BÀI 1: LÀM QUEN VỚI THIẾT BỊ ĐIỆN CÔNG NGHIỆP ( TT )

1.3. RƠ LE ĐIỆN TỪ

1.3.1. Mục đích

-      Trình bày được cấu tạo và nguyên lý của rơ le điện từ

-      Đấu lắp và kiểm tra xác định các thong số kỹ thuật của rơ le điện từ

1.3.2. Tóm tắt lý thuyết

Rơ le điện từ làm việc dựa trên nguyên tắc nam châm điện, bao gồm các bộ phận chính sau:

-                Lõi thép tĩnh thường được gắn với than (võ) của rơ le điện từ

-                Lõi thép động có gắn các tiếp điểm động. ở trạng thái cuộn hút chưa có điện lá thép động được tách xa khỏi lõi thếp tĩnh nhờ lò xo hồi vị.

-                Cuộn dây điện từ (cuộn hút) được lồng vào lõi thép tĩnh có thể làm việc ở điện áp xoay chiều hoặc một chiều.

-                Nếu tín hiệu điều khiển  hoạt động của rơ le là điện áp (tức là cuộn hút được đấu song song với nguồn điện) thì rơ le điện từ được gọi là rơ le điện áp. Khi đó cuộn hút thường có số vòng dây lớn, tiết diện dây nhỏ - điện trở thuần của cuộn dây lớn. Loại này được dung nhiều trong mạch điện công nghiệp.

-                Ngược lại nếu tín hiệu điều khiển  hoạt động của rơ le là dòng điện (tức là cuộn hút được đấu nối tiếp với phụ tải) thì rơ le điện từ được gọi là rơ le dòng điện. Khi đó cuộn hút thường có số vòng dây ít, tiết diện dây lớn - điện trở thuần của cuộn dây nhỏ.

-                Trong mạch điện công nghiệp rơ le điện từ thường không đóng, cắt trực tiếp trên mạch động lực mà nó tác động gián tiếp qua mạch điều khiển, vì vậy nó còn có tên gọi là rơ le trung gian.

Khi sử dụng rơ le điện từ trong mạch điện ta cần chú ý những thong số kỹ thuật sau:

+     Dòng điện định mức của cuộn hút (đối với rơ le dòng điện) hoặc điện áp định mức của cuộn hút (đối với rơ le điện áp)

+     Dòng điện định mức cá cặp tiếp điểm (A)

+     Điện áp định mức các cặp tiếp điểm.

+     Nguồn điện sử dụng là một chiều (DC) hay xoay chiều (AC)

+     Các cặp tiếp điểm thường đóng hay thường hở

Các cặp tiếp điểm và cuộn hút trên rơ le điện từ thường được ký hiệu như sau:

Hình 3-1

1.3.3. Nội dung thực hành

1.3.3.1. Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị

1.3.3.2. Sơ đồ thực hành

Hình 3-2

1.3.3.3. Các bước thực hiện

Bước 1: Đọc cá thong số kỹ thuật ghi trên nhãn ro le điện áp.

Bước 2: Xác định cực đấu dây vào cuộn hút.

-                Ta có thể xác định thong qua ký hiệu ghi trên nhãn hoặc dung ôm mét tìm cặp tiếp điểm có giá trị điện trở cỡ vài chục đến vài trăm ôm, đó chính là hai cực đấu dây của rơ le điện áp.

Bước 3: Xác định các cặp tiếp điểm thường đóng, thường mở.

-                Bằng cách quan sát ký hiệu trên trên nhãn của rơ le hoặc dùng ôm mét đo từng cặp tiếp điểm. ở trạng thái cuộn hút chưa được cấp điện, cặp tiếp điểm nào thông mạch thì đó là tiếp điểm thường đóng, cặp tiếp điểm nào hở mạch thì đó là tiếp điểm thường mở. Khi cuộn hút rơ le có điện ta sẽ có các trạng thái ngược lại.

