Thông tin
Quiz

Bài giảng Khí cụ điện | Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ

Bài giảng Khí cụ điện | Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ. Tài liệu được biên soạn dưới dạng file PDF gồm 114 trang, giúp bạn tham khảo, ôn tập và đạt kết quả cao trong kì thi sắp tới. Mời bạn đọc đón xem!

Môn:

Khí cụ điện (CT) 1 tài liệu

Trường:

Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ 98 tài liệu

Thông tin:

114 trang 7 tháng trước

Tác giả:

48 Nguyễn Thị Anh Thơ

docx.com.vn

Bình luận

Vui lòng đăng nhập hoặc đăng ký để gửi bình luận.

Bài giảng Khí cụ điện | Đại học Kỹ thuật - Công nghệ Cần Thơ

84 42 lượt tải Tải xuống

KHÍ

CỤ

ĐIỆN

TÔ ÁI NHÂN

CẦN THƠ, THÁNG 5/2022

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ CẦN THƠ

BÀI GIẢNG

PHAN TRỌNG TUẤN

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ CẦN THƠ

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 1

LỜI NÓI ĐẦU

Bài giảng Khí cụ điện được biên soạn theo đề cương học phần Khí cụ điện cho sinh viên

các ngành Công nghệ Kỹ thuật điện, điện tử; Công nghệ Kỹ thuật Năng lượng thuộc Bộ

môn Kỹ thuật điện – Năng lượng, Khoa Điện – Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Kỹ

thuật – Công nghệ Cần Thơ.

Bài giảng này cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về khí cụ điện dùng trong

dân dụng, hệ thống lưới phân phối và truyền tải điện năng. Bên cạnh đó, bài giảng cũng

giới thiệu cho sinh viên những hiểu biết cần thiết về khả năng phân tích, lựa chọn, xử lý và

thiết kế các mạch điện tự động điều khiển trong dây chuyền sản xuất công nghiệp.

Bài giảng Khí cụ điện được chia thành các chương sau:

Chương 1: Cơ sơ lý thuyết về khí cụ điện

Chương 2: Khí cụ điện đóng cắt và bảo vệ hạ áp

Chương 3: Khí cụ điện điều khiển

Chương 4. Khí cụ điện trung áp

Chương 5: Mạch điện công nghiệp

Nhóm tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của Quý đồng nghiệp và các

em sinh viên để hoàn thiện nội dung bài giảng trong lần chỉnh sửa tiếp theo. Mọi ý kiến

đóng góp xin vui lòng gửi về email cá nhân: tanhan@ctuet.edu.vn hoặc Bộ môn Kỹ thuật

điện – Năng lượng, Khoa Điện – Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Kỹ thuật – Công

nghệ Cần Thơ.

Cần Thơ, ngày 30 tháng 5 năm 2022

Tô Ái Nhân

Phan Trọng Tuấn

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 2

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................................... 1

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN ......................................................................... 5

CHƯƠNG 1................................................................................................................................ 7

LÝ THUYẾT VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN ......................................................................................... 7

1.1. Hồ quang điện.................................................................................................................. 7

1.1.1. Đại cương về hồ quang điện.................................................................................... 7

1.1.2. Hồ quang điện một chiều ......................................................................................... 9

1.1.3. Hồ quang điện xoay chiều .....................................................................................11

1.1.4. Biện pháp và trang bị dập hồ quang trong thiết bị điện .....................................12

1.2. Tiếp xúc điện..................................................................................................................14

1.2.1. Đại cương về tiếp xúc điện ....................................................................................14

1.2.2. Tiếp điểm thiết bị điện ...........................................................................................16

1.3. Sự phát nóng trong khí cụ điện .................................................................................19

1.3.1. Đại cương về sự phát nóng trong khí cụ điện .....................................................19

1.3.2. Chế độ làm việc dài hạn .........................................................................................20

1.3.3. Chế độ làm việc ngắn hạn.....................................................................................21

1.3.4. Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại ..........................................................................22

1.3.5. Sự phát nóng khi ngắn mạch .................................................................................22

1.4. Lực điện động ................................................................................................................23

1.4.1. Khái niệm chung .....................................................................................................23

1.4.2. Các phương pháp tính toán lực điện động ...........................................................23

1.4.3. Cách tính lực điện động tác dụng lên vật dẫn .....................................................24

1.4.4. Cộng hưởng cơ khí và ổn định lực điện động thiết bị điện ...............................27

CHƯƠNG 2..............................................................................................................................28

KHÍ CỤ ĐIỆN ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VỆ HẠ ÁP .........................................................28

2.1. Cầu dao, cầu dao tự động, cầu dao chống dòng rò ...............................................28

2.1.1. Cầu dao ....................................................................................................................28

2.1.2. Áp tô mát (cầu dao tự động, CB) ..........................................................................28

2.1.3. Cầu dao chống dòng rò ..........................................................................................31

2.2. Nút ấn, công tắc chuyển mạch ...................................................................................33

2.2.1. Nút ấn .......................................................................................................................33

2.2.2. Công tắc chuyển mạch ...........................................................................................34

2.3. Công tắc tơ, rờ le nhiệt, khởi động từ ......................................................................35

2.3.1. Công tắc tơ...............................................................................................................35

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 3

2.3.2. Rờ le nhiệt................................................................................................................39

2.3.3. Khởi động từ............................................................................................................41

2.4. Cầu chì, rơ le (rơ le điện từ, rơ le bảo vệ áp, rơ le bảo vệ dòng)........................44

2.4.1. Cầu chì .....................................................................................................................44

2.4.2. Rơ le, một số rơ le bảo vệ ......................................................................................45

CHƯƠNG 3..............................................................................................................................51

KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN .............................................................................................51

3.1. Rơ le thời gian, rơ le điều nhiệt .................................................................................51

3.1.1. Rơ le thời gian .........................................................................................................51

3.1.2. Rơ le điều nhiệt .......................................................................................................60

3.2. Rờ le áp suất, rờ le mức nước ....................................................................................61

3.2.1. Rơ le áp suất ............................................................................................................61

3.2.2. Rờ le mức nước .......................................................................................................64

3.3. Cảm biến .........................................................................................................................64

3.3.1. Khái niệm chung .....................................................................................................64

3.3.2. Cảm biến điện trở ...................................................................................................67

3.3.3. Cảm biến điện cảm .................................................................................................70

3.3.4. Cảm biến quang ......................................................................................................72

3.4. Khởi động mềm .............................................................................................................74

3.4.1. Khái niệm ...............................................................................................................74

3.4.2. Mục đích của khởi động mềm ...............................................................................75

3.4.3. Đặc điểm của khởi động mềm...............................................................................75

3.4.4. Cấu tạo của khởi động mềm ..................................................................................75

3.4.5. Nguyên lý làm việc của khởi động mềm .............................................................76

3.4.6. Ưu, nhược điểm của khởi động mềm ...................................................................77

3.5. Biến tần ...........................................................................................................................77

3.5.1. Khái niệm.................................................................................................................77

3.5.2. Lợi ích của biến tần ................................................................................................77

3.5.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động............................................................................78

CHƯƠNG 4..............................................................................................................................80

KHÍ CỤ ĐIỆN TRUNG, CAO ÁP......................................................................................80

4.1. Cầu chì tự rơi (FCO, LBFCO) ..................................................................................80

4.1.1. Định nghĩa ...............................................................................................................80

4.1.2. Cấu tạo .....................................................................................................................80

4.1.3. LBFCO (Load Break Fuse Cut Out) ....................................................................80

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 4

4.2. Máy cắt tự đóng lại Recloser......................................................................................80

4.3. Máy cắt phụ tải LBS (Load Break Switch).............................................................81

4.4. Dao cách ly, dao ngắn mạch, máy cắt phân đoạn LTD........................................81

4.4.1. Dao cách ly (DS - Distance Switch).....................................................................81

4.4.2. Dao ngắn mạch........................................................................................................82

4.4.3. Máy cắt phân đoạn LTD ........................................................................................82

4.5. Máy biến dòng điện, máy biến điện áp ....................................................................83

4.5.1. Máy biến dòng điện ................................................................................................83

4.5.2. Máy biến điện áp.....................................................................................................83

4.6. Chống sét ........................................................................................................................84

4.6.1. Khái niệm chung ...................................................................................................84

4.6.2. Các yêu cầu chính ...................................................................................................84

4.6.3. Chọn chống sét ........................................................................................................84

4.6.4. Một số thiết bị phổ biến .........................................................................................84

CHƯƠNG 5..............................................................................................................................87

MẠCH ĐIỆN CÔNG NGHIỆP...........................................................................................87

5.1. Lắp đặt khí cụ điện.......................................................................................................87

5.1.1. Một số phụ kiện .....................................................................................................87

5.1.2. Lắp đặt và kiểm tra khí cụ điện trong bảng điện ................................................88

5.2. Các mạch điện khởi động động cơ ............................................................................90

5.2.1. Mạch khởi động động cơ điện ba pha bằng khởi động từ đơn..........................90

5.2.2. Mạch điện mở máy động cơ điện ba pha có thử nháp (hay còn gọi là mạch

nhấp máy) ....................................................................................................................................92

5.2.3. Mạch mở máy động cơ xoay chiều ba pha tại 2 vị trí ........................................94

5.2.4. Mạch khởi động động cơ điện một pha ...............................................................96

5.2.5. Mạch mở máy động cơ lồng sóc qua cuộn cảm kháng ......................................97

5.2.6. Mạch khởi động sao_tam giác ..............................................................................99

5.3. Các mạch điện điều khiển động cơ ........................................................................ 101

5.3.1. Mạch đảo chiều động cơ điện ba pha ................................................................ 101

5.3.2. Mạch điện tự động giới hạn hành trình ............................................................. 104

5.3.3. Mạch điện mở máy động cơ theo thứ tự ........................................................... 108

TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 113

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 5

KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN

Khí cụ điện là những thiết bị điện dùng để đóng, cắt, điều khiển, điều chỉnh và bảo vệ

lưới điện, máy điện, mạch điện và các máy móc khác. Ngoài ra nó còn được dùng để kiểm

tra và điều chỉnh các quá trình điện khác. Khí cụ điện được dùng rất rộng rãi ở các nhà máy

phát điện, các trạm biến áp, các xí nghiệp, …

Khí cụ điện có rất nhiều chủng loại với chức năng, nguyên lý làm việc và kích cỡ khác

nhau, được dùng rộng rải trong mọi lĩnh vực của cuộc sống.

