Giáo trình mô đun Trang bị điện (Nghề: Điện tử công nghiệp – Trình độ trung cấp) – CĐ Kỹ thuật Công nghệ BR–VT

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:55

Thêm vào BST

Báo xấu

48
lượt xem 7
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Giáo trình được biên soạn với 6 bài học, cung cấp cho sinh viên những kiến thức về: Phân tích được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một số khí cụ thường dùng trong các mạch trang bị điện; phân tích được nguyên lý hoạt động của mạch điện điều khiển động cơ KĐB 3 pha quay 1 chiều; phân tích được nguyên lý hoạt động của mạch điện điều khiển đảo chiều động cơ KĐB 3 pha rô to lồng sóc; giải thích được nguyên lý hoạt động của mạch điện mở máy động cơ KĐB 3 pha bằng phương pháp đổi nối sao- tam giác;…

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Giáo trình mô đun Trang bị điện (Nghề: Điện tử công nghiệp – Trình độ trung cấp) – CĐ Kỹ thuật Công nghệ BR–VT

BM/QT10/P.ĐTSV/04/04 Ban hành lần: 3 UBND TỈNH BÀ RỊA – VŨNG TÀU TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT CÔNG NGHỆ GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN: TRANG BỊ ĐIỆN NGÀNH/NGHỀ: ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP (Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐKTCN ngày…….tháng….năm ................... của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ BR – VT) BÀ RỊA-VŨNG TÀU, NĂM 2020
TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Nhằm đáp ứng nhu cầu học tập và nghiên cứu cho giảng viên và sinh viên nghề điện tử công nghiệp trong trường Cao đẳng Kỹ thuật Công nghệ Bà Rịa – Vũng Tàu. Chúng tôi đã thực hiện biên soạn tài liệu Trang bị điện này. Tài liệu được biên soạn thuộc loại giáo trình phục vụ giảng dạy và học tập, lưu hành nội bộ trong nhà trường nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm.
LỜI GIỚI THIỆU Trang bị điện là mô đun cơ sở dành cho học sinh/ sinh viên ngành điện tử công nghiệp. Nội dung của giáo trình được xây dựng trên cơ sở kế thừa những tài liệu đang được giảng dạy tại trường, kết hợp với những nội dung mới nhằm đáp ứng yêu cầu nâng cao chất lượng phục vụ sự nghiệp công nghiệp hóa, hiện đại hóa. Giáo trình biên soạn ngắn gọn, cơ bản tùy theo tính chất của ngành nghề đào tạo mà nhà trường đang tự điều chỉnh cho phù hợp với xu thế mới. Giáo trình gồm 8 bài: Bài 1: Khái quát về hệ thống trang bị điện Bài 2: Mạch điều khiển động cơ KĐB 3 pha rôto lồng sóc quay một chiều Bài 3: Mạch điều khiển đảo chiều động cơ KĐB 3 pha rôto lồng sóc Bài 4: Mạch điện mở máy động cơ KĐB 3 pha rôto lồng sóc bằng phương pháp đổi nối sao- tam giác Bài 5: Mạch điện điều khiển tuần tự hệ thống động cơ KĐB 3 pha rôto lồng sóc Bài 6: Mạch điện điều khiển đảo chiều quay động cơ 1 pha Trong quá trình biên soạn sẽ không tránh khỏi những thiếu sót, mong nhận được sự đóng góp ý kiến từ các thầy cô và các bạn học sinh- sinh viên để hoàn thiện cuốn sách này. Bà Rịa – Vũng Tàu, ngày 30 tháng 6 năm 2020 Tham gia biên soạn Hà Thị Thu Phương 1
MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU 1 BÀI 1: KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG TRANG BỊ ĐIỆN 5 1. Khái niệm về hệ thống trang bị điện 5 2. Các yêu cầu của hệ thống trang bị điện 6 3. Một số khí cụ điện thường dùng 9 BÀI 2: MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA RÔTO LỒNG 32 SÓC QUAY MỘT CHIỀU 1. Sơ đồ nguyên lý. 32 2. Nguyên lý hoạt động 33 3. Lắp đặt mạch điện. 33 BÀI 3: MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐẢO CHIỀU ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA 36 RÔTO LỒNG SÓC 1. Sơ đồ nguyên lý. 36 2. Nguyên lý hoạt động 37 3. Lắp đặt mạch điện. 38 BÀI 4: MẠCH ĐIỆN MỞ MÁY ĐỘNG CƠ KĐB 3 PHA RÔTO 41 LỒNG SÓC BẰNG PHƯƠNG PHÁP ĐỔI NỐI SAO- TAM GIÁC. 1. Sơ đồ nguyên lý. 41 2. Nguyên lý hoạt động 42 3. Lắp đặt mạch điện. 43 BÀI 5: MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN TUẦN TỰ HỆ THỐNG ĐỘNG 45 CƠ KĐB 3 PHA RÔTO LỒNG SÓC 1. Sơ đồ nguyên lý. 45 2. Nguyên lý hoạt động 46 3. Lắp đặt mạch điện. 46 BÀI 6: MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐẢO CHIỀU QUAY ĐỘNG CƠ 1 49 PHA 1. Sơ đồ nguyên lý. 49 2. Nguyên lý hoạt động 50 3. Lắp đặt mạch điện. 51 TÀI LIỆU THAM KHẢO 53 2
GIÁO TRÌNH MÔ ĐUN Tên mô đun: Trang bị điện Mã mô đun: MĐ19 Vị trí, tính chất, ý nghĩa và vai trò của mô đun: - Vị trí: Mô đun này thuộc khối kiến thức cơ sở, được học sau khi đã hoàn thành các mô đun an toàn điện, đo lường điện- điện tử, kỹ thuật điện và học trước mô đun PLC cơ bản, lắp đặt hệ thống điện thông minh. - Tính chất: Là mô đun bắt buộc và bổ trợ các kiến thức cần thiết về lĩnh vực điện tử công nghiệp cho người học Trung cấp và Cao đẳng - Ý nghĩa và vai trò của mô đun: giới thiệu một số khí cụ, thiết bị thường được sử dụng trong điều khiển động cơ; trình bày các phương pháp điều khiển động cơ không đồng bộ 3 pha, một pha, động cơ một chiều. Mục tiêu của mô đun: - Về kiến thức: + Phân tích được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một số khí cụ thường dùng trong các mạch trang bị điện + Phân tích được nguyên lý hoạt động của mạch điện điều khiển động cơ KĐB 3 pha quay 1 chiều + Phân tích được nguyên lý hoạt động của mạch điện điều khiển đảo chiều động cơ KĐB 3 pha rô to lồng sóc + Giải thích được nguyên lý hoạt động của mạch điện mở máy động cơ KĐB 3 pha bằng phương pháp đổi nối sao- tam giác + Vẽ và phân tích được nguyên lý hoạt động của mạch điện điều khiển tuần tự các động cơ + Phân tích được nguyên lý hoạt động của mạch điện điều khiển đảo chiều động cơ 1 pha - Về kỹ năng: + Lựa chọn được khí cụ điện phù hợp để đóng cắt, bảo vệ và điều khiển các loại động cơ + Lắp đặt và vận hành được mạch điện điều khiển động cơ KĐB 3 pha quay 1 chiều + Lắp đặt, vận hành và sửa chữa được mạch điện điều khiển đảo chiều quay động cơ KĐB 3 pha + Lắp đặt, vận hành và sửa chữa được mạch điện điều khiển khởi động động cơ KĐB 3 pha rô to lồng sóc bằng phương pháp đổi nối sao- tam giác + Lắp đặt, vận hành và sửa chữa được mạch điện điều khiển đảo chiều động cơ 1 pha 3
-Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Người học có khả năng làm việc độc lập hoặc làm nhóm, có tinh thần hợp tác, giúp đỡ lẫn nhau trong học tập và rèn luyện, có ý thức tự giác, tính kỷ luật cao, tinh thần trách nhiệm trong công việc. Người học tự đánh giá được kết quả công việc mình theo yêu cầu công việc mà giáo viên đưa ra. Nội dung của mô đun: 4
BÀI 1 : KHÁI QUÁT VỀ HỆ THỐNG TRANG BỊ ĐIỆN Giới thiệu: Khí cụ điện (KCĐ) là những thiết bị dùng để đóng ngắt, điều khiển, kiểm tra, tự động điều chỉnh, khống chế các đối tượng điện cũng như không điện và bảo vệ chúng trong các trường hợp sự cố. Trong lĩnh vực điều khiển động cơ, khí cụ điện đóng vai trò vô cùng quan trọng. Mục tiêu: - Nhận dạng được một số khí cụ thường được sử dụng trong kỹ thuật điều khiển và bảo vệ động cơ - Phân tích được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của một số khí cụ thường dùng trong điều khiển động cơ điện - Chọn được khí cụ điện phù hợp để đóng cắt, bảo vệ và điều khiển các loại động cơ - Rèn luyện tính nghiêm túc, cẩn thận, chính xác và khả năng làm việc nhóm trong công việc. Nội dung chính : 1. Khái niệm về hệ thống trang bị điện Hệ thống TBĐ-TĐH các máy sản xuất là tổng hợp các thiết bị điện được lắp ráp theo một sơ đồ phù hợp nhằm đảm bảo cho các máy sản xuất thực hiện nhiệm vụ sản xuất . Mục đích: - Nâng cao năng suất máy - Đảm bảo độ chính xác gia công - Rút ngắn thời gian máy - Thực hiện các công đoạn gia công khác nhau theo một trình tự cho trước. Thành phần chính: - Các thiết bị động lực Là bộ phận thực hiện việc biến đổi năng lượng điện thành các dạng năng lượng cần thiết cho quá trình sản xuất. Thiết bị động lực có thể là: Động cơ điện, Nam châm điện, li hợp điện từ trong các truyền động từ động cơ sang các máy sản xuất hay đúng mở các van khí nén, thuỷ lực... Các phần tử đốt nóng trong các thiết bị gia nhiệt, Các phần tử phát quang như các hệ thống chiếu sáng... - Các thiết bị điều khiển Là các khí cụ đúng cắt, bảo vệ, tín hiệu nhằm đảm bảo cho các thiết bị động lực làm việc theo yêu cầu của máy công tác. Các trạng thái làm việc của thiết bị động lực được đặc trưng bằng: 5
+ Tốc độ làm việc của các động cơ điện hay của máy công tác + Dòng điện phần ứng hay dòng điện phần cảm của động cơ điện + Mômen phụ tải trên trục động cơ... Tuỳ theo quá trình công nghệ yêu cầu mà động cơ truyền động có các chế độ công tác khác nhau. Khi động cơ thay đổi chế độ làm việc, các thông số trên có thể có giá trị khác nhau. Việc chuyển chế độ làm việc của động cơ truyền động được thực hiện tự động nhờ hệ thống điều khiển. Như vậy: Hệ thống khống chế truyền động điện là tập hợp các khí cụ điện và dây nối được lắp ráp theo một sơ đồ nào đó nhằm đáp ứng việc việc điều khiển, khống chế và bảo vệ cho phần tử động lực trong quá trình làm việc theo yêu cầu công nghệ đặt ra. Nhiệm vụ của hệ thống TBĐ: - Nhận và biến đổi năng lượng điện thành dạng năng lượng khác để thực hiện nhiệm vụ sản xuất thông qua bộ phận công tác - Khống chế và điều khiển bộ phận công tác làm việc theo trình tự cho trước với thông số kỹ thuật phù hợp. - Góp phần nâng cao năng suất, chất lượng, hiệu quả của quá trình sản xuất, giảm nhẹ điều kiện lao động cho con người. - Đảm bảo an toàn cho người và thiết bị trong quá trình sản xuất. 2. Các yêu cầu của hệ thống trang bị điện 2.1 Các chức năng chính của hệ thống trang bị điện - Đóng cắt: Là quá trình đưa phần tử động lực vào hoặc ra khỏi mạch điện để thay đổi trạng thái làm việc của hệ thống truyền động . Chức năng đóng cắt do các khí cụ đóng cắt thực hiện, các thiết bị đúng cắt bao gồm: • Cầu dao, áp tômát • Côngtăctơ, khởi động từ • Nút ấn, công tắc hành trình • Bộ khống chế chỉ huy hay động lực..... Kết quả hoạt động của quá trình đóng cắt sẽ đưa hệ thống động lực đến trạng thái làm việc mới trong đó có ít nhất một thông số đặc trưng của hệ thống động lực nhận giá trị mới. - Khống chế: Nhằm đảm bảo cho quá trình đúng cắt xảy ra đúng thời điểm, đúng trình tự yêu cầu. Nhờ chức năng khống chế của hệ thống mà thiết bị động lực sẽ làm việc với tốc độ, dòng điện, mô men,thời gian, trình tự theo yêu cầu của quy trình công nghệ đòi hỏi. Chức năng khống chế do các khí cụ khống chế thực hiện, các khí cụ khống chế bao gồm: 6