Bước 4: Đấu mạch điện theo hình 3-2

Bước 5: Kiểm tra kỹ lại mạch

Bước 6: Hoạt động thử theo các bước sau

-                Đóng điện

-                Ấn nút PB

-                Quan sát hoạt động của ro le và ôm mét

1.3.4. Câu hỏi kiểm tra

1.            Hiện tượng gì xãy ra khi đấu rơ le điện áp xoay chiều vào nguồn một chiều có trị số tương đương hoặc ngược lại?

2.            Sự giống và khác nhau của rơ le dòng điện và điện áp?

3.            Sự giống và khác nhau của rơ le điện từ và công tắc tơ?

1.4. RƠ LE NHIỆT

1.4.1. Mục đích

-      Trình bày được cấu tạo và nguyên lý và công dụng của rơ le nhiệt

-      Đấu lắp và kiểm tra, điều chỉnh rơ le nhiệt

1.4.2. Tóm tắt lý thuyết

Rơ le nhiệt là loại khí cụ điện đóng cắt tiếp điểm nhờ sự co dãn vì nhiệt của các thanh kim loại. Nó thường dung để bảo vệ quá tải cho thiết bị tiêu thụ điện.

Cấu tạo gồm các bộ phận chính sau:

-                Thanh lưỡng kim gồm hai lá kim loại có hệ số dãn nở vì nhiệt khác nhau đem gắn chặt và ép sát vào nhau.

-                Dây đốt nóng (phần tử đốt nóng) làm nhiệm vụ tăng cường nhiệt độ cho thanh lưỡng kim. Một số rơ le nhiệt dung phương pháp đốt nóng trực tiếp trên thanh lưỡng kim nên không có bộ phận này.

-                Cơ cấu đóng ngắt (lẫy tác động) nhận năng lượng trực tiếp từ sự co dãn của thanh lưỡng kim để đóng ngắt tiếp điểm. Hầu hết rơ le nhiệt dung trong điện công nghiệp đều sử dụng cơ cấu này để cách ly về điện giữa tiếp điểm và thanh lưỡng kim, còn một số loại rơ le nhiệt dung trong thiết bị gia dụng thì không sử dụng cơ cấu này mà thanh lưỡng kim thường gắn trực tiếp với tiếp điểm.

Khi sử dụng rơ le nhiệt trong mạch điện ta cần chú ý các thong số kỹ thuật sau:

-                Dòng điện định mức: Đây là dòng điện lớn nhất mà rơ le nhiệt có thể làm việc được trong thời gian lâu dài (A)

-                Dòng tác động (dòng ngắn mạch) dòng điện lớn nhất trước khi ro le nhiệt tác động để các tiếp điểm chuyển trạng thái (tiếp điểm đang đóng sẽ chuyển sang trạng thái ngắt hoặc ngược lại

Để bảo vệ động cơ thì dòng tác động được điều chỉnh như sau:

I_đc = (1,1 đến 1,2) I_đm

Thông thường với dòng điều chỉnh như trên, ở nhiệt độ môi trường là 20⁰C khi dòng quá tải tăng 20%, rơ la nhiệt sẽ tác động làm ngắt mạch sau khoảng 20 phút. Nếu nhiệt độ môi trường cao hơn thì thời gian tác động sớm hơn.

Nguyên lý làm việc

-      Ấn nút điều khiển PB₁, cuộn hút của công tắc tơ K được cấp điện. Nó sẽ đóng các tiếp điểm cấp điện cho động cơ M hoạt động. Ơ chế độ định mức hoặc không tải của động cơ thì dòng điện qua động cơ không vươt quá dòng định mức nên nhiệt lượng trên dây đốt nóng ở mức bình thường và nhiệt độ trên thanh lưỡng kim 5 bình thường. Thanh lưỡng kim chưa bị cong các tiếp điểm thường đóng 2 và thường mở 3 của relay nhiệt chưa tác động, động cơ vẫn hoạt động bình thường.