Trong phạm vi của bài giảng này, các vấn đề được đề cập đến là cơ sở lý thuyết, nguyên

lý làm việc, kết cấu và đặc điểm của các loại khí cụ điện dùng trong ngành điện và trong

công nghiệp.

Để thuận lợi cho việc nguyên cứu, sử dụng và sửa chữa khí cụ điện, người ta phân loại

như sau:

* Theo chức năng

- Thiết bị điện khống chế: dùng để đóng cắt, điều chỉnh tốc độ chiều quay của các máy

phát điện, động cơ điện (như cầu dao, áp tô mát, công tắc tơ, ...).

- Thiết bị điện bảo vệ: làm nhiệm vụ bảo vệ các động cơ, máy phát điện, lưới điện khi

có quá tải, ngắn mạch, sụt áp, ... (như rơle, cầu chì, máy cắt, ...).

- Thiết bị điện tự động điều khiển từ xa: làm nhiệm vụ thu nhận phân tích và khống chế

sự hoạt động của các mạch điện như khởi động từ, ...

- Thiết bị điện hạn chế dòng ngắn mạch (như điện trở phụ, cuộn kháng, ...).

- Thiết bị điện làm nhiệm vụ duy trì ổn định các tham số điện (như ổn áp, bộ tự động

điều chỉnh điện áp máy phát, ...)

- Thiết bị điện làm nhiệm vụ đo lường (như máy biến dòng điện, biến áp đo lường,)

* Theo tính chất dòng điện

- Thiết bị điện dùng trong mạch một chiều.

- Thiết bị điện dùng trong mạch xoay chiều.

* Theo nguyên lí làm việc

Thiết bị điện loại điện từ, điện động, cảm ứng, có tiếp điểm, không có tiếp điểm, ...

* Theo điều kiện làm việc

Loại làm việc vùng nhiệt đới khí hậu nóng ẩm, loại ở vùng ôn đới, có loại chống được

khí cháy nổ, loại chịu rung động, ...

* Theo cấp điện áp

- Khí cụ điện cao thế, được chế tạo để dùng ở cấp điện áp định mức U ≥ 1 kV.

- Khí cụ điện hạ thế, được chế tạo để dùng ở cấp điện áp định mức U < 1 kV.

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 6

Yêu cầu khí cụ điện

- Phải đảm bảo sử dụng được lâu dài đúng tuổi thọ thiết kế khi làm việc với các thông

số kỹ thuật ở định mức.

- Thiết bị điện phải đảm bảo ổn định lực điện động và ổn định nhiệt khi làm việc bình

thường, đặc biệt khi sự cố trong giới hạn cho phép của dòng điện và điện áp.

- Vật liệu cách điện chịu được quá áp cho phép.

- Thiết bị điện phải đảm bảo làm việc tin cậy, chính xác an toàn, gọn nhẹ, dễ lắp ráp, dễ

kiểm tra sửa chữa.

- Ngoài ra còn yêu cầu phải làm việc ổn định ở điều kiện khí hậu môi trường mà khi

thiết kế cho phép.

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 7

CHƯƠNG 1

LÝ THUYẾT VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN

1.1. Hồ quang điện

1.1.1. Đại cương về hồ quang điện

1.1.1.1. Khái niệm chung

Hồ quang điện thực sự có ích khi được sử dụng trong các

lĩnh vực như hàn điện, luyện thép, ... Trong trườn g hợp này

hồ quang cần được duy trì cháy ổn định.

Nhưng trong các thiết bị điện như cầu chì, cầu dao, máy

cắt, ... hồ quang lại có hại cần phải nhanh chóng được loại

trừ. Khi thiết bị điện đóng, cắt (đặc biệt là khi cắt) hồ quang

phát sinh giữa các cặp tiếp điểm của thiết bị điện khiến mạch

điện không được ngắt dứt khoát. Hồ quang cháy lâu sau khi

thiết bị điện đã đóng cắt sẽ làm hư hại các tiếp điểm và bản

thân thiết bị điện. Trong trường hợp này để đảm bảo độ làm

việc tin cậy của thiết bị điện yêu cầu phải tiến hành dập tắt

hồ quang càng nhanh càng tốt.

Bản chất của hồ quang điện là hiện tượng phóng điện với mật độ dòng điện rất lớn (tới

khoảng 104 ÷ 105 A/cm2), có nhiệt độ rất cao (tới khoảng 5000 ÷ 60000C) và điện áp rơi

trên cực âm bé (chỉ khoảng 10 ÷ 20V) và thường kèm theo hiện tượng phát sáng.

1.1.1.2. Quá trình phát sinh và dập tắt hồ quang

a) Quá trình phát sinh

Hồ quang điện phát sinh là do môi trường giữa các điện cực (hoặc giữa các cặp tiếp

điểm) bị ion hóa (xuất hiện các hạt dẫn điện). Ion hóa có thể xảy ra bằng các con đường

khác nhau dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt độ, điện trường mạnh, ... Trong thực tế quá

trình phát sinh hồ quang điện có những dạng ion hóa sau:

- Quá trình phát xạ điện tử nhiệt

- Quá trình phát xạ điện tử

- Quá trình ion hóa do va chạm

- Quá trình ion hóa do nhiệt

* Sự phát xạ điện tử nhiệt:

Điện cực và tiếp điểm chế tạo từ kim loại, mà trong cấu trúc kim loại luôn tồn tại các

điện tử tự do chuyển động về mọi hướng trong quỹ đạo của cấu trúc hạt nhân nguyên tử.

Khi tiếp điểm bắt đầu mở ra lực nén vào tiếp điểm giảm dần khiến điện trở tiếp xúc tăng

lên, chỗ tiếp xúc dòng điện bị thắt lại, mật độ dòng tăng rất lớn làm nóng các điện cực (nhất

là ở cực âm nhiều e). Bị đốt nóng, động năng của các điện tử tăng nhanh đến khi công nhận

được lớn hơn công thoát liên kết hạt nhân thì điện tử sẽ thoát ra khỏi bề mặt cực âm trở

thành điện tử tự do. Quá trình này được gọi là phát xạ điện tử nhiệt.

Hình 1.1: Hồ quang điện

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 8

* Sự tự phát xạ điện tử

Khi tiếp điểm hay điện cực vừa mở ra lúc đầu khoảng cách còn rất bé dưới tác dụng của

điện áp nguồn ngoài thì cường độ điện trường rất lớn, nhất là vùng cực âm có khoảng cách

nhỏ có thể tới hàng triệu V/cm. Với cường độ điện trường lớn ở cực âm một số điện tử có

liên kết yếu với hạt nhân trong cấu trúc sẽ bị kéo bật ra khỏi bề mặt catốt trở thành các điện

tử tự do, hiện tượng này gọi là tự phát xạ điện tử. Khi có điện tử tự phát xạ và phát xạ điện

tử nhiệt năng lượng được giải phóng rất lớn làm nhiệt độ khu vực hồ quang tăng cao và

phát sáng, đặc biệt khi cắt mạch ở điện áp cao và có dòng tải lớn thì hồ quang cháy và phát

sáng rất mãnh liệt.

* Ion hóa do va chạm

Sau khi tiếp điểm mở ra, dưới tác dụng của nhiệt độ cao hoặc của điện trường lớn (mà

thông thường là cả hai) thì các điện tử tự do sẽ phát sinh chuyển động từ cực dương sang

cực âm. Do điện trường rất lớn nên các điện tử chuyển động với tốc độ rất cao. Trên đường

đi các điện tử này bắn phá các nguyên tử và phân tử khí sẽ làm bật ra các điện tử và các

ion dương. Các phần tử mang điện này lại tiếp tục tham gia chuyển động và bắn phá tiếp

làm xuất hiện các phần tử mang điện khác. Do vậy mà số lượng các phần tử mang điện

tăng lên không ngừng, làm mật độ điện tích trong khoảng không gian giữa các tiếp điểm

rất lớn, đó là quá trình ion hóa do va chạm.

* Ion hóa do nhiệt

Do có các quá trình phát xạ điện tử và ion hóa do va chạm, một lượng lớn năng lượng

được giải phóng làm nhiệt độ vùng hồ quang tăng cao và thường kèm theo hiện tượng phát

sáng. Nhiệt độ khí càng tăng thì tốc độ chuyển động của các phần tử khí càng tăng và số

lần va chạm do đó cũng càng tăng lên. Khi tham gia chuyển động cũng có một số phần tử

gặp nhau sẽ kết hợp lại phân li thành các nguyên tử. Các nguyên tử khuếch tán vào môi

trường xung quanh, gặp nhiệt độ thấp sẽ kết hợp lại thành phân tử, hiện tượng này gọi là

hiện tượng phân li (phản ứng phân li thu nhiệt làm giảm nhiệt độ của hồ quang, tạo điều

kiện cho khử ion). Còn lượng các ion hóa tăng lên do va chạm khi nhiệt độ tăng thì gọi đó

là lượng ion hóa do nhiệt. Nhiệt độ để có hiện tượng ion hóa do nhiệt cao hơn nhiều so với

nhiệt độ có hiện tượng phân li. Ví dụ không khí có nhiệt độ phân li khỏang 40000K còn

nhiệt độ ion hóa khoảng 80000K.

