Nam châm điện bao gồm hai bộ phận chính:
- Cuôn dây (Phần điện) - Mạch từ (Phần từ)
Nam châm được thuờng gặp trong thực tế được chia thành 2 loại: - Loại có nắp chuyển động:Gồm cuộn dây, lõi sắt từ và nắp.
Khi có dịng điện chạy qua trong cuộn dây sẽ sinh ra lực hút điện từ và hút nắp về phía lõi. Khi cắt dịng điện trong cuộn dây thì lực hút điện từ cũng khơng cịn nữa, nắp bị nhả ra.
Bài 3: Khí cụ điện bảo vệ Trang 52 - Loại khơng có nắp: gồm cuộn dây và lõi sắt từ.
Đối với loại khơng có nắp này, các vệt liệu sắt thép bị hút vào có thể xem là nắp .
3.1.2 Nguyên lý hoạt động:
Hình 3.2: Cấu tạo nam châm điên khơng nắp
Hình 3.2: Phân tích lực hút của cuộn dây nam châm điện đối với vật liệu sắt từ Khi có dịng điện đi vào, cuộn dây sẽ sinh ra từ trường, vật liệu sắt từ đặt torng từ Khi có dịng điện đi vào, cuộn dây sẽ sinh ra từ trường, vật liệu sắt từ đặt torng từ trường đó sẽ bị từ hóa và có cực tính.
Từ thơng xun qua vật liệu sắt từ theo đường kép kín. Theo quy định, chổ từ thơng đi ra ở vật liệu sắt từ gọi là cực bắc (N), chỗ từ thông đi vào gọi là cực nam (S).
Từ hình 1.2 ta thấy cực tính vật liệu sắt từ khác dấu cực tính của cuộn dây nên vật liệu sắt từ bị hút bởi lực điện từ F. Nếu đổi chiều dịng điện thì vật liệu sắt từ sau khi từ hóa vẫn có cực tính trái dấu với cực tính cuộn dây, do đó vật liệu sắt từ vẫn bị hút về phía cuộn dây. Vì vậy khi lõi từ mang cuộn dây có dịng điện , từ trường sẽ làm nắp bị từ hóa và hút nắp về phía lõi
Ứng dụng
a) Nam châm điện nâng hạ:
Thường được dùng nhiều trong các cần trục, đặc biệt là trong các nhà máy chế tạo cơ khí và luyện kim.
b) Nam châm điện phanh hãm:
Thường được dùng để hãm các bộ phận chuyển động của cần trục, trục chính các máy cơng cụ, ... Có nhiều kết cấu thiết bị hãm, nhưng thông dụng hơn cả là nam châm điện hãm kiểu guốc phanh, kiểu băng, kiểu đĩa. Thường có hai loại:
- Nam châm điện hãm có hành trình dài: Phần ứng (lõi thép động) của nam châm được nối với cần của hệ thống hãm.
- Nam châm điện hãm có hành trình ngắn.
c) Bộ ly hợp điện từ:
Thường dùng nam châm điện dòng điện một chiều kết hợp với các đĩa ma sát để làm nhiệm vụ truyền chuyển động qauy (bộ ly hợp) hoặc để phanh hãm (dừng chính xác) trong các bộ phận chuyển động của máy công cụ.
Bài 3: Khí cụ điện bảo vệ Trang 53 Bộ ly hợp điện từ được sử dụng nhiều trong những năm gần đây để tự động hóa quá trình điều khiển chạy và dùng quá trình cơ khí trong các máy cắt và gọt, trong ơ tơ ... mà vẫn chỉ dùng một động cơ điện kéo.
