Giáo trình môn Khí cụ điện

điện, rơle điện áp hoặc rơle trung gian (nhiều nhất là rơle trung gian) với một cơ cấu thời gian. Các cơ cấu thời gian này có thể là cơ cấu cơ khí, cơ cấu khí nén, cơ cấu lò xo kiểu đồng hồ. Ngày nay, cơ cấu thời gian là một Board mạch điện tử khá phức tạp.
Đối với rơle thời gian một chiều, thường dùng theo nguyên lý cảm ứng điện từ để tạo cơ cấu duy trì thời gian. Thường nhất là cơ cấu ống đồng để chống lại sự suy giảm của từ thông trong mạch từ theo định luật cảm ứng điện từ.
Việc điều chỉnh thời gian duy trì của các rơle thời gian thường được thực hiện ngay trên cơ cấu thời gian, mà không chỉnh định trên các đại lượng tác động.
Ngày nay, rơle thời gian được cấu tạo với những cấu trúc điện tử khá phức tạp kết hợp với rơle trung gian. Có hai loại được ứng dụng rất rộng rãi trong thực tế:
Hình 4.6: Cấu tạo rơle thời gian kiểu điện từ
 	1. cuộn dây
 	2. ống đồng ngắn mạch
 	3. Nắp phần ứng
 	4. Lò xo
 	5. Vít điều chỉnh.
 	6. Tiếp điểm.
 	7. Lá đồng điều chỉnh khe hở
 1
 7
 3
 6
 4
5
 2
Nguyên lý hoạt động của rơle thời gian kiểu điện từ:
Lõi thép hình chử U, bên phải quấn cuộn dây (1), bên trái là ống đồng ngắn mạch. Khi đưa điện áp vào 2 đầu cuộn dây tạo nên từ thông f trong mạch sinh ra lực từ và nắp (3) được hút chặt vào phần cảm làm hệ thống tiếp điểm(6) được đống lại.
Khi cuộn dây mất điện, từ thông f giảm dần về 0. Trong ống đồng xuất hiện dòng điện cảm ứng tạo nên từ thông chống lại sự giảm của từ thông f ban đầu. Kết quả là từ thông tổng trong mạch không bị triệt tiêu ngay sau khi mất điện.
Do từ thông trong mạch vẫn còn nên tiếp điểm vẫn duy trì trạng thái đóng thêm 1 khoảng thời gian nữa mới mở ra.
	Vít (5) dùng điều chỉnh độ căng của lò xo, lá đồng mỏng (7) dùng điều chỉnh khe hở giữa nắp và phần cảm. Hai bộ phận này đều có tác dụng điều chỉnh thời gian tác động của Rơle.
4.4.3. Giới thiệu một số rơle thời gian điện tử.
* On-delay: Trì hoản thời gian đóng mạch.
Hình 4.7. Một số dạng On-delay của hảng ANLY - Đài Loan
Tóm tắt nguyên lý làm việc của Timer On-delay:
- Khi đặt vào cuộn dây của Timer On-delay (Board mạch điện tử. Chân 2 và 7, hình 4-10) một điện áp định mức:
+ Các tiếp điểm thường (1-3 và 1-4, hình 4.10) của Timer thay đổi trạng thái tức thời (giống tiếp điểm của rơle điện từ), 1-3 đóng lại và 1-4 mở ra.
+ Các tiếp điểm Timer (8-5 và 8-6, hình 4.10) sau một khoảng thời gian (bằng khoảng thời gian chỉnh định chọn trước, tính từ lúc cuộn dây có điện) mới thay đổi trạng thái, 8-5 mở ra và 8-6 đóng lại.
- Sau khi các tiếp điểm Timer đã chuyển trạng thái, hệ thống hoạt động bình thường.
- Khi ta ngưng cấp điện cho cuộn dây Timer. Các tiếp điểm lập tức trở về trạng thái ban đầu (như hình 4.10).
Cách kiểm tra Timer:
- Chỉnh Timer 10s.
- Cho điện áp định mức vào 2 đầu cuộn dây, trên Timer có 1 đèn LED sáng:
+ Dùng VOM đo thông mạch:
 Đo 2 chân 8-5 (kêu) và 2 chân 8-6 (không kêu): Chưa kết luận. 
 Nếu ngược lại 8-5 (không kêu), 8-6 (kêu) hoặc 8-5 (kêu), 8-6 (kêu) hoặc
 8-5 (không kêu), 8-6 (không kêu): Hư. 
