4.3 Rơle trung gian và rơ le tốc độ:
4.3.1 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Rơle trung gian.
Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 91
Rơle trung gian được dùng rất nhiều trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện và trong các sơ đồ điều khiển tự động. Do có số lượng tiếp điểm lớn, từ 4 đến 6 tiếp điểm, vừa thường đóng vừa thường mở, nên rơle trung gian dùng để truyền tín hiệu khi khả năng đóng, ngắt và số lượng tiếp điểm của rơle chính khơng đủ hoặc để chia tín hiệu từ một rơle chính đến nhiều bộ phận khác của sơ đồ mạch điện điều khiển. Trong các bảng mạch điều khiển dùng linh kiện điện tử (tranzistor vi mạch IC.. ) rơle trung gian thường được dùng làm phần tử đầu ra để truyền tính hiệu cho bộ phận mạch phía sau, đồng thời cách ly được điện áp khác nhau giữa phần điều khiển phía sau, đồng thời cách ly được điện áp khác nhau giữa phần điều khiển (thường là điện một chiều, điện áp thấp: 9V, 12V,…) với phần chấp hành thường là điện xoay chiều, điện áp lớn: 220V, 380V.
- Rơle trung gian thực chất là một Rơle điện từ đơn giản được dùng rất nhiều trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện và các sơ đồ điều khiển tự động và thoogn tin liên lạc.
- Rơle trung gian thường có nhiều tiếp điểm thường mở và thường đóng.
- Nguồn cấp cho cuộn hút là điện một chiều thường là 6V, 12V, 24V, 36V, 48V.
- Nguồn cấp cho cuộn hút là điện áp xoay chiều thường là 110V, 220V, 380V.
- Nguyên lý làm việc: Khi cấp dòng điện cho cuộn dây hút 4 sẽ biến lõi thép 1 trở thành nam châm điện có lực thắng được sức căng lị xo 3 hút phần ứng 2 làm cho cặp tiếp điểm thường đóng mở ra, thường mở đóng lại. Khi cắt dòng điện vào cuộn dây hút nhờ lò xo 3 kéo các ti ếp điểm và phần ứng trở lại trạng thái ban đầu.
Hình 4.7: Cấu tạo và n guyên lý làm việc của rơle trung gian
4.3.2 Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của Rơle tốc độ :
Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 92 Hình 4.7: Cấu tạo và nguyên lý làm việc Rơle tốc độ kiểu cảm ứng
Rơle gồm 3 phần chính: Roto, Stato, và hệ thống tiếp điểm.
Roto 1 có dạng một trục quay, trên đó có gắn một nam châm vĩnh cửu 2. Roto được nối với trục quay của thiết bị làm việc. Stato 3 gồm một lồng sóc bằng đồng đặt trên lõi thép dẫn từ 4 (tương tự Roto lịng sóc trong động cơ khơng đồng bộ). Trên vỏ Stator có gắn cần tác động 5.
Khi trục thiết bị công tác quay, roto của rơle quay theo, từ trường nam châm vĩnh cửu sẽ quay và cắt ngang thanh dẫn trên Stato. Trong lồng sóc xuất hiện dòng điện cảm ứng. Tác dụng giữa dòng cảm ứng này với từ trường quay tại khe hở giữa Stato và Roto tạo ra moomen quay này tỉ lệ thuận với tốc độ roto. Khi tốc độ roto đạt đến tốc độ tác động, moomen quay stato đủ lớn làm dịch chuyển stato và cần tác động thực hiện đóng, mở các tiếp điểm 6 của rơle.
4.4 Rơle thời gian: 4.4.1 Cấu tạo: 4.4.1 Cấu tạo:
Trong hệ thống điều khiển tự động, bảo vệ thường gặp những trường hợp cần có một khoảng thời gian giữa những thời điểm tác động của hai hay nhiều thiết bị, hoặc trọng tự động hóa các q trình sản xuất, nhiều khi phải tiến hành những thao tác kế tiếp nhau cách nhau những khoảng thời gian xác định. Để tạo nên những khoảng thời gian cần thiết đó, người ta dùng rơle thời gian. Như vậy, có thể định nghĩa rơle thời gian là rơle có đặc tính: Khi có tín hiệu vào rơle thì sau một khoảng thời gian xác định, rơle mới phát tín hiệu ở đầu ra (cịn gọi là rơle thời gian hay bộ trễ).