3.2 Rơle dịng điện, role điện áp
Hình 3.3:Ngun lý cấu tạo của rơle điện từ a. Kiểu bản lề; b. Dạng piston a. Kiểu bản lề; b. Dạng piston
a. Kiểu bản lề: 1. Cuộn dây ;2. Lõi thép; 3. Nắp mạch từ ; 4. Lò xo nhả ;5. Tiếp điểm động ; 6,7. Tiếp điểm tĩnh ; 8. Đầu tiếp xúc
b. Dạng piston: 1. Cuộn dây; 2. Thanh dẫn
Khi cung cấp điện cho cuộn dây 1, cuộn dây sẽ sinh ra từ trường chạy trong mạch từ chính. Từ trường này sẽ từ hóa nắp mạch từ và lực hút điện từ sinh ra thắng được lực hút lò xo phản lực 4 nên nắp mạch từ được về phía lõi. Ứng với mạch từ 1 chiều - xoay chiều có các rơle 1 chiều - xoay chiều.
3.2.1 Cấu tạo Rơle dòng điện
Rơ le dòng điện cực đại là một khí cụ điện dùng để bảo vệ mạch điện khi bị quá tải hoặc ngắn mạch và để điều khiển sự làm việc của động cơ.
Bài 3: Khí cụ điện bảo vệ Trang 54 Hình 3.4: Cấu tạo rơle dịng điện
+ Mạch từ 1 dạng hình chữ E hoặc U gồm nhiều lá thép kĩ thuật điện có bề dầy 0,35mm hoặc 0,5mm ghép lại.
+ Cuộn dây 2: Thường có hai cuộn dây bằng dây đồng hoặc dây nhôm. + Phần ứng 4: là miếng sắt từ hình chữ Z ghắn chặt trên trục quay 3 nhờ hai ổ đỡ.
+ Vít điều chỉnh 5: để điều chỉnh trị số tác động của dòng điện. + Hệ thống tiếp điểm 6: làm bằng bạch kim.
+ Kim chỉ định 8.
3.2.2 Nguyên lý hoạt động của Rơle dịng điện
- Khi có dịng điện chạy qua cuộn dây 2 sẽ tạo ra lực tác dụng lên phần
ứng 4. Nếu dòng điện qua cuộn dây đạt đến trị số đủ lớn lúc này lực điện từ thắng lực cản của lò xo 7 hút phần ứng 4 làm trục quay làm mở (hoặc đóng) hệ thống tiếp điểm 6.
- Trị số dòng điện tác động của rơ le được chỉnh định bằng phương pháp:
+ Thay đổi sơ đồ cuộn dây rơ le: Khi cần dòng điện tác động nhỏ ta đấu nối tiếp điểm hai cuộn dây. Khi cần dòng tác động lớn ta đấu song song hai cuộn dây. Do vậy với cùng một lực căng lò xo 7 khi đấu song song dịng tác động lớn gấp đơi so với đấu nối tiếp.
+ Nới lỏng hay vặn chặt vít điều ch ỉnh 5 thì có thể làm tăng hay giảm trị số dòng điện tác động.
Bài 3: Khí cụ điện bảo vệ Trang 55
IR I ≥ It í n h t o á n
Trong đó: IR I là dịng điện phụ tải mà rơ le cho phép liên tục chạy qua lớn nhất.
Hình 3.5: Rơle dịng cực đại
3.2.3 Cấu tạo của Rơ le điện áp:
Khái niệm:
Rơ le điện áp là một khí cụ điện dùng để bảo vệ các thiết bị khi điện áp tăng hoặc giảm quá mức quy định.
Cấu tạo: Hình 3.6: Rơle điện áp 1- Cuộn dây. 2- Phần ứng. 3- Mạch từ 4- Lò xo
Bài 3: Khí cụ điện bảo vệ Trang 56 6- Tiếp điểm thường đóng.
Rơle điện áp có cấu tạo tương tự như rơle dòng điện chỉ khác cuộn dây của nó có số vịng nhiều hơn, tiết diện dây quấn nhỏ hơn và được mắc song song với mạch điện của thiết bị cần được bảo vệ.
