Giáo trình Mô đun Kỹ thuật điện - Nghề cơ điện tử

mômen mở máy lớn. 
Các biện pháp giảm điện áp như sau: 
- Dùng điện kháng nối tiếp vào mạch stato 
- Dùng điện trở phụ 
- Phương pháp đổi nối sao – tam giác 
Phương pháp này chỉ dùng được với những động cơ khi làm việc bình thường dây quấn stato nối hình tam giác. 
Khi mở máy ta nối hình sao để điện áp đặt vào mỗi pha giảm . Sau khi mở máy ta đổi nối lại thành hình tam giác như đúng quy định của máy. 
Điều chỉnh tốc độ động cơ KĐB 3 pha
 Tốc độ của động cơ điện không đồng bộ : n = 60f/p. (1-s) (vòng/phút)
Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số (f) 
Thay đổi tần số f của dòng điện stato được thực hiện bằng bộ biến tần. Khi thay đổi tần số người ta mong muốn giữ cho từ thông φmax không đổi, cho nên phải giữ cho tỷ số điện áp và tần số không đổi. 
Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số cho phép điều chình tốc độ một cách bằng phẳng trong phạm vi rộng và cho cà nhóm động cơ, song giá thành tương đối đắt. 
 Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi số đôi cực (p) 
Số đôi cực của từ trường quay phụ thuộc vào cấu tạo dây quấn. 
Muốn thay đổi P ta phải thay đổi cách đấu dây hoặc có cách cấu tạo dây quấn đặc biệt
Điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp cung cấp cho stato 
Phương pháp này chỉ thực hiện việc giảm điện áp. 
Khi giảm điện áp đường đặc tính M=f(s) sẽ thay đổi do đó hệ số trượt thay đổi, tốc độ động cơ thay đổi.
Nhược điểm của phương pháp này là giảm khả năng quá tải của động cơ, phạm vi điều chỉnh hẹp, tăng tổn hao và chỉ sử dụng cho các động cơ công suất nhỏ 
 Điều chỉnh bằng cách thay đổi điện trở rôto của động cơ rôto dây quấn 
Khi tăng điện trở, dòng điện rôto giảm dẫn đến lực từ giảm cho nên tốc độ quay của động cơ giảm. 
Phương pháp này đơn giản, điều chỉnh trơn và khoảng điều chỉnh tương đối rộng.
BÀI 11
MỘT SỐ KHÍ CỤ DÙNG ĐỂ ĐÓNG/ NGẮT VÀ BẢO VỆ MẠCH 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. 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 mở máy: Công tắc tơ, Khởi động từ, Bộ khống chế chỉhuy
 - Dùng để bảo vệ ngắn mạch của lưới điện: Cầu chì, Aptômat, Các loại máy cắt, Rơle nhiệt
Mục tiêu:
Trình bày được công dụng của một số khí cụ thường dùng để bảo vệ mạch điện.
Lựa chọn đúng khí cụ điện cho đóng/ ngắt và bảo vệ mạch điện.
Nội dung chính:
Nhóm khí cụ dùng để đóng/ ngắt và bảo vệ mạch điện.
 1.1 CB/ áp tô mát
 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... mạch điện.
Phân loại
Theo kết cấu, người ta chia CB ra làm 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).
Tuỳ 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 ...
 Cách lựa chọn CB
Việc lựa chọn CB chủ yếu dựa vào:
-	Dòng điện tính toán đi trong mạch.
-	Dòng điện quá tải.
-	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. Tức 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.
1.2 Cầu dao
 Khái quát và công dụng
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, cần có biện pháp dập tắt hồ quang điện, tốc độ di chuyển lưỡi dao càng nhanh thì hồ quang kéo dài nhanh, thời gian dập tắt hồ quang càng ngắn. Vì vậy khi đóng ngắt mạch điện, cầu dao cần phải thực hiện một cách dứt khoát.
Thông thường, cầu dao được bố trí đi cùng với cầu chì để bảo vệ ngắn mạch cho mạch điện.
Phân loại
Phân loại cầu dao dựa vào các yếu tố sau:
- Theo kết cấu: cầu dao được chia làm loại một cực, hai cực, ba cực hoặc bốn cực.
- Cầu dao có tay nắm ở giữa hoặc tay ở bên. Ngoài ra còn có cầu dao một ngả, hai ngả được dùng để đảo nguồn cung cấp cho mạch và đảo chiều quay động cơ.
- Theo điện áp định mức: 250V, 500V.
- Theo dòng điện định mức: dòng điện định mức của cầu dao được cho trước bởi nhà sản xuất (thường là các loại 10A, 15A, 20A, 25A, 30A, 60A, 75A,
100A, 150A, 200A, 350A, 600A, 1000A...).