+ Sau 10s (trên Timer sẽ có 2 LED sáng), dùng thông mạch đo lại, nếu:
8-5 (kêu), 8-6 (không kêu): Hư.
8-5 (không kêu), 8-6 (kêu): Tốt.
 * Off-delay: Trì hoãn thời gian mở mạch.
Hình 4.8. Một số dạng OFF-delay của hảng ANLY - Đài Loan
Tóm tắt nguyên lý làm việc của Timer Off-delay:
- Khi đặt vào cuộn dây của Timer On-delay (Board mạch điện tử. Chân 2 và 7, hình 4.12) một điện áp định mức:
+ Các tiếp điểm thường (1-3 và 1-4, hình 4.12) của Timer thay đổi trạng thái tức thời (giống tiếp điểm của rơle điện từ), 1-3 đóng lại và 1-4 mở ra.
+ Các tiếp điểm Timer (8-5 và 8-6, hình 4.12) thay đổi trạng thái tức thời, 8-5 mở ra và 8-6 đóng lại. Timer hoạt động bình thường.
- Khi ta ngưng cấp điện cho cuộn dây Timer. Các tiếp điểm thường (1-3 và 1-4) lập tức trở về trạng thái ban đầu nhưng các tiếp điểm Timer vẫn ở trạng thái làm việc một khoảng thời gian bằng chính thời gian chỉnh định mới trở về trạng thái ban đầu (như hình 4.12).
* Ký hiệu:
4.4.4. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng.
Hiện tượng hư hỏng:
- Hư hỏng các tiếp điểm thường và tiếp điểm thời gian do bị ngắn mạch phía sau rơ le.
- Các tiếp điểm thời gian hoạt động không đúng do bị nổ đứt bo mạch điện tử đến các chân ra hoặc do hư hỏng bo mạch điện tử.
BỘ KHỐNG CHẾ
 CÔNG DỤNG VÀ PHÂN LOẠI:
* CÔNG DỤNG:
Trong các máy móc công nghiệp người ta sử dụng rộng rãi các bộ không chế để làm các khí cụ điều khiển các thiết bị điện. 
Bộ không chế được chia ra làm bộ khống chế động lực (còn gọi là tay trang) để điều khiển trực tiếp và bộ khống chế chỉ huy để điều khiển gián tiếp. 
Bộ khống chế là một loại thiết bị chuyển đổi mạch điện bằng tay gạt hay vô lăng quay. Điều khiển trực tiếp hoặc gián tiếp từ xa thực hiện các chuyển đổi mạch phức tạp để điều khiển khởi động, điều chỉnh tốc độ, đảo chiều, hãm điện ... các máy điện và thiết bị điện. 
Bộ khống chế động lực (còn gọi là tay trang) được dùng để điều khiển trực tiếp các động cơ điện có công suất bé và trung bình ở các chế độ làm việc khác nhau nhằm đơn giản hoá thao tác cho người vận hành. 
Bộ khống chế chỉ huy được dùng để điều khiển gián tiếp các động cơ điện có công suất lớn, chuyển đổi mạch điện điều khiển các cuộn dây công tắc tơ, khởi động từ. Đôi khi nó cũng được dùng đóng cắt trực tiếp các động cơ điện có công suất bé, nam châm điện và các thiết bị điện khác. Bộ khống chế chỉ huy có thể được truyền động bằng tay hoặc bằng động cơ chấp hành .
Bộ khống chế động lực còn được dùng để thay đổi trị số điện trở đấu trong các mạch điện. 
Về nguyên lý bộ khống chế chỉ huy không khác gì bộ khống chế động lực. Chỉ có hệ thống tiếp điểm bé, nhẹ, nhỏ hơn và sử dụng ở mạch điều khiển.
* PHÂN LOẠI: 
 Theo kết cấu người ta chia bộ khống chế ra làm bộ khống chế hình trống và bộ khống chế hình cam..
 Theo nguyên lý sử dụng người ta chia bộ khống chế làm bộ khống chế điện xoay chiều và bộ khống chế điện một chiều.
 CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ KHỐNG CHẾ HÌNH TRỐNG.