-      Khi động cơ M bị quá tải dòng điện qua động cơ vượt quá dòng điện định mức làm cho nhiệt lượng trên dây đốt nóng 7 tăng lên, nhiệt độ trên thanh lưỡng kim cũng tăng cao. Do thanh lưỡng kim được chế tạo từ 2 vật liệu có hệ số giãn nở vì nhiệt khác nhau ép sát vào nhau, lá kim loại phía bên phải của thanh lưỡng kim có hệ số giản nở vì nhiệt nhiều hơn nên làm thanh lưỡng kim bị cong về phía bên trái. Khi thanh lưỡng kim bị cong về phía bên trái sẽ đẩy cần gạt 8 sang trái tác động vào đòn bẩy 1 mở tiếp điểm thường đóng 2 ngắt điện mạch điều khiển, cuộn hút công tắc tơ bị ngắt điện các tiếp điểm K mở ra bảo vệ an toàn cho động cơ.

-      Muốn điều chỉnh tiếp điểm đóng cắt ở mức độ khác nhau ta điều chỉnh vít 4 để tăng hay giảm lực căng của lò xo ép vào đòn bẩy 1.

1.4.3. Nội dung thực hành

1.4.3.1. Chuẩn bị dụng cụ, thiết bị

1.4.3.2. Sơ đồ thực hành

Hình 4

1.4.3.3. Các bước thực hiện

Bước 1: Tìm hiểu cấu tạo thực tế và các thong số kỹ thuật của rơ le nhiệt:

-                Giới hạn điều chỉnh dòng điện  I_min             I_max

-                Dòng điện định mức của rơ le

Bước 2: Đấu dây theo hình vẽ

Bước 3: Kiểm tra kĩ lại mạch điện.

Bước 4: Đóng điện, đọc giá trị dòng điện trên ampe met. Giả thiết đây là dòng điện định mức (I_đm) của phụ tải

Bước 5: Điều chỉnh rơ le nhiệt theo các bước sau:

-                Ngắt điện

-                Chỉnh dòng tac động của rơ le nhiệt I_đc

-                Đóng điện

-                Chỉnh biến trở để dòng điện quá tải tăng lên. Dòng điện này ta gọi là dòng quá tải I_qt

-                Quan sát hoạt động của mạch điện. Ghi thời gian tác động T_tđ của rơ le (thời gian kể từ khi bị quá tải đến khi rơ le nhiệt tác động làm chuông kêu) vào bảng.

Bước 6: Lần lượt thay đổi dòng tác động của rơ le nhiệt I_đc và dòng quá tải I_qt. Lặp lại bước 5, ghi kết quả  vào bảng

Chú ý: Mỗi lần thử cách nhau ít nhất 3 phút để nhiệt độ trên rơ le nhiệt trở lại trạng thái nhiệt độ môi trường.

1.4.4. Câu hỏi kiểm tra

1.            Nêu công dụng của rơ le nhiệt

2.            Thời gian tác động của rơ le nhiệt phụ thuộc và yếu tố nào? Rờ le nhiệt có bảo vệ ngắn mạch được không? Tại sao?

1.5. MỘT SỐ KHÍ CỤ ĐIỆN THƯỜNG GẶP KHÁC

1.5.1. Mục đích

-      Trình bày được cấu tạo, nguyên lý hoạt động và công dụng của một số khí cụ điện đóng ngắt, bảo vệ thông dụng như cầu dao, áp tô mát, công tắc, nút ấn…

-      Đấu lắp, vận hành các thiết bị trên

1.5.2. Tóm tắt lý thuyết

1.5.2.1. Công tắc – chuyển mạch

Là loại khí cụ điện đóng ngắt nhờ ngoại lực (có thể bằng tay hoặc điều khiển qua một cơ cấu nào đó…). Trạng thái của công tắc sẽ bị thay đổi khi có ngoại lực tác động và giữ nguyên khi bỏ lực tác động. Thông thường công tắc (chuyển mạch) dung để đóng ngắt mạch điện có công suất nhỏ, điện áp thấp.

