2.1. Khí cụ điện đóng cắt
2.1.2. Khí cụ điện đóng cắt tự động
a) Công dụng, phân loại, ký hiệu
Côngtăctơ là một loại khí cụ điện dùng để đóng, cắt thường xuyên các mạch điện động lực, từ xa, bằng tay hay tự động. Việc đóng cắt Côngtăctơ có tiếp điểm có thể được thực hiện bằng nam châm điện, thủy lực hay khí nén. Thông thường ta gặp loại đóng cắt bằng nam châm điện.
Côngtăctơ có hai vị trí: đóng - cắt, được chế tạo có số lần đóng - cắt lớn, tần số đóng có thể đến 1500 lần trong một giờ.
Côngtăctơ hạ áp thường dùng là kiểu không khí, được phân ra nhiều loại như sau:
+ Theo nguyên lý truyền động, ta có Côngtăctơ kiểu điện từ (truyền điện bằng lực hút điện từ), kiểu hơi ép, kiểu thuỷ lực. Hiện nay ta thường gặp Côngtăctơ kiểu điện từ.
+ Theo dạng dòng điện có: Côngtăctơ điện một chiều (DC) và Côngtăctơ điện xoay chiều (AC).
+ Theo nguyên lý làm việc gồm: Côngtăctơ có tiếp xúc và không tiếp xúc.
+ Theo vị trí lắp đặt, người ta phân ra Côngtăctơ dùng ở nơi hạn chế chiều cao (ví dụ ở bảng điện gầm xe) và ở nơi hạn chế chiều rộng (như ở trong buồng tàu điện).
Kí hiệu:
Hình 2.12. Ký hiệu tiếp điểm và cuộn dây côngtăctơ
a. Tiếp điểm thường mở mạch động lực; b. Tiếp điểm thường mở mạch điều khiển;
c. Tiếp điểm thường đóng; d. Cuộn dây
b) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Côngtăctơ kiểu điện từ có các bộ phận chính như sau: Hệ thống mạch vòng dẫn điện, hệ thống dập hồ quang, cơ cấu điện từ (mạch từ, cuộn dây hút), hệ thống tiếp điểm phụ, vỏ và các chi tiết cách điện.
Hình 2.13. Hình dáng chung Côngtăctơ
1, 2. Đầu nối dây tiếp điểm mạch điều khiển; 3. Đầu nối dây tiếp điểm mạch động lực
* Hệ thống mạch vòng dẫn điện của Côngtăctơ
Các tiếp điểm của Côngtăctơ phải chịu được độ mài mòn về điện và cơ trong các chế độ làm việc nặng nề và có tần số thao tác lớn. Để đáp ứng yêu cầu đó tức là giảm độ mài mòn và điện trở tiếp xúc, người ta chế tạo để các tiếp điểm có tiếp xúc đường.
Ở Côngtăctơ, tiếp điểm thường dùng có dạng hình ngón và dạng bắc cầu.
* Hệ thống dập hồ quang
- Hệ thống dập hồ quang ở Côngtăctơ điện một chiều:
Trong Côngtăctơ điện một chiều người ta thường dùng cuộn thổi từ tạo ra từ trường, tác dụng lên dòng điện hồ quang, sinh ra lực điện động kéo rài hồ quang và đẩy hồ quang vào buồng dập hồ quang.
Cuộn thổi từ thường được mắc nối tiếp với tiếp điểm. Khi dòng điện cắt càng lớn lực điện động sinh ra do cuộn thổi từ với dòng điện hồ quang càng lớn, hồ quang càng được đẩy sâu vào trong buồng dập hồ quang. Buồng dập hồ quang được chế tạo bằng các tấm thép non tạo thành dàn dập hồ quang hay kiểu buồng dập hồ quang có khe hở hẹp với h́nh dáng quanh co zích zắc.
- Hệ thống dập hồ quang ở Côngtăctơ điện xoay chiều.