Trên trục 1 đã bọc cách điện người ta bắt chặt các đoạn vành trượt bằng đồng 2 có cung dài làm việc khác nhau. Các đoạn này được dùng làm các vành tiếp xúc động sắp xếp ở các góc độ khác nhau. Một vài đoạn vành được nối điện với nhau sẵn ở bên trong. Các tiếp xúc tĩnh 3 có lò xo đàn hồi (còn được gọi là chổi tiếp xúc) kẹp chặt trên một cán cố định đã bọc cách điện 4 mỗi chổi tiếp xúc tương ứng với một đoạn vành trượt ở bộ phận quay. Các chổi tiếp xúc có vành cách điện với nhau và được nối trực tiếp với mạch điện bên ngoài. Khi quay trục 1 các đoạn vành trượt 2 tiếp xúc mặt với các chổi tiếp xúc 3 và do đó thực hiện được các chuyển đổi mạch cần thiết trong mạch điều khiển.
 Hình 4.9: Bộ khống chế hình trống
	a. Hình dạng chung
	b. Bộ phận chính bên trong
1. Trục quay
2. Vành trượt bằng đồng
3. Các tiếp xúc tỉnh
4. Trục cố định 
CẤU TẠO VÀ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG CỦA BỘ KHỐNG CHẾ HÌNH CAM:
Hình 4.10: Bộ khống chế hình cam
1. Trục quay	4. Các tiếp điểm tĩnh
2. Hình cam	5. Các tiếp điểm động
3. Trục nhỏ có vấu	6. Lò xo đàn hồi 
Hình dạng chung của một bộ khống chế hình cam được trình bày như hình vẽ 4.10 dưới đây. Trên trục quay 1 người ta bắt chặt hình cam 2. Một trục nhỏ có vấu 3 có lò xo đàn hồi 6 luôn luôn đẩy trục vấu 3 tỳ hình cam. Các tiếp điểm động 5 bắt chặt trên giá tay gạt, trục một quay, làm xoay hình cam 2, do đó trục nhỏ có vấu 3 sẽ khớp vào phần lõm hay phần lồi của hình cam, làm đóng hoặc mở các bộ tiếp điểm 4 và 5.
 MỘT SỐ THÔNG SỐ KỸ THUẬT CỦA BỘ KHỐNG CHẾ.
Bộ khống chế hình cam có tần số thao tác lớn hơn nhiều so với bộ khống chế hình trống (hơn 1000 lần / giờ), khống chế được động cơ điện xoay chiều và một chiều công suất lớn (tới 200 kW). Tiếp điểm động tiếp xúc dạng lăn, vì vậy được dùng rộng rãi. ở các bộ khống chế công suất lớn, mỗi cặp tiếp điểm còn có một hộp dập hồ quang. Bộ khống chế hình trống tần số thao tác bé bởi vì tiếp điểm động và tĩnh có hình dạng tiếp xúc trượt dễ bị mài mòn.
Các thông số định mức của bộ khống chế động lực đối với các kiểu trên được cho ở hệ số thông điện ĐL% = 40% và tần số thao tác không lớn hơn 600 lần / giờ. Các bộ khống chế động lực để điều khiển động cơ điện xoay chiều ba pha rôto dây quấn có công suất 100 kW (ở 380V), động cơ điện một chiều có công suất 80 kW (ở 440V), có trọng lượng xấp xỉ 90 kg. Các bộ khống chế cỡ bé dùng để điều khiển động cơ điện xoay chiều có công suất bé (11- 30)kW có trọng lượng xấp xỉ 30 kg.
Bộ khống chế chỉ huy được sản xuất ứng với điện áp 500V, các tiếp điểm có dòng điện làm việc liên tục đến 10A, dòng điện ngắt một chiều ở phụ tải điện cảm đến 1,5A ở điện áp 220V.
TÍNH CHỌN BỘ KHỐNG CHẾ. 
 Để lựa chọn bộ không chế ta căn cứ vào:
Dòng điện cho phép đi qua tiếp điểm ở chế độ làm việc liên tục và ở chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại (tần số thao tác trong một giờ).
Điện áp định mức của nguồn cung cấp.
Khi chọn dòng điện I đi qua tiếp điểm ta căn cứ vào công suất định mức (Pđm ) của động cơ và tính I theo công thức:
+ Đối với động cơ điện một chiều
	I = 1,2 
Trong đó:
Pđm là công suất của động cơ điện một chiều, kW.
U là điện áp nguồn cung cấp V
+ Đối với động cơ điện xoay chiều:
Trong đó: - Pđm là công suất của động cơ điện xoay chiều, kW.
- U là điện áp nguồn cung cấp V.