• Các loại rơle như rơle điện áp, dòng điện, tốc độ, thời gian • Công tắc hành trình • Các phần tử tự động như đát trích nhiệt độ, đát trích kiểm tra kích thước, áp suất,... Các khí cụ khống chế đóng vai trị là các phần tử tín hiệu, còn các khí cụ đúng cắt là phần tử chấp hành. - Bảo vệ: Nhằm đảm bảo an toàn cho con người và thiết bị trong quá trình sản xuất. Chức năng bảo vệ do các khí cụ bảo vệ thực hiện. Các khí cụ bảo vệ bao gồm cầu chì, áp tômat, rơ le nhiệt, rơle dòng điện, điện áp, công tắc cực hạn.... 2.2 Các yêu cầu của hệ thống trang bị điện - Phù hợp nhất với quy trình công nghệ: Đây là yêu cầu quan trọng nhất của hệ thống khống chế vì hệ thống khống chế được hình thành từ yêu cầu công nghệ. Một hệ thống khống chế được gọi là "phù hợp nhất với quy trình công nghệ" phải có các đặc điểm sau: + Động cơ điện truyền động phải có đặc tính cơ và đặc tính điều chỉnh tốc độ phù hợp với đặc tính cơ của cơ cấu sản xuất mà nó dẫn động + Động cơ phải có được các chế độ công tác cần thiết đáp ứng được đòi hỏi của máy công tác. Khi đó hệ thống truyền động sẽ được khai thác triệt để nhất về mặt công suất, hiệu suất, nâng cao được hiệu quả kinh tế- kỹ thuật của phương án lựa chọn. - Kết cấu đơn giản, tác động tin cậy Tính đơn giản được thể hiện: + Kết cấu của thiết bị đơn giản. + Sử dụng ít chủng loại thiết bị. Số lượng thiết bị là ít nhất. + Số lượng và chiều dài dây nối là ít nhất. Tính tin cậy được thể hiện: + Thiết bị phải có thống số và đặc tính làm việc ít biến đổi theo thời gian và điều kiện môi trường + Thiết bị co tuổi thọ về cơ, điện, tần số đúng cắt phù hợp với đặc tính của máy công tác. - Thuận tiện, linh hoạt trong điều khiển Tính linh hoạt: Một hệ thống điều khiển được coi là linh hoạt khi nó nhanh chóng và dễ dàng: + Chuyển từ chế độ điều khiển bằng tay sang điều khiển tự động, bán tự động và ngược lại. 7
+ Chuyển từ khối làm việc sang khối dự phòng và ngược lại. + Chuyển từ quy trình làm việc này sang quy trình làm việc khác. Tính thuận tiện: Tính thuận tiện trong điều khiển nghĩa là: + Từ một chỗ có thể điều khiển được nhiều đối tượng. + Từ nhiều chỗ điều khiển được một đối tượng. - Đơn giản cho kiểm tra và phát hiện sự cố Quá trình hoạt động của hệ thống kỹ thuật nói chung cũng như hệ thống truyền động điện nói riêng có thể xảy ra các chế độ làm việc không mong muốn hoặc sự cố. Các chế độ này thường gây thiệt hại về nhiều mặt. Do đó khi xuất hiện các chế độ này cần nhanh chóng loại bỏ để giảm thiểu những thiệt hại do chúng mang lại. Việc thiết kế và xây dựng hệ thống phải làm sao cho cho nhân viên vận hành có các xử lý đúng đắn trong quá trình làm việc đồng thời giúp cho nhân viên sửa chữa thuận tiện cho việc bảo dưỡng, thay thế và nhanh chóng phát hiện ra các phần mạch bị sự cố Khi thiết kế và xây dựng hệ thống nên bố trí thiết bị theo các quy tắc: + Bố trí thiết bị thành nhóm theo từng cụm chức năng của sơ đồ + Các nhóm khác nhau được cung cấp từ cầu dao, cầu chì riêng + Các cụm quan trọng phải có tín hiệu báo về tình trạng làm việc bình thường hay sự cố của chúng bằng âm thanh, ánh sáng + Các thiết bị phải thường xuyên kiểm tra bảo dưỡng phải được bố trí ở chỗ thuận tiện cho xem xét, tháo lắp thay thế, sửa chữa + Đặt ký hiệu và số hiệu đầu nối của dây dẫn + Sử dụng các dây dẫn với màu sắc khác nhau - Tác động phân minh lúc bình thường cũng như khi có sự cố: Hoạt động của mạch phải tốt cả khi vận hành bình thường cũng như khi có sự cố. Không được tạo ra các mạch giả khi có sự hoạt đông không bình thường của mạch. Mạch phải được thiết kế đảm bảo sao cho khi nhân viên vận hành tthao