Giáo trình Khí cụ điện (Trình độ: Cao đẳng) - Nguyễn Thị Hồng Loan

vượt quá trị số cho phép thì Chương 3: Khí cụ điện bảo vệ KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 31 phần ứng bị hút và móc sẽ dập vào khớp rơi tự do, làm tiếp điểm của CB mở ra. Điều chỉnh vít để thay đổi lực kháng của lò xo, ta có thể điều chỉnh được trị số dòng điện tác động. Để giữ thời gian trong bảo vệ quá tải kiểu điện từ, người ta thêm một cơ cấu giữ thời gian (ví dụ bánh xe răng như trong cơ cấu đồng hồ). - Móc kiểu rơle nhiệt đơn giản hơn cả, có kết cấu tương tự như rơle nhiệt có phần tử phát nóng đấu nối tiếp với mạch điện chính, tấm kim loại kép dãn nở làm nhả khớp rơi tự do để mở tiếp điểm của CB khi có quá tải. Kiểu này có thiếu sót là quán tính nhiệt lớn nên không ngắt nhanh được dòng điện tăng vọt khi có ngắn mạch, do đó chỉ bảo vệ được dòng điện quá tải. Vì vậy người ta thường sử dụng tổng hợp cả móc kiểu điện từ và móc kiểu rơle nhiệt trong một CB. Lọai này được dùng ở CB có dòng điện định mức đến 600A. + Móc bảo vệ sụt áp (còn gọi là bảo vệ điện áp thấp) cũng thường dùng kiểu điện từ. Cuộn dây mắc song song với mạch điện chính, cuộn dây này được quấn ít vòng với dây tiết diện nhỏ chịu điện áp nguồn . 3.2.3. Nguyên lý hoạt động - Sơ đồ nguyên lý của CB dòng điện cực đại và CB điện áp thấp được trình bày trên hình dưới.  CB bảo vệ quá dòng: Hình 3.5. Sơ đồ nguyên lý của CB dòng điện cực đại - Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện, CB được giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc 2 khớp với móc 3 cùng một cụm với tiếp điểm động. Chương 3: Khí cụ điện bảo vệ KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 32 - Bật CB ở trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện 5 và phần ứng 4 không hút. - Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ ở nam châm điện 5 lớn hơn lực lò xo 6 làm cho nam châm điện 5 sẽ hút phần ứng 4 xuống làm bật nhả móc 3, móc 2 được thả tự do, lò xo 1 được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm của CB được mở ra, mạch điện bị ngắt.  CB bảo vệ thấp áp: - Bật CB ở trạng thái ON, với điện áp định mức nam châm điện 5 và phần ứng 4 hút lại với nhau. - Khi sụt áp quá mức, nam châm điện 5 sẽ nhả phần ứng 4, lò xo 6 kéo móc 3 bật lên, móc 2 thả tự do, thả lỏng, lò xo 1 được thả lỏng, kết quả các tiếp điểm của CB được mở ra, mạch điện bị ngắt. Hình 3.6. Sơ đồ nguyên lý của CB điện áp thấp 3.2.4. Phân loại CB - Theo kết cấu, người ta chia CB ra ba loại: một cực, hai cực và ba cực. - Theo thời gian thao tác, người ta chia CB ra loại tác động không tức thời và loại tác động tức thời (nhanh). - Tùy theo công dụng bảo vệ, người ta chia CB ra các loại: CB cực đại theo dòng điện, CB cực tiểu theo điện áp, CB dòng điện ngược v.v Chương 3: Khí cụ điện bảo vệ KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 33  MCB ( Miniature Circuit Breaker) - Là khí cụ điện thuộc họ CB, dùng để ngắt mạch khi có sự cố ngắn mạch,sụt ápVì chỉ dùng với Iđm <100A và Icu<100KA nên đa số dùng trong dân dụng và tải nhẹ - Tên thường gọi: CB tự động loại nhỏ ,cầu dao tự động, aptômat nhỏ, CB tép(gồm các loại MCB 1p,2p,3p) Hình 3.7 Một số loại MCB của hảng Schneider  MCCB (Molded Case Ciruit Breaker) - Là khí cụ điện thuộc họ CB, giống như MCB, nhưng sử dụng với I đm >100A và Icu >100KA nên đa số dùng trong công nghiệp. - Tên thường gọi: CB khối, bộ ngắt mạch trong vỏ đúc sẵn. Hình 3.8. Một số loại MCCB của hãng Schneider 3.2.5. Tính chọn CB - Khi chọn CB phải thỏa ba yêu cầu sau: + Chế độ làm việc ở định mức của CB phải là chế độ làm việc dài hạn, nghĩa là trị số dòng điện định mức chạy qua CB lâu tùy ý. Mặt khác, mạch dòng điện của CB phải Chương 3: Khí cụ điện bảo vệ KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 34 chịu được dòng điện lớn (khi có ngắn mạch) lúc các tiếp điểm của nó đã đóng hay đang đóng. + CB phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn, có thể vài chục KA. Sau khi ngắt dòng điện ngắn mạch, CB đảm bảo vẫn làm việc tốt ở trị số dòng điện định mức. + Để nâng cao tính ổn định nhiệt và điện động của các thiết bị điện, hạn chế sự phá hoại do dòng điện ngắn mạch gây ra, CB phải có thời gian cắt bé. Muốn vậy thường phải kết hợp lực thao tác cơ học với thiết bị dập hồ quang bên trong CB. - Việc lựa chọn CB, chủ yếu dựa vào : + Dòng điên tính toán đi trong mạch. + Dòng điện quá tải. + Khi CB thao tác phải có tính chọn lọc. - Ngoài ra lựa chọn CB còn phải căn cứ vào đặc tính làm việc của phụ tải là CB không được phép cắt khi có quá tải ngắn hạn thường xảy ra trong điều kiện làm việc bình thường như dòng điện khởi động, dòng điện đỉnh trong phụ tải công nghệ. - Yêu cầu chung là dòng điện định mức của móc bảo vệ ICB không được bé hơn dòng điện tính toán Itt của mạch. - Tùy theo đặc tính và điều kiện làm việc cụ thể của phụ tải, người ta hướng dẫn lựa chọn dòng điện định mức của móc bảo vệ bằng 125%, 150% hay lớn hơn nửa so với dòng điện tính toán mạch. Tính chọn CB cho động cơ trên ta dựa theo 2 điều kiện sau: CB dm t I I .K mm dm CB K .I I   3.3. Rơ le chống giật (Thiết bị chống dòng điện rò- Residual Current Circuit Breaker) 3.3.1. Ký hiệu 1] 2] Hình 3.9. Kí hiệu RCCB (1. RCCB 1 pha, 2. RCCB 3 pha) Chương 3: Khí cụ điện bảo vệ KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 35 3.3.2. Khái niệm - Cơ thể người rất nhạy cảm với dòng điện, ví dụ: dòng điện nhỏ hơn 10mA thì người có cảm giác kim châm; lớn hơn 10mA thì các cơ bắp co quắp; dòng điện đến 30mA đưa đến tình trạng co thắt, ngạt thở và chết người. Khi thiết bị điện bị hư hỏng rò điện, chạm mát mà người sử dụng tiếp xúc vào sẽ nhận dòng điện đi qua người xuống đất ở điện áp nguồn. Trong trường hợp này, CB và cầu chì không thể tác động ngắt nguồn điện vời thiết bị, gây nguy hiểm cho người sử dụng. - Nếu trong mạch điện có sử dụng thiết bị chống dòng điện rò thì người sử dụng sẽ tránh được tai nạn do thiết bị này ngắt nguồn điện ngay khi dòng điện rò xuất hiện. 3.3.3. Cấu tạo Hình 3.10. Thiết bị chống dòng điện rò 1 pha Chương 3: Khí cụ điện bảo vệ KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 36 Hình 3.11. Thiết bị chống dòng điện rò 3 pha 3.3.4. Nguyên lý hoạt động và phân loại - Thiết bị chống dòng điện rò hoạt động trên nguyên lý bảo vệ so lệch, được thực hiện trên cơ sở cân bằng giữa tổng dòng điện vào và tổng dòng điện đi ra thiết bị tiêu thụ điện. - Khi thiết bị tiêu thụ điện bị rò điện, một phần của dòng điện được rẽ nhánh xuống đất, đó là dòng điện rò. Khi đó dòng điện về theo đường dây trung tính rất nhỏ và rơle so lệch sẽ dò tìm sự mất cân bằng này và điều khiển cắt mạch điện nhờ thiết bị bảo vệ so lệch. - Thiết bị bảo vệ so lệch gồm hai phần tử chính: - Mạch điện từ ở dạng hình xuyến mà trên đó được quấn các cuộn dây của phần công suất (dây có tiết diện lớn), chịu dòng cung cấp cho thiết bị tiêu thụ điện. - Rơle mở mạch cung cấp được điều khiển bởi cuộn dây đo lường (dây có tiết diện bé) cũng được đặt trên hình xuyến này, nó tác động ngắt các cực.  