Ký hiệu:
- Cuộn dây rơle thời gian:
Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 93
Tiếp điểm thường đóng Hoặc
Tiếp điểm thường mở Hoặc
Tiếp điểm thường mở,
đóng chậm, mở nhanh Hoặc
Tiếp điểm thường đóng,
mở chậm, đóng nhanh Hoặc
Những yêu cầu chung đối với rơle thời gian bao gồm:
- Khả năng duy trì thời gian ổn định, chính xác, tin cậy, khơng phụ thuộc vào dao động của điện áp nguồn cung cấp, tần số, nhiệt độ và các điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, độ rung…) ;
- Công mất ngắt của hệ thống tiếp điểm đủ lớn; - Công suất tiêu thụ nhỏ;
- Kết cấu, sử dụng đơn giản;
Hầu như ở tất cả các loại, rơle trở về trạng thái đầu khi tín hiệu điện đầu vào bằng 0, do đó khơng u cầu hệ số nhả cao.
Trong các sơ đồ tự động điều khiển, nhiều khi có tần số thao tác cao nên yêu cầu độ bền cơ về chống mài mòn cao từ 5 đến 10.106 lần thao tác. Thời gian tạo trễ chậm từ 0,25 giây trở lên, có thể tới hàng giờ và lâu hơn nữa. Các rơle thời gian điện tử còn cho phép hẹn giờ (nhớ) khoặc lập trìn h.
Cấu trúc chung của rơle thời gian gồm các bộ phận chính sau:
- Bộ phận động lực: có chức năng nhận tín hiệu vào là năng lượng
điện, biến đổi thành năng lượng thích hợp cho bộ phận tạo thời gian hoạt động. Bộ phận động lực có thể là nam châm điện, động cơ điện, bộ biến đổi điện: biến áp, chỉnh lưu…
- Bộ tạo thời gian: có chức năng kéo dài thời gian trễ của rơle. Bộ phận này làm việc theo nhiều nguyên lý khác nhau như: điện tử, cơ khí, khí nén, thủy lực, điện tử … Căn cứ vào bộ tạo thời gian trễ mà có tên r ơle tương ứng.
Ví dụ rơle thời gian điện từ, rơle thời gian thủy lực, rơle thwoif gian điện tử…
- Bộ phận đầu ra: Rơle phát tín hiệu ra bằng sự thay đổi trạng thái
đóng, mở các tiếp điểm.
Ngồi ra rơle cịn có các bộ phận điều chỉnh thời gian tác động (thời gian trễ) của rơle và bộ phận hiển thị thời gian ở dạng kim chỉ hoặc dạng chữ số.
Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 94
* Rơle thời gian điện từ:
a. Cấu tạo:
Kết cấu rơle thời gian kiểu điện từ như hình sau.
Mạch từ gồm lõi 1, nắp 2 và tấm đệm phi từ tính 3 (thường bằng các tấm đồng mỏng 0,1mm). Lõi sắt 1 được bắt chặt lên bảng điện 4 nhờ đế nhơm 5. Trên đế cịn lắp hệ thống tiếp điểm 6. Nam châm điện một chiều có lõi làm bằng thép armkơ. Nhánh phải có tiết diện trịn để chế tạo và lắp ráp cuộn dây được thuận tiện. Nhánh phải có tiết diện hình chữ n hật, nhờ đó tăng được chiều dài chỗ tiếp xúc giữa lõi và nắp từ là phần chuyển động, do đó tăng được độ bền chống mài mịn của cạnh quay. Trên nhánh trái có lắp một vịng ngắn mạch có dạng ống trụ rỗng 8, tiết diện lớn, làm bằng vật liệu dẫn điện tốt như đồng hoặc nhôm.
Bộ phận duy trì thời gian của rơle làm việc theo nguyên lý điện từ, trên cơ sở sử dụng dòng điện cảm ứng xuất hiện trong ống dẫn điện trụ rỗng khi từ thơng chính do cuộn dây sinh ra trong mạch từ biến thiên. Theo định luật Lenxơ, dịng điện cảm ứng có chiều sao cho từ thơng của nó sinh ra chống lại sự biến thiên (tăng hay giảm) của từ thơng chính. Do vậy, tốc độ tăng hay giảm của từ thơng chính khi cuộn dây được đóng hay ngắt điện sẽ chậm đi. Có nghĩa là thời gian tác động và thời gian nhả của r ơle được tăng lên.
Muốn có thời gian nhả chậm hơn, từ dẫn khe hở khơng khí làm việc và khe hở phụ thuộc rất lớn, cho nên các bề mặt tiếp xúc giữa lõi và nắp nam châm điện phải được mài nhẵn.
Đế đúc nhơm của rơle cịn đóng thêm vai trị vịng ngắn mạch phụ để tăng thời gian nhả chậm.