3.2.4 Nguyên lý hoạt động của Rơ le điện áp:
- Với Rơ le bảo vệ điện áp thấp:
+ Bình thường khi điện áp lưới điện ở giá trị định mức hoặc nhỏ hơn định mức khơng lớn thì phần ứng chịu tác dụng của lực điện từ làm các tiếp điểm thường đóng của rơ le mở ra và các tiếp điểm thường mở đóng lại. + Khi điện áp lưới hạ xuống dưới mức quy định lực điện từ giảm nhỏ hơn lực sức căng lò xo lúc này dưới tác dụng của lò xo tiếp điểm thường đóng từ trạng thái mở đóng trở lại và tiếp điểm thường mở từ trạng thái đóng mở ra.
- Với Rơ le điện áp cực đại:
+ Ở điện áp bình thường phần ứng của Rơle đứng yên (không bị lực điện từ tác động).
+ Khi điện áp tăng cao quá mức quy định lực điện từ thắng lực cản của lò xo phần ứng quay làm các tiếp điểm thường đóng mở ra thường mở đóng lại.
- Điện áp tác động của Rơle cũng được điều chỉnh bằng cách đấu cuộn dây Rơle hoặc điều chỉnh địn bẩy hoặc bằng vít.
Hình 3.7: Rơ le điện áp
a) Phân loại rơle điện áp:
Bài 3: Khí cụ điện bảo vệ Trang 57
Rơle điện áp cực đại loại PH-51 dùng trong các sơ đồ bảo vệ và tự động, làm phần tử có phản ứng với sự xuất hiện hoặc sự tăng cao điện áp trong mạch một chiều. Thường Rơle được đặt trong sơ đồ kiểm tra cách điện của mạch một chiều. Sơ đồ nối điện bên trong của rơle như ở hình dưới. Kết cấu của rơle về cơ bản như loại rơle dòng điện cực đại đã xét ở phần trên. Rơle này chỉ khác loại PT – 40 ở chỗ: cuộn dây dòng được thay bằn g cuộn dây áp có số vịng dây nhiều hơn, cỡ dây nhỏ hơn và được tính để mắc vào nguồn điện áp một chiều; khơng có bộ phận cản dịu, giảm rung động cho bộ phận động của rơle. Để giảm ảnh hưởng của từ dư, phần ứng (nắp hút) của rơle được làm bằng thép pecmaloi .
Rơle được chế tạo ở ba cỡ điện áp định mức. Mỗi cỡ lại có thể được thay đổi điện áp ở hai cấp bằng cách đổi nối hai cuộn dây theo sơ đồ song song hoặc nối tiếp với nhau.
Điện áp định mức và điện áp tác động của rơle cho ở bảng sau:
Rơle
Sơ đồ nối dây
Nối tiếp Song song
Ut d (V) Uđ m(V) Ut đ(V) Uđ m(V) PH-51/1,4 PH-51/6,4 PH-51/32 1,4 6,4 32 8 60 100 0,7 3,2 16 4 30 50 Bảng 3.1: Điện áp định mức và điện áp tác động của rơle Số liệu cuộn dây rơle cho trong bảng sau:
Rơle Số vòng dây một cuộn (vịng) Đường kính dây mm Điện trở một cuộn (Ω) PH – 51/1,4 PH – 51/6,4 PH – 51/32 2000 9500 14000 0,25 0,11 0,09 47 1200 2500 Bảng 3.2: Số liệu cuộn dây của rơle
Ở loại Rơle PH -51/32 có mắc nối tiếp với mỗi cuộn dây một điện trở phụ có giá trị 5100 Ω.
Điện áp tác động của rơle có chịu ảnh hưởng của cực tính cuộn dây. Vì vậy khi sử dụng cần chú ý cực tính của cuộn dây với nguồn.
Rơle điện áp cực đại xoay chiều:
Rơle điện áp cực đại PH – 53 dùng để bảo vệ khi có sự tăng cao điện áp (quá điện áp) trong mạch đi ện xoay chiều thuộc sơ đồ bảo vệ rơle và tự động điều khiển hệ thống điện. Rơle có cấu tạo tương tự loại rơle dịng điện cực đại PT-40 nhưng khơng có bộ phận cản dịu, chống rung. Để giảm cơng
Bài 3: Khí cụ điện bảo vệ Trang 58
suất tiêu thụ và chống rung cho phần động của rơle, hai cuộn dây của rơle được nối theo sơ đồ nối tiếp và được cấp điện từ nguồn qua cầu chỉnh lưu hai nửa chu kỳ và các điện trở R1 và R2 như sơ đồ sau.
Như vậy Rơle có hai dải điện áp đặt. Ở dải điện áp thấp, cuộn dây được nối với mạch qua điện trở phụ R1, ở dải điện áp cao, cuộn dây được nối qua
cả hai điện trở phụ R1 và R2.
Việc sử dụng các điện trở phụ trong mạch xoay chiều cho phép giảm điện áp ngược trên cầu chỉnh lưu cịn vài Vơn. Khi đóng điện cho rơle, điện cảm của cuộn dây làm giảm sự tăng dịng điện. Vì vậy, ở th ời điểm đầu tiên sau khi đóng điện, trở kháng cuộn dây rất lớn và cầu chỉnh lưu điốt chịu một điện áp ngược gần với giá trị biên độ của điện áp đặt vào rơle. Ở loại rơle có điện áp định mức 400V, giá trị biên độ này lớn vượt quá trị số cho phép của điôt. Để đảm bảo an tồn cho điốt khơng bi đánh thủng, cần nối thêm một tụ điện C có điện dung khơng lớn song song với cuộn dây rơle. Trở kháng của tụ điện ở thời điểm sau khi đóng điện cho cuộn dây rơle là rất nhỏ, nên điện áp ngược trên điốt cần chỉnh lưu được giảm đáng kể, an toàn cho điốt.
Điện áp tác động chỉnh định Ut đ và điện áp định mức Uđ m của rơle cho trong bảng sau: Rơle I II Ut d(V) Uđ m(V) Ut d(V) Uđ m(V) PH-53/60 PH-53/200 PH-53/400 15-30 50-100 100-200 30 100 200 30-60 100-200 200-400 60 200 400 Bảng 3.3: Điện áp định mức và điện áp tác động của rơle - Hệ số nhả của rơle khơng nhỏ hơn 0,8;
- Thời gian đóng khơng lớn hơn 0,1 giây; - Công suất tiêu thụ không lớn quá 1 VA; - Khối lượng khơng lớn hơn 0,85 kg. Rơle Số vịng dây (vịng) Đường kính dây (mm) Điện trở cuộn dây (Ω) Điện trở phụ (Ω) Tụ điện (µF) R1 R2 PH-53/60 PH- 53/200 2000 6000 14000 0,25 0,13 0,09 47 580 2600 560 680 24000 820 910 33000 0,01
Bài 3: Khí cụ điện bảo vệ Trang 59 PH-
53/400
Bảng 3.4: Số liệu cuộn dây của rơle
Rơle điện áp cực tiểu:
Rơle điện áp cực tiểu được dùng trong sơ đồ bảo vệ và tự động điều chỉnh lưới điện khi có sự cố giảm điện áp trong mạch xoay chiều. Khác với rơle điện áp cực đại, ở loại rơle này điện áp tác động của rơle là điện áp tại đó rơle chiểu sang trạng thái nhả, tiếp điểm thườ ng mở đóng lại. Điện áp phục hồi là điện áp tại đó phần ứng của rơle được hút về phía cực từ nam châm điện và tiếp điểm mở ra. Trong trường hợp này, hệ số nhả của rơle là tỉ số giữa điện áp phục hồi và điên áp tác động và có trị số lớn hơn 1.