Tóm lại, hồ quang điện phát sinh là do tác dụng của nhiệt độ cao và cường độ điện

trường lớn sinh ra hiện tượng phát xạ điện tử nhiệt và tự phát xạ điện tử và tiếp theo là quá

trình ion hóa do va chạm và ion hóa do nhiệt. Khi cường độ điện trường càng tăng (khi

tăng điện áp nguồn), nhiệt độ càng cao và mật độ dòng càng lớn thì hồ quang cháy càng

mãnh liệt. Quá trình có thoát năng lượng hạt nhân nên thường kèm theo hiện tượng phát

sáng chói lòa. Nếu tăng áp lực lên môi trường hồ quang thì sẽ giảm được tốc độ chuyển

động của các phần tử và do vậy hiện tượng ion hóa sẽ giảm.

b) Quá trình hồ quang tắt

Hồ quang điện sẽ bị dập tắt khi môi trường giữa các điện cực không còn dẫn điện hay

nói cách khác hồ quang điện sẽ tắt khi có quá trình phản ion hóa xảy ra mạnh hơn quá trình

ion hóa. Ngoài quá trình phân li đã nói trên, song song với quá trình ion hóa còn có các

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 9

quá trình phản ion gồm hai hiện tượng sau:

* Hiện tượng tái hợp

Trong quá trình chuyển động các hạt mang điện là ion dương và điện tử gặp được các

hạt tích điện khác dấu là điện tử hoặc ion dương để trở thành các hạt trung hòa (hoặc ít

dương hơn). Trong lí thuyết đã chứng minh tốc độ tái hợp tỉ lệ nghịch với bình phương

đường kính hồ quang, và nếu cho hồ quang tiếp xúc với điện môi hiện tượng tái hợp sẽ

tăng lên. Nhiệt độ hồ quang càng thấp tốc độ tái hợp càng tăng.

* Hiện tượng khuếch tán

Hiện tượng các hạt tích điện di chuyển từ vùng có mật độ điện tích cao (vùng hồ quang)

ra vùng xung quanh có mật độ điện tích thấp là hiện tượng khuếch tán. Các điện tử và ion

dương khuếch tán dọc theo thân hồ quang, điện tử khuếch tán nhanh hơn ion dương. Quá

trình khuếch tán đặc trưng bằng tốc độ khuếch tán. Sự khuếch tán càng nhanh hồ quang

càng nhanh bị tắt. Để tăng quá trình khuếch tán người ta thường tìm cách kéo dài ngọn lửa

hồ quang.

1.1.2. Hồ quang điện một chiều

1.1.2.1. Khái niệm chung

Chúng ta khảo sát ở đây một quá trình xuất hiện hồ quang giữa hai điện cực trong một

mạch điện một chiều như hình 1.2.

Gọi điện áp nguồn là U0, điện trở mạch là R, điện cảm mạch là L và rhq đặc trưng cho

điện trở hồ quang với điện áp trên hồ quang là uhq. Theo định luật Kiếckhốp II, ta có

phương trình cân bằng điện áp trong mạch khi mở tiếp điểm và hồ quang bắt đầu cháy như

LuiRU

hq0



(1.1)

Khi hồ quang cháy ổn định thì dòng điện không đổi i = I và có

𝑑𝑖

𝑑𝑡

= 0 phương trình cân

bằng điện áp sẽ là:

= u

+ u

= I. R+ I.r

(1.2)

Các thành phần điện áp trong phương trình (1.1) được thể hiện trên hình 1.2. Với:

đường 1- là điện áp nguồn; đường 2 - là điện áp rơi trên điện trở R và đường 3 - là đặc tính

u(i) của hồ quang.

Theo đồ thị các đường đặc tính 2 và 3 giao nhau ở hai điểm A và B. Tại A và B phương

trình (1.2) được thỏa mãn, các điểm A, B được gọi là hai điểm cháy của hồ quang.

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 10

- Xét tại B: Hồ quang đang

cháy nếu vì một lí do nào đó làm

dòng điện i tăng lớn hơn I

thì

theo đồ thị ta nhận thấy sức điện

động tự cảm trên L là Ldi/dt < 0

(ngược chiều dòng tăng) sẽ làm

dòng điện i giảm xuống lại IB.

Còn ngược lại nếu i giảm nhỏ

hơn I

thì Ldi/dt > 0 sẽ làm i

tăng trở lại giá trị I

, do vậy

điểm B được gọi là điểm hồ

quang cháy ổn định.

- Nếu cũng tương tự ta xét tại

điểm A, khi hồ quang đang cháy

ổn định với i = I

nếu vì một lí

do nào đó I giảm nhỏ hơn I

thì

Ldi/dt < 0 nên dòng tiếp tục

giảm đến 0 và hồ quang tắt. Còn

nếu i tăng lớn hơn I

thì trên đặc

tính ta thấy Ldi/dt > 0 nên dòng

tiếp tục tăng đến I

và hồ quang

cháy ổn định tại điểm B, vậy

điểm A gọi là điểm hồ quang

cháy không ổn định.

1.1.2.2. Điều kiện để dập tắt

hồ quang điện một chiều

Để có thể dập tắt được hồ quang điện một chiều cần loại bỏ được điểm hồ quang cháy

ổn định (điểm B). Trên đặc tính ta nhận thấy sẽ không có điểm cháy ổn định khi đường đặc

tính 3 (điện áp trên hồ quang) cao hơn đường đặc tính 2 (là đặc tính điện áp rơi trên điện

trở R) như hình 1.2 (tức là hồ quang sẽ tắt khi Uhq > U0 - UR). Để nâng cao đường đặc

tính 3 thường thực hiện hai biện pháp là tăng độ dài hồ quang (tăng đường l) và giảm nhiệt

độ vùng hồ quang xuống.

1.1.2.3. Quá điện áp trong mạch điện một chiều

Khi cắt mạch điện một chiều thường xảy ra quá điện áp, khi ở mạch có điện cảm lớn

nếu tốc độ cắt càng nhanh thì quá điện áp càng lớn.

Trong mạch một chiều làm việc với công suất lớn lại có nhiều vòng dây khi dập hồ

quang điện quá điện áp sẽ xảy ra rất lớn có thể gây đánh thủng cách điện và hư hỏng thiết

bị. Để hạn chế hiện tượng quá điện áp người ta thường dùng thêm một mạch điện phụ mắc

song song với phụ tải. Mạch này có thể là điện trở, điện trở và tụ nối tiếp hoặc một chỉnh

lưu mắc ngược.

Hình 1.2: Đặc tính hồ quang điện một chiều

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 11

1.1.3. Hồ quang điện xoay chiều

1.1.3.1. Khái niệm chung

Đặc điểm của mạch xoay chiều là trong một chu kì biến thiên dòng điện có hai lần qua

trị số i = 0. Khi có hồ quang thì tại thời điểm khi i = 0 quá trình phản ion hóa xảy ra mạnh

hơn quá trình ion hóa. Khi i = 0 hồ quang không dẫn điện và đây là thời điểm tốt để dập

tắt hồ quang điện xoay chiều.

Khi hồ quang điện xoay chiều đang cháy ta đưa dòng điện và điện áp của hồ quang vào

dao động kí ta sẽ được dạng sóng của dòng điện và điện áp hồ quang như hình 1.3.

Dòng điện có dạng sóng gần giống sóng hình sin

còn điện áp thì trong một nửa chu kì có hai đỉnh

nhọn tương ứng với hai giá trị điện áp cháy (U

)

và điện áp tắt (U

) của hồ quang điện. Từ dạng sóng

thu được trên màn hình dao động kí ta xây dựng

được đặc tính Vôn -Ampe (V-A) của hồ quang điện

xoay chiều như hình 1.3.

Ta nhận thấy ở thời điểm dòng điện qua trị số 0,

nếu điện áp nguồn nhỏ hơn trị số điện áp cháy (U

)

thì hồ quang sẽ tắt. Do vậy quá trình dập hồ quang

điện xoay chiều phụ thuộc rất nhiều vào tính chất

của phụ tải.

Ta nhận thấy trong mạch có phụ tải điện trở

thuần dễ dập hồ quang hơn trong mạch có tải điện

cảm, bởi ở mạch thuần trở khi dòng điện qua trị số

không (thời gian i = 0 thực tế kéo dài khoảng

0,1µs) thì điện áp nguồn cũng bằng không (trùng

pha), còn ở mạch thuần cảm khi dòng bằng không

thì điện áp nguồn đang có giá trị cực đại (điện áp

vượt trước dòng điện một góc 90

1.1.3.2. Dập tắt hồ quang điện xoay chiều

Hồ quang điện xoay chiều khi dòng điện qua trị

số 0 thì không được cung cấp năng lượng. Môi

trường hồ quang mất dần tính dẫn điện và trở thành

cách điện. Nếu độ cách điện này đủ lớn và điện áp

nguồn không đủ duy trì phóng điện lại thì hồ quang

sẽ tắt hẳn. Để đánh giá mức độ cách điện của điện

môi vùng hồ quang là lớn hay bé người ta dùng khái

niệm điện áp chọc thủng. Điện áp chọc thủng (U

ch.t

)

càng lớn thì mức độ cách điện của điện môi càng

cao.

Quá trình dập tắt hồ quang điện xoay chiều không những tùy thuộc vào tương quan giữa

Hình 1.3: Đặc tính của hồ quang

xoay chiều

t

Hình 1.4: Điều kiện dập tắt

hồ quang xoay chiều

150÷250V

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 12

độ lớn của điện áp chọc thủng với độ lớn của điện áp hồ quang mà còn phụ thuộc tương

quan giữa tốc độ tăng của chúng. Nếu tốc độ tăng điện áp chọc thủng lớn hơn tốc độ phục

hồi điện áp nguồn (hình 1.4: đường 1 và đường 2 không giao nhau ở điểm nào) thì hồ quang

sẽ tắt hoàn toàn. Trong các thiết bị điện khi tiếp điểm mở ra khoảng cách tăng dần làm cách

điện điện môi tăng dần (đường 1), nửa chu kì sau càng dốc hơn nửa chu kì trước. Ngược

lại, tốc độ phục hồi điện áp mà nhanh hơn tốc độ tăng của điện áp chọc thủng (làm đường

1 và đường 2 giao nhau) thì hồ quang sẽ cháy lại.

Tóm lại: để dập tắt hồ quang điện xoay chiều hoàn toàn thì ta phải làm sao để độ tăng

điện áp chọc thủng (đường 1) vượt cao hơn đỉnh của đường biểu diễn điện áp phục hồi hồ

quang (đường 2). Khi điện áp nguồn là 1000V thì trong lúc dòng điện qua trị số 0 sau

khoảng 0,1 µs mức độ cách điện khu vực này đạt đến giá trị xuyên thủng tức thời khoảng

150 đến 250V.