Trong vật liệu từ lý tưởng, sau khi ngắt điện cuộn dây, từ thông trong lõi giảm đến giá trị còn dư Фd. Giá trị Фd do vật liệu và kích thước mạch từ
quyết định. Lực khử từ càng nhỏ, mật độ từ thông dư Bd càng nhỏ, từ thơng dư Фd càng bé thì thời gian nhả chậm của rơle càng lớn. Thời gian nhả chậm đối với mạch từ bão hịa có thể tính theo cơng thức:
Trong đó W là số vịng ống ngắn mạch, thường W = 1; R là điện trở vòng ngắn mạch:
Điện trở phụ R phụ thuộc vào điện trở suất ρ của vật liệu kích thước chiều dài trung bình một vịng l, tiết diện ngang s, hệ số nhiệt điện trở α và nhiệt độ làm việc θ của vịng, do đó ảnh hưởng tới thời gian nhả chậm của rơle.
Ngồi ra vật liệu có độ từ thẩm cao ở đoạn chưa bão hòa của đường cong từ hóa cũng cho thời gian nhả chậm lớn.
Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 95
Trong những điều kiện giống nhau, thời gian nhả chậm do từ thông ban đầu Фo quyết định, giá trị này do đường cong từ hóa ở trạng thái đóng quyết định. Vì dịng điện trong cuộn dây và điện áp tỉ lệ thuận với nhau nên tương quan giữa từ thông và điện áp Ф(u) cùng tỷ lệ nhưng ở tỷ lệ khác. Khi mạch từ chưa bão hòa, ở điện áp định mức, giá trị Фo phụ thuộc nhiều vào giá trị điện áp nguồn. Khi đó thời gian chậm sẽ phụ thuộc theo điện áp đặt vào cuộn dây.
Trong các sơ đồ truyền động điện, điện áp đặt lên cuộn dây thường thấp hơn định mức. Do đó, thời gian nhả chậm cũng nhỏ do Фo nhỏ. Để tạo được thời gian nhả chậm không phụ thuộc vào điện áp nguồn, mạch từ phải bão hòa từ cao. Trong một vài loại rơle, điện áp sụt đến 50% cũng không ảnh hưởng đến thời gian nhả chậm.
Muốn thời gian nhả chậm ổn định, thời gian cấp điện cho cuộn dây phải đủ lớn để từ thông đạt đủ đến giá trị xác lập Фo. Thời gian này gọi là thời gian nạp (hay thời gian chuẩn bị). Nếu thời gian nạp không đủ, thời gian nhả chậm sễ bị giảm đi. Thời gian nạp vào khoảng 1 giây.
Nhiệt độ môi trường cũng ảnh hưởng đến thời gian nhả chậm. Nhiệt độ tăng làm thời gian nhả chậm giảm, đôi khi giảm đến 50%. Chịu ảnh hưởng của nhiệt độ là nhược điểm của loại rơle này.
b. Điều chỉnh thời gian làm việc của rơle:
Có thể điều chỉnh thời gian tác động của rơle bằng cách thay đổi lực căng của lò xo nhả 9 (hình 3). Nếu tăng lực lò xo, sẽ làm tăng lực hút ban đầu dẫn đến tăng thời gian tác động. Nhưng vì ở trạng thái mở của nam châm điện, hằng số thời gian điện từ của nam châm điện nhỏ, nên thời gian nhả chậm khi hút cũng nhỏ, khoảng 0,2 giây.
Khi cần thời gian nhả chậm lớn hơn 1 giây phải dùng rơle ở chế độ nhả. Lcs này có thể điều chỉnh thời gian nhả chậm bằng các cách sau:
- Thay đổi lực lò xo tách nắp 11 (hình 3). Đầu trên lị xo này tựa vào miếng lót 14 đã được chốt 15 vặn chặt lên nắp. Đầu dưới lò xo truyền lực lên chốt 12 tự do di chuyển trong lỗ ở nắp. Đầu dưới lị xo truyền
Rơle thời gian kiểu khí nén:
Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 96 Hình 4.8: Cấu tạo và nguyên lý làm việc Rơle thời gian kiểu khí nén 1. Khung từ (lõi sắt) 2. Phần ứng (nắp)3. Buồng khí 4. Tiếp điểm. 5. Tiếp điểm.6. Mang cao su.7. Khung chuyền động8. Bảng nhựa.9. Lò xo10. Lò xo.11. Lỗ hút khơng khí12. Ví điều chỉnh.13. Van một chiều. 14. Tay đòn (thanh truyền động).15. Cuộn hút.
4.4.2 Nguyên lý hoạt động:
Khi cấp điện vào cuộn dây 15 nắp 2 bị hút về phía lõi sắt. Địn 14 nối chặt với nắp cũng đồng thời chuyển động. Bảng nhựa 8 tì vào địn 14 bây giờ được buông lỏng và dưới t ác dụng của lò xo 9 sẽ rơi dần xuống phía dưới. Bảng nhựa 8 nối chặt với màng cao su 6 nên màng mỏng này cũng bị kéo xuống. Buồng khí 3 ở phía trên màng tăng thể tích, áp suất khơng khí giảm xuống khí bên ngồi sẽ đi qua lỗ 11 vào trong (lỗ càng lớn thì kh ơng khí vào càng nhanh) tiếp điểm 5 sẽ đóng (đóng sơm).