Đối với hệ thống điện một pha Trường hợp thiết bị điện không có sự cố: 21 II  Trường hợp sự cố : scIII  21 Chương 3: Khí cụ điện bảo vệ KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 37 21 II  do đó xuất hiện mất sự cân bằng trong hình xuyến từ, dẫn đến cảm ứng một dòng điện trong cuộn dây dò tìm, đưa đến tác động rơle và kết quả làm mở mạch điện.  Đối với hệ thống điện ba pha - Trường hợp thiết bị điện không có sự cố: 0321  oIIII Từ thông tổng trong mạch từ hình xuyến bằng 0, do đó sẽ không có dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dò tìm. - Trường hợp thiết bị điện không có sự cố: 0321  oIIII - Từ thông tổng trong mạch từ hình xuyến không bằng 0, do đó sẽ có dòng điện cảm ứng trong cuộn dây dò tìm, vậy cuộn dây dò tìm sẽ tác động mở các cực điện. Khả năng chọn lọc từng phần. - Tính chọn lọc được gọi là từng phần vì nó không tiếp nhận đối với một số giá trị dòng điện sự cố. Tính chọn lọc được thoả mãn khi các hệ quả của một số sự cố có thể kéo theo ngắt điện từng phần hay ngắt điện toàn bộ hệ thống cung cấp điện. sau đây là ví dụ về tính chọn lọc từng phần: - Hệ thống cung cấp điện công nghiệp với khả năng chọn lọc tổng ở ba mức chậm (trễ) mức 1: chậm 200ms; mức 2: chậm 50ms; mức 3: không có thời gian trễ. Hình 3.12. Thiết bị chống dòng rò của hãng Schneider 3.3.5. Tính chọn thiết bị chống rò Sự tác động tin cậy của RCD. - RCD tác động nhạy và tin cậy. Chương 3: Khí cụ điện bảo vệ KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 38 - Dòng điện tác động rò thực tế luôn thấp hơn dòng tác động rò danh định (ghi trên nhãn hiệu của RCD) khoảng (25 40)% khi dòng điện rò xuất hiện tăng dần hay đột ngột. - Thời gian tác động thực tế đều nhỏ hơn thời gian tác động được nhà sản xuất quy định (ghi trên nhãn hiệu) khoảng (20 80)%. Thông thường thời gian tác động cắt mạch được ghi trên nhãn hiệu của RCD là 0,1s và thời gian tác động cắt mạch thực tế nằm trong khoảng (0,020,008)s. Sự tác động có tính chọn lọc của RCD bảo vệ hệ thống điện – sơ đồ điện - Khi xuất hiện dòng điện rò đủ lớn ở đoạn đường dây điện hoặc phụ tải, RCD được lắp đặt gần nhất sẽ tác động cắt mạch, tách đọan dây hoặc phụ tải bị rò điện ra khỏi hệ thếng cung cấp điện. Như vậy đảm bảo tính chọn lọc, việc cung cấp điện không ảnh hưởng đến phần còn lại. - Nếu RCD lắp đặt không đúng yêu cầu kỹ thuật thì RCD đó sẽ không tác động cắt mạch khi xuất hiện dòng điện rò ở phần đường dây hay phụ tải tương ứng với chúng, hoặc tác động không đúng yêu cầu đã đề ra. Khả năng chọn lọc tổng hợp - Khả năng chọn lọc tổng hợp là nhắm loại trừ duy nhất thiết bị có sự cố. Để đạt được khả năng này phải thoả hai điều kiện: - Dòng điện so lệch dư định mức của RCD ở phía trên phải có giá trị lớn hơn dòng điện so lệch dư định mức của RCD ở phía dưới. 3.4. Role nhiệt 3.4.1.Ký hiệu Hình 3.13. Kí hiệu của rơ le nhiệt 3.4.2. Cấu tạo - Rơ-le nhiệt là một loại khí cụ để bảo vệ động cơ và mạch điện khi có sự cố quá tải. Rơ-le nhiệt không tác động tức thời theo trị số dòng điện vì nó có quán tính nhiệt lớn, phải có thời gian phát nóng, do đó nó làm việc có thời gian từ vài giây đến vài phút. Chương 3: Khí cụ điện bảo vệ KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 39 Hình 3.14. Cấu tạo rơ-le nhiệt Theo sơ đồ trên, rơ le nhiệt có cấu tạo như sau: – (1) Đòn bẩy – (2) Tiếp điểm thường đóng – (3) Tiếp điểm thường mở – (4) Vít chính dòng điện tác động – (5) Thanh lưỡng kim – (6) Dây đốt nóng – (7) Cần gạt – (8) Nút phục hồi 3.4.3. Nguyên lý hoạt động và phân loại - Nguyên lý chung của rơ-le nhiệt là dựa trên cơ sở tác dụng nhiệt của dòng điện làm giãn nở phiến kim loại kép. Phiến kim loại kép gồm hai lá kim loại có hệ số giãn nở khác nhau (hệ số giãn nở hơn kém nhau 20 lần) ghép chặt với nhau thành một phiến bằng phương pháp cán nóng hoặc hàn . Khi có dòng điện quá tải đi qua, phiến lưỡng kim được đốt nóng, uốn cong về phía kim loại có hệ số giãn nở bé, đẩy cần gạt làm lò xo co lại và chuyển đổi hệ thống tiếp điểm phụ. - Để rơ-le nhiệt làm việc trở lại, phải đợi phiến kim loại nguội và kéo cần reset của rơ-le nhiệt.  Phân loại rơ-le nhiệt: - Theo kết cấu: rơ-le nhiệt chia thành hai loại: kiểu hở và kiểu kín. - Theo yêu cầu sử dụng: loại một cực và hai cực. Chương 3: Khí cụ điện bảo vệ KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 40 - Theo phương thức đốt nóng: + Đốt nóng trực tiếp: dòng điện đi qua trực tiếp tấm kim loại kép. Loại này có cấu tạo đơn giản, nhưng khi thay đổi dòng điện định mức phải thay đổi tấm kim loại kép, loại này không tiện dụng. + Đốt nóng gián tiếp: dòng điện đi qua phần tử đốt nóng độc lập, nhiệt lượn toả ra gián tiếp làm tấm kim loại cong lên. Loại này có ưư điểm là muốn thay đổi dòng điện định mức ta chỉ cần thay đổi phần tử đốt nóng. Khuyết điểm của loại này là khi có quá tải lớn, phần tử đốt nóng có thể đạt đến nhiệt độ khá cao nhưng vì không khí truyền nhiệt kém, nên tấm kim loại chưa kịp tác động mà phần tử đốt nóng đã bị cháy đứt. + Đốt nóng hỗn hợp: loại này tương đối tốt vì vừa đốt trực tiếp vừa đốt gián tiếp. Nó có tính ổn định nhiệt tương đối cao và có thể làm việc ở bội số quá tải lớn. 3.4.4. Tính chọn lựa rơ-le nhiệt - Đặc tính cơ bản của rơ-le nhiệt là quan hệ giữa