1.1.4. Biện pháp và trang bị dập hồ quang trong thiết bị điện

1.1.4.1. Các yêu cầu dập hồ quang

Để dập tắt hồ quang trong thiết bị điện cần phải đảm bảo yêu cầu sau:

- Trong thời gian ngắn phải dập tắt được hồ quang, hạn chế phạm vi cháy hồ quang là

nhỏ nhất.

- Tốc độ đóng mở tiếp điểm phải lớn.

- Năng lượng hồ quang sinh ra phải bé, điện trở hồ quang phải tăng nhanh.

- Tránh hiện tượng quá điện áp khi dập hồ quang.

1.1.4.2. Các nguyên tắc cơ bản để dập hồ quang

- Kéo dài ngọn lửa hồ quang.

- Dùng năng lượng hồ quang sinh ra để tự dập.

- Dùng năng lượng nguồn ngoài để dập.

- Chia hồ quang thành nhiều phần ngắn để dập.

- Mắc thêm điện trở song song để dập.

1.1.4.3. Dập hồ quang trong thiết bị hạ áp

Trong thiết bị điện hạ áp thường dùng các biện pháp và trang bị sau:

a) Kéo dài hồ quang điện bằng cơ khí

Đây là biện pháp đơn giản thường dùng ở cầu dao công suất nhỏ hoặc ở rơle. Kéo dài

hồ quang làm cho đường kính hồ quang giảm, điện trở hồ quang sẽ tăng dẫn đến tăng quá

trình phản ion để dập hồ quang. Tuy nhiên biện pháp này chỉ thường được dùng ở mạng

hạ áp có điện áp nhỏ hơn hoặc bằng 220V và dòng điện tới 150A.

b) Dùng cuộn dây thổi từ kết hợp buồng dập hồ quang

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 13

Người ta dùng một cuộn dây mắc nối tiếp với tiếp điểm chính tạo ra một từ trường tác

dụng lên hồ quang để sinh ra một lực điện từ kéo dài hồ quang. Thông thường biện pháp

này kết hợp với trang bị thêm buồng dập bằng amiăng. Lực điện từ của cuộn thổi từ sẽ thổi

hồ quang vào tiếp giáp amiăng làm tăng quá trình phản ion.

c) Dùng buồng dập hồ quang có khe hở quanh co

Buồng được dùng bằng amiăng có hai nửa lồi lõm và ghép lại hợp thành những khe hở

quanh co (khi đường kính hồ quang lớn hơn bề rộng khe thì gọi là khe hẹp).

Khi cắt tiếp điểm lực điện động sinh ra sẽ đẩy hồ quang vào khe quanh co sẽ làm kéo

dài và giảm nhiệt độ hồ quang.

d) Phân chia hồ quang ra làm nhiều đoạn ngắn

Trong buồng hồ quang ở phía trên người ta người ta đặt thêm nhiều tấm thép non. Khi

hồ quang xuất hiện, do lực điện động hồ quang bị đẩy vào giữa các tấm thép và bị chia ra

làm nhiều đoạn ngắn. Loại này thường được dùng ở lưới một chiều dưới 220V và xoay

chiều dưới 500V.

e) Tăng tốc độ chuyển động của tiếp điểm động

Người ta bố trí các lá dao động, có một lá chính và một lá phụ (thường là ở cầu dao) hai

lá này nối với nhau bằng một lò xo, lá dao phụ cắt nhanh do lò xo đàn hồi (lò xo sẽ làm

tăng tốc độ cắt dao phụ) khi kéo dao chính ra trước.

f) Kết cấu tiếp điểm kiểu bắc cầu

Một điểm cắt được chia ra làm hai tiếp điểm song song nhau, khi cắt mạch hồ quang

được phân chia làm hai đoạn và đồng thời do lực điện động ngọn lửa hồ quang sẽ bị kéo

dài ra làm tăng hiệu quả dập.

1.1.4.4. Dập hồ quang ở thiết bị trung và cao áp

Các biện pháp và trang bị dập hồ quang ở thiết bị điện trung và cao áp

a) Dập hồ quang trong dầu biến áp kết hợp phân chia hồ quang

Ở các máy cắt trung áp các tiếp điểm cắt được ngâm trong dầu biến áp, khi cắt hồ quang

xuất hiện sẽ đốt cháy dầu sinh ra hỗn hợp khí (chủ yếu là H) làm tăng áp suất vùng hồ

quang, đồng thời giảm nhiệt độ hồ quang. Các máy cắt điện áp cao mỗi pha thường được

phân ra làm nhiều chỗ ngắt.

b) Dập hồ quang bằng khí nén

Dùng khí nén trong bình có sẵn hoặc hệ thống ống dẫn khí nén để khi hồ quang xuất

hiện (tiếp điểm khi mở) sẽ làm mở van của bình khí nén, khí nén sẽ thổi dọc hoặc ngang

thân hồ quang làm giảm nhiệt độ và kéo dài hồ quang.

c) Dập hồ quang bằng cách dùng vật liệu tự sinh khí

Thường dùng trong cầu chì trung áp, khi hồ quang xuất hiện sẽ đốt cháy một phần vật

liệu sinh khí (như thủy tinh hữu cơ, ...) sinh ra hỗn hợp khí làm tăng áp suất vùng hồ quang.

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 14

d) Dập hồ quang trong chân không

Người ta đặt tiếp điểm cắt trong môi trường áp suất chỉ khoảng 10-6 đến 10-8 N/cm2.

Ở môi trường này thì độ bền điện cao hơn rất nhiều độ bền điện của không khí nên hồ

quang nhanh chóng bị dập tắt.

e) Dập hồ quang trong khí áp suất cao

Khí được nén ở áp suất tới khoảng 200 N/cm2 hoặc cao hơn sẽ tăng độ bền điện gấp

nhiều lần không khí. Trong các máy cắt điện áp cao và siêu cao áp hiện nay thường sử

dụng khí SF6 được nén trong các bình khí nén để dập hồ quang. Hồ quang dập trong môi

trường SF6 rất đảm bảo (bởi vì ngay cả ở điều kiện áp suất thường hồ quang cũng đã tắt

nhanh trong môi trường khí SF6).

1.2. Tiếp xúc điện

1.2.1. Đại cương về tiếp xúc điện

1.2.1.1. Khái niệm chung

Chỗ tiếp giáp giữa hai hay nhiều vật dẫn điện để cho dòng điện chạy từ vật dẫn này sang

vật dẫn kia gọi là tiếp xúc điện. Bề mặt chỗ tiếp giáp của các vật dẫn điện gọi là bề mặt tiếp

xúc điện.

Tiếp xúc điện chia ra làm ba dạng chính:

- Tiếp xúc cố định: là hai vật dẫn

tiếp xúc liên kết chặt cứng bằng

bulông, đinh vit, đinh rivê, ...

- Tiếp xúc đóng mở: là tiếp xúc

mà có thể làm cho dòng điện chạy

hoặc ngừng chạy từ vật này sang

vật khác (như các tiếp điểm trong

thiết bị đóng cắt).

- Tiếp xúc trượt: là vật dẫn điện

này có thể trượt trên bề mặt của vật dẫn điện kia (ví dụ như chổi than trượt trên vành góp

máy điện).

Tiếp xúc đóng mở và tiếp xúc trượt đều có hai phần, phần động (gọi là tiếp điểm động)

và phần tĩnh (gọi là tiếp điểm tĩnh).

Ba dạng tiếp xúc trên đều có thể tiến hành tiếp xúc dưới ba hình thức:

- Tiếp xúc điểm: là hai vật tiếp xúc với nhau chỉ ở một điểm hoặc trên bề mặt diện tích

với đường kính rất nhỏ (như tiếp xúc hai hình cầu với nhau, hình cầu với mặt phẳng, hình

nón với mặt phẳng, ...)

- Tiếp xúc đường: là hai vật dẫn tiếp xúc với nhau theo một đường thẳng hoặc trên bề mặt

rất hẹp (như tiếp xúc hình trụ với mặt phẳng, hình trụ với trụ, ...)

Hình 1.5: Tiếp xúc của hai vật dẫn

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 15

- Tiếp xúc mặt: là hai vật dẫn điện tiếp xúc với nhau trên bề mặt rộng (ví dụ tiếp xúc mặt

phẳng với mặt phẳng, ...)

Các yêu cầu đối với tiếp xúc điện tùy thuộc ở công dụng, điều kiện làm việc, tuổi thọ

yêu cầu của thiết bị và các yếu tố khác. Một yếu tố chủ yếu ảnh hưởng tới độ tin cậy làm

việc và nhiệt độ phát nóng của tiếp xúc điện là điện trở tiếp xúc R

1.2.1.2. Điện trở tiếp xúc

Xét khi đặt hai vật dẫn tiếp xúc nhau (hình 1.5), ta sẽ có diện tích bề mặt tiếp xúc S

a.l. Nhưng trên thực tế diện tích bề mặt tiếp xúc thực nhỏ hơn nhiều a.l vì giữa hai bề mặt

tiếp xúc dù gia công thế nào thì vẫn có độ nhấp nhô, khi cho tiếp xúc hai vật với nhau thì

chỉ có một số điểm trên tiếp giáp tiếp xúc. Do đó diện tích tiếp xúc thực nhỏ hơn nhiều

diện tích tiếp xúc biểu kiến S

= a.l

Diện tích tiếp xúc còn phụ thuộc vào lực ép lên trên tiếp điểm và vật liệu làm tiếp điểm,

lực ép càng lớn thì diện tích tiếp xúc càng lớn.

Diện tích tiếp xúc thực tại một điểm được xác định theo công thức sau:





(1.3)

Trong đó: F là lực ép vào tiếp điểm (kg)



là ứng suất chống dập nát của vật liệu làm tiếp điểm [kg/cm

Bảng 1.1: Ứng suất chống dập nát của vật liệu

Kim loại



[kg/cm

]

Kim loại



[kg/cm

]

Bạc

30.400

Đồng cứng

51.000

Đồng mềm

38.200

Nhôm

88.300

Dòng điện chạy từ vật này sang vật khác chỉ qua những điểm tiếp xúc, như vậy

dòng điện ở các chỗ tiếp xúc đó sẽ bị thắt hẹp lại, dẫn tới điện trở ở những chỗ

này tăng lên.

Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm kiểu bất kì tính theo công thức:

R 

(1.4)

Trong đó: K là hệ số phụ thuộc vật liệu và tình trạng bề mặt tiếp điểm.

m là hệ số phụ thuộc số điểm tiếp xúc và kiểu tiếp xúc

Với: Tiếp xúc mặt m = 1; tiếp xúc đường m = 0,7; Tiếp xúc điểm m = 0,5

Bảng 1.2: Tra trị số K trong công thức

Kim loại tiếp xúc

Trị số K [Ω.N]

Kim loại tiếp xúc

Trị số K [Ω.N]

Đồng - đồng

(0,08 ÷ 0,14).10

-2

Sắt - đồng

(3,1).10

-2

Bạc - bạc

(0,06).10

-2

Nhôm - đồng

(0,38).10

-2

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 16

Nhôm - nhôm

(0,127).10

-2

Do vậy rõ ràng điện trở tiếp xúc của tiếp điểm ảnh hưởng đến chất lượng của thiết bị điện,

điện trở tiếp xúc lớn làm cho tiếp điểm phát nóng. Nếu phát nóng quá mức cho phép thì tiếp

điểm sẽ bị nóng chảy, thậm chí bị hàn dính. Trong các tiếp điểm thiết bị điện mong muốn

điện trở tiếp xúc có giá trị càng nhỏ càng tốt, nhưng do thực tế có nhiều yếu tố ảnh hưởng

đến R

nên không thể giảm R

cực nhỏ được như mong muốn.

Các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc (R

)

Điện trở tiếp xúc bị ảnh hưởng của nhiều yếu tố với mức độ khác nhau, ta xét ở đây một

số yếu tố chủ yếu sau:

- Vật liệu làm tiếp điểm

- Lực ép lên tiếp điểm: Ta có thể giải thích là vì khi tăng lực nén bề lên mặt tiếp xúc thì

không những bề mặt tiếp xúc bị biến dạng đàn hồi mà còn bị phá hủy cục bộ. Khi ta giảm

lực ép thì một số điểm tiếp xúc vẫn còn giữ nguyên như khi lực ép lớn tác dụng. Tăng lực

ép chỉ có tác dụng giảm R

ở giai đoạn đầu điện trở lớn và trung bình. Khi lực ép đủ lớn thì

dù có tăng lực ép lên nữa thì điện trở tiếp xúc vẫn không thay đổi.

- Hình dạng của tiếp điểm

- Nhiệt độ của tiếp điểm

- Tình trạng bề mặt tiếp xúc

- Mật độ dòng điện

1.2.2. Tiếp điểm thiết bị điện

1.2.2.1. Vật liệu làm tiếp điểm

Để thỏa mãn tốt các điều kiện làm việc khác nhau của tiếp điểm thiết bị điện thì vật liệu

làm tiếp điểm phải có được những yêu cầu cơ bản sau:

- Có độ dẫn điện cao (giảm R

và chính điện trở của tiếp điểm).

- Dẫn nhiệt tốt (giảm phát nóng cục bộ của những điểm tiếp xúc).

- Không bị oxy hóa (giảm R

để tăng độ ổn định của tiếp điểm).

- Có độ kết tinh và nóng chảy cao (giảm độ mài mòn về điện và giảm sự nóng chảy hàn

dính tiếp điểm đồng thời tăng tuổi thọ tiếp điểm).

- Có độ bền cơ cao (giảm độ mài mòn cơ khí giữ nguyên dạng bề mặt tiếp xúc và tăng

tuổi thọ của tiếp điểm).

- Có đủ độ dẻo (đê giảm điện trở tiếp xúc).

- Dễ gia công khi chế tạo và giá thành rẻ.

Thực tế ít vật liệu nào đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu trên. Trong thiết kế sử dụng tùy

từng điều kiện cụ thể mà trọng nhiều đến yêu cầu này hay yêu cầu khác. Những vật liệu

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 17

thường dùng gồm:

a) Đồng kỹ thuật điện: đồng nguyên chất thu được bằng điện phân. Nó đáp ứng hầu hết

các yêu cầu trên. Nhược điểm chính của đồng kỹ thuật điện là rất dễ bị oxit hóa.

b) Đồng cađimi: đồng ki thuật điện pha thêm cađimi có tính chất cơ cao chống mài mòn

tốt, khả năng chịu được hồ quang tốt hơn đồng ki thuật điện thông thường.

c) Bạc: là vật liệu làm tiếp điểm rất tốt do có độ dẫn điện cao và có điện trở tiếp xúc ổn

định. Nhược điểm chủ yếu là chịu hồ quang kém nên sử dụng bị hạn chế.

d) Đồng thau: hợp kim đồng với kẽm được sử dụng làm tiếp điểm dập hồ quang.

e) Các hợp kim đồng khác: hợp kim đồng với nhôm, đồng với mangan, đồng với niken,

đồng với silic và các hợp kim đồng khác được sử dụng làm tiếp điểm, đồng thời làm lò xo

ép (ví dụ tiếp điểm tĩnh của cầu chì). Những tiếp điểm như vậy khi bị đốt nóng dễ bị mất

tính đàn hồi.

f) Thép có điện trở suất lớn: thép thường bị oxy hóa cao nhưng là vật liệu rẻ nên vẫn được

sử dụng làm tiếp xúc cố định để dẫn dòng điện lớn, trong các thiết bị thép thường được mạ.

g) Nhôm: có độ dẫn điện cao, rẻ nhưng rất dễ bị oxy hóa làm tăng điện trở suất. Nhược

điểm nữa là hàn nhôm rất phức tạp, độ bền cơ lại kém.

h) Vonfram và hợp kim vonfram: có độ mài mòn về điện tốt và chịu được hồ quang tốt

nhưng có điện trở tiếp xúc rất lớn. Hợp kim vonfram với vàng sử dụng cho tiếp điểm có

dòng nhỏ. Hợp kim với molipđen dùng làm tiếp điểm cho những thiết bị điện thường xuyên

đóng mở, khi dòng điện lớn thì vonfram và hợp kim vonfram sử dụng để làm tiếp điểm dập

hồ quang.

i) Vàng và platin: không bị oxy hóa do đó có điện trở tiếp xúc nhỏ và ổn định, được sử

dụng làm tiếp điểm trong thiết bị điện hạ áp có dòng điện bé và quan trọng. Vàng nguyên

chất và platin nguyên chất có độ bền cơ thấp nên thường được sử dụng dạng hợp kim với

môlipđen hoặc với iriđi để tăng độ bền cơ.

j) Than và graphit: có điện trở tiếp xúc và điện trở suất lớn nhưng chịu được hồ quang rất

tốt. Thường dùng làm các tiếp điểm mà khi làm việc phải chịu tia lửa điện, đôi khi làm tiếp

điểm dập hồ quamg.

k) Hợp kim gốm: hỗn hợp về mặt cơ học của hai vật liệu không nấu chảy mà thu được

bằng phương pháp thiêu kết hỗn hợp bột hoặc bằng cách tẩm vật liệu này lên vật liệu kia.

Thường vật liệu thứ nhất có tính chất kỹ thuật điện tốt, điện trở suất và điện trở tiếp xúc nhỏ,

ít bị oxy hóa. Vật liệu thứ hai có tính chất cơ cao và chịu được hồ quang. Như vậy, chất

lượng kim loại gốm là do tính chất của hỗn hợp quyết định. Kim loại gốm sử dụng rộng rãi

nhất thường có gốc bạc như: bạc-niken, bạc-oxit cađimi, bạc-vonfram, bạc-môlipđen. Ngoài

ra đôi khi người ta sử dụng kim loại gốm có gốc đồng như: đồng-vonfram, đồng môlipđen,

đồng cađimi làm tiếp điểm chính và tiếp điểm dập hồ quang.

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 18

1.2.2.2. Một số kết cấu tiếp điểm

a) Phân ra làm các loại theo cấu tạo

Tiếp xúc cố định có các dạng

- Nối hai thanh tiết diện chữ nhật.

- Nối hai thanh tiết diện tròn (thanh tròn nối với nhau thường trong các thiết bị điện như

máy ngắt điện, máy biến dòng, ...).

Loại tiếp xúc đóng mở và tiếp xúc trượt phân theo dòng điện

- Dòng bé: I ≤ 10 [mA].

- Dòng vừa: I ≤ 100 [A].

- Dòng lớn: I > 100 [A].

b) Tiếp điểm rơle

Thường dùng bạc, platin tán hàn gá vào tiếp điểm, kích thước tiếp điểm do dòng điện

cho phép quyết định (theo bảng có trong các sổ tay thiết kế).

c) Tiếp điểm thiết bị điện khống chế

Các thiết bị như công tắc tơ, áptômát và thiết bị cao áp thường có dòng điện lớn. Thì

những tiếp điểm chính mắc song song với tiếp điểm hồ quang khi tiếp điểm ở vị trí đóng

dòng điện sẽ qua tiếp điểm chính (tiếp điểm) làm việc, khi mở hoặc bắt đầu đóng tiếp điểm

hồ quang sẽ chịu hồ quang. Do đó bảo vệ được tiếp điểm làm việc.