Sơ đồ đấu dây và cấu tạo của rơle tương tự như loại rơle điện áp cực đại, chỉ khác là phải điều chỉnh lại rơle và thay đổi thang chia độ mới cho phù hợp với chức năng bảo vệ điện áp cực tiểu. Thông số kĩ thuật chủ yếu của rơle cho trong bảng sau:
Rơle Dải điện áp đặt 1 Dải điện áp đặt 2 Ut á c đ ộ n g (V) Uđ ị n h mứ c(V) Ut á c đ ộ n g(V) Uđ ị n h mứ c(V) PH-54/48 PH-54/160 PH-54/320 12 – 14 40 – 80 80 - 160 30 100 200 24 – 48 80 – 160 160 – 320 60 200 400 Bảng 3.5: Điện áp định mức và điện áp tác động của rơle - Hệ số nhả của rơle không lớn quá 1,25;
- Thời gian đóng của tiếp điểm khơng lớn hơn 0,15 giây khi điện áp giảm đến 0,8Ut đ và không lớn hơn 0,1 giây khi điện áp giảm đến 0,5Ut đ.
Rơle kiểm tra đồng bộ:
Rơle kiểm tra đồng bộ dùng trong sơ đồ đóng lặp lại tự động đường dây truyền tải điện có nguồn cung cấp hai phía. Rơle làm phần tử kiểm tra có sai khác điện áp và có góc lệch pha giữa điện áp trên đường dây và điện áp trên thanh cái của trạm nguồn.
Cấu tạo của rơle dựa trên cơ sở rơle dòng điện cực đại PT – 40. Nhưng mỗi cuộn dây trên cực từ của nam châm điện được quấn phân ra làm hai cuộn dây nhỏ có cùng đường kính dây và cách điện với nhau. Hai cuộn dây nhỏ đặt trên cùng một cực từ tạo thành một cuộn trên và một cuộn dưới. Như vậy rơle có tất cả 4 cuộn dây nhỏ. Cuộn dây nh ỏ phía dưới cực từ này mắc nối tiếp với cuộn dây nhỏ phía trên các cực từ kia và ngược lại ở hai cuộn kia. Nối như vậy, tạo ra hai mạch dây quấn cách ly với nhau, có thơng số như
Bài 3: Khí cụ điện bảo vệ Trang 60
nhau và hệ số hỗ cảm giữa chúng gần bằng 1. Mỗi mạch dây quấn được nối với một nguồn áp đồng bộ qua một điện trở phụ.
Trị số của điện trở phụ , số vịng dây của mỗi cuộn dây và cực tính của sơ đồ nối dây được tính, chọn sao cho khi đặt trên cả hai mạch dây quấn các điện áp định mức và trùng pha thì từ thơng trong mạch từ do các cuộn dây sinh ra triệt tiêu nhau, do đó từ thơng tổng bằng 0 và mô men điện từ tác động lên phần động rơle bằng 0 và rơle khơng tác động. Khi có sự sai lệch về điện áp và góc pha giữa hai điện áp đồng bộ, rơle sẽ tác động.
Các thông số kỹ thuật của rơle kiểm t ra đồng bộ PH-55 được cho trong bảng sau: Rơle Điện áp định mức Số vòng dây của một cuonj dây (vịng) Đường kính dây (mm) Trị số điện trở phụ (Ω) Trên cực Trên cực 6 – 8 Trên cực 10 – 12 PH-55/90 PH- 55/120 PH- 55/130 PH- 55/160 PH- 55/200 60 60 100 100 100 30 60 30 60 100 1350 660 1350 1350 2500 660 2500 1350 2500 2500 0,2 0,27 0,2 0,2 0,14 0,27 0,14 0,2 0,14 0,14 620 150 620 620 1600 150 1600 620 1600 1600 6-8 10-12 6-8 10-12 6-8