tác nhầm, không để gây ra sự cố. - Kích thước và giá thành nhỏ nhất Kích thước và giá thành của hệ thống điều khiển ảnh hưởng đáng kể đến kích thước và giá thành của máy. Do đó việc tính toán, thiết kế hệ thống truyền động phải được chú trọng nhưng phải đáp ứng được yêu cầu kỹ thuật, chắc chắn và tính mỹ thuật cho cả máy - An toàn và các yêu cầu khác An toàn cho người và thiết bị trong quá trình khai thác, vận hành thiết bị là yêu cầu quan trọng. Khi thiết kế và xây dựng hệ thống cần dự kiến đến các chế độ làm việc xấu và sự cố để có các phương án bảo vệ cần thiết, đồng thời phải có các biện pháp đảm bảo an toàn cho người vận hành và những người liên quan. Ngoài các biện pháp kỹ thuật phải có cả các biện pháp quản lý như hệ 8
thống biển báo, biển cấm đối với những khu vực hoặc những thiết bị có nguy cơ gây mất an toàn cho người và thiết bị … Ngoài ra cón các yêu cầu phụ như yêu cầu về môi trường làm việc (khói bụi, hóa chất ăn mòn, phòng chống cháy nổ …) từ đó lựa chọn thiết bị điện theo đúng yêu cầu làm việc. 3. Một số khí cụ thường dùng 3.1 Các khí cụ thường dùng trong hệ thống trang bị điện Khí cụ điện là thiết bị dùng để đóng cắt, bảo vệ, điều khiển, điều chỉnh các lưới điện, mạch điện, các loại máy điện và các máy trong quá trình sản xuất. Khí cụ điện làm việc lâu dài trong các mạch dẫn điện, nhiệt độ của khí cụ điện tăng lên gây tổn thất điện năng dưới dạng nhiệt năng và đốt nóng các bộ phận dẫn điện và cách điện của khí cụ. Vì vậy khí cụ điện làm việc được trong mọi chế độ khi nhiệt độ của các bộ phận phải không quá những giá trị cho phép làm việc an toàn lâu dài. Khí cụ điện được phân ra các loại sau: - Khí cụ điện dùng để đóng cắt các mạch điện:Cầu dao, Máy cắt, Aptômat… - Khí cụ điện dùng để điều khiển: Công tắc tơ, Khởi động từ, Bộ khống chế chỉ huy… -Dùng để bảo vệ ngắn mạch của lưới điện: Cầu chì, Aptômat, Các loại máy cắt, Rơle nhiệt… 3.1.1 Cầu dao Cầu dao là một khí cụ điện dùng để đóng cắt mạch điện bằng tay, được sử dụng trong các mạch điện có nguồn dưới 500V, dòng điện định mức có thể lên tới vài KA. Khi thao tác đóng ngắt mạch điện, cần đảm bảo an toàn cho thiết bị dùng điện. Bên cạnh đó cần có biện pháp dập tắt hồ quang điện, tốc độ di chuyển lưỡi dao càng nhanh thì hồ quang kéo dài càng nhanh, thời gian dập tắt hồ quang càng ngắn. Vì vậy khi đóng cắt mạch điện cầu dao cần phải đóng cắt một cách dứt khoát. Thông thường cầu dao được bố trí đi cùng với cầu chì để bảo vệ ngắn mạch cho mạch điện. a. Cấu tạo, nguyên lý hoạt động của cầu dao Cấu tạo: Phần chính của cầu dao là lưỡi dao và hệ thống kẹp lưỡi được làm bằng hợp kim của đồng, ngoài ra bộ phận nối dây cũng làm bằng hợp kim đồng 9
Hình 1.1: Cấu tạo cầu dao Các cầu dao đơn giản như hình1.1 thường dùng để đóng cắt mạch điện công suất nhỏ, dòng điện cỡ vài chục Ampe. Nguyên lý làm việc của cầu dao có lưỡi dao phụ Khi đóng mạch điện ta kéo tay gạt (5) lên, lưỡi dao phụ số (4) sẽ tiếp xúc với ngàm (3) trước, sau đó đến lượt lưỡi dao chính (6). Khi ngắt mạch điện, ta kéo tay gạt (5) xuống, lưỡi dao chính sẽ di chuyển khỏi ngàm trước, làm cho lò xo (7) bị kéo căng, đồng thời lưỡi dao phụ (4) cũng di chuyển và tách khỏi ngàm, nhưng nhờ có lực căng của lò xo (7) nên lưỡi dao phụ tách khỏi ngàm một cách dứt khoát, mạch điện được cắt đột ngột, hạn chế được sự phát sinh của hồ quang. Hình 1.2: Cấu tạo cầu dao có lưỡi dao phụ Cầu dao cắt nhanh: 10