Các Côngtăctơ điện xoay chiều thông dụng trong công nghiệp thường chế tạo có hai đoạn ngắt mạch trên cùng một pha. Sử dụng tiếp điểm bắc cầu đặt trong một hộp kín để dập hồ quang.
+ Dập hồ quang bằng thổi từ nhờ một cuộn dây đấu nối tiếp và hộp dập hồ quang có khe hở hẹp.
Hồ quang được thổi vào khe hở hẹp cọ sát vào vách và bị dập tắt. Hồ quang càng được kéo dài, tốc độ càng lớn thì hồ quang càng dễ bị dập tắt. Vì thế trong khe hở hẹp, người ta còn bố trí thêm những tấm ngăn song song để hồ quang càng được kéo dài qua đoạn đường quanh co zích zắc. Các tấm ngăn này thường làm bằng samốt, stêatit ép hoặc abôximăng.
+ Chia hồ quang thành nhiều hồ quang ngắn
Hộp dập hồ quang gồm nhiều tấm thép hoặc đồng đặt song song nhau. Khi hồ quang bị kéo vào buồng ngăn sẽ chia thành nhiều hồ quang ngắn có chiều dài khoảng 2 –3 mm. Những đoạn hồ quang ngắn này độc lập với nhau và không cùng tốc độ dịch chuyển. Do đó thời gian tồn tại của hồ quang là ngắn nhất.
* Cơ cấu điện từ Mạch từ:
Là các lõi thép có hình dạng chữ ш hay chữ . Nó gồm các lá tôn silic, có chiều dầy 0,35mm hoặc 0,5mm, ghép lại để tránh tổn hao dòng điện xoáy.
Mạch từ thường chia làm hai phần: Một phần được kẹp chặt cố định (phần tĩnh), phần còn lại là nắp (còn gọi là phần ứng hay phần động) được nối với hệ thống tiếp điểm (tiếp điểm động) qua hệ thống tay đòn.
- Cuộn dây hút:
Cuộn dây có điện trở rất bé so với điện kháng. Dòng điện trong cuộn dây phụ thuộc vào khe hở không khí giữa nắp và lõi thép cố định. Nếu khe hở lớn ( lớn) thì dòng điện qua cuộn dây lớn, do đó không được phép cho điện áp vào cuộn dây khi nắp mạch từ bị kẹt không hút xuống được.
* Cơ cấu truyền động:
Cơ cấu truyền động phải có kết cấu sao cho giảm được thời gian thao tác đóng ngắt tiếp điểm, nâng cao lực ép các tiếp điểm và giảm được tiếng kêu va đập. Cơ cấu truyền động có các dạng sau:
+ Nắp chuyển động xoay quanh bản lề, tiếp điểm chuyển động thẳng có tay đòn truyền chuyển động.
+ Nắp và tiếp điểm chuyển động thẳng theo hai phương vuông góc với nhau.
+ Nắp chuyển động thẳng, tiếp điểm chuyển động xoay quanh bản lề.
+ Nắp và tiếp điểm đều chuyển động xoay quanh bản lề có một hệ thống tay đòn chung, trường hợp này lực ép trên tiếp điểm lớn.
* Cấu trúc bên trong của côngtăctơ (hãng LS)
Nguyên lý làm việc của Côngtăctơ điện từ
Sự làm việc của Côngtăctơ điện từ dựa trên nguyên tắc lực điện từ, khi ta cung cấp một điện áp U vào cuộn dây 5, nó sẽ sinh ra từ trường, từ trường này sẽ tạo ra lực từ tác dụng lên nắp 4. Khi lực hút này lớn hơn lực kéo lò xo của hệ thống truyền động, nó sẽ hút lõi sắt phần động để khép kín mạch từ. Hệ thống tiếp điểm sẽ thay đổi trạng thái. Nếu như ở điều kiện bình thường (khi cuộn dây chưa có điện), tiếp điểm là đóng 1 thì khi cho điện vào cuộn dây, tiếp điểm sẽ mở ra. Ngược lại, nếu như ở điều kiện bình thường (khi cuộn dây chưa có điện), tiếp điểm là mở 3 thì khi cho điện vào cuộn dây, tiếp điểm sẽ đóng lại.