- Theo vật liệu cách điện: có loại đế sứ, đế nhựa, đế đá.
- Theo điều kiện bảo vệ: loại có nắp và không có nắp (loại không có nắp được đặt trong hộp hay tủ điểu khiển).
- Theo yêu cầu sử dụng: loại cầu dao có cầu chì bảo vệ ngắn mạch hoặc không có cầu chì bảo vệ.
Ký hiệu cầu dao không có cầu chì bảo vệ:
Một cực	Hai cực	Ba cực	Bốn cực
Ký hiệu cầu dao có cầu chì bảo vệ:
 Một cực	Hai cực	Ba cực	Bốn cực
Các thông số định mức của 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
1.3 Cầu chì
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.
-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.
Kí hiệu trên sơ đồ
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:
2. Nhóm khí cụ dùng để điều khiển mạch điện.
Con tắc tơ
Khái niệm
Contactor là một khí cụ điện dùng để đóng ngắt các tiếp điểm, tạo liên lạc trong mạch điện bằng nút nhấn. Như vậy khi sử dụng Contactor ta có thể điều khiển mạch điện từ xa có phụ tải với điện áp đến 500V và dòng là 600A (vị trí điều khiển, trạng thái hoạt động của Contactor rất xa vị trí các tiếp điểm đóng ngắt mạch điện).
Phân loại
Phân loại Contactor tuỳ theo các đặc điểm sau:
-Theo nguyên lý truyền động: ta có Contactor kiểu điện từ (truyền điện bằng lực hút điện từ), kiểu hơi ép, kiểu thuỷ lực. Thông thường sử dụng Contactor kiểu điện từ.
 -Theo dạng dòng điện: Contactor một chiều và Contactor xoay chiều
(Contactor 1 pha và 3 pha).
b.Cấu tạo và nguyên lý hoạt động
 Cấu tạo
Contactor được cấu tạo gồm các thành phần: Cơ cấu điện từ (nam châm điện), hệ thống dập hồ quang, hệ thống tiếp điểm (tiếp điểm chính và phụ).
+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 đầy
khi ngừng cung cấp điện vào cuộn dây.
Trạng thái nam châm chưa hút	Trạng thái nam châm tạo lực hút
+Hệ thống dập hồ quang điện:
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.
+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. Tuỳ theo khả năng tải dẫn qua các tiếp điểm, ta có thể chia các tiếp điểm cuẩ 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 điể 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).
Theo một số kết cấu thông thường của Contactor, các tiếp đỉe phụ có thể được liên kết cố định về số lượng trong mỗi bộ Contactor, 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 đơn lẻ. Khi cần sử dụng ta chỉ ghép thêm vào trên Contactor, số lượng tiếp điểm phụ trong trường hợp này có thể bố trí tuỳ ý.
Nguyên lý hoạt động của Contactor
Khi cấp nguồn điện bằng giá trị điện áp định mức của Contactor vào hai đầu của cuộn dây quấn trên phần lõi từ cố định thì lực từ tạo ra hút phần lõi từ di động hình thành mạch từ kín (lực từ lớn hơn phản lực của lò xo), Contactor ở trạng thái hoạt động. Lúc này nhờ vào bộ phận liên động về cơ giữa lõi từ di động và hệ thống tiếp điẻm làm cho tiếp điểm chính đóng lại, tiếp điểm phụ chuyển đổi trạng thái (thường đóng sẽ mở ra, thường hở sẽ đóng lại) và duy trì trạng thái này. Khi ngưng cấp nguồn cho cuộn dây thì Contactor ở trạng thái nghỉ, các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu
Hình 1.14:cấu tạo của Contacto
Các ký hiệu dùng để biểu diễn cho cuộn dây (nam châm điện) trong
Contactor và các loại tiếp điểm.
Có nhiều tiêu chuẩn của các quốc gia khác nhau, dùng để biểu diễn cho cuộn dây và tiếp diểm của Contactor
Cuộn dây Tiếp điểm thường đóng Tiếp điểm thường hở
Các thông số cơ bản
+ Điện áp định mức:
Điện áp định mức của Contactor Uđm là điện áp của mạch điện tương ứng mà tiếp điểm chính phải đóng ngắt, chính là điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây của nam châm điện sao cho mạch từ hút lại.
Cuộn dây hút có thể làm việc bình thường ở điện áp trong giới hạn (85 ÷105)% điện áp định mức của cuộn dây. Thông số này được ghi trên nhãn đặt ở hai đầu cuộn dây Contactor, có các cấp điện áp định mức: 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều.
+Dòng điện định mức
Dòng điện định mức của Contactor Iđm là dòng điện định mưứcđi qua tiếp điểm chính trong chế độ làm việc lâu dài.
