiển, xuất tín hiệu điều khiển động cơ DC, xy lanh khí nén thông qua rơ-le, van khí nén.

3.8.2 Sơ đồ mạch lực

3.8.3 Bản vẽ tủ điện

CHƯƠNG 4 : LẬP TRÌNH VÀ MÔ TẢ HỆ THỐNG 4.1 Sơ đồ khối hệ thống

Hình 4. 1 Sơ đồ khối hệ thống

4.1.1 Khối chiết rót

Bộ phận chiết rót gồm có: cảm biến hồng ngoại, động cơ bơm nước AC 220V 3500L/h, bồn chứa nước

Nguyên lý hoạt động của bộ phận chiết rót:

Khi có chai rổng đi vào vị trí rót nước, cảm biến hồng ngoại phát hiện gửi tín hiệu điều khiển cho PLC điều khiển máy bơm hoạt động và kết thúc quá trình bơm nước.

4.1.2 Khối cấp nắp

cấp nắp thì mâm xoay đưa chai đến vị trí đóng nắp.

4.1.3 Khối đóng nắp

Cảm biến đóng nắp chai sẽ nhận biết có chai tới, xi – lanh nắp sẽ

đẩy động cơ nắp xuống và động cơ sẽ đóng nắp cho chai.sau thời gian trễ thì nâng tay đóng nắp về vị trí ban đầu

4.1.4 Khối phân loại

Khi chai đến vị trí phân loại cảm biến chai ra hoạt động, cảm biến mức nước và cảm biến nắp chai sẽ kiểm tra chai

4.1.5 khối xử lí trung tâm

Có chức năng nhận, xử lý thông tin và điều khiển các khối khác.

Nhóm chọn PLC S7-1212c DC/DC/DC và modun 6ES7223 của hãng Siemen có thể nói là đáp ứng được với yêu cầu của nhóm, đồng thời với thiết kế nhỏ gọn, phần mềm lập trình Tia Portal dễ sử dụng cùng v ới khả năng mở rộng IO, giao diện thiết kế SCADA với kho thư viện phong phú nên đây sẽ là lựa chọn thích hợp nhất.

Bảng thông tin modun 6ES7223

Catalog PLC S7-1200 Chức năng CPU 1212C DC/DC/DC I/O tích h ợp cục bộ: Kiểu số Kiểu tương tự 8 ngõ vào/10 ngõ ra. 6 ngõ vào/2 ngõ ra. Bộ nhớ bit (M) 8192 byte. Độ mở rộng các module tín hi ệu 8

Các module truyền thông 3 (mở rộng về bên trái) Các b ộ đếm tốc độ cao:

Đơn pha Vuông pha

6

3 tại 100 kHz, 3 tại 30 kHz 3 tại 80 kHz, 3 tại 20 kHz

Các ngõ ra xung 2

PROFINET 2 cổng truyền thông Ethernet.

Nguồn điện Tín hiệu đi Tín hiệu về Nguồn khí

- Chức năng các khối: + Khối nguồn cung cấp: Khối nguồn sẽ cung cấp 2 loại nguồn điện