1.2.2.3. Nguyên nhân hư hỏng tiếp xúc và biện pháp khắc phục

a) Nguyên nhân hư hỏng

Nguyên nhân hư hỏng tiếp xúc có rất nhiều, ta xét một số nguyên nhân chính sau:

a.1) Ăn mòn kim loại

Trong thực tế chế tạo dù gia công thế nào thì bề mặt tiếp xúc tiếp điểm vẫn còn những

lỗ nhỏ li ti. Trong vận hành hơi nước và các chất có hoạt tính hóa học cao thấm vào và

đọng lại trong những lỗ nhỏ đó sẽ gây ra các phản ứng hóa học tạo ra một lớp màng mỏng

rất giòn. Khi va chạm trong quá trình đóng lớp màng này dễ bị bong ra. Do đó bề mặt tiếp

xúc sẽ bị mòn dần, hiện tượng này gọi là hiện tượng ăn mòn kim loại.

a.2) Oxy hóa

Môi trường xung quanh làm bề mặt tiếp xúc bị oxy hóa tạo thành lớp oxit mỏng trên bề

mặt tiếp xúc, điện trở suất của lớp oxit rất lớn nên làm tăng R

dẫn đến gây phát nóng tiếp

điểm. Mức độ gia tăng R

do bề mặt tiếp xúc bị oxy hóa còn tùy nhiệt độ. Ở 20-30

C có

lớp oxít dày khoảng 25.10

-6

mm. Theo thí nghiệm tiếp điểm đồng để ngoài trời sau một

tháng R

tăng lên khoảng 10%. Ở nhiệt độ lớn hơn 70

C sự oxit hóa rất nhanh. Theo thí

nghiệm ở 100

C sau chỉ một giờ R

của tiếp điểm đồng tăng khoảng 50 lần. Ngoài ra việc

luân phiên bị đốt nóng và làm nguội cũng tăng quá trình ôxit hóa.

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 19

a.3) Điện thế hóa học của vật liệu tiếp điểm

Hai kim loại có điện thế hóa học khác nhau khi tiếp xúc sẽ tạo nên một cặp hiệu điện

thế hóa học, giữa chúng có một hiệu điện thế. Nếu bề mặt tiếp xúc có nước xâm nhập sẽ

có dòng điện chạy qua, và kim loại có điện thế học âm hơn sẽ bị ăn mòn trước làm nhanh

hỏng tiếp điểm.

a.4) Hư hỏng do điện

Thiết bị điện vận hành lâu ngày hoặc không được bảo quản tốt lò xo tiếp điểm bị hoen

rỉ yếu đi sẽ không đủ lực ép vào tiếp điểm. Khi có dòng điện chạy qua, tiếp điểm dễ bị phát

nóng gây nóng chảy, thậm chí hàn dính vào nhau. Nếu lực ép tiếp điểm quá yếu có thể phát

sinh tia lửa làm cháy tiếp điểm. Ngoài ra, tiếp điểm bị bẩn, rỉ sẽ tăng điện trở tiếp xúc, gây

phát nóng dẫn đến hao mòn nhanh tiếp điểm.

b) Các biện pháp khắc phục

Để bảo vệ tiếp điểm khỏi bị rỉ và để làm giảm nhỏ điện trở tiếp xúc có thể thực hiện các

biện pháp sau:

- Đối với những tiếp xúc cố định nên bôi một lớp mỡ chống rỉ hoặc quét sơn chống ẩm.

- Khi thiết kế ta nên chọn những vật liệu có điện thế hóa học giống nhau hoặc gần bằng

nhau cho từng cặp.

- Nên sử dụng các vật liệu không bị oxy hóa làm tiếp điểm.

- Mạ điện các tiếp điểm: với tiếp điểm đồng, đồng thau thường được mạ thiếc, mạ bạc,

mạ kẽm còn tiếp điểm thép thường được mạ cađini, niken, kẽm, ...

- Thay lò xo tiếp điểm: những lò xo đã rỉ, đã yếu làm giảm lực ép sẽ làm tăng điện trở

tiếp xúc, cần lau sạch tiếp điểm bằng vải mềm và thay thế lò xo nén khi lực nén còn quá

yếu.

- Kiểm tra sửa chữa cải tiến: cải tiến thiết bị dập hồ quang để rút ngắn thời gian dập hồ

quang nếu điều kiện cho phép.

1.3. Sự phát nóng trong khí cụ điện

1.3.1. Đại cương về sự phát nóng trong khí cụ điện

1.3.1.1. Khái niệm chung

Nhiệt lượng sinh ra do dòng điện chạy qua trong cuộn dây hay vật dẫn điện khi thiết bị

điện làm việc sẽ gây phát nóng. Ngoài ra trong thiết bị điện xoay chiều còn do tổn hao dòng

xoáy và từ trễ trong lõi sắt từ cũng sinh ra nhiệt. Nếu nhiệt độ phát nóng của thiết bị điện

vượt quá trị số cho phép thì thiết bị điện sẽ nhanh bị hư hỏng, vật liệu cách điện nhanh bị

già hóa, độ bền cơ khí của kim loại bị giảm sút. Nhiệt độ cho phép của các bộ phận của thiết

bị điện tham khảo theo bảng cho sẵn.

Trong tính toán phát nóng thiết bị điện thường dùng khái niệm độ chênh nhiệt  là hiệu

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 20

số giữa nhiệt độ phát nóng  và nhiệt độ môi trường xung quanh thiết bị điện 

. Ở vùng ôn

đới cho phép  = 35

C, vùng nhiệt đới  = 50

C. Sự phát nóng thiết bị điện còn tùy thuộc

vào chế độ làm việc. Thiết bị điện có ba chế độ làm việc: dài hạn, ngắn hạn và ngắn hạn lặp

lại.

1.3.1.2. Các nguồn nhiệt trong thiết bị điện và các phương pháp truyền nhiệt

Trong thiết bị điện một chiều sự phát nóng chủ yếu là do tổn hao đồng. Đối với thiết bị

điện xoay chiều, sự phát nóng sinh ra chủ yếu là do tổn hao đồng trong dây quấn và tổn hao

sắt từ trong lõi thép, ngoài ra còn tổn hao do hiệu ứng bề mặt.

Song song với quá trình phát nóng có quá trình tỏa nhiệt gồm: dẫn nhiệt, bức xạ nhiệt và

đối lưu nhiệt.

Quá trình dẫn nhiệt, nhiệt lượng dẫn tính theo công thức

dt.dS.

.dQ







(1.5)

Trong đó: dQ: nhiệt lượng được dẫn theo phương x.





: građien nhiệt lưu theo phương x

dS: diện tích nhiệt lưu đi qua, dt: thời gian

: hệ số dẫn nhiệt [W/

C.cm].

Bức xạ nhiệt: phụ thuộc bề mặt tỏa nhiệt

Đối lưu nhiệt: phân làm đối lưu tự nhiên và đối lưu cưỡng bức, đối lưu phụ thuộc vào vị

trí phân bố của vật thể, kích thước bề mặt, tính chất môi trường xung quanh vật và nhiệt độ

môi trường.

Nếu xét cả đồng thời ba hình thức trên thì có công thức Niutơn sau:

 S.P

hay







(1.6)

Trong đó: P: nhiệt lượng tỏa ra; S: diện tích tỏa nhiệt.

: độ chênh nhiệt của vật dẫn với môi trường.

: hệ số tỏa nhiệt.  = (11.10

-4

÷ 12,98.10

-4

[W/

C cm

])

1.3.2. Chế độ làm việc dài hạn

Thiết bị điện làm việc dài hạn tức là thiết bị điện có thể làm việc liên tục lâu dài nhưng

thời gian làm việc phải không nhỏ hơn thời gian cần thiết để thiết bị phát nóng đến nhiệt

độ ổn định.

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 21

Khi có dòng điện I chạy trong vật dẫn sẽ gây ra tổn hao một công suất P và trong thời

gian dt sẽ gây ra một nhiệt lượng:

P.dt = RI

dt (1.7)

Nhiệt lượng hao tổn này bao gồm hai phần:

- Đốt nóng vật dẫn: G.C.dt

- Tỏa ra môi trường xung quanh: S...dt

Ta có phương trình cân bằng nhiệt của quá

trình phát nóng:

P.dt = G.C.dt + S...dt (1.8)

Trong đó: G là khối lượng vật dẫn [g]

C là tỉ nhiệt vật dẫn tỏa nhiệt [J/g]

 là độ chênh nhiệt [0

 là hệ số tỏa nhiệt [W/cm

]

1.3.3. Chế độ làm việc ngắn hạn

Ở chế độ làm việc ngắn hạn độ chênh lệch nhiệt của

thiết bị điện sau thời gian làm việc chưa đạt tới trị số ổn

định thì thiết bị điện đã ngừng làm việc. Nhiệt độ phát

nóng ở chế độ này là nhỏ nhất. Khi ngừng làm việc (I =

0) thì quá trình nguội lạnh lại bắt đầu.

Giả sử làm việc dài hạn đường cong phát nóng là

đường 1 trong hình 1.7.

Phụ tải lúc này là P

= .S.

(1.9)

Sau thời gian t

(thời gian làm việc ngắn hạn) độ chênh nhiệt mới đạt tới trị 

< 

nên

thiết bị điện làm việc non tải và chưa lợi dụng hết khả năng chịu nhiệt. Từ đó ta thấy rằng

có thể nâng phụ tải lên để sau thời gian làm việc ngắn hạn t

độ chênh nhiệt vừa đạt tới

trị số cho phép 

, phụ tải lúc này là P

= .S.

max

(1.10)

Đường cong phát nóng trường hợp này là đường 2. Điểm M trên đường 2 thỏa mãn

phương trình độ chênh nhiệt của quá trình phát nóng.

)e1(

maxf



(1.11)

Sau thời gian làm việc t

dòng điện ngừng chạy vào vật dẫn do đó vật dẫn nguội lạnh

theo quy luật như khi làm việc dài hạn (đường 3).

Hình 1.6: Phát nóng ở chế độ dài

hạn

Hình 1.7: Phát nóng ở chế

độ ngắn hạn

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 22

Hệ số quá tải công suất







(1.12)

1.3.4. Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại

Đây là chế độ mà thiết bị điện làm việc trong

một thời gian t

mà nhiệt độ phát nóng chưa đạt

tới bão hòa và sau đó nghỉ một thời gian t

mà

nhiệt độ chưa giảm về nhiệt độ ban đầu rồi lại tiếp

tục làm việc và nghỉ xen kẽ. Quá trình làm việc và

nghỉ cứ lặp lại tuần hoàn như vậy. Để thể hiện

mức độ làm việc lặp, người ta dùng khái niệm hệ

số làm việc (còn gọi hệ số đóng điện):

%100

nglv





(1.13)

Trong thực tế % thường bằng 25%, 40%,

60%. Trong chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại, nhiệt độ phát nóng nhỏ hơn chế độ làm việc

dài hạn nhưng lớn hơn ở chế độ ngắn hạn. Tổng thời gian làm việc t

và thời gian nghỉ t

gọi là thời gian chu kì t

Hệ số quá tải công suất

Pe1





(1.14)

Hình 1.8 so sánh đặc tính phát nóng khi làm việc trong chế độ ngắn hạn lặp lại (đường

3) với đặc tính phát nóng khi làm việc dài hạn (đường 1) ta thấy khi làm việc ngắn hạn

lặp lại lại có thể tăng thêm phụ tải (đường 4).

