I. Mục tiêu
Học xong bài này học sinh sẽ:
- Trình bày đợc những khái niệm cơ bản về máy biến áp.
- Phân biệt đợc máy biến áp với động cơ không đồng bộ một pha và động cơ không đồng bộ ba pha.
- Có tinh thần học tập tốt, hăng hái phát biểu xây dựng bài.
ii. Nội dung
1. Khái niệm
Mỏy biến ỏp (MBA) là một thiết bị điện từ tĩnh dựng để biến đổi dũng điện xoay chiều từ điện ỏp này sang điện ỏp khỏc với cựng một tần số.
- Máy biến áp dùng tăng điện từ thấp lên cao là máy tăng áp. - Máy biến áp dùng giảm điện từ cao xuống thấp là máy hạ áp.
Trong hệ thống dòng xoay chiều, thiết bị dùng để biến đổi tăng hoặc giảm điện áp gọi là máy biến áp.
* Lõi thép :
Đợc ghép bằng các lá thép mỏng kĩ thật điện có hàm lợng silic 1-4%, dày từ 0.35 – 0.5mm.
Với các máy có cơng suất lớn, các lá thép còn đợc cách điện với nhau bằng lớp sơn cách điện.
Lõi thép có dạng khung chữ nhật, các lá thép có thể gồm hai hay nhiều mảnh chữ C hoặc I ghép lại.
* Dây quấn :
Dây quấn máy biến áp thờng đợc chế tạo bằng đồng hoặc nhơm có tiết diện hình trịn hoặc hình chữ nhật, bờn ngồi dõy cú bọc lớp cỏch điện. Dõy quấn được quấn thành nhiều vũng và lồng vào trụ lừi thộp.
- Dây quấn nồi với nguồn là dây sơ cấp: W1 - Dây quấn nồi với tải là dây thứ cấp: W2
Cả hai dây quấn có thể quấn trên một trụ hoặc hai trụ. Giữa hai dây có đặt chất cách điện, giữa hai dây quấn với vỏ cũng đợc cách điện.
3. Nguyên lý làm việc
Hình 3.18
Hình 3.29 Cấu tạo máy biến áp
Xét hình 3.18
- Máy biến áp làm việc dựa vào nguyên lý cảm ứng điện từ. Đặt vào D.ây quấn sơ cấp W1 điện áp xoay chiều U1 sẽ tạo ra dòng sơ cấp I1 dòng I1 sinh ra từ thông
xoay chiều chạy trong lõi thép. Từ thơng này mắc vịng cả hai cuộn sơ và thứ cấp gọi là từ thơng chính.
- Từ thơng φ biến thiên sẽ cảm ứng ra một sức điện động ở quận sơ và thứ cấp:
dt d W e1=− 1 φ
dt d W e2=− 2 φ
- Hai sức điện động này biến đổi theo quy luật hàm số sin và có trị số hiệu dụng là
E1 = 4,44 f.W1. φ max
E2 = 4,44 f.W2. φ max
Trong đó: φmax là trị số từ thơng lớn nhất
f là tần số
- Trờng hợp chạy không tải ( thứ cấp hở mạch ): U1= E1.0 U2= E2.0 Nếu chia E1 cho E2
K U U W W W W E E = = = = 2 1 2 1 max . 2 . 44 , 4 max . 1 . 44 , 4 2 1 φ φ
Trong đó k là hệ số máy biến áp.
Nếu K >1 tức W1>W2, U1>U2 : Máy biến áp hạ áp. Nếu K <1 tức W1<W2, U1<U2 : Máy biến áp tăng áp.
4. Các thông số cơ bản của máy biến áp
- Điện áp định mức: Là điện áp đã quy định đặt vào dây quấn sơ cấp. Ký hiệu U1đm
- Điện áp thứ cấp định mức: Là điện áp giữa 2 cực của cuộn dây thứ cấp khi cuộn W1 có tải định mức và điện áp đặt vào sơ cấp là định mức.
- Dòng điện định mức: là dòng đã qui định cho mỗi cuộn dây của máy biến áp ứng với Pđm và Uđm
Kí hiệu : Iđm1 và Iđm2
- Cơng suất định mức: Là công suất biểu kiến trên các cực của dây quấn thứ cấp ở chế độ làm việc định mức.
- Kí hiệu Sđm
- Với máy một pha : Sđm = U2đm. I2đm - Với máy ba pha : Sđm = 3U2đm. I2đm - Đơn vị VA hoặc KVA
- Tần số: máy biến áp thiết kế sử dụng với tần số lới điện công nghiệp: f = 50 , 60Hz.