Hình 2.15. Hoạt động của côngtăctơ
1, 3. Tiếp điểm; 2. Đầu nối; 4. Lõi thép động; 5. Cuộn dây; 6. Lõi thép tĩnh; 7. Đế
c) Các thông số kỹ thuật
- Điện áp định mức Uđm: là điện áp của mạch điện tương ứng mà tiếp điểm chính phải đóng cắt. Điện áp định mức có các cấp 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều.
- Dòng điện định mức Iđm là dòng điện định mức phải đi qua tiếp điểm chính của Côngtăctơ trong chế độ làm việc gián đoạn lâu dài. Dòng điện định mức của Côngtăctơ hạ áp thông dụng có các cấp: 10, 20, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 250, 300, 600, 800 A.
- Khả năng đóng và khả năng cắt: đó chính là dòng điện cho phép đi qua tiếp điểm chính khi cắt hoặc khi đóng mạch.
- Tuổi thọ của Côngtăctơ: Tuổi thọ của Côngtăctơ được tính bằng số lần đóng mở, sau số lần đóng mở ấy Côngtăctơ sẽ hỏng không dùng được nữa. Sự hư hỏng của nó có thể là do mất độ bền cơ khí hay độ bền điện.
Ngoài ra còn có các tham số như: Tần số đóng cắt; tính ổn định lực điện động;
tính ổn định nhiệt; số cực; số cặp tiếp điểm phụ; điện áp cuộn dây.
d) Tháo lắp, kiểm tra và sửa chữa
+) Chuẩn bị dụng cụ, vật tư, thiết bị (cho một bàn thực tập/01 SV)
Bảng 2.10. Bảng kê thiết bị, dụng cụ, vật tư thực hành côngtăctơ
TT Tên thiết bị Mô tả kỹ thuật S.lượng Đơn vị Ghi chú A Thiết bị, dụng cụ
1 Côngtăctơ 3P, 32A 01 Cái 1NO+NC
3 Tôvít 4 cạnh 5x100mm 01 Cái
4 Tôvít 2 cạnh 5x100mm 01 Cái
5 Đồng hồ vạn năng Sunwa YX-
960TR
01 Cái
6 Kìm điện 500V, 160mm 01 Cái
B Vật tư
1 Giấy nhám mịn 01 dm2
Trước khi vào thực tập yêu cầu kiểm tra thiết bị, dụng cụ, vật tư:
- Kiểm tra tình trạng thiết bị: Đồng hồ vạn năng làm việc bình thường.
- Kiểm tra dụng cụ: Đầy đủ, đúng yêu cầu kỹ thuật.
- Kiểm tra vật tư: Vật tư đủ, đúng chủng loại yêu cầu.
- Kiểm tra vị trí thực tập: Đảm bảo các thiết bị, dụng cụ đặt gọn gàng, đúng vị trí, dễ thao tác, an toàn, vệ sinh công nghiệp.
+) Trình tự kiểm tra, bảo dưỡng
Bảng 2.11. Trình tự kiểm tra, bảo dưỡng côngtăctơ
TT Thao tác thực hành Yêu cầu kỹ thuật Dụng cụ thiết bị 1 Chuẩn bị thiết bị, dụng cụ, vật
tư
- Nhận từ tủ đồ theo hướng dẫn của giáo viên
- Chuyển các thiết bị về bàn thực tập
- Đúng chủng loại - Đủ số lượng
- Thao tác nhẹ nhàng, cẩn thận
Đồng hồ vạn năng, cầu dao, kìm, tôvít, giấy nhám...