dòng điện phụ tải chạy qua và thời gian tác động của nó (gọi là đặc tính thời gian – dòng điện, A-s). Mặt khác, để đảm bảo yêu cầu giữ được tuổi thọ lâu dài của thiết bị theo đúng số liệu kỹ thuật đã cho của nhà sản xuất, các đối tượng bảo vệ cũng cần đặc tính thời gian - dòng điện. - Lựa chọn đúng rơ-le nhiệt là sao cho đường đặc tính A-s của rơ-le gần sát đường đặc tính A-s của đối tượng cần bảo vệ. Nếu chọn thấp quá sẽ không tận dụng được công suất của động cơ điện, chọn cao quá sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị cần bảo vệ. Hình 3.15. Rơ le nhiệt của hãng Schneider Chương 3: Khí cụ điện bảo vệ KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 41 - Trong thực tế, cách lực chọng phù hợp là chọn dòng điện định mức của rơ-le nhiệt bằng dòng điện định mức của động cơ điện cần bảo vệ, rơ-le sẽ tác động ở giá trị (1,21,3)Iđm. Bên cạnh, chế độ làm việc của phụ tải và nhiệt độ môi trường xung quanh phải được xem xét. Hình 3.16. Đặc tính A-s của rơle nhiệt 3.5. Rơle dòng điện Rơle dòng điện là một thiết bị điện dùng để bảo vệ mạch điện khi có sự cố quá tải ngắn mạch. Ngoài ra rơle dòng điện kết hợp với công tơ điện để đo công suất điện, sử dụng trong các dụng cụ đo lường để đo dòng điện. 3.5.1. Phân loại, cấu tạo Hình 3.17: Cấu tạo rơle dòng điện Chương 3: Khí cụ điện bảo vệ KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 42 Lõi thép tĩnh gồm nhiều lá thép kỹ thuật điện chữ C ghép lại, bề dày từng lá từ 0.35  0.5 mm bề mặt của từng lá có phủ lớp sơn cách điện mỏng, chức năng của lõi thép dùng để dẫn từ. Lõi thép động 3 là một miếng thép chữ Z gắn trên trục và cùng quay với trục, liên kết với lò xo phản và cơ cấu chỉnh định. Cuộn dây 1 gồm hai nửa cuộn dây dòng điện quấn trên lõi thép tĩnh 2, vật liệu là nhôm hoặc đồng bên ngoài có phủ lớp cách điện mỏng êmail, số vòng dây ít, tiết diện dây lớn, mắc nối tiếp với phụ tải. Phân loại theo tác động có loại rơle dòng điện trực tiếp, rơle dòng điện gián tiếp. Phân loại theo dòng điện có loại rơle dòng điện một chiều, rơle dòng điện xoay chiều. Hình 3.18: Ký hiệu của rơle dòng điện 3.5.2. Nguyên lý hoạt động Hai nửa cuộn dây 1 của rơle dòng điện được mắc nối tiếp với phụ tải, tiếp điểm của rơle dòng điện được mắc trên mạch điện điều khiển. Ở trạng thái bình thường dòng điện chạy qua cuộn dòng điện 1, tạo từ trường trên lõi thép tĩnh 2, tạo ra lực điện từ nhưng lực điện từ này không lớn hơn lực của lò xo, do vậy tiếp điểm thường đóng vẫn đóng, tiếp điểm thường hở vẫn hở. Khi có sự cố quá tải hay ngắm mạch xảy ra, dòng điện qua cuộn dòng 1 lớn, tạo ra Fđt > Flx, lõi thép tĩnh 2 hút miếng sắt 3, làm cho miếng sắt 3 quay, tác động làm tiếp điểm mở (hoặc đóng) hệ thống tiếp điểm 5, trên mạch điều khiển mở ra, cắt mạch điện qua mạch điều khiển. Trị số dòng điện tác động của rơle được chỉnh định bằng hai cách; khi cần dòng tác động nhỏ thì hai nửa cuộn dây 1 đấu nối tiếp, khi cần dòng điện tác động lớn thì hai nửa cuộn dây đấu song song. Di chuyển hệ thống tay đòn 7 để tăng hay giảm lực cản của lò xo 4, để tăng hay giảm trị số tác động của dòng điện một cách bằng phẳng. Chương 3: Khí cụ điện bảo vệ KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 43 3.5.3. Thông số kỹ thuật của rơle dòng điện Dòng điện định mức của rơle dòng điện Iđm, (A hay KA) nếu dòng điện qua rơle dòng lớn hơn Iđm thì rơle dòng điện tác động. Tỷ số biến dòng Ki của rơle dòng điện, dựa vào tỷ số KI để tính được dòng điện I1 khi biết dòng điện I2. Điện áp định mức của rơle dòng điện Uđm (V hay KV) là điện áp định mức của cuộn dây rơle dòng điện. 3.6. Rơ le điện áp Rơle điện áp là một thiết bị điện dùng để bảo vệ mạch điện khi có sự cố quá áp hoặc sụt áp. 3.6.1. Phân loại, cấu tạo Lõi thép tĩnh 2 gồm nhiều lá thép kỹ thuật điện hình chữ C ghép lại giữa các lá có phủ lớp sơn cách điện mỏng, chức năng của lõi thép dùng để dẫn từ. Lõi thép động 3 là một miếng thép chữ Z, gắn trên trục và cùng quay với trục, liên kết với lò xo phản và cơ cấu chỉnh định. Cuộn dây 1 gồm hai nửa cuộn dây, làm bằng nhôm hoặc đồng bên ngoài có phủ lớp cách điện mỏng gọi là êmail, số vòng dây cuộn dây 1 nhiều, tiết diện dây nhỏ, mắc song song với nguồn (hay phụ tải). Phân loại theo tác động có loại rơle điện áp trực tiếp, rơle điện áp gián tiếp. Phân loại theo dòng điện có loại rơle điện áp một chiều, rơle điện áp xoay chiều. Hình 3.19 : Cấu tạo rơle điện áp Chương 3: Khí cụ điện bảo vệ KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 44 3.6.2. Nguyên lý hoạt động Cuộn dây của rơle điện áp được mắc song song với phụ tải, tiếp điểm của rơle điện áp được mắc trên mạch điện điều khiển. Ở trạng thái điện áp nguồn điện bình thường dòng điện chạy qua cuộn dây điện áp tạo từ trường trên lõi thép tĩnh, tạo ra lực điện từ nhưng lực điện từ này không lớn hơn lực của lò xo, do vậy tiếp điểm thường đóng vẫn đóng, tiếp điểm thường hở vẫn hở. Khi có sự cố quá áp, điện áp đặt vào cuộn áp lớn, dòng điện qua cuộn áp lớn, tạo ra Fđt > Flx, lõi thép tĩnh hút lõi thép động xuống, tác động làm tiếp điểm trên mạch điều khiển mở ra, cắt mạch điện qua mạch điều khiển. Trị số điện áp tác động của rơle điện áp được chỉnh định bằng hai cách: khi cần điện áp tác động nhỏ thì hai nửa cuộn dây 1 đấu song song, khi cần điện áp tác động lớn thì hai nửa cuộn dây đấu nối tiếp. Di chuyển hệ thống tay đòn 7 để tăng hay giảm lực cản của lò xo 4, để tăng hay giảm trị số tác động của điện áp một cách bằng phẳng. 