- Dòng điện định mức của bộ khống chế hình trống có các cấp:25; 0; 50; 100; 150; 300A khi làm việc liên tục dài hạn. Còn khi làm việc ngắn hạn lặp lại thì dòng điện định mức có thể chọn cao hơn. Khi tăng tần số thao tác ta phải chọn dung lượng bộ khống chế cao hơn.
Khi điện áp nguồn thay đổi, dung lượng bộ khống chế cũng thay đổi theo, chẳng hạn một bộ khống chế có dung lương 100kW ở điện áp 220V, khi sử dụng ở điện áp 380V thì chỉ được dùng tới công suất 60kW.
 HƯ HỎNG VÀ CÁC NGUYÊN NHÂN GÂY HƯ HỎNG.
+ Bộ khống hình trống:
Hư hỏng các vành trượt bằng đồng: do ma sát giữa các bề mặt, do bụi bẩn, bị cong, vênh, bị cháy, bị dính 
Hư hỏng trục quay do các vít bị chờn, bị hỏng ren 
Hư hỏng các tiếp xúc tĩnh do ma sát giữa các bề mặt với các vành trượt bằng đồng, do bụi bẩn, mất tính đàn hồi 
Hư hỏng giữa trục 1 và các tiếp xúc tĩnh 3 do bị tác động của môi trường, nhiệt độ làm việc, do cách điện bị già hóa.
+ Bộ khống chế hình cam:
Hư hỏng các tiếp điểm tĩnh và tiếp điểm động: bị cháy, bị dính, bị cong, bị vênh không trùng khớp giữa tiếp điểm động và tiếp điểm tĩnh 
Hư hỏng bề mặt tiếp xúc của hình cam do ma sát, bụi bẩn.
Hư hỏng bộ phận truyền động do các ốc vít bị mòn, bị hỏng, 
Hư hỏng lò xo đàn hồi do đặt không đúng vị trí, độ đàn hồi của lò xo giảm do kim loại bị mỏi 
Câu hỏi chắc nghiệm lựa chọn:
Đọc kỹ các câu hỏi, chọn ý trả lời đúng nhất và tô đen vào ô thích hợp ở cột bên
TT
Nội dung câu hỏi
a
b
c
d
Điện áp định mức của tiếp điểm chính Contactor là:
a. Là điện áp đặt vào 2 đầu cuộn dây Contactor.
b. Điện áp của mạch điện tương ứng với tiếp điểm chính phải đóng cắt
c. Là điện áp đặt vào 2 đầu cuộn dây và các tiếp điểm Contactor. 
d. Cả a và b sai
□?
□?
□?
□?
Contactor phân loại theo nguyên lý truyền động có:
a. Contactor kiểu điện từ, kiểu hơi ép, kiểu thủy lực
b. Contactor kiểu điện một chiều, Contactor điện xoay chiều
c. Contactor điện từ
d. Câu a và b đúng
□?
□?
□?
□?
 Khởi động từ được phân loại theo:
a. Điện áp định mức của cuộn dây hút, số lượng và loại tiếp điểm thường đóng, thường mở
b. Kết cấu bảo vệ chống tác động bởi môi trường xung quanh
c. Khả năng làm biến đổi chiều động cơ điện 
d. Cả a, b và c đều đúng
□?
□?
□?
□?
Trong mạch cần lấy tín hiệu, cuộn dây của rơ le trung gian được mắc:
a. Song song. 
b. Nối tiếp.
c. Hỗn hợp. 
d. Cả a, b và c đều đúng.
□?
□?
□?
□?
Công dụng của bộ khống chế hình cam:
 a. Chuyển đổi mạch điện bằng tay gạt, hay vô lăng quay.
 b. Điều khiển trực tiếp hoặc gián tiếp từ xa các chuyển đổi mạch điên phức tạp.
 c. Điều khiển, khởi động, điều chỉnh tốc, đảo chiều, hãm điện máy điện và thiết bị điện.
 d. Cả , b và c đều đúng.
□?
□?
□?
□?
Bộ khống chế chỉ huy được dùng để:
a. Điều khiển gián tiếp các động cơ điện có công suất lớn
b. Chuyển đổi mạch điện điều khiển, các cuộn dây Contactor, khởi động từ
c. Điều khiển trực tiếp các động cơ điện có công suất nhỏ và trung bình
d. Câu a và b đúng
□?
□?
□?
□?
Lực hút của rơle điện từ phụ thuộc vào:
a. Kích thước lõi thép. 
b. Điện trở cuộn dây.
c. Dòng điện qua phần cảm và khe hở không khí. 
d. Tất cả đều đúng
□?