III. Câu hỏi ơn tập
1. Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động máy biến áp?
2. Phân biệt máy biến áp với động cơ không đồng bộ một pha và động cơ không đồng bộ ba pha?
Chơng 3: thiết bị bảo vệ và điều khiển
(Thời gian: 08 giờ; lý thuyết: 06; thực hành: 02)
i. Mục tiêu
Học xong bài này học sinh sẽ:
- Trình bày đợc những khái niệm cơ bản khí cụ điện. - Phân biệt đợc một số khí cụ điện cơ bản.
- Có tinh thần học tập tốt, hăng hái phát biểu xây dựng bài.
ii. Nội dung
Khí cụ điện là những thiết bị dùng để đóng, cắt, điều khiển, điều chỉnh và bảo vệ các lới điện, mạch điện, máy điện ngồi ra nó cịn đ… ợc dùng để kiểm tra và điều chỉnh các quá trình khơng điện khác.
Khí cụ bảo vệ
1. Các trạng thái làm việc khơng bình thờng của thiết bị điện 1.1. Trạng thái quá tải
Khi dòng điện qua thiết bị vợt quá giá trị định mức thì khi đó thiết bị sẽ làm việc ở trạng thái quá tải.
Ta thấy tổn hao tỷ lệ với bình phơng dịng điện, nên khi bị quá tải thì tổn hao trong thiết bị tăng quá mức cho phép, khi đó dẫn đến thiết bị sẽ bị nóng lên gây ra cháy, nổ động cơ và h hỏng nặng thiết bị.
1.2. Trạng thái quá tải điện áp
Nếu điện áp đặt vào thiết bị lớn hơn điện áp định mức thì thiết bị sẽ làm việc ở trạng thái quá tải điện áp. Có hai loại quá tải điện áp là quá tải điện áp thiên nhiên và quá tải điện áp nội bộ.
+) Quá tải điện áp thiên nhiên: Do sét đánh trực tiếp hoặc do cảm ứng dòng điện sét vào lới điện, dẫn truyền đến thiết bị.
+) Quá tải điện áp nội bộ: Do các điều chỉnh sai lệch cũng nh sự cố trong lới điện, làm điện áp vợt quá giá trị định mức.
1.3. Trạng thái ngắn mạch
Là trạng thái hai dây dẫn có điện thế khác nhau bị nối tắt bởi một vật dẫn có điện trở nhỏ.
2. Cầu chì
2.1. Khái niệm và cơng dụng
Cầu chì là khí cụ dùng để bảo vệ thiết bị điện và lới điện tránh khỏi dòng điện ngắn mạch, nó thờng đợc dùng để bảo vệ đờng dây dẫn , máy biến áp, động cơ điện, các thiết bị điện khác
Cầu chì thờng gồm một dây chảy làm bằng chì, nhơm, đồng, kẽm đặt trong… một vỏ kín và đợc mắc nối tiếp trong mạch bảo vệ.
2.2. Cấu tạo, phân loại và ký hiệu cầu chì
+) Cầu chì hở: Thờng dùng dây chảy dạng lá, đặt hở lắp trong cầu dao nắp nhựa, đợc sử dụng ở các dòng điện 5A, 10A, 15A, 30A
+) Cầu chì kiểu nắp vặn: Dây chảy đợc nối với nắp ở phía trong. Nắp có dạng răng vit để vặn chặt vào đế. Dây chẩy băng đồng hoặc bằng bạc có dịng điện định mức 6A, 10A, 15A, 20A, 25A, 30A, 60A, 100A
+) Cầu chì hộp: Hộp và nắp đều làm băng sứ cách điện và đợc bắt chặt các tiếp xúc điện băng đồng, dây chảy đợc bắt chặt bằng vít vào phía trong nắp. Cầu chì hộp đợc chế tạo theo các cỡ có dịng điện định mức là 5A, 10A, 15A, 20A, 30A, 60A, 80A, 100A ở điện áp 500 V
+) Cầu chì ống: Cầu chì ống có hai loại phổ biến là ống nhựa phibơrơ và ống sứ. Dây chảy đợc đặt trong ống sứ hình hộp có bột thuỷ tinh để dập hồ quang (bột thuỷ tinh khử ion rất mạnh nên hồ quang bị dập tắt) cầu chì này chế tạo với điện áp 550V
3. Rơ le nhiệt
3.1. Khái niệm và cơng dụng
Rơle nhiệt là khí cụ để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi bị quá tải, thờng dùng kèm với khởi động từ , công tắc tơ. Đợc dùng ở điện áp 500V, tần số 50Hz
Rơle nhiệt không tác động tức thời theo trị số dịng điện vì nó có qn tính nhiệt lớn, phải có thời gian để phát nóng. Vì vậy nó khơng thể dùng để bảo vệ ngắn mạch đợc.