-                Theo phương thức kết nối mạch người ta chia thành các loại sau:

+     Công tắc 1 ngả (hình 61-a)

+     Công tắc 2 ngả (hình 61-b)

+     Công tắc 3 ngả (hình 61-c)

…

-                Theo cơ cấu tác động người ta chia thành các loại sau:

+     Công tắc ấn

+     Công tắc gạt

+     Công tắc xoay

+     Công tắc kéo dây

-                Khi lựa chọn công tắc ta cần chú ý đến 2 thông số kỹ thuật sau:

+     Dòng điện định mức

+     Điện áp định mức

-                Trên sơ đồ nguyên lý công tắc (chuyển mạch) thường được ký hiệu như sau:

Hình 6-1

1.5.2.2. Nút ấn

-                Là loại khí cụ điện dùng để đóng, ngắt các thiết bị điện bằng tay. Các cặp tiếp điểm trong nút nhấn sẽ chuyễn trạng thái khi có ngoại lực tác động còn khi bỏ lực tác động nút ấn sẽ trở lại trạng thái cũ. Đó chính là điểm khác biệt cơ bản giữa nút nhấn và công tắc.

-                Trong mạch điện công nghiệp nút ấn thường dung để khởi động, dừng, đảo chiều quay động cơ thong qua công tắc tơ hoặc rờ le trung gian.

-                Theo kết cấu người ta chia thành các loại sau:

+     Nút nhấn đơn (1 tầng tiếp điểm)

+     Nút nhấn kép (2 tầng tiếp điểm)

-                Theo phương thức kết nối mạch người ta chia thành các loại sau:

+     Nút nhấn đơn thường mở (ở trạng thái hở mạch khi chưa có ngoại lực tác động) xem nguyên lý cấu tạo và ký hiệu ở hình 62-a

+     Nút nhấn đơn thường đóng (ở trạng thái đóng mạch khi chưa có ngoại lực tác động) xem nguyên lý cấu tạo và ký hiệu ở hình 62-b

+     Nút nhấn kép sẽ tồn tại đồng thời 2 cặp tiếp điểm ở trạng thái trên (xem nguyên lý cấu tạo và ký hiệu ở hình 62-c)

-                Khi lựa chọn nút nhấn ta cần chú ý đến 2 thông số kỹ thuật sau:

+     Dòng điện định mức

+     Điện áp định mức

-                Trên sơ đồ nguyên lý nút nhấn thường được ký hiệu như sau:

Hình 6-2

1.5.2.3. Cầu chì

-                Là loại khí cụ điện dùng để bảo vệ thiết bị điện và lưới điện khi bị ngăn mạch. Về nguyên tắc thì dây chảy (bộ phận chính của cầu chì) được chế tạo sao cho khả năng chiệu dòng điện của nó kém hơn các phần tử khác trong mạch điện mà nó được dung để bảo vệ ngắn mạch.

-                Như vậy nếu dây chảy chế tạo bằng vật liệu như của dây dẫn thì tiết diện của dây chảy phải bé hơn tiết diện của dây dẫn hoặc đôi khi được chế tạo từ vật liệu có nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của dây dẫn.

-                Nếu cầu chì lựa chọn phù hợp thì khi bị ngắn mạch, dây chảy của cầu chì sẽ bị đứt trước khi các phần tử trong mạch bị phá hỏng.

-                Hiện nay xuất hiện một loại cầu chì có thể bảo vệ quá tải cho thiết bị đó là cầu chì nhiệt độ. Với loại này khi thiết bị sử dụng bị quá tải – nhiệt độ tăng lên quá giới hạn cho phép thì điện trở của cầu chì này tăng rất cao và coi như đã ngắt mạch bảo vệ cho thiết bị. Các thiết bị gia dụng như máy biến áp, quạt điện, máy xay sinh tố, nồi cơm điện thường dùng loại cầu chì này.