3.6.3. Thông số kỹ thuật của rơle điện áp Điện áp định mức của rơle điện áp Uđm, (V hay KV) nếu điện áp nguồn qua cuộn áp lớn hơn hoặc nhỏ hơn điện áp định mức của rơle điện áp thì rơle điện áp tác động. Tỷ số biến dòng KU của rơle điện áp, dựa vào tỷ số Ku để tính được điện áp U1 khi biết được điện áp U2. Dòng điện định mức của rơle điện áp Iđm (A hay KA) là dòng điện định mức của cuộn dây rơle điện áp. 3.7. Rơle tốc độ 3.7.1. Khái quát, phân loại rơle tốc độ Căn cứ vào tốc độ của động cơ để điều khiển sự làm việc của hệ thống, phần tử thụ cảm được chính xác tốc độ của động cơ là rơle tốc độ. Rơle tốc độ sẽ phát tín hiệu cho phần tử chấp hành để chuyển trạng thái làm việc của hệ thống khi tốc độ đạt đến các giá trị ngưỡng đã chỉnh định sẵn. Rơle tốc độ hay còn gọi là rơle hãm ngược, hoặc rơle kiểm tra tốc độ (PKC), nó thường sử dụng trong các mạch hãm tự động động cơ không đồng bộ ba pha rotor lồng sóc, làm việc đến điện áp 380 V. Rơle tốc độ có nhiều loại làm việc theo các nguyên tắc khác nhau như nguyên tắc li tâm, nguyên tắc cảm ứng, có thể dùng máy phát tốc làm rơle tốc độ. Đối với động cơ Chương 3: Khí cụ điện bảo vệ KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 45 điện một chiều có thể kiểm tra tốc độ động cơ thông qua sức điện động của động cơ. Đối với động cơ xoay chiều kiểm tra tốc độ động cơ thông qua sức điện động và tần số mạch rotor. 3.7.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động rơle tốc độ kiểu cảm ứng Rotor 1 là nam châm vĩnh cửu được nối với trục của động cơ. Stator 2 cấu tạo như một cái lồng sóc và có thể quay trên giá đỡ của nó. Hình 3.20 Cấu tạo của rơle tốc độ kiểu cảm ứng Trên cần 3 gắn vào stator 2 có đặt má động 11 của hai tiếp điểm có má tĩnh 7 và 15. Ngoài ra còn có lò 4, 5 và kết cấu vỏ bên ngoài. Trục của rơle tốc độ nối đồng trục với trục của động cơ. Khi rotor không quay các cặp tiếp điểm (7-11) và (15 -11) mở vì các lò xo 4 giữ cần 3 ở chính giữa. Khi rotor quay sẽ tạo ra từ trường quay quét qua các thanh dẫn của lồng sóc stator, cảm ứng trong các thanh dẫn dòng điện cảm ứng. Tác dụng tương hỗ giữa dòng điện cảm ứng này và từ trường quay tạo ra momen điện từ làm cho stator quay đi một góc, lúc đó các lò xo 4 bị nén hay căng ra sẽ tạo momen cản chống lại, cân bằng với momen điện từ. Tuỳ theo chiều quay của rotor mà má động 11 có thể đến tiếp xúc với má tĩnh 7 hay 15. Trị số ngưỡng của tốc độ có thể điều chỉnh bằng bộ phận 5 để thay đổi lực kéo nén của lò xo cân bằng 4. Khi tốc độ quay của rotor nhỏ hơn trị số ngưỡng đã đặt, momen điện từ nhỏ nên không thắng được momen phản của lò xo cân bằng nên tiếp điểm không thể đóng lại được. Khi tốc độ quay của rotor lớn hơn hay bằng trị số ngưỡng đã chỉnh Chương 3: Khí cụ điện bảo vệ KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 46 định thì momen điện từ thắng được momen phản của lò xo làm cho stator quay, đóng tiếp điểm tương ứng theo chiều quay của rotor. Hình 3.21 Sơ đồ nguyên lý mạch điện hãm ngược động cơ 3 pha 3.7.3. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng Các tiếp điểm không thay đổi trang thái khi động cơ chuyển từ đang đứng yên sang hoạt đông với vận tốc định mức và ngược lại do cơ cấu cơ khí ngắt ly tâm bị hỏng. Không thể điều chỉnh ngưỡng tốc độ bằng bộ phận 5 để thay đổi lực kéo nén của lò xo cân bằng 4 do lò xo bị liệt. CÂU HỎI 3.1. Nêu công dụng, cấu tạo, nguyên lý hoạt động của rơ le nhiệt? 3.2. Cho biết công dụng, cấu tạo, các lọai CB? Cách chọn CB? 3.3. Hãy trình bày nguyên lý họat động của MCCB, MCB, RCCB? 3.4. So sánh cầu dao và CB khác nhau như thế nào? Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 47 CHƯƠNG 4 : KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN Giới thiệu: “Chương 4: Khí cụ điều khiển" gồm các khí cụ như: contactor, khởi động từ, role thời gian, role trung gian... Trình bày kết cấu, nguyên lý làm việc, các thông số kỹ thuật, lựa chọn, kiểm tra và bảo dưỡng các loại khí cụ trên Mục tiêu: Nêu được ứng dụng của các loại khí điều khiển trong công nghiệp và dân dụng. Phân tích được cấu tạo, nguyên lý làm việc các loại khí cụ điều khiển cơ bản. Đọc được các thông số kỹ thuật của các khí cụ điện đo lường và điều khiển thường dùng trong hệ thống điện; Lựa chọn được các khí cụ điện dùng trong sơ đồ điện. 4.1. Contactor 4.1.1. Ký hiệu: Hình 4.1 Kí hiệu của contactor 4.1.2. Cấu tạo Nam châm điện: Nam châm điện gồm có 4 thành phần: + Cuộn dây dùng tạo ra lực hút nam châm. + Lõi sắt (hay mạch từ) của nam châm gồm hai phần: phần cố định, và phần nắp di động. Lõi thép nam châm có thể có dạng EE, EI hay dạng CI. + Lò xo phản lực có tác dụng đẩy phần nắp di động trở về vị trí ban đầu khi ngừng cung cấp điện vào cuộn dây. Hệ thống dập hồ quang điện Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 48 Khi contactor chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm các tiếp điểm bị cháy, mòn dần. Vì vậy cần có hệ thống dập hồ quang gồm nhiều vách ngăn làm bằng kim loại đặt cạnh bên hai tiếp điểm tiếp xúc nhau, nhất là ở các tiếp điểm chính của contactor. Hình 4.2 Các bộ phận của contactor khi lắp vào Hệ thống tiếp điểm của contactor - Hệ thống tiếp điểm liên hệ với phần lõi từ di động qua bộ phận liên động về cơ. Tùy theo khả năng tải dẫn qua các tiếp điểm, ta có thể chia các tiếp điểm của contactor thành hai loại: - Tiếp điểm chính: có khả năng cho dòng điện lớn đi qua (từ 10A đến vài nghìn A, thí dụ khoảng 1600A hay 2250A). Tiếp điểm chính là tiếp điểm thường hở đóng lại khi cấp nguồn vào mạch từ của contactor làm mạch từ contactor hút lại. - Tiếp điểm phụ: có khả năng cho dòng điện đi qua các tiếp điểm nhỏ hơn 5A. Tiếp điểm phụ có hai trạng thái: thường đóng và thường hở, - Tiếp điểm thường đóng là loại tiếp điểm ở trạng thái đóng (có liên lạc với nhau giữa hai tiếp điểm) khi cuộn dây nam châm trong contactor ở trạng thái nghỉ (không được cung cấp điện). Tiếp điểm này hở ra khi contactor ở trạng thái hoạt động. Ngược lại là tiếp điểm thường hở. - Như vậy, hệ thống tiếp điểm chính thường được lắp trong mạch điện động lực, còn các tiếp điểm phụ sẽ lắp trong hệ thống mạch điều khiển (dùng điều khiển việc cung cấp điện đến các cuộn dây nam châm của các contactor theo quy trình định trước). Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 49 - Theo một số kết cấu thông thường của contactor, các tiếp điểm phụ có thể được liên kết cố định về số lượng trong mỗi bộ cotactor; tuy nhiên cũng có một vài nhà sản xuất chỉ bố trí cố định số tiếp điểm chính trên mỗi contactor; còn các tiếp điểm phụ được chế tạo thành những khối rời riêng lẻ. Khi cần sử dụng ta chi ghép thêm vào trên contactor, số lượng tiếp điểm phụ trong trường hợp này có thể bố trí tùy ý. 4.1.3. Phân loại Hình 4.3. Một số loại contactor của các hãng trên thị trường Theo nguyên lý truyền động:  Kiểu điện từ (truyền điện bằng lực hút điện từ)  Kiểu hơi ép (truyền động bằng khí nén, thuỷ lực) Theo dòng điện (kiểu điện từ):  Một chiều: 24VDC, 36VDC, 127VDC  Xoay chiều: 110VAC, 220VAC, 380VAC Theo kết cấu:  Hạn chế chiều cao (dùng ở gẩm xe)  Hạn chế chiều rộng (dùng ở buồng tàu điện) Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 50 Theo kết cấu bảo vệ: có các loại contactor hở, bảo vệ, chống bụi, chống nổ, chống thấm nước. 4.1.4. Nguyên lý hoạt động Khi cấp nguồn có điện áp định mức vào cuộn dây contactor, trong mạch từ sinh ra lực hút lớn hơn lực cản của lò xo. Lõi thép tĩnh hút chặt lõi thép động về phía nó. Làm hệ thống các tiếp điểm thay đổi trạng thái, tiếp điểm thường đóng thì mở ra, tiếp điểm thường mở thì đóng lại. Ngắt nguồn ra khỏi cuộn dây contactor, các tiếp điểm trở về vị trí bàn đầu nhờ lò xo hản hồi. Hình 4.4. Trạng thái ban đầu của contactor khi chưa tác động Hình 4.5 Trạng thái của contactor khi đã tác động Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 51 4.1.5. Các thông số kỹ thuật Thông số điện:  Un: Điện áp định mức (V)  Ui : Điện áp cách điện (kV)  Uax: Điện áp cuộn hút (V)  Uimp: Điện áp xung (kV)  In: Dòng điện định mức (A)  Icu: Dòng điện ngắn mạch (kA) Thông số không điện:  Tuổi thọ: Phụ thuộc số lần đóng-ngắt  Tần số thao tác: Số lần đóng-ngắt trong một giờ Tính chọn Contactor theo thông số quan trọng nhất là dòng làm việc của Contactor Giả sử có tải động cơ điện 3 pha, 380V, công suất 3kW, cos φ 0.85. Tính chọn như sau: Từ công suất động cơ tính ra dòng điện định mức khi động cơ làm việc ổn định I=P/(1,73xUnx0,85) Tính được In=3000/(1,73x380x0,85)=5,4A. Dòng điện của contactor chọn Ict=In x hệ số khởi động (1,2-1,4 In) Vậy dòng Ict=5,4x1,4=7,56A. Chọn contactor dòng làm việc từ 8A trở lên, dòng của rơ le nhiệt bằng dòng của contactor. 4.2. . Role trung gian (Relay control) 4.2.1. Ký hiệu: a. b. Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 52 b. c. d. Hình 4.6 Kí hiệu của các loại rơ le trung gian (a. Loại 5 chân, b. Loại 8 chân, c. Loại 11 chân, d. Loại 14 chân) 4.2.2. Khái niệm phân loại Relay trung gian về cơ bản là một thiết bị rơ le điện từ với kích thước nhỏ, chúng có chức năng chuyển mạch tín hiệu điều khiển hoặc là làm nhiệm vụ khuếch đại. Trong sơ đồ điều khiển, relay trung gian thông thường được lắp đặt ở vị trí trung gian, nó nằm giữa những thiết bị điều khiển công suất nhỏ và các thiết bị điều khiển có công suất lớn hơn. Hiện nay tại trên thị trường bạn có thể dễ dàng tìm thấy các loại rơle trung gian sau: – Rơ le trung gian 12VDC, 24VDC, 220VAC – Rơle trung gian 5, 8, 11, 14 chân 4.2.3. Cấu tạo của rơ le trung gian Thiết bị nam châm điện này có thiết kế gồm lõi thép động, lõi thép tĩnh và cuộn dây. Cuộn dây bên trong có thể là cuộn cường độ, cuộn điện áp, hoặc cả cuộn điện áp và cuộn cường độ. Lõi thép động được găng bởi lò xo cùng định vị bằng một vít điều chỉnh. Cơ chế tiếp điểm bao gồm tiếp điểm nghịch và tiếp điểm nghịch. Hình 4.7. Cấu tạo của rơ le trung gian (1. Lõi thép tĩnh; 2. Cuộn dây; 3. Nắp di động; 4. Lò xo phản hồi; 5. Tiếp điểm) Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 53 4.2.4. Nguyên lý hoạt động Khi có dòng điện chạy qua rơ le, dòng điện này sẽ chạy qua cuộn dây bên trong và tạo ra một từ trường hút. Từ trường hút này tác động lên một đòn bẩy bên trong làm đóng hoặc mở các tiếp điểm điện và như thế sẽ làm thay đổi trạng thái của rơ le. Số tiếp điểm điện bị thay đổi có thể là 1 hoặc nhiều, tùy vào thiết kế. +Relay có 2 mạch độc lập nhau hoạt động. Một mạch là để điều khiển cuộn dây của rơ le: Cho dòng chạy qua cuộn dây hay không, hay có nghĩa là điều khiển rơ le ở trạng thái ON hay OFF. Một mạch điều khiển dòng điện ta cần kiểm soát có qua được rơ le hay không dựa vào trạng thái ON hay OFF của rơ le. 4.2.5. Công dụng của rơle trung gian Công dụng của Rơle trung gian là làm nhiệm vụ “trung gian” chuyển tiếp mạch điện cho một thiết bị khác, ví như bộ bảo vệ tủ lạnh chẳng hạn – khi điện yếu thì rơle sẽ ngắt điện không cho tủ làm việc còn khi điện ổn định thì nó lại cấp điện bình thường. Trong bộ nạp ắc quy xe máy, ô tô thì khi máy phát điện đủ khỏe thì rơ le trung gian sẽ đóng mạch nạp cho ắc quy Relay trung gian chất lượng có lượng tiếp điểm là khá nhiều, khoảng 4 cho đến 6 tiếp điểm, có thể vừa mở và đóng, chính vì thế cho nên thiết bị này thường được sử dụng nhằm truyền tín hiệu khi relay chính không đảm bảo về khả năng ngắt, đóng và số lượng tiếp điểm hay là dùng để chia tín hiệu đến nhiều bộ phận khác từ một relay chính trong hệ thống sơ đồ mạch điện điều khiển. Hình 4.8 Một số loại Rơle trung gian Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 54 Ngoài ra, đối với những bảng mạch điều khiển sử dụng linh kiện điện tử, thiết bị điện rơle trung gian cũng hay được sử dụng để truyền tín hiệu cho bộ phận mạch phía sau bằng cách làm phần tử đầu ra, mặt khác chúng cũng có thể cách ly được điện áp khác nhau giữa phần chấp hành thường là điện xoay chiều, điện áp lớn (220V – 380V) với phần điều khiển (thông thường là điện áp một chiều , điện áp thấp từ 9V đến 24V). 4.2.6. Thông số kỹ thuật Thông số kỹ thuật của một số loại rơ le Loại RJ1S RJ2S Tổng số cực 1 cực 2 cực Số cực 1 cặp tiếp điểm (1NO+1NC) 2 cặp tiếp điểm (1NO+1NC) Tiếp điểm Hợp kim Bạc và Nikel Cấp bảo vệ IP40 Thời gian tiếp điểm đáp ứng mở 15 ms maximum Thời gian tiếp điểm đáp ứng đóng 10 ms maximum ( With diode: 20 ms maximum) Số lần đóng mở bằng điện Tải AC: 200,000 ( nhỏ nhất) Tải DC: 100,000 ( nhỏ nhất) Số lần đóng mở bằng cơ( Không tải) Tải AC: 30,000,000 ( nhỏ nhất) Tải DC: 50,000,000 ( nhỏ nhất) Nhiệt độ hoạt động -40 đến 70ºC Độ ẩm 5 đến 85 RH Khối lượng Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 55 4.3. Rơ le thời gian (Timing relay) 4.3.1. Ký hiệu Hình 4.9. Kí hiệu của các loại rơ le thời gian 4.3.2. Khái niệm - Rơ-le thời gian là một khí cụ điện dùng trong lĩnh vực điều khiển tự động, với vai trò điều khiển trung gian giữa các thiết bị điều khiển theo thời gian định trước. - Rơ-le thời gian gồm: mạch từ của nam châm điện, bộ định thời gian làm bằng linh kiện điện tử, hệ thống tiếp điểm chịu dòng điện nhỏ (5A), vỏ bảo vệ và các chân ra tiếp điểm. - Tùy theo yêu cầu sử dụng khi lắp ráp hệ thống mạch điều khiển truyền động, ta có hai loại rơ-le thời gian:  Rơ-le thời gian ON DELAY  Rơ-le thời gian OFF DELAY 4.3.3. Nguyên lý hoạt động: Rơ-le thời gian ON DELAY Khi cấp nguồn vào cuộn dây của rơ-le thời gian ON DELAY, các tiếp điểm tác động không tính thời gian chuyển đổi trạng thái tức thời (thường đóng hở ra, thường hở đóng lại), các tiếp điểm tác động có tính thời gian không đổi. Sau khoảng thời gian đã định trước, các tiếp điểm tác động có tính thời gian sẽ chuyển trạng thái và duy trì trạng thái này. Khi ngưng cấp nguồn vào cuộn dây, tất cả các tiếp điểm tức thời trở về trạng thái ban đầu. Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 56 Hình 4.10 Trạng thái hoạt động của rơ le thời gian ON DELAY Rơ-le thời gian OFF DELAY Khi cấp nguồn vào cuộn dây của rơ-le thời gian OFF DELAY, các tiếp điểm tác động tức thời và duy trì trạng thái này. Khi ngưng cấp nguồn vào cuộn dây, tất cả các tiếp điểm tác động không tính thời gian trở về trạng thái ban đầu. Tiếp sau đó một khoảng thời gian đã định trước, các tiếp điểm tác động có tính thời gian sẽ chuyển về trạng thái ban đầu. Hình 4.11. Trạng thái hoạt động của rơ le thời gian OFF DELAY Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 57 Hình 4.12. Sơ đồ chân của rơ-le thời gian 4.3.4. Thông số kỹ thuật – Điện áp: 12-240VAC/DC + 10 phần trăm. – Kích thước: 48×48. – Nhiệt độ hoạt động: -20-55 độ C. – Cấp chính xác cài đặt: ±5 phần trăm F.S. – Lắp đặt: trên mặt tủ hoặc rail. – Độ phân giải thời gian: 0.02 to 1.2s, 0.2 to 12s, 2 to 120s, 0.2 to 12min, 2 to 120min, 0.2 to 12h, 2 to 120h, hoặc 0.05 to 3s, 0.5 to 30s, 5 to 300s, 0.5 to 30min, 5 to 300min, 0.5 to 30h, 5 to 300h. – Tiếp điểm: Hai cặp tiếp điểm. Hình 4.13 Rơle thời gian hãng Omron mã hiệu H3CR Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 58 4.4. Lắp đặt và vận hành mạch sử dụng các khí điện cơ bản 4.4.1. Lắp đặt và vận hành mạch khởi động trực tiếp động cơ không đồng bộ 3 pha a. Mạch khởi động trực tiếp động cơ không đồng bộ 3 pha Hình 4.14 Sơ đồ nguyên lý mạch khởi động trực tiếp động cơ không đồng bộ 3 pha +Chức năng của các thiết bị điện trong mạch: CB1: Cấp nguồn 3 pha 380VAC và bảo vệ quá tải, ngắn mạch cho mạch động lực CB2: Cấp nguồn 1 pha 220VAC và bảo vệ quá tải, ngắn mạch cho mạch điều khiển RN: Rơ le nhiệt bảo vệ quá tải cho động cơ D: Nút nhấn dừng máy M: Nút nhấn mở máy K: Contactor điều khiển đóng ngắt nguồn 3 pha 380VAC cho động cơ M M: Động cơ không đồng bộ 3 pha rotor ngắn mạch Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 59 DLV: Đèn báo động cơ làm việc DQT: Đèn báo động cơ bị quá tải + Nguyên lý hoạt động: Mở máy: Đóng CB1, CB2 Nhấn M: → Đèn DLV sáng báo làm việc → Cuộn K có điện → K (4 - 5) đóng → Tự duy trì dòng điện cho cuộn K → K(ĐL) đóng → Cấp 3~ vào động cơ M → M mở máy Dừng máy: Nhấn D → Đèn DLV tắt → Cuộn K mất điện → K (4 - 5) mở → Thôi duy trì dòng điện cho cuộn K → K(ĐL) mở → Ngắt 3~ khỏi động cơ M → M dừng Qúa tải: Nếu động cơ M đang hoạt động mà xảy ra sự cố quá tải → Dòng điện 3 pha trong bộ dây quấn động cơ tăng → Nhiệt độ tăng → Thành phần cảm thụ nhiệt tác động: → RN (2 - 3) mở → Cuộn K mất điện → K (ĐL) mở → Ngắt 3~ khỏi động cơ M → Bảo vệ quá tải cho động cơ M. → RN (2 - 6) đóng → Cấp 1~ → Đèn DQT sáng báo động cơ M đang bị quá tải. b. Mạch khởi động trực tiếp động cơ không đồng bộ 3 pha điều khiển 2 vị trí + Chức năng của các thiết bị điện trong mạch: CB1: Cấp nguồn 3 pha 380VAC và bảo vệ quá tải, ngắn mạch cho mạch động lực CB2: Cấp nguồn 1 pha 220VAC và bảo vệ quá tải, ngắn mạch cho mạch điều khiển RN: Rơ le nhiệt bảo vệ quá tải cho động cơ D1: Nút nhấn dừng máy vị trí 1 M1: Nút nhấn mở máy vị trí 1 D2: Nút nhấn dừng máy vị trí 2 M2: Nút nhấn mở máy vị trí 2 K: Contactor điều khiển đóng ngắt nguồn 3 pha 380VAC cho động cơ M M: Động cơ không đồng bộ 3 pha rotor ngắn mạch DLV: Đèn báo động cơ làm việc DQT: Đèn báo động cơ bị quá tải Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 60 Hình 4.15 Sơ đồ nguyên lý mạch khởi động trực tiếp động cơ không đồng bộ 3 pha điều khiển 2 vị trí Nguyên lý hoạt động: Mở máy vị trí 1: Đóng CB1, CB2 Nhấn M1→ Đèn DLV sáng báo làm việc → Cuộn K có điện → K (5 - 6) đóng → Tự duy trì dòng điện cho cuộn K → K (ĐL) đóng → Cấp 3~ vào động cơ M → M mở máy Dừng máy vị trí 1: Nhấn D1 → Đèn DLV tắt → Cuộn K mất điện → K (5 - 6) mở → Thôi duy trì dòng điện cho cuộn K → K (ĐL) mở → Ngắt 3~ khỏi động cơ M → M dừng Qúa tải: Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 61 Nếu động cơ M đang hoạt động mà xảy ra sự cố quá tải → Dòng điện 3 pha trong bộ dây quấn động cơ tăng → Nhiệt độ tăng → Thành phần cảm thụ nhiệt tác động → RN (2 - 3) mở → Cuộn K mất điện → K (ĐL) mở → Ngắt 3~ khỏi động cơ M → Bảo vệ quá tải cho động cơ M. → RN (2 - 7) đóng → Cấp 1~ → Đèn DQT sáng báo động cơ M đang bị quá tải. Mở và dừng máy vị trí 2: Nhấn M2 và D2 (tương tự như nhấn M1 và D1) c. Mạch khởi động trực tiếp động cơ bơm nước + Chức năng các khí cụ điện L1-L2-L3: Nguồn điện xoay chiều 3 pha 380V L-N: Nguồn điện xoay chiều 1 pha 220V MCB1: Bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho mạch động lực MCB2: Bảo vệ quá tải và ngắn mạch cho mạch điều khiển S1: Công tắc chuyển mạch S2: Phao bơm S3: Nút nhấn text mạch MC: Contactor điều khiển cho động cơ M hoạt động OL: Role nhiệt bảo vệ quá tải cho động cơ D1: Đèn báo động cơ M hoạt động D2: Đèn báo động cơ quá tải M: Động cơ bơm nước 3 pha Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 62 + Nguyên lý hoạt động Trường hợp 1: S1 ở chế độ bơm tự động (S1-12) + Giả sử nước trong bồn cạn tiếp điểm phao bơm đóng lại, đóng MCB1, MCB2 cuộn dây contactor có điện, đèn Đ1 báo sáng. Bên mạch động lực các tiếp điểm của MC đóng lại cấp nguồn cho động cơ bơm 3 pha hoạt động. + Khi nước đầy S2 sẽ hở ra cuộn dây MC mất điện, các tiếp điểm của MC sẽ trở về trạng thái ban đầu. Trường hợp 2: S1 ở chế độ kiểm tra (S1-14) + Bật công tắc S1 sang chế độ kiểm tra, Đóng MCB1, MCB2 cuộn dây contactor có điện, đèn Đ1 báo sáng. Bên mạch động lực các tiếp điểm của MC đóng lại cấp nguồn cho động cơ bơm 3 pha hoạt động. Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 63 Quá tải Nếu động cơ bị quá tải, tiếp điểm của OL(95 – 96) mở ra, cuộn dây MC mất điện động cơ dừng hoạt động. Đồng thời tiếp điểm OL (97 – 98) đóng lại đèn Đ2 sáng báo động cơ quá tải. 4.4.2. Lắp đặt, vận hành mạch đảo chiều quay động cơ. a. Mạch đảo chiều gián tiếp động cơ không đồng bộ 3 pha + Chức năng của các thiết bị điện trong mạch: CB1: Cấp nguồn 3 pha 380VAC và bảo vệ quá tải, ngắn mạch cho mạch động lực CB2: Cấp nguồn 1 pha 220VAC và bảo vệ quá tải, ngắn mạch cho mạch điều khiển RN: Rơ le nhiệt bảo vệ quá tải cho động cơ D: Nút nhấn dừng máy MT: Nút nhấn mở máy quay thuận MT: Nút nhấn mở máy quay ngược KT: Contactor điều khiển đóng ngắt nguồn 3 pha 380V cho động cơ M quay thuận KN: Contactor điều khiển đóng ngắt nguồn 3 pha 380VAC cho M quay ngược M: Động cơ không đồng bộ 3 pha rotor ngắn mạch DT: Đèn báo đông cơ quay thuận DN: Đèn báo đông cơ quay ngược DQT: Đèn báo động cơ bị quá tải Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 64 Hình 4.16 Sơ đồ nguyên lý mạch đảo chiều gián tiếp động cơ không đồng bộ 3 pha + Nguyên lý hoạt động: Mở máy quay thuận: Đóng CB1, CB2 Nhấn MT→ Đèn DT sáng báo làm việc chế độ quay thuận → Cuộn KT có điện → KT (7 - 8) mở → Khóa chéo cuộn KN → KT (4 - 5) đóng → Tự duy trì dòng điện cho cuộn KT → KT (ĐL) đóng → Cấp 3~ vào M theo thứ tự L1-L2- L3 → M quay thuận Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 65 Dừng máy: Nhấn D → Đèn DT tắt → Cuộn KT mất điện → KT (7 - 8) đóng → Thôi khóa chéo cuộn KN → KT (4 - 5) mở → Thôi duy trì dòng điện cho cuộn KT → KT (ĐL) mở → Ngắt 3~ khỏi M → M thôi quay thuận Mở máy quay ngược: Nhấn MN→ Đèn DN sáng báo làm việc chế độ quay ngược → Cuộn KN có điện → KN (5 - 6) mở → Khóa chéo cuộn KT → KN (4 - 7) đóng → Tự giữ dòng điện cho cuộn KN → KN (ĐL) đóng → Cấp 3~ vào M thứ tự L3 - L2 - L1→ M quay ngược Qúa tải: Nếu M đang hoạt động (ví dụ đang quay ngược) mà xảy ra sự cố quá tải → Dòng điện 3 pha trong bộ dây quấn động cơ tăng → Nhiệt độ tăng → Thành phần cảm thụ nhiệt tác động → RN(2 - 3) mở → Cuộn KN mất điện → KN(ĐL) mở → Ngắt 3~ khỏi M → Bảo vệ quá tải cho M. → RN (2 - 9) đóng → Cấp 1~ → Đèn DQT sáng báo động cơ M đang bị quá tải. b. Mạch đảo chiều quay trực tiếp động cơ không đồng bộ 3 pha + Chức năng của các thiết bị điện trong mạch: CB1: Cấp nguồn 3 pha 380VAC và bảo vệ quá tải, ngắn mạch cho mạch động lực CB2: Cấp nguồn 1 pha 220VAC và bảo vệ quá tải, ngắn mạch cho mạch điều khiển RN: Rơ le nhiệt bảo vệ quá tải cho động cơ D: Nút nhấn dừng máy MT: Nút nhấn kép mở máy quay thuận MT: Nút nhấn kép mở máy quay ngược KT: Contactor điều khiển đóng ngắt nguồn 3 pha 380VAC cho M quay thuận KN: Contactor điều khiển đóng ngắt nguồn 3 pha 380VAC cho M quay ngược M: Động cơ không đồng bộ 3 pha rotor ngắn mạch DT: Đèn báo đông cơ quay thuận DN: Đèn báo đông cơ quay ngược Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 66 DQT: Đèn báo động cơ bị quá tải Hình 4.17 Sơ đồ nguyên lý mạch đảo chiều trực tiếp động cơ không đồng bộ 3 pha + Nguyên lý hoạt động: Mở máy quay thuận: Đóng CB1, CB2 Nhấn MT→ Đèn DT sáng báo làm việc chế độ quay thuận → Cuộn KT có điện → KT (9 - 10) mở → Khóa chéo cuộn KN → KT (4 - 5) đóng → Tự duy trì dòng điện cho cuộn KT → KT (ĐL) đóng → Cấp 3~ vào M thứ tự L1-L2-L3 → M quay thuận Mở máy quay ngược: Nhấn MN→ Đèn DT tắt → Cuộn KT mất điện → KT (9 - 10) đóng → Thôi khóa chéo cuộn KN → KT (4 - 5) mở → Thôi duy trì dòng điện cho KT → KT (ĐL) mở → Ngắt 3~ khỏi M → M thôi quay thuận Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 67 Sau đó → Đèn DN sáng báo làm việc chế độ quay ngược → Cuộn KN có điện → KN (6 - 7) mở → Khóa chéo cuộn KT → KN (4 - 8) đóng → Tự duy trì dòng điện cho cuộn KN → KN (ĐL) đóng → Cấp 3~ vào M theo thứ tự L3 - L2 - L1 → M quay ngược Dừng máy: Nhấn D → Cuộn KN mất điện → KN (6 - 7) đóng → Thôi khóa chéo cuộn KT → KN (4 - 8) mở → Thôi duy trì dòng điện cho cuộn KN → KN (ĐL) mở → Ngắt 3~ khỏi M → M dừng Qúa tải: Nếu M đang hoạt động (ví dụ đang quay ngược) mà xảy ra sự cố quá tải → Dòng điện 3 pha trong bộ dây quấn động cơ tăng → Nhiệt độ tăng → Thành phần cảm thụ nhiệt tác động → RN(2 - 3) mở → Cuộn KN mất điện → KN (ĐL) mở → Ngắt 3~ khỏi M → Bảo vệ quá tải cho M. → RN (2 - 11) đóng → Cấp 1~ → Đèn DQT sáng báo động cơ M đang bị quá tải. 4.4.3. Mạch điện điều khiển 3 động cơ hoạt động tuần tự sử dụng nút nhấn + Chức năng của các thiết bị điện trong mạch: CB1: Cấp nguồn 3 pha 380VAC và bảo vệ quá tải, ngắn mạch cho mạch động lực CB2: Cấp nguồn 1 pha 220VAC và bảo vệ quá tải, ngắn mạch cho mạch điều khiển RN1: Rơ le nhiệt bảo vệ quá tải cho động cơ M1 RN2: Rơ le nhiệt bảo vệ quá tải cho động cơ M2 RN3: Rơ le nhiệt bảo vệ quá tải cho động cơ M3 D: Nút nhấn dừng máy M1: Nút nhấn mở máy động cơ M1 M2: Nút nhấn mở máy động cơ M2 M3: Nút nhấn mở máy động cơ M3 K1: Contactor điều khiển đóng ngắt nguồn 3 pha 380VAC cho động cơ M1 làm việc K2: Contactor điều khiển đóng ngắt nguồn 3 pha 380VAC cho động cơ M2 làm việc Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 68 K3: Contactor điều khiển đóng ngắt nguồn 3 pha 380VAC cho động cơ M3 làm việc M: Động cơ không đồng bộ 3 pha rotor ngắn mạch D1: Đèn báo đông cơ M1 làm việc D2: Đèn báo đông cơ M2 làm việc D3: Đèn báo đông cơ M3 làm việc Hình 4.18 Sơ đồ nguyên lý mạch khởi động tuần tự 3 động cơ dùng nút nhấn + Nguyên lý hoạt động: Mở máy DC1: Đóng CB1, CB2 Nhấn M1 → Đèn chỉ thị động cơ D1 sáng → Cuộn K1 có điện → K1 (6 - 7) đóng → Tự duy trì dòng điện cho cuộn K1 → K1 (9 - 10) đóng → Sẵn sàng cho cuộn K2 làm việc → K1 (ĐL) đóng → Cấp 3~ vào DC1 → DC1 hoạt động Mở máy DC2: Nhấn M2 → Đèn chỉ thị động cơ D2 sáng Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 69 → Cuộn K2 có điện → K2 (6 - 9) đóng → Tự duy trì dòng điện cho cuộn K2 → K2 (11 - 12) đóng → Sẵn sàng cho cuộn K3 làm việc → K2 (ĐL) đóng → Cấp 3~ vào DC2 → DC2 hoạt động Mở máy DC3: Nhấn M3 → Đèn chỉ thị