3.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của rơle nhiệt
Hình 4.1 Cấu tạo rơ le nhiệt
Phần tử phát nóng 1 đợc đấu nối tiếp với mạch động lực bởi vít 2 và ơm phiến lỡng kim 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 xoay quanh trục 4, tùy theo trị số dòng điện chạy qua phần tử phát nóng mà phiến lỡng kim cong nhiều hay ít, đẩy vào vít 6 làm xoay giá 5 để mở ngàm đòn bẩy 9. Nhờ tác dụng lò xo 8, đẩy đòn bẩy 9 xoay quanh trục 7 ngợc chiều kim đồng hồ làm mở tiếp điểm động 11 khỏi tiếp điểm tĩnh 12. Nút nhấn 10 để reset rơ-le nhiệt về vị trí ban đầu sau khi phiến lỡng kim nguội trở về vị trí ban đầu.
Hình 4.2 Khi rơ le nhiệt tác động
Nguyên lý làm việc của rơle nhiệt là dùng lá kim loại kép, phần tử phát nhiệt đợc đấu nối tiếp vào mạch điện chính tuỳ theo cờng độ dịng điện và thời gian dòng điện đi qua mà sinh ra nhiệt lợng khác nhau một phần nhiệt lợng này toả vào không gian, một phần để đốt nóng lá kim loại kép. Khi bị đốt nóng đến một mức độ nào đó thì lá kim loại kép uốn lên phía trên, cần 1 bị lõ xo kéo xuống ngợc chiều kim đồng hồ, đầu tiếp xúc 6 mở ra làm cho mạch điện của cuộn dây công tắc tơ bị cắt, đông cơ dừng lại.
Rơle nhiệt thờng dùng thuộc loại đốt nóng gián tiếp, một pha .
3.3. Phân loại, ký hiệu và một số thông số kỹ thuật của rơle nhiệt
*) Phân loại rơle nhiệt + phân loại theo kết cấu:
- Rơ le kiểu hở: Đợc đặt trong các nắp máy, tủ điện, bảng điện… - Rơle nhiệt kiểu kín: Đợc đặt trong các bề mặt hở của các thiết bị
+ Phân loại theo phơng pháp đốt nóng:
- Loại đốt nóng trực tiếp: Dịng điện trực tiếp đi qua tấm kim loại kép, loại này có cấu tạo đơn giản, nhng khi thay đổi dòng điện định mức ta phải thay đổi tấm kim loại kép, do đó khơng tiện dụng.
- Loại đốt nóng gián tiếp: Dịng điện đi qua phần tử đốt nóng độc lập, nhiệt l- ợng của nó toả ra, gián tiếp làm tấm kim loại kép cong lên. Loại này có u điểm là muốn thay đổi dịng điện định mức ta chỉ cần thay đổi phần tử đốt nóng, chứ khơng cần thay đổi tấm kim loại kép. Nhợc điểm của loại này là khi có quá tải lớn, phần tử đốt nóng có thể đạt nhiệt độ rất cao, mhng vì khơng khí truyền nhiệt kém, nên tấm kim loại cha kịp tác động mà phần tử đốt nóng đã bị cháy đứt. Trong thực tế đa số rơle nhiệt kiểu này bị cháy hỏng bộ phận đốt nóng là nh vậy.
- Loại đốt nóng hỗn hợp: Loại này tơng đối tốt vì vừa đốt trực tiếp vừa đốt gián tiếp. Nó có tính ổn định nhiệt cao và có thể làm việc ở bội số quá tải lớn (12- 15)Iđm
+ Phân loại theo yêu cầu sử dụng:
- Loại hai cực: Thờng đợc dùng để bảo vệ quá tải ở mạch xoay chiều ba pha. *) Ký hiệu rơle nhiệt:
Để phân biệt rơle nhiệt với các khi cụ khác, trên sơ đồ mạch điện thông thờng dùng 2 chữ in hoa để ký hiệu cho rơ le và các bộ phận của nó nh: RN (Việt Nam) PT (Liên Xơ) …
Hình 4.4 Rơ le nhiệt 4. Rơle dịng điện.
4.1. Khái niệm và cơng dụng
Cơng dụng chủ yếu của rơle dịng điện là bảo vệ thiết bị điện và đờng dây khi quá tải hoặc ngắn mạch không bị h hỏng nghiêm trọng.
Cuộn dây của rơle dịng điện có thể đấu trực tiếp vào mạch dịng điện của lới điện hoặc đấu qua máy biến dòng điện.