Khi thao tác trên cầu dao, nhờ vào lưỡi dao và hệ thống kẹp lưỡi mạch điện được đóng ngắt. trong quá trình ngắt mạch, cầu dao thường xảy ra hồ quang điện tại đầu lưỡi dao và điểm tiếp xúc trên hệ thống kẹp lưỡi. Người sử dụng cần phải kéo lưỡi dao ra khỏi kẹp nhanh để dập tắt hồ quang. Để giúp cho việc ngắt mạch điện bằng cầu dao một cách nhanh chóng và dứt khoát người ta bố trí thêm lưỡi dao phụ như sơ đồ nguyên lý cấu tạo hình 1.2 Bộ phận chính của nó gồm: Giá đỡ (1), đế cách điện (2), tiếp xúc tĩnh - ngàm (3), lưỡi dao phụ (4), tay gạt (5), lưỡi dao chính (6), lò xo bật nhanh (7). Ngoài ra, người ta còn trang bị thêm cho cầu dao hệ thống bảo vệ ngắn mạch điện. Với cầu dao công suất nhỏ thường trang bị các dây chảy bằng đồng hoặc chì, còn các cầu dao công suất lớn thường trang bị cầu chì ống, bên trong có chứa cát và dây chảy, lớp cát này có tác dụng tản nhiệt và chặn hồ quang, bảo vệ cho vỏ sứ khỏi bị nứt vỡ khi có hiện tượng ngắn mạch. b. Phân loại -Theo kết cấu người ta chia ra làm các loại sau: • Cầu dao 1 cực • Cầu dao 2 cực • Cầu dao 3 cực… -Theo vật liệu đế cách điện người ta chia ra làm các loại sau: • Cầu dao đế sứ • Cầu dao đế nhựa • Cầu dao đế gỗ -Theo công dụng người ta chia ra làm 2 loại sau: • Cầu dao đóng cắt thông thường: dùng đóng cắt phụ tải công suất nhỏ. • Cầu dao cách ly: thường dùng đóng cắt dòng không tải cho các phụ tải trung bình và lớn. -Theo điện áp định mức: 250V, 400V -Theo dòng điện định mức: dòng điện định mức của cầu dao được cho trước bởi nhà sản xuất (thường là loại 10A, 15A, 20A, 25A, 30A, 60A, 75A, 100A, 150A, 200A, -Theo điều kiện bảo vệ: • Cầu dao có nắp • Cầu dao không có nắp (thường được đặt trong hộp hay tủ điều khiển) -Theo yêu cầu sử dụng • Cầu dao có cầu chì bảo vệ ngắn mạch • Cầu dao không có cầu chì bảo vệ 11
Ký hiệu cầu dao không có cầu chì bảo vệ hai cực ba cực Ký hiệu cầu dao có cầu chì bảo vệ một cực hai cực ba cực Hình 1.3: Một số hình ảnh về cầu dao c. Cách lựa chọn cầu dao Chọn cầu dao theo dòng điện định mức và điện áp định mức: Gọi Itt là dòng điện tính toán của mạch điện. Unguồn là điện áp nguồn của lưới điện sử dụng. Iđm cầu dao = Itt Uđm cầu dao = Unguồn 3.1.2 Cầu chì a. Khái niệm và yêu cầu Cầu chì là một loại khí cụ điện dùng để bảo vệ thiết bị và lưới điện tránh sự cố ngắn mạch, thường dùng để bảo vệ cho đường dây dẫn, máy biến áp, động cơ điện, thiết bị điện, mạch điện điều khiển, mạch điện thắp sáng. Cầu chì có đặc điểm là đơn giản, kích thước bé, khả năng cắt lớn và giá thành hạ nên được ứng dụng rộng rãi. Các tính chất và yêu cầu của cầu chì: - Cầu chì có đặc tính làm việc ổn định, không tác động khi có dòng điện mở máy và dòng điện định mức lâu dài đi qua. 12
- Đặc tính A – s của cầu chì phải thấp hơn đặc tính của đối tượng bảo vệ. - Khi có sự cố ngắn mạch, cầu chì tác động phải có tính chọn lọc. - Việc thay thế cầu chì bị cháy phải dễ dàng và tốn ít thời gian. b. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động Cấu tạo: Cầu chì bao gồm các thành phần sau: + Phần tử ngắt mạch + Thân của cầu chì Nguyên lý hoạt động: Đặc tính cơ bản của cầu chì là sự phụ thuộc của thời gian chảy đứt với dòng điẹn chạy qua (đặc tính Ampe - giây). Để có tác dụng bảo vệ, đường Ampe – giây của cầu chì tại mọi điểm phải thấp hơn đặc tính của đối tượng cần bảo vệ. + Đối với dòng điện định mức của cầu chì: Năng lượng sinh ra do hiệu ứng Joule khi có dòng điện định mức chạy qua sẽ toả ra môi trường và không gây nên sự nóng chảy, sự cân bằng nhiệt sẽ được thiết lập ở một giá trị mà không gây sự già hoá hay phá hỏng bất cứ phần tử nào của cầu chì. + Đối với dòng điện ngắn mạch của cầu chì: Sự cân bằng trên cầu chì bị phá huỷ, nhiệt năng trên cầu chì tăng cao và dẫn đến sự phá huỷ cầu chì: Người ta phân thành hai giai đoạn khi xảy ra sự phá huỷ cầu chì: - Quá trình tiền hồ quang (tp). - Quá trình sinh ra hồ quang (ta). Dòng điện tiền hồ Dòng điện phỏng đoán hồ quang quang Dòng điện trong quá trình hồ quang tp ta t Hình 1. 