1.3.5. Sự phát nóng khi ngắn mạch

Thời gian xảy ra ngắn mạch rất ngắn nên nhiệt độ cung cấp cho vật thể hoàn toàn dùng

để đốt nóng vật dẫn và gần đúng ta coi không có nhiệt lượng tỏa ra môi trường xung quanh.

Trong thời gian dt dòng điện ngắn mạch sinh ra nhiệt lượng là:

RdtI































(1.15)

Toàn bộ nhiệt lượng do dòng điện ngắn mạch sinh ra dùng để đốt nóng vật dẫn lên độ

chênh nhiệt độ là d

. Ta có phương trình:

nmnm

d.l.S.Cd.G.CdQ 

(1.16)

Trong đó: I

là dòng ngắn mạch chạy qua vật dẫn

I là dòng điện định mức chạy qua vật dẫn

S là tiết diện vật

Hình 1.8: Phát nóng ở chế độ ngắn

hạn lặp lại

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 23

C là nhiệt dung riêng của vật dẫn

 là khối lượng riêng của vật dẫn

1.4. Lực điện động

1.4.1. Khái niệm chung

Một vật dẫn đặt trong từ trường, có dòng điện I chạy qua sẽ chịu tác động của một lực.

Lực cơ học này có xu hướng làm biến dạng hoặc chuyển dời vật dẫn để từ thông xuyên qua

nó là lớn nhất. Lực chuyển dời đó gọi là lực điện động. Chiều của lực điện động được xác

định theo quy tắc bàn tay trái.

Ở trạng thái làm việc bình thường, thiết bị điện được chế tạo để lực điện động không

làm ảnh hưởng gì đến độ bền vững kết cấu. Khi ngắn mạch dòng tăng lên rất lớn (có lúc

tới hàng trăm lần I

đm

) do đó lực điện động sẽ rất lớn. Trong một số trường hợp dòng lớn,

lực có thể tới hàng chục tấn Nuitơn. Lực làm biến dạng, đôi khi có thể làm phá vỡ kết cấu

thiết bị. Do đó cần phải nghiên cứu lực điện động để ngăn ngừa tác hại của nó khi lựa chọn,

tính toán và thiết kế thiết bị điện.

Ngoài ra người ta còn nghiên cứu ứng dụng lực điện động để chế tạo các thiết bị điện

như rơle điện động, cơ cấu đo điện động,...

1.4.2. Các phương pháp tính toán lực điện động

1.4.2.1. Phương pháp sử dụng định luật Bio-Xavar-Laplax

Theo quan điểm của phương pháp này lực điện động là kết

quả tương tác lẫn nhau của dây dẫn l mang dòng điện I và từ

trường do dây dẫn khác tạo nên.

Lực điện động tác dụng lên chiều dài ∆l khi có dòng điện I

đặt trong từ trường có từ cảm B là:

Bxl.IF 

hay

 sin.l.B.IF

(1.17)

Với góc  là góc hợp bởi

l

và

B

(

l

cùng chiều

). 

là góc xác định theo chiều quay nhỏ nhất.

Dạng vi phân là:

ld.B.IFd 

hay

 sin.dl.B.IFd

(1.18)

Từ đó ta có lực điện động:





sin.l.B.Isin.dl.B.IFdF

(1.19)

Nếu hai dây dẫn cùng trong một mặt phẳng  = 90

thì F =B.I.l



Hình 1.9: Lực điện động

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 24

Theo Bio-Xavar-Laplax thì cường độ từ cảm tại một điểm M

B

có trị số là :

















sin.dl

Bhay,

r.ld

(1.20)

Trong đó:

là véctơ đơn vị chọn từ dl đến M,



r là khoảng cách từ dl đến M

 là góc hợp bởi

và

là vecto cảm ứng từ thẳng góc với mặt phẳng

1.4.2.2. Phương pháp cân bằng năng lượng

Xét một dây dẫn có dòng điện chạy qua như hình

1.10. Khi dây dẫn dịch chuyển theo hướng x một

đoạn dx thì lực điện động được xác định bởi:

dw = F.dx

F 

(1.21)

Trong đó:

+ dw là độ biến thiên năng lượng từ trường của

vật dẫn khi mang dòng điện dịch chuyển một đoạn

+ x là phương chuyển dời có thể có của vật dẫn

dưới tác dụng của lực F

Khi vật thể biến dạng hoặc chuyển dời ta giả thiết các

dòng điện bằng hằng số. Theo phương pháp này muốn

tính lực ta phải biết được biểu thức toán học của hệ số tự

cảm L và hỗ cảm M theo x. Các phương pháp tính L và

M nêu trong giáo trình lí thuyết trường điện từ.

1.4.3. Cách tính lực điện động tác dụng lên vật

dẫn

1.4.3.1. Ứng dụng phương pháp cân bằng năng

lượng

Ta xét lực điện động trong một số trường hợp vật dẫn đồng nhất nằm trong từ trường

đều. Các trường hợp khác có thể tham khảo tài liệu chuyên ngành chế tạo thiết bị.

a) Lực điện động tác dụng lên một vòng dây có dòng i nằm trong một từ trường

Giả thiết bán kính vòng dây R, bán kính dây dẫn r (hình 1.11). Lực điện động có xu

hướng kéo căng vòng dây dẫn bung ra. Giả thiết lực phân bố đều trên chu vi vòng dây. Gọi

là lực tác dụng lên một đơn vị dài chu vi theo hướng kính, lực tác dụng tổng:

Hình 1.10: Lực giữa hai thanh dẫn

A’

B’

Hình 1.11: Lực căn vòng dây

d



Bài giảng Khí cụ điện

Trang 25

Rf2F



(1.22)

Theo Kiếc khốp có:

)75,1

(lnRL



Và ta giả thiết 2r/R << 1 thay vào biểu thức (1.22) ta có:

)75,0

(lnI



, biết

10.4





(H/m)

Vậy

)75,0

(lnI.10.2F





[J/cm] (1.23)

* Trong trường hợp cuộn dây có N vòng, thay IN cho I, ta có :

)75,0

(ln)NI.(10.2F





[J/cm] (1.24)

Chú ý: 1N = 0,102kg, 1J/cm = 10,2 kg

b) Tính lực điện động giữa hai dây dẫn tiết diện tròn đặt

song song mang dòng i

Ta sử dụng phương pháp cân bằng năng lượng với giả thiết

hai dây dẫn có bán kính r đặt song song cách nhau khoảng a.

Ta biết theo lí thuyết trường đối với dây dẫn như trên thì hệ

số tự cảm là :

))

ln(2

(











Lực tác dụng vào từng thanh dẫn được tính:

)cm/J(

I10.2

da2

dlI







(1.25)

Nếu có a >> r thì:

)cm/J(

I10.2F

27



(1.26)

Nếu dòng trong hai dây cùng chiều thì hai dây dẫn sẽ hút nhau và ngược chiều thì đẩy

nhau.

1.4.3.2. Ứng dụng định luật Bio-Xavar-Laplax

a) Lực điện động tác dụng lên hai dây dẫn đặt trong cùng một mặt phẳng

Trên hình 1.13 là hai dây dẫn l

và l

cùng đặt trong một mặt phẳng. Dây dẫn l

mang

dòng I

dây dẫn l

mang dòng I

. Ta tìm sự phân bố lực lên dây dẫn l

Hình 1.12: Hai thanh

dẫn đặt song song

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 26

Ta có lực tác dụng lên đoạn dl

do I

dy gây ra:







 d.sin.dl.

x.4

II.

210

(1.27)

Lực tác dụng lên đoạn dl

ở vị trí x trên do

dòng I

chạy trong l

gây ra là :













d.sin

x.4

II.

210

(1.28)

Lực tác dụng lên một đơn vi dài của dây l

tại

vị trí x

do I

trong l

gây nên:

i1i2210

coscos

II.









(1.29)

* Chú ý:

+ Khi chọn các điểm tính x dọc chiều dài l

góc  và độ dài x biến thiên dẫn đến các lực

biến thiên không đều dọc chiều dài l

của dây 2.

+ Điểm tác dng của lực tổng F sẽ qua trọng tâm dây l

+ Bằng phương pháp vẽ ta có thể biết sự phân bố của lực dọc chiều dài dây l

b) Lực điện động giữa hai dây dẫn đặt song song trong đó một dây dài vô tận

Hình 4-7, xét khi dây l

= ∞; dây l

= l khoảng cách giữa hai dây x = a. Áp dụng biểu

thức (1.29) ta thay 

= , 

= 0, x = a vào ta có:

const

a.4

II.

210









Lực điện động tác dụng lên dây l

là:

II.

210







[J/cm] (1.30)

c) Lực điện động giữa hai dây dẫn song song có

chiều dài bằng nhau

Áp dụng công thức (1.27) ở phần trước và thay x = a; dl

= dy ta có :

)cos.(cosdy.

a.4

II.

210









(1.31)

Trên hình 1.14, ta có:

a)y1(

cos







;

)cos(cos





Hình 1.13: Hai thanh dẫn song song

đặt trong cùng mặt phẳng



Hình 1.14: Hai thanh song song



l-y

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 27



























 

210

a)y1(

a.4

II.

(1.32)

1.4.4. Cộng hưởng cơ khí và ổn định lực điện động thiết bị điện

1.4.4.1. Cộng hưởng cơ khí

Khi dòng điện xoay chiều đi qua thanh dẫn (thanh cái) lực điện động sẽ gây chấn động

và có thể phát sinh hiện tượng cộng hưởng cơ khí.

* Điều kiện tránh cộng hưởng cơ khí

Muốn không xảy ra cộng hưởng thì tần số dao động riêng của thanh cái phải bé hơn tần

số sóng cơ bản của lực. Trong thực tế người ta thường thay đổi khoảng cách giá đỡ thanh

cái để điều chỉnh trị số tần số dao động riêng của thanh cái.