Dòng điện định mức của Contactor hạ áp thông dụng có các cấp là: 10A, 20A, 25A, 40A, 60A, 75A, 100A, 150A, 250A, 300A, 600A. Nếu đặt trong tủ điện thì dòng điện định mức phải lấy thấp hơn 10% vì làm kém mát, dòng điện cho phép qua Contactor còn phải lấy thấp hơn nữa trong chế độ làm việc dài hạn.
+ Khả năng cắt và khả năng đóng
Khả năng cắt của Contactor điện xoay chiều đạt bội số đến 10 lần dòng điện
định mức với phụ tải điện cảm.
Khả năng đóng: Contactor điện xoay chiều dùng để khởi động động cơ điện cần phải có khả năng đóng từ 4 đến 7 lần Iđm.
+Tuổi thọ của Contactor
Tuổi thọ của Contactor được tính bằng số lần đóng mở , sau số lần đóng mở ấy thì Contactor sẽ bị hỏng và không dùng được.
+Tần số thao tác
Là số lần đóng cắt Contactor trong một giờ: Có các cấp: 30, 100, 120, 150,
300, 600, 1200, 1500 lần/giờ.
+Tính ổn định lực điện động
Tiếp điểm chính của Contactor cho phép một dòng điện lớn đi qua (khoảng
10 lần dòng điện định mức) mà lực điện động không làm tác rời tiếp điểm thì
Contactor có tính ổn định lực điện động.
+Tính ổn định nhiệt
Contactor có tính ổn định nhiệt nghĩa là khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua trong một khoảng thời gian cho phép, cac tiếp điểm không bị nóng chảy và hàn dính lại.
2.2 Rơ le thời gian
Rơle 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.
Rơle 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 các chân ra tiếp điểm.
Tuỳ theo yêu cầu sử dụng khi lắp ráp hệ thống mạch điều khiển truyền động, ta có hai loại Rơle thời gian: Rơle thời gian ON DELAY, Rơle thời gian OFF DELAY.
a. Rơle thời gian ON DELAY.
	TR
-Cuộn dây Rơle thời gian:	hoặc
Điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây Rơle thời gian được ghi trên nhãn, thông thường 110V, 220V...
-Hệ thống tiếp điểm:
+Tiếp điểm tác động không tính thời gain: Tiếp điểm này hoạt động tương tự
các tiếp điểm của Rơle trung gian.
+Tiếp điểm tác động tính thời gain: Tiếp điểm này hoạt động sau khỏng thời gian chỉnh định
* Nguyên lý hoạt động
 Khi cấp nguồn vào cuộn dây của Rơle thời gian ON DELAY, các tiếp điể tác động không tính thời gian chuyển đổi trạng thái tức thời (thường đóg hở ra, thường hở đóng lại), các tiếp điể tác động có tính thời gian không đổi. Sau khoảng thời gain 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.
b.Rơle thời gian OFF DELAY
Nguyên lý hoạt động:
Khi cấp nguòn vào cuộn dây của Rơle thời gian OFF DELAY, các tiếp điểm tác động tức thời và duy trì trạng thái này.
Khi ngưng cấp nguồn voà cuộn dây, tất cả các tiếp điểm tác động không tính thời gian trở vể 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.
2.1 Rơ le trung gian
Rơle trung gian được dùng rất nhiều trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện và các sơ đồ điều khiển tự động. Do có số lượng tiếp điểm lớn, vừa là tiếp điểm thường mở và tiếp điểm thường đóng.
Có các loại rơle trung gian một chiều và rơle xoay chiều.
Chức năng và kí hiệu
Tương tự như contactor tuy nhiên rơle trung gian chỉ có tiếp điểm phụ (cường độ dòng điện <5A) không có tiếp điểm chính. Nên chỉ dùng để điều khiển.
Ký hiệu: i=1,2,3,..n 
Chú ý: 
+ Rơle trung gian không dùng để cấp nguồn động lực
+ Mỗi tiếp điểm chỉ sử dụng cho một mục đích, không dùng chung.
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1] Phạm Thị Cư, Mạch điện 1, NXB Giáo dục, 1996.
[2] Hoàng Hữu Thận, Cơ sở Kỹ thuật điện, NXB Giao thông vận tải, 2000.
[3] Nguyễn Bình Thành, Cơ sở lý thuyết mạch điện, Đại học Bách khoa Hà Nội,1980.
[4] Hoàng Hữu Thận , Kỹ thuật điện đại cương, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp Hà Nội, 1976.
[5] Hoàng Hữu Thận, Bài tập Kỹ thuật điện đại cương, NXB Đại học và Trung học chuyên nghiệp Hà Nội, 1980.