4: Tác động của cầu chì Giản đồ thời gian của quá trình phát sinh hồ quang Trong đó: t0: Thời điểm bắt đầu sự cố. tp: Thời điểm chấm dứt giai đoạn tiền hồ quang. tt: Thời điểm chấm dứt quá trình phát sinh hồ quang. Quá trình tiền hồ quang: Giả sử tại thời điểm t0 phát sinh sự quá dòng, trong khoảng thời gian tp làm nóng chảy cầu chì và phát sinh ra hồ quang 13
điện. Khoảng thời gian này phụ thuộc vào giá trị dòng điện tạo nên do sự cố và sự cảm biến của cầu chì. Quá trình phát sinh hồ quang: Tại thời điểm tp hồ quang sinh ra cho đến thời điểm t0 mới dập tắt toàn bộ hồ quang. Trong suốt quá trình này, năng lượng sinh ra do hồ quang làm nóng chảy các chất làm đầy tại môi trường hồ quang sinh ra; điện áp ở hai đầu cầu chì hồi phục lại, mạch điện được ngắt ra. c. Phân loại, ký hiệu, công dụng Cầu chì dùng trong lưới điện hạ thế có nhiều hình dạng khác nhau, trong sơ đồ nguyên lý ta thường ký hiệu cho cầu chì theo một trong các dạng sau: Hình 1. 5:Ký hiệu của cầu chì trên sơ đồ Cầu chì có thể chia thành hai dạng cơ bản, tùy thuộc vào nhiệm vụ: + Cầu chì loại g: Cầu chì dạng này chỉ có khả năng ngắt mạch, khi có sự cố hay quá tải hay ngắn mạch xảy ra trên phụ tải. + Cầu chì loại a: Cầu chì dạng này chỉ có khả năng bảo vệ duy nhất trạng thái ngắn mạch trên tải. Muốn phân biệt nhiệm vụ làm việc của cầu chì, ta cần căn cứ vào đặc tuyến Ampe – giây (là đường biểu diễn mô tả mối quan hẹ giữa dòng điện qua cầu chì và thời gian ngắt mạch của cầu chì). Gọi: ICC: Giá trị dòng điện ngắn mạch. IS: Giá trị dòng điện quá tải. Với cầu chì loại g: Khi có dòng ICC qua mạch nó phải ngắt mạch tức thì, và khi có dòng IS qua mạch cầu chì không ngắtm ạch tức thì mà duy trì một khoảng thời gian mới ngắt mạch (thời gian ngắt mạch và giá trị dòng IS tỉ lệ nghịch với nhau). Do đó nếu quan sát hai đặc tính Ampe – giây của hai loại cầu chì a và g; ta nhận thấy đặc tính Ampe – giây của cầu chì loại a nằm xa trục thời gian (trục tung) và cao hơn đặc tính Ampe – giây của cầu chì loại g. Hình 1. 6:Đặc điểm Ampe giây, đặc tính của cầu chì 14
d. Các đặc tính điện áp của cầu chì - Điện áp định mức là giá trị điện áp hiệu dụng xoay chiều xuất hiện ở hai đầu cầu chì (khi cầu chì ngắt mạch), tần số của nguồn điện trong phạm vi 48Hz đến 62Hz.. - Dòng điện định mức là giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều mà cầu chì có thể tải liên tục thường xuyên mà không làm thay đổi đặc tính của nó. - Dòng điện cắt cực tiểu là giá trị nhỏ nhất của dòng điện sự cố mà dây chì có khả năng ngắt mạch. Khả năng cắt định mức là giá trị cực đại của dodngf điện ngắn mạch mà cầu chì có thể cắt. Sau đây là các vị trí trên biểu đồ của các dòng điện khác nhau: Các đặc tính của dòng điện Dòng điện Dòng điện sử dụng ngắn mạch Các đặc tính của cầu chì Dòng điện Dòng điện Dòng điện Khả năng cắt định mức cắt cực tiểu cắt giới định mức hạn 3.1.3CB/ áptômát a. Khái niệm CB (CB được viết tắt từ danh từ Circuit Breaker), CB là khí cụ điện dùng đóng ngắt mạch điện (một pha, ba pha); có công dụng bảo vệ quá tải, ngắn mạch, sụt áp... b. Yêu cầu về chế độ làm việc của CB Chọn CB phải thoả mãn 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 tuỳ ý. Mặt khác, mạch dòng điện của CB phải 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 15