□?
□?
□?
Bộ khống chế (bộ chuyển đổi) có công dụng: 
Điều khiển khởi động, hãm dừng, điều chỉnh ... máy điện hoặc thiết bị điện;
Chỉ dùng Điều chỉnh tốc độ hoặc đảo chiều;
Chỉ dùng khi hãm động năng hoặc hãm ngược;
Đóng cắt, điều khiển và bảo vệ động cơ.
□?
□?
□?
□?
Loại rơle thời gian On-delay được dùng để:
a. Trì hoản thời gian đóng mạch.
b. Trì hoản thời gian cắt mạch.
c. Tăng nhanh thời gian đóng mạch.
d. Tăng nhanh thời gian cắt mạch.
□?
□?
□?
□?
Bài tập thực hành:
Thực hành tháo, lắp, bảo dưỡng, sửa chữa, quan sát về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của công tắc tơ, khởi động từ, rơ le trung gian, rơ le thời gian, bộ khống chế.
I. Mục tiêu:
Tháo lắp, phán đoán và sửa chữa được hư hỏng của công tắc tơ, khởi động từ, rơ le trung gian, rơ le thời gian, bộ khống chế đảm bảo kỹ thuật và an toàn.
II. Dụng cụ, vật liệu.
Các loại kìm, tuốc nơ vít, các loại cờ lê, bút thử điện, đồng hồ vạn năng.
Một số loại khí cụ điện như; công tắc tơ, khởi động từ, rơ le trung gian, rơ le thời gian, bộ khống chế.
III. Nội dung thực hành.
Thao tác sử chữa:
Mở nắp.
Tháo các cuộn dây quan sát bằng mắt thường xem cuộn dây có bị cháy không hoặc dùng đồng hồ megomét kiểm tra cách điện, nếu cuộn dây bị cháy thì phải quấn lại cuộn dây.
Điều chỉnh các tiếp điểm sao cho trùng khớp hoàn toàn với nhau, dùng giấy ráp vệ sinh sạch các tiếp điểm.
Kiểm tra sự đàn hồi của lò xo.
 a)
CÁC THUẬT NGỮ CHUYÊN MÔN
CÁC TỪ VIẾT TẮT
ĐKB
động cơ không đồng bộ
AC 
ĐIện xoay chiều
DC
ĐIện một chiều
KCĐ
Khí cụ điện
const
Constane (không đổi, cố định)
CD
cầu dao đIện
CC 
Cầu chì
KĐT
Khởi động từ
N, O
Dây trung tính
CTT
Công tắc tơ
RN
Rơ-le nhiệt
RTh
Rơ le thời gian
RU
Rơ le điện áp
RI
Rơ le dòng điện
RTr
Rơ le trung gian
RTĐ
Rơ le tốc độ
TCVN.
Tiêu chuẩn Việt Nam
FCO
 Fure Cut Out
IEC 158-1
 Tiêu chuẩn quốc tế (IEC: International Electrotechnical Commission)
TÀI LIỆU THAM KHẢO
Khí cụ Điện - Kết cấu, sử dụng và sửa chữa 
Nguyễn Xuân Phú, NXB Khoa Học và Kỹ Thuật, 1998.
Sổ tay lựa chọn và tra cứu thiết bị điện từ 0.4-500 KV 
NGÔ HỒNG QUANG.
Thiết kế lắp đặt điện theo tiêu chuẩn IEC - 
Thiết kế hệ thống điện
NGUYỄN HOÀNG VIỆT - NXB ĐạI HọC QUốC GIA TPHCM.
Các trang web: WWW.CADIVI.COM
	 WWW.DIENQUANG.COM
	 WWW.VIHEM.COM.VN
Vật liệu điện - Nguyễn Xuân Phú
NXB Khoa Học và Kỹ Thuật, 1998.
Kỹ Thuật Điện - Đặng Văn Đào.
NXB Giáo Dục, 1999.
Cung cấp điện
Nguyễn Xuân Phú, NXB Khoa học và Kỹ thuật , 1998.
Thiết kế điện và dự toán giá thành
K.B. Raina, s.k.bhattcharya (Phạm Văn Niên dịch), NXB Khoa và Học Kỹ Thuật, 1996.
Tính toán phân tích hệ thống điện
Đỗ Xuân Khôi, NXB Khoa học và Kỹ thuật , 2001.