2 Đọc nhãn, ghi thông số kỹ thuật: Điện áp, dòng điện, số pha, tần số, tuổi thọ..
Ghi đúng, đủ
3 Nhận biết các phần tử:
- Ba tiếp điểm chính (NO) thường kí số là 1, 3, 5 và 2, 4, 6 (hoặc L1, L2, L3 và T1, T2, T3 hoặc R, S, T và U, V, W)
Nhận biết đúng, đủ Mắt thường
mỗi đầu nối có một đôi kí số làm kí hiệu. Số thứ nhất chỉ vị trí, thứ tự. Số thứ hai chỉ chức năng nhiệm vụ.
- Tiếp điểm thường đóng: có số thứ nhì 1 – 2 (hoặc NC)
- Tiếp điểm thường hở: có số thứ nhì 3 – 4 (hoặc NO)
- Hai đầu cuộn dây có kí hiệu A1 và A2
4 Kiểm tra tiếp xúc điện:
- Kiểm tra tiếp điểm NC:
Dùng ĐHVN thang đo x1 để đo điện trở 2 đầu đấu dây của cặp tiếp điểm.
Kiểm tra tiếp điểm NO: Ấn nút ấn (màu cam) trên mặt của côngtăctơ để các tiếp điểm tiếp xúc.
Điện trở bằng 0 hoặc rất nhỏ
Đồng hồ vạn năng
5 Kiểm tra thông mạch cuộn dây:
Dùng ĐHVN thang đo x1 (hoặc x10) để đo điện trở 2 đầu đấu dây A1 - A2 của cuộn dây.
Điện trở có một giá trị nhất định (khác 0)
Đồng hồ vạn năng
6 Kiểm tra cách điện:
Dùng ĐHVN thang đo x1K đo cách điện của các đầu đấu dây thường mở với nhau và các đầu dây với vỏ
Điện trở 0,5M hoặc rất lớn
Đồng hồ vạn năng
7 Tháo côngtăctơ:
- Tháo vỏ: Dùng tô vít tháo các móc gài giữa phần nắp vỏ và phần thân công tắc tơ
- Tháo cuộn dây: Dùng tay nhấc phần cuộn dây ra khỏi mạch từ tĩnh
- Tháo mạch từ tĩnh: Dùng tay nhấc phần mạch từ tĩnh ra khỏi
Tách riêng 2 phần nắp và thân công tắc tơ ra.
Tách cuộn dây ra khỏi mạch từ tĩnh. Không làm đứt cuộn dây.
Tách được mạch từ tĩnh ra khỏi vỏ. Không
Tôvít
thân công tắc tơ.
- Tháo tiếp điểm phụ: Dùng tô vít gỡ móc gài giữa phần tiếp điểm phụ với thân công tắc tơ.
- Tháo hệ thống dập hồ quang:
Nhấc bộ phận dập hồ quang ra khỏi ngăn dập hồ quang
làm cong vênh lõi.
Tách phần tiếp điểm phụ ra khỏi thân công tắc tơ. Tránh làm gẫy móc gài.
Tách bộ phận dập hồ quang ra khỏi ngăn dập hồ quang.
Tránh làm cong vênh hệ thống dập hồ quang.
8 Lắp vỏ:
Trình tự lắp ngược với trình tự tháo: Lắp hệ thống dập hồ quang - Lắp tiếp điểm phụ - Lắp mạch từ tĩnh - Lắp cuộn dây - Lắp vỏ trên
Tiếp điểm tĩnh, động của từng cặp đảm bảo tiếp xúc tốt nhất
Tôvít
Lưu ý: Các kết quả kiểm tra, bảo dưỡng phải ghi vào phiếu luyện tập.