vậy thường phải kết hợp lực thao tác cơ học với thiết bị dập hồ quang bên trong CB. c. Cấu tạo Hình 1.7 Cấu tạo của CB 1. Võ CB 3. Hộp dập hồquang 5. móc bảo vệ 2. tiếp điểm 4. cơ cấu truyền động cắt CB Tiếp điểm: CB thường được chế tạo có hai cấp tiếp điểm (chính và hồ quang), hoặc ba cấp tiếp điểm (chính, phụ, hồ quang). Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, sau cùng là tiếp điểm chính. Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính mở trước, sau đến tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồ quang. Như vậy, hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang, do đó bảo vệ được tiếp điểm chính để dẫn điện. Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm chính. Tiếp điểm của áptômát thường làm bằng hợp kim gốm chịu được hồ quang như Ag-W; Cu-W; Ni, … Hộp dập hồ quang: Để CB dập được hồ quang trong tất cả các chế độ làm việc của lưới điện, người ta thường dùng hai kiểu thiết bị dập hồ quang là: kiểu nửa kín và kiểu hở. Kiểu nửa kín được đặt trong vỏ kín của áptômát và có lỗ thoát khí. Kiểu này có dòng điện giới hạn cắt không quá 50kA. Kiểu hở được dùng khi giới hạn dòng điện cắt lớn hơn 50kA hoặc điện áp lớn hơn 1000V (cao áp). Trong buồng dập hồ quang thông dụng, người ta dùng những tấm thép xếp thành lưới ngăn, để phân chia hồ quang thành nhiều đoạn ngắn thuận lợi cho việc dập tắt hồ quang. 16
Cùng một thiết bị dập tắt hồ quang, khi làm việc ở mạch điện xoay chiều điện áp đến 500V, có thể dập tắt được hồ quang của dòng điện đến 40kA; nhưng khi làm việc ở mạch điện một chiều điện áp đến 440V, chỉ có thể cắt được dòng điện đến 20kA. Cơ cấu truyền động cắt CB : Truyền động cắt CB thường có hai cách: bằng tay và bằng cơ điện (điện từ, động cơ điện). Điều khiển bằng tay được thực hiện với các CB có dòng điện định mức không lớn hơn 600A. Điều khiển bằng điện từ (nam châm điện) được ứng dụng ở các CB có dòng điện lớn hơn (đến 1000A). Để tăng lực điều khiển bằng tay người ta còn dùng một tay dài phụ theo nguyên lý đòn bẩy. Ngoài ra còn có cách điều khiển bằng động cơ điện hoặc khí nén. Móc bảo vệ: CB tự động cắt nhờ các phần tử bảo vệ - gọi là móc bảo vệ. Móc bảo vệ quá tải: (còn gọi là quá dòng điện) để bảo vệ thiết bị điện khỏi bị quá tải, đường thời gian – dòng điện của móc bảo vệ phải nằm dưới đường đặc tính của đối tượng cần bảo vệ. Người ta thường dùng hệ thống điện từ và rơle nhiệt làm móc bảo vệ đặt bên trong CB. Móc kiểu điện từ có cuộn dây mắc nối tiếp với mạch điện chính. Khi dòng điện vượt quá trị số cho phép thì 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 áptômát 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 CB. Loại này thường được dùng ở áptômát 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. d. Nguyên lý hoạt động 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. Bật CB 17
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 Hình 1.8: Sơ đồ CB dòng điện cực đại - Sơ đồ nguyên lý CB điện áp thấp: - Bật CB ở trạng thái ON, với điện áp định mức nam châm điện 11 và phầnứng 10 hút lại với nhau. - Khi sụt áp quá mức, nam châm điện 11 sẽ nhả phần ứng 10, lò xo 9 kéo móc8 bật lên, móc 7 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. Hình1.9 : Sơ đồ CB điện áp thấp 18