Khi cắt dịng điện nhờ phản lực của lò xo 10, đòn 14, bảng 8 và màng cao su 6 đồng thời bị kéo phía trên khơng khí ở buồng 3 sẽ qua van 13 thốt ra ngồi.
Khi vặn vít 12 để điều chỉnh lượng khơng khí đ i vào lỗ 11 sẽ điều chỉnh được thời gian đóng cảu cặp tiếp điểm 5 nhanh hay chậm. Cịn khơng khí ở dưới màng 6 có tác dụng cản trở chuyển động.
Tiếp điểm 5 sẽ được đóng chậm và mở ra tức thời cịn tiếp điểm 4 thì đóng mở tức thời.
Rơle thời gian kiểu khí nén của Liên Xơ cũ PBП 72-3 điện áp 220V, tần số 50Hz có thể điều chỉnh được thời gian duy trì từ 0,4 đến 180s.
Rơle thời gian kiểu bán dẫn:
Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 97 Hình 4.9: Cấu tạo và nguyên lý làm việc Rơle thời gian kiểu bán dẫn
- Transistor T1 2N714, BL182, … có độ khuếch đại cao để xung khởi động nhanh thời gian dài.
- Transistor T2 không yêu cầu cao về chất lượng có thể dùng C1061 hoặc tương đương.
- Tụ điện C=2000μF; 2,5V để phóng nạp quy đinh thời gian cho Rơle
- Điện trở R2 = 1kΩ để bảo vệ T2. - Điện trở R1 = 5kΩ.
- Biến trở VR = 2,5 MΩ (có thể dùng nhiều điện trở đấu nối tiếp
thành nhiều nấc mỗi nấc vài kΩ để dùng một công tắc) - Điốt Đ để bảo vệ cho Rơle R
- Rơle R dùng điện điều khiển là 12V một chiều, còn dòng điện qua tiếp điểm của Rơle tùy thuộc và o dòng điện của thiết bị điện mà nó điều khiển.
- Nguồn một chiều 12V cho Rơle ta phải dùng một biến áp nhỏ 220V/12V qua chỉnh lưu.
b. Nguyên lý làm việc:
Dựa vào sự phóng nạp của tụ C ấn nút M tụ C được nạp trong khoảng vài giây thì T1 thơng làm cho T2 thông, Rơle hút, đóng mạch cho thiết bị cần điều khiển làm việc.
Thời gian duy trì phụ thuộc vào thời gian phóng của tụ C và biến trở VR. Khi điện áp chỉ cịn 0,2V (với bóng Ge) đến 0,5V (Với bóng Si) thì T1 sẽ khơng làm việc dẫn tới T2 cũng ngừng dẫn và Rơle R kh ông hút để đóng mạch cho thiết bị điện cần điều khiển làm việc.
❖ TÓM TẮT NỘI DUNG BÀI 4:
4.1. Contactor. 4.2. Khởi động từ. 4.2. Khởi động từ.
Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 98 4.4 Rơ le thời gian.
❖ CÂU HỎI CỦNG CỐ BÀI 4:
Câu 1 Bộ phận nam châm điện của contactor khơng có thành phần nào dưới đây?
A Cuộn dây
B Mạch từ
C Lò xo
D Tiếp điểm chính
Câu 2 Phát biểu nào dưới đây Sai khi nói về tiếp điểm chính của Contactor?
A Có khả năng cho dịng điện lớn đi qua B Là tiếp điểm thường hở
C Có hệ thống dập hồ quang D Là tiếp điểm thường đóng
Câu 3 Tần số thao tác của contactor là?
A Khả năng đóng cắt dịng điện của contacror
B Số lần đóng mở của contactor mà khơng làm contactor hỏng C Số lần đóng cắt contactor trong một giờ
D Là tần số điện áp đặt vào cuộn dây contactor Câu 4 Chọn đáp án đúng nhất. Khởi động từ là:
A Khí cụ điện dùng để điều khiển từ xa việc đóng ngắt động cơ.
B Khí cụ điện dùng để điều khiển từ xa việc đảo chiều động cơ
C Cả A và B đúng
D Khơng có đáp án đúng.
Câu 5 Cơ cấu trung gian làm nhiệm vụ gì trong rơle?
A Tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết
B Tiếp nhận những tín hiệu từ khối tiếp thu và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho rơ le tác động
C Phát tín hiệu cho mạch điều khiển D Hiển thị giá trị đầu vào