-                Trong công nghiệp, hiện nay người ta dung phổ biến loại cầu chì ống được đặt trong giá đỡ bằng nhựa. Giá đỡ này có thể được gá lắp trên thanh cài (thanh ray) rất thuận tiện.

        Khi sử dụng cầu chì cần chú ý các thong số kỹ thuật sau:

-      Dòng điện định mức (A)

-      Điện áp định mức (V)

        Trên sơ đồ nguyên lý cầu chì thong thường được ký hiệu như hình 6-3a và cầu chì rơi trong mạch 3 pha hình 6-3b

Hình 6-3

1.5.2.4. Cầu dao hạ áp

a)           Khái niệm

Cầu dao hạ áp là loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện bằng tay với tần số đóng cắt thấp, điện áp lên tới 500KV.

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: 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.

b)           Cấu tạo và nguyên lý làm việc của cầu dao hạ áp

Ø   Cấu tạo chung

Những cầu dao nhỏ thường có kết cấu đơn giản (hình 1.1) còn những cầu dao lớn (cỡ hàng trăm Ampère) thì kết cấu khá phức tạp (hình 1.2).

Hình 1.1.

-                Các cầu dao đơn giản như hình 1.1 thường dùng để đóng cắt mạch điện công suất nhỏ, dòng điện cỡ vài chục Ampe.

-                Các cầu dao cấu tạo phức tạp như hình 1.2 thường dùng để đóng ngắt mạch điện công suất tương đối lớn, dòng điện cỡ vài trăm Ampère. Trong trường hợp này khi ngắt mạch dòng ngắt mạch lớn nên hồ quang phát sinh lớn còn gây nguy hiểm cho người thợ vận hành. Để khắc phục hiện tượng này người ta có thể giảm dòng ngắt mạch và khi đóng ngắt mạch phải thao tác một cách dứt khoát.

Hình 1.2.

-                Để giảm dòng ngắt mạch thì trước khi ngắt cầu dao, người ta phải cắt điện các phụ tải trước. Như vậy cầu dao này chỉ có nhiệm vụ đóng ngắt dòng không tải rất thuận tiện cho quá trình sửa chữa mạch điện và vì vậy nó còn có tên gọi là cầu dao cách ly. Hệ thống điều khiển động cơ 3 pha gồm : cầu dao – cầu chì – khởi động từ đơn là một ví dụ. Trong hệ thống này khi ta đóng cầu dao thì động cơ chưa hoạt động ngay (tức là đóng điện không tải) còn khi cắt điện thì công tắc tơ phải được cắt điện trước (tức là động cơ đã ngừng hoạt động) sau đó ta mới ngắt cầu dao (tức là cầu dao chỉ ngắt dòng không tải).

-                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 1.3.

-                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.

Ø   Nguyên lý làm việc

(xem sơ đồ nguyên lý cấu tạo hình 1.3)

-                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 1.3

c)            Thông số kỹ thuật và cách chọn lựa cầu dao  hạ áp

Khi lựa chọn cầu dao ta cần chú ý các thông số kỹ thuật chính như sau:

Dòng điện định mức của cầu dao (A). dòng điện này không được nhỏ hơn dòng điện tính toán của phụ tải.

Để tiết kiệm người ta thường chọn I_đm= (1,2÷1,5).I_tt

Điện áp làm việc của cầu dao (V). Đây là điện áp cách điện an toàn giữa các bộ phận tiếp điện với đế cách điện của cầu dao. Điện áp này phụ thuộc vào điện áp của lưới điện mà cầu dao sử dụng. Về nguyên tắc điện áp này không nhỏ hơn điện áp cực đại của lưới điện.

Số cực (số lưỡi dao chính).