Khi cấp nguồn điện bằng giá trị điện áp định mức của contactor vào hai đầu của cn dây quấn trên phần lõi từ cố định thì lực từ 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 vào bộ phận liên động 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 (thường đóng sẽ mở ra, thường mở sẽ đóng lại) và duy trì trạng thái này. Khi ngưng cấp nguồn cho cuộn dây thì contactor ở trạng thái nghỉ, các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu.
Các ký hiệu dung để biểu diễn cho cuộn dây (nam châm điện) trong contactor và các tiếp điểm
Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 87 Hình 4.3: Một số loại contactor thường gặp
a. Các thông số cơ bản của contactor:
- Điện áp định mức:
Điện áp định mức của contactor Uđ m là điện áp của mạch điện tương ứng mà tiếp điểm chính phải đóng ngắt, chính là điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây của nam châm điện sao cho mạch từ hút lại.
Cuộn dây hút có thể làm việc bình thường ở điện áp trong giới hạn (85 – 105)% điện áp định mức cuộn dây. Thông số này được ghi trên nhã đặt ở hai đầu cuộn dây contactor, có các cấp định mức: 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều.
- Dòng điện định mức:
Dòng điện định mức của contactor Iđ m là dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính trong chế độ làm việc lâu dài, thời gian contactor ở trạn g thái đóng khơng q 8 giờ.
Dịng điện định mức của contactor hạ áp thơng thường có các cấp sau: 10A, 20A, 25A, 40A, 60A, 75A, 100A, 150A, 250A, 300A, 600A. Nếu contactor đặt trong tủ điện thì dịng điện định mức phải lấy thấp hơn 10% vì làm mát kém, dịng điện cho phép qua contactor còn phải lấy thấp hơn nữa trong chế độ làm việc dài hạn.
Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 88
- Khả năng cắt và khả năng đóng:Khả năng cắt của contactor điện xoay chiều đặt bội số lên đến 10 lần dòng điện định mức với phụ tải điện cảm.
Khả năng đóng: contactor điện xoay chiều dùng để khởi động động cơ điện cần phải có khả năng đóng từ 4 đến 7 lần Iđ m.
- Tuổi thọ của contactor:Tuổi thọ của contactor được tính bằng số lần đóng mở, sau số lần dóng mở ấy thì contactor bị hỏng và không dùng được nữa.
- Tần số thao tác:Là số lần đóng cắt contactor trong một giờ. Có các cấp: 30, 100, 120, 150, 300, 600, 1200, 1500 lần/h.
- Tính ổn định lưc điện động:Tiếp điểm chính của contactor cho một dòng điện lớn đi qua (10 lần dòng định mức) mà lực điện động khơng làm tách rời tiếp điểm thì contactor có tính ổn định lực điện động.
- Tính ổn định nhiệt:Contactor có tính ổn định nhiệt nghĩa là khi có dịng điện ngắn mạch chay qua trong một khoảng thời gian cho phép, các tiếp điểm khơng bị nóng chảy và hàn dính lại.
4.2 Khởi động từ:
4.2.1 Cấu trúc bộ khởi động từ
Khởi động từ là một loại khí cụ điện dùng để điều khiển từ xa việc đóng ngắt, đảo chiều và bảo vệ quá tải (nếu lắp thêm rơ le nhiệt).
Khởi động từ có một contactor gọi là khởi động từ đơn thường đóng – ngắt động cơ điện. Khởi động từ có hai contactor gọi là khởi động từ kép dùng để thay đổi chiều quay của động cơ gọi là khởi động từ đảo chiều. Muốn bảo vệ ngắn mạch phải lắp thêm cầu chì.
Khởi động từ thường được phân chia theo:
- Điện áp định mức của cuộn hút: 36V, 127V, 220V, 380V, 50 0V. - Kết cấu bảo vệ chống các tác động bởi môi trường xung quanh: hở, bảo vệ, chống bụi, nước, nổ…
- Khả năng làm biến đổi chiều quay động cơ điện: không đảo chiều quay và đảo chiều quay.
- Số lượng và loại tiếp điểm: Thường hở, thường đóng.
4.2.2 Nguyên lý hoạt động của bộ khởi động từ
Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 89 Hình 4.4: Khởi động từ đơn hai nút nhấn
Khi cung cấp điện áp cho cuộn dây bằng nhấn nút khởi động M, cuộn dây contactor có điện hút lõi thép di động và mach từ khép kín lại; làm đóng các tiếp điểm chính để khởi động động cơ và đóng tiếp điểm phụ thường hở để duy trì mạch điều khiển khi bng tay khỏi nút nhấn khởi động. Khi nhấn nút dừng D, khởi động từ bị ngắt điện, dưới tác dụng của lực lò xo nén làm phần lõi từ di động trở về vị trí ban đầu; các tiếp điểm trở về trạng thái thường mở. Động cơ dừng hoạt động. Khi có sự cố quá tải động cơ, rơ le nhiệt tác động làm ngắt mạch điện cuộn dây, do đó cũng ngắt khởi động từ và dừng động cơ điện.
- Khởi động từ đảo chiều và ba nút nhất:
Hình 4. 5: Khởi động từ đảo chiều ba nút nhấn
Khi nhấn nút nhấn MT, cuộn dây contactor T có điện hút lõi thép di động và mạch từ khép kín lại; làm đóng các tiếp điểm chính T để khởi động
Bài 4: Khí cụ điện điều khiển Trang 90
động cơ quay theo chiều thuận và đóng tiếp điểm phụ thường hở T để duy trì mạch điều khiển khi buông tay ra khỏi nút nhấn MT.
Để đảo chiều quay động cơ, ta nhấn nút MN, cuộn dây contactor T mất điện, cuộn dây contactor N có điện hút lõi thép di động và mạch từ khép kín lại; làm đóng các tiếp điểm chính N, lúc này trên mạch động lực đảo hai dây trong ba pha điện làm cho động cơ đảo chiều quay ngược lại và tiếp điểm phụ thường hở N để duy trì mạch điều khiển khi buông tay khỏi nút khởi động MN.
Quá trình đảo chiều quay được lặp lại như trên.
Khi ấn nút dừng D, khởi động từ N (hoặc T) bị ngắt đ iện, động cơ dừng hoạt động.
Khi có sự cố quá tải động cơ, rơ le nhiệt sẽ thao tác làm ngắt mạch điện cuộn dây, do đó cũng làm ngắt khở i động từ và dừng động cơ điện.
Hình 4. 6: Một số khởi động từ
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 dịng 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 cịn 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 nhôm 5. Trên đế còn 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 nhơm.
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, dòng 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 thông 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.
Ngoài ra vật liệu có độ từ thẩm cao ở đoạn chưa bão hịa 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.