+) Các dạng sai hỏng và biện pháp khắc phục
Bảng 2.12. Các dạng sai hỏng của côngtăctơ
TT Sai hỏng thường gặp Nguyên nhân Biện pháp khắc phục 1 Điện trở cặp tiếp điểm
phụ thường đóng rất lớn
- Đo nhầm sang cặp tiếp điểm thường mở - Cụt tiếp điểm
- Ấn lại nút ấn
- Thay tiếp điểm khác 2 Không thông mạch cuộn
dây
- Đầu dây bị đứt - Thay cuộn dây khác - Quấn lại như cũ 3 Tiếp điểm chính bị ăn
mòn, kẹt
- Do hồ quang - Hỏng lò xo
Nếu bị ăn mòn ít thì đánh sạch, nhẵn
4 Điện trở cặp tiếp điểm chính rất nhỏ khi đóng hay mở
- Tiếp điểm bị dính - Thay mới
+) Luyện tập
Quá trình luyện tập và củng cố kiến thức thực hiện theo phiếu luyện tập ở phụ lục 1a.
+) Kiểm tra đánh giá
Kiểm tra đánh giá kết quả thực hành theo phiếu đánh giá ở phụ lục 1b và phụ lục 2.
2. Khởi động từ
a) Công dụng, phân loại, ký hiệu
Khởi động từ là một loại khí cụ điện dùng để điều khiển từ xa việc đóng, cắt, đảo chiều quay và bảo vệ quá tải các động cơ điện không đồng bộ xoay chiều ba pha rô to lồng sóc.
Khởi động từ có một Côngtăctơ và một rơle nhiệt gọi là khởi động từ đơn, thường dùng để điều khiển đóng cắt động cơ điện.
Khởi động từ có hai Côngtăctơ và một rơle nhiệt gọi là khởi động từ kép, dùng để điều khiển đảo chiều quay động cơ điện.
Về ký hiệu của khởi động từ phần côngtăctơ giống như ở trên, ký hiệu phần động lực và điều khiển của rơle nhiệt mời độc giả xem mục 2.3.3.
b) Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
Về cấu tạo, do khởi động từ có phần tử chính là côngtăctơ nên sự hoạt động của nó giống như hoạt động của côngtăctơ. Điểm khác biệt là nó có phần từ rơle nhiệt nên có thể bảo vệ được quá tải. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơle nhiệt độc giả xem mục 2.3.3.
c) Các yêu cầu kỹ thuật
Động cơ điện không đồng bộ ba pha có thể làm việc liên tục được hay không tùy thuộc đáng kể vào định mức tin cậy của khởi động từ.
Do đó khởi động từ cần phải thỏa mãn các yêu cầu sau đây:
- Tiếp điểm phải chịu được độ mài mòn, va đập;
- Khả năng đóng cắt cao;
- Thao tác đóng, cắt dứt khoát;
- Tiêu thụ công suất nhỏ nhất;
- Bảo vệ tin cậy động cơ điện khỏi bị quá tải lâu dài;
- Chịu được dòng khởi động của động cơ lớn từ 5÷7 dòng định mức.
d) Tháo lắp, kiểm tra và sửa chữa
+ Quy trình tháo lắp, kiểm tra và sửa chữa khởi động từ phần côngtăctơ thực hiện như trên.
+ Quy trình tháo lắp, kiểm tra và sửa chữa khởi động từ phần rơle nhiệt theo các bước trong mục 2.3.3.
+ Các dạng sai hỏng và biện pháp khắc phục
Các dạng sai hỏng và biện pháp khắc phục khởi động từ phần côngtăctơ thực hiện như trên.
Các dạng sai hỏng và biện pháp khắc phục khởi động từ phần rơle nhiệt theo các bước trong mục 2.3.3.
+) Luyện tập
Quá trình luyện tập và củng cố kiến thức thực hiện theo phiếu luyện tập ở phụ lục 1a.
+) Kiểm tra đánh giá
Kiểm tra đánh giá kết quả thực hành theo phiếu đánh giá ở phụ lục 1b và phụ lục 2.