4.2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc của rơle dòng điện
Khi trong cuộn dây có dịng điện đi qua, thì phiến hình chữ z, do tác dụng của lực điện từ có xu hớng di động về phía cực từ của nam châm điện, nhng lực lo xo thì chống lại sự di động ấy. Mô men điện từ Mđ tác dụng vào phiến hình chữ Z tỷ lệ thuận với bình phơng của dịng điện. Khi dịng điện trong cuộn dây tăng lên đến mức làm cho Md lớn hơn mo men và lực cản ma sát của lị xo thì phiến hình chữ Z bị hút vào cực từ, làm cho tiếp điểm đợc nối thơng cũng có nghĩa là rơle đã tác động. Dịng điện nhỏ nhất có thể làm cho rơle tác động gọi là dịng điện tác động của rơle.
Hình 4.5 Cấu tạo rơ le dịng điện
Khi dịng điện giảm xuống thì mơmen cũng giảm đi một cách tơng ứng. Khi mơmen của lị xo lớn hơn mơ men của điện từ và lực cản ma sát thì rơle phục hồi trạng thái ban đầu. Sau khi rơ le tác động, dòng điện lớn nhất làm cho rơle phục hồi vị trí ban đầu gọi là dịng điện phục hồi của rơle.
Tỷ số giữa dòng điện phục hồi và dòng điện tác động gọi là hệ số phục hồi đối với rơle dịng điện thì dịng điện tác động lớn hơn dịng điện phục hồi nên hệ số phục hồi nhỏ hơn 1.
5. Rơ le điện áp :
- Dùng để bảo vệ sụt áp mạch điện.
- Cuộn dây hút quấn bằng dây nhỏ nhiều vòng mắc song song với mạch điện cần bảo vệ. Khi điện áp bình thờng, rơ-le tác động sẽ làm nóng tiếp điểm của nó. Khi điện áp sụt thấp dới mức quy định, lực lò xo thắng lực hút của nam châm và mở tiếp điểm.
6. Rơ le vận tốc
Hình 4.6 Cấu tạo rơ le vận tốc
- Làm việc theo nguyên tắc phản ứng điện từ đợc dùng trong các mạch thắng của động cơ
- Rơ-le đợc mắc đồng trục với động cơ và mạch điều khiển. Khi đợc quay, nam châm vĩnh cửu quay theo. Từ trờng của nó quét lên các thanh dẫn sẽ sinh ra suất điện động và dòng điện cảm ứng. Dòng điện này nằm trong từ trờng sẽ sinh ra lực điện từ làm cho phần ứng quay, di chuyển cần tiếp điểm đến đóng tiếp điểm của nó. Khi tốc độ động cơ giảm nhỏ gần bằng không, lực điện từ yếu đi, trọng lợng cần tiếp điểm đa nó về vị trí cũ và mở tiếp điểm của nó.
- Rơ-le vận tốc thờng dùng trong các mạch điều khiển hãm ngợc động cơ.
7. Nút nhấn
Nút nhấn còng gọi là nút điều khiển là một loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt từ xa các thiết bị điện từ khác nhau; các dụng cụ báo hiệu và cũng để chuyển đổi các mạch điện điều khiển, tín hiệu liên động bảo vệ ở mạch điện một chiều điện áp đến… 440V và mạch điện xoay chiều điện áp 500V, tần số 50HZ; 60HZ, nút nhấn thông dụng để khởi động, đảo chiều quay động cơ điện bằng cách đóng và ngắt các cn dây của contactor nối cho động cơ. Nút nhấn thờng đợc đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút nhấn. Nút nhấn thờng đợc nghiên cứu, chếõ tạo làm việc trong môi trờng không ẩm ớt, khơng có hơi hóa chất và bụi bẩn. Nút nhấn có thể bền tới 1.000.000 lần đóng khơng tải và 200.000 lần đóng ngắt có tải. Khi thao tác nhấn nút cần phải dứt khốt để mở hoặc đóng mạch điện.
7.2. Phân loại và cấu tạo:
a. Cấu tạo:
Nút nhấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thờng hở – thờng đóng và vỏ bảo vệ. Khi tác động vào nút nhấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái; khi khơng cịn tác động, các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu.
b. Phân loại:
Nút nhấn đợc phân loại theo các yếu tố sau:
- Phân loại theo chức năng trạng thái hoạt động của nút nhấn, có các loại: + Nút nhấn đơn:
Mỗi nút nhấn chỉ có một trạng thái (ON hoặc OFF) Ký hiệu:
Hình 4.7 Các dạng tiếp điểm