động cơ D3 sáng → Cuộn K3 có điện → K3 (6 - 11) đóng → Tự duy trì dòng điện cho K3 → K3 (ĐL) đóng → Cấp 3~ vào DC3 → DC3 hoạt động Dừng máy: Nhấn D → 3 Đèn chỉ thị động cơ D1, D2, D3 tắt → 3 Cuộn K1, K2, K3 mất điện → Các tiếp điểm của K1, K2, K3 mở → Ngắt 3~ → 3 động cơ dừng Qúa tải: Nếu 1 trong 3 hoặc cà 3 động cơ bị quá tải → Dòng điện 3 pha trong bộ dây quấn các động cơ tăng → Nhiệt độ tăng → Thành phần cảm thụ nhiệt tác động → các tiếp điểm RN (NC) mở → Các cuộn K mất điện → Các tiếp điểm của các cuộn K mở → Ngắt 3~ khỏi các DC → Bảo vệ quá tải cho các DC. 4.4.4. Mạch điều khiển 3 động cơ điện hoạt động tuần tự sử dụng rơ le thời gian + Chức năng của các thiết bị điện trong mạch: CB1: Cấp nguồn 3 pha 380VAC và bảo vệ quá tải, ngắn mạch cho mạch động lực CB2: Cấp nguồn 1 pha 220VAC và bảo vệ quá tải, ngắn mạch cho mạch điều khiển RN1: Rơ le nhiệt bảo vệ quá tải cho động cơ M1 RN2: Rơ le nhiệt bảo vệ quá tải cho động cơ M2 RN3: Rơ le nhiệt bảo vệ quá tải cho động cơ M3 D: Nút nhấn dừng máy M1: Nút nhấn mở máy động cơ M1 T1: Rơ le thời gian điều khiển mở máy động cơ M2 T2: Rơ le thời gian điều khiển mở máy động cơ M3 K1: Contactor điều khiển đóng ngắt nguồn 3 pha 380VAC cho động cơ M1 làm việc K2: Contactor điều khiển đóng ngắt nguồn 3 pha 380VAC cho động cơ M2 làm việc Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 70 K3: Contactor điều khiển đóng ngắt nguồn 3 pha 380VAC cho động cơ M3 làm việc M: Động cơ không đồng bộ 3 pha rotor ngắn mạch Hình 4.19 Sơ đồ nguyên lý mạch khởi động tuần tự 3 động cơ dùng timer + Nguyên lý hoạt động: Mở máy DC1: Đóng CB1, CB2 Nhấn M → Cuộn dây rơ le thời gian T1 có điện → Cuộn K1 có điện → K1 (6 - 7) đóng → Tự duy trì dòng điện cho cuộn K1 → K1 (ĐL) đóng → Cấp 3~ vào DC1 → DC1 hoạt động Mở máy DC2: Sau thời gian cài đặt T1 (6 - 9) đóng → Cuộn dây rơ le thời gian T2 có điện → Cuộn K2 có điện → K2 (ĐL) đóng → Cấp 3~ vào DC2 hoạt động Chương 4: Khí cụ điện điều khiển KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 71 Mở máy DC3: Sau thời gian cài đặt T2 (6 - 10) đóng → Cuộn K3 có điện → K3 (ĐL) đóng → Cấp 3~ vào DC3 hoạt động Dừng máy: Nhấn D → 3 Cuộn T1, T2 mất điện → Các tiếp điểm của T1, T2 mở → 3 Cuộn K1, K2, K3 mất điện → Các tiếp điểm của K1, K2, K3 mở → Ngắt 3~ → 3 động cơ dừng Qúa tải: Nếu 1 trong 3 hoặc cà 3 động cơ bị quá tải → Dòng điện 3 pha trong bộ dây quấn các động cơ tăng → Nhiệt độ tăng → Thành phần cảm thụ nhiệt tác động → các tiếp điểm RN (NC) mở → Các cuộn K mất điện → Các tiếp điểm của các cuộn K mở → Ngắt 3~ khỏi các DC → Bảo vệ quá tải cho các DC. CÂU HỎI 4.1. Phương pháp kiểm tra rơle trung gian? Khi sử dụng rơle trung gian thường xảy ra những hư hỏng nào? Cách khắc phục? 4.2. Đọc sơ đồ chân của role thời gian 8 chân, 11 chân và 14 chân 4.3.Trên động cơ có ghi các thông số như sau: P= 1.5KW, cos = 0,8;  = 0,85; Kmm = 2; Uđm = 380V. Tính chọn dòng điện và điện áp làm việc cho role nhiêt, contactor và CB 4.4.Trên một mạch điện có lắp một rơle nhiệt để bảo vệ cho motor ba pha. Nhưng khi có quá tải xảy ra rơle nhiệt không tác động dẫn đến cháy động cơ. Cho biết những sai hỏng làm gây ra sự cố trên? 4.5. Thiết lập sơ đồ giải thích mạch điện điều khiển cho hai đèn theo yêu cầu sau: Khi tác động nút nhấn đèn 1 sáng sau 2 phút đèn 2 sáng (cả đèn 1 và đèn 2 đều sáng). Sau 10 phút (tính từ lúc đèn 2 sáng) hai đèn đều tắt? 4.6 Hãy trình bày nguyên tắc lựa chọn contactor? 4.7 Cho động cơ có các thông số: P = 1,5KW; cos = 0,8;  = 0,85; Uđm = 380V; Kmm = Lựa chọn contactor, CB, role nhiệt để điều khiển động cơ. KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1]. Khí cụ điện - Hồ Xuân Thanh, Phạm Xuân Hổ, Phạm Văn Chới, ĐH Quốc Gia TP. HCM, 2010 [2]. Nguyễn Xuân Phú-Tô Đằng, Khí cụ điện (Lý thuyết kết cấu & tính toán lựa chọn và sử dụng), Nhà xuất bản Khoa học kỹ thuật, 2001. KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 73 PHỤ LỤC KÝ HIỆU ĐIỆN STT TÊN THIẾT BỊ KÝ HIỆU 1 Nguồn điện xoay chiêu 1 pha 2 Nguồn điện xoay chiêu 3 pha 3 Nguồn điện một chiêu 4 Cầu Diode chỉnh lưu 5 Bộ biến đổi điện AC/DC 6 Cầu chì 1 pha 7 Cầu chì 3 pha KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 74 8 Cầu dao tự động dạng tổng quát 1 cực 9 Cầu dao tự động dạng tổng quát 2 cực 10 Cầu dao tự động dang tổng quát 3 cực 11 Cầu dao tự động bảo vệ dòng điện rò 1 pha 12 Cầu dao tự động bảo vệ dòng điện rò 3 pha 13 Cầu dao tự động bảo vệ quá tải và ngắn mạch 1 cực 14 Cầu dao tự động bảo vệ quá tải và ngắn mạch 2 cực KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 75 15 Cầu dao tự động bảo vệ quá tải và ngắn mạch 3 cực 16 Tay gạt 1 cực 17 Tay gạt 2 cực 18 Tay gạt 3 cực 19 Tay gạt 4 cực 20 Nút nhấn thường mở (NO) 21 Nút nhấn thường đóng (NC) 22 Nút nhấn liên động NC/NO 23 Nút nhấn liên động NC/NO có 1 chấu chung KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 76 24 Công tắc hành trình (tiếp điểm NO) 25 Công tắc hành trình (tiếp điểm NC) 26 Công tắc hành trình liên động (tiếp điểm NC/NO) 27 Công tắc hành trình liên động (tiếp điểm NC/NO) có 1 chấu chung 28 Tiếp điểm thường mở (NO) 29 Tiếp điểm thường đóng (NC) 30 Tiếp điểm thường mở (NO) của rơ le nhiệt 31 Tiếp điểm thường đóng (NC) của rơ le nhiệt 32 Tiếp điểm kép (NC/NO) của rơ le nhiệt 33 Tiếp điểm kép (NC/NO) của rơ le nhiệt có 1 chấu chung KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 77 34 Tiếp điểm thường mở đóng chậm (On Delay Timer) 35 Tiếp điểm thường đóng mở chậm (On Delay Timer) 36 Tiếp điểm thường mở đóng nhanh mở chậm (Off Delay Timer) 37 Tiếp điểm thường đóng mở nhanh đóng chậm (Off Delay Timer) 38 Phần tử cảm thụ nhiệt 39 Cuộn dây contactor 40 Cuộn dây rơ le thời gian (On Delay Timer) 41 Cuộn dây rơ le thời gian (Off Delay Timer) 42 Chuông báo hiệu 43 Còi báo hiệu KHOA ĐIỆN – TỰ ĐỘNG HÓA 78 44 Động cơ KĐB 3P rotor lồng sóc (có 3 đầu dây ra + PE) 45 Động cơ KĐB 3P rotor lồng sóc (có 6 đầu dây ra + PE) 46 Động cơ KĐB 1P rotor lồng sóc (có 2 đầu dây ra + PE) 47 Động cơ KĐB 3P 2 cấp tốc độ kiểu Dahlander 48 Động cơ KĐB 3P 2 cấp tốc độ kiểu có 2 bộ dây quấn 49 Động cơ ĐB 3P rotor dây quấn 50 Động cơ điện một chiều