1.4.4.2. Ổn định lực điện động

Trong thiết bị điện phải tính lực điện động để kiểm tra xem thiết bị điện có đạt độ bền

cơ hay không. Ôn định lực điện động là khả năng chịu đựng tác động cơ khí do lực điện

động sinh ra khi ngắn mạch.

Để đảm bảo cần điều kiện cần thì: I

> I

với :

+ I

: dòng cho phép lớn nhất của thiết bị điện,

+ i

: dòng xung kích tính toán khi ngắn mạch ba pha. Có thể dùng bội số cho phép

) lớn nhất để kiểm tra lực điện động.

xkmđm

IKI2 

, trong đó: K

là bội số dòng cho phép lớn nhất.

Chú ý : theo tính toán ngắn mạch trong mạng ba pha, lực điện động khi ngắn mạch một

pha (F

max

= CI

= C.6,48I

đm

) lớn hơn lực điện động khi ngắn mạch ba pha (F

đ1max

.6,46I

đm

), nhưng do khi ngắn mạch ba pha chiều lực thay đổi trong không gian nên phải

dùng để kiểm tra khả năng chịu lực ở các điểm.

Nếu thiết bị điện không ghi giá trị I

thì có thể xác định theo công thức :

)kA(

55,2iI

ddm

xkm



(1.33)

Với: S

: công suất ngắt mạch [MVA]; U

đm

: điện áp định mức hiệu dụng [kV].

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 28

CHƯƠNG 2

KHÍ CỤ ĐIỆN ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VỆ HẠ ÁP

2.1. Cầu dao, cầu dao tự động, cầu dao chống dòng rò

2.1.1. Cầu dao

Cầu dao là loại khí cụ điện đóng cắt bằng tay, dùng để đóng cắt không thường xuyên

mạch điện một chiều và xoay chiều đến 660V.

Nguyên lý cấu tạo của cầu dao khá đơn giản, dược

trình bày ở hình 2.1. Tiếp điểm động 1 (thân dao) có

một đầu gắn với giá đỡ tiếp điểm, còn đầu kia có tay

cầm bằng vật liệu cách điện. Các tiếp điểm của cầu

dao được làm bằng đồng mạ bạc. Khi đóng, lực ép

tiếp điểm giữa các tiếp điểm của cầu dao nhờ vào lực

đàn hồi của má dao ép vào thân dao. Trong quá trình

cắt, hồ quang xuất hiện giữa hai tiếp điểm động và

tĩnh được dập tắt nhờ kéo dài hồ quang bằng cơ khí

và lực điện động hướng kính tác động lên hồ quang.

Để tăng khả năng cắt của cầu dao, ở một vài loại người ta có lắp thêm dao phụ và

buồng dập hồ quang. Khi đóng, dao phụ đóng trước, dao chính đóng sau, còn khi cắt dao

chính cắt trước, dao phụ cắt sau nhờ lò xo kéo nên dao phụ cắt với tốc độ nhanh, giảm

được thời gian cháy của hồ quang. Để tăng khả năng an toàn khi thao tác, người ta còn

chế tạo cầu dao hộp, có cần thao tác bên ngoài hộp.

Khả năng cắt của cầu dao không lớn. Với loại cầu dao không có buồng dập hồ quang,

đóng cắt trực tiếp thì khả năng cắt chỉ 20 – 30% dòng điện định mức, vì vậy loại này chỉ

dùng cắt dòng điện không tải của mạch điện. Với loại cầu dao hộp có buồng dập hồ quang,

khả năng cắt đạt đến 120% dòng điện định mức nên còn gọi là cầu dao phụ tải, chủ yếu

dùng để đóng cắt dòng điện phụ tải của các tòa nhà cơ quan, văn phòng, nhà chung cư,...

với nhiều phụ tải bé và hệ số công suất lớn. Cầu dao thường đi kèm cầu chì để đóng cắt

và bảo vệ mạch điện khi bị quá dòng điện.

2.1.2. Áp tô mát (cầu dao tự động, CB)

2.1.2.1. Khái niệm chung

Là loại khí cụ điện dùng để đóng, ngắt điện bằng tay nhưng có thể tự ngắt mạch điện

khi có sự cố quá tải hoặc ngắn mạch.

Theo cơ cấu tác động (tự ngắt) người ta chia ra làm ba loại sau:

Áp tô mát nhiệt: tác động nhờ cơ cấu điện - nhiệt, như vậy thời gian tác động sẽ

rất chậm. Loại này thường dùng để bảo vệ quá tải.

Áp tô mát điện từ: tác động nhờ cơ cấu điện - từ như vậy thời gian tác động sẽ rất

nhanh. Loại này thường dùng để bảo vệ ngắn mạch.

Áp tô mát điện từ - nhiệt. Hiện nay trên thị trường các nhà sản xuất sản xuất loại

áp tô mát điện từ - nhiệt.

Theo kết cấu người ta chia làm các loại sau:

Hình 2.1: Cầu dao

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 29

Áp tô mát 1 cực

Áp tô mát 2 cực

Áp tô mát 3 cực

Theo điện áp sử dụng người ta chia làm các loại sau:

Áp tô mát 1 pha (có cực hoặc không cực)

Áp tô mát 3 pha (có 3 cực)

2.1.2.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của áp tô mát

* Cấu tạo chung

Hình dáng và cấu tạo của

một áp tô mát ba pha thông

thường. Tuỳ theo chức năng

cụ thể mà áp tô mát có thể có

đầy đủ hoặc một số bộ phận

chính sau:

Hệ thống tiếp điểm.

Bộ phận dập hồ quang

Cơ cấu tác động (cơ

cấu ngắt mạch) nhiệt: cơ cấu

này làm nhiệm vụ ngắt mạch

khi quá tải, hoạt động dựa trên sự co dãn vì nhiệt của thanh lưỡng kim tương tự như rơle

nhiệt thông thường.

Cơ cấu tác động điện từ:

cơ cấu này gồm một nam châm

điện (cuộn dây điện từ và lõi

thép) làm nhiệm vụ ngắt mạch

khi có hiện tượng ngắn mạch -

hoạt động tương tự như rơle

điện từ. Về nguyên tắc, khi có

hiện tượng ngắn mạch thì cơ cấu

tác động điện từ sẽ tác động

trước, vì vậy nếu một áp tô mát

được trang bị cả 2 cơ cấu trên thì

dòng điện tác động tức thời phải

có giá trị lớn hơn nhiều so với

dòng điện tác động.

Khi mạch điện bị quá tải,

dòng điện quá tải chạy qua phần

tử đốt nóng lớn hơn bình thường. Nó sẽ đốt nóng thanh lưỡng kim bị cong lên tác động

vào đòn bẩy số. Đòn bẩy sẽ đập vào lẫy, mở ngàm, lò xo kéo tiếp điểm mở ra - mạch điện

bị cắt.

Thời gian mở tiếp điểm phụ thuộc vào dòng điện quá tải, dòng điện càng lớn thời gian

cắt càng nhanh.

Hình 2.2: Áp tô mát một pha 2 cực và 3 pha 3 cực

Hình 2.3: Cấu tạo

áptômát

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 30

Trường hợp phụ tải bị ngắn mạch, dòng điện rất lớn đi qua cuộn dây (tiết diện dây lớn,

ít vòng) lập tức hút đòn bẩy tác động làm mở ngàm, lò xo kéo tiếp điểm mở ra. Như vậy

mạch điện bị cắt tức thời nhờ lực điện từ của cuộn dây.

Thông thường các CB trong

công nghiệp có đặc tính thời

gian - dòng điện như sau: Khi

dòng quá tải nhỏ chỉ có cơ cấu

nhiệt tác động thời gian tác

động có thể chậm. Khi dòng

điện quá tải lớn hơn khoảng 4

lần dòng định mức, cơ cấu từ sẽ

tác động với thời gian khoảng

0,05s. Với dòng ngắn mạch lớn

thời gian tác động có thể từ

0,01  0,05s.

2.1.2.3. Ký hiệu, thông số kỹ thuật và cách lựa chọn áp tô mát

* Kí hiệu áptômát trên bản vẽ điện

Trên bản vẽ kỹ thuật áp tô mát được kí hiệu như sau:

Kí hiệu các khí cụ điện trên bản vẽ điện có

rất nhiều loại kí hiệu, chưa theo tiêu chuẩn nào

của Ngành Điện lực qui định. Trong tài liệu

giới thiệu đến sinh viên hệ thống kí hiệu của

các khí cụ điện hạ áp thông dụng theo tiêu

chuẩn châu Âu.

Khi vẽ kí hiệu tiếp điểm của các khí cụ điện

sinh viên cần lưu ý các điểm sau đây:

Tiếp điểm di động tác động theo chiều kim đồng hồ

Vẽ tiếp điểm di động hợp với phương tác động một góc từ 30

÷ 45

Vẽ nhiều tiếp điểm của cùng một khí cụ điện phải có đường liên kết các tiếp điểm

lại

0,05

0,01

10000

t (s)

Bội số của dòng điện

Hinh 2.3: Đường đặc tính thời gian của áptômát

Hình 2.4: Kí hiệu áptômát 1 pha 1

cực và 3 pha 3 cực

Tiếp điểm di động

Tác động theo chiều kim

đồng hồ

Tiếp điểm cố định

Góc 30

÷ 45

Hình 2.5: Nguyên lý tác động của tiếp điểm

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 31

* Thông số kỹ thuật và cách lựa chọn áp tô mát

Dòng điện định mức của áp tô mát (A): đây là dòng điện lớn nhất cho phép áp tô mát

làm việc trong thời gian lâu dài mà không bị tác động (không bị ngắt). Dòng điện này

không được phép nhỏ hơn dòng điện tính toán của phụ tải.

pt.lvcpA

II 

Dòng điện bảo vệ ngắn mạch của áp tô mát I

(A): đây là dòng điện nhỏ nhất (tác

động trong thời gian rất ngắn) đủ để làm cho áp tô mát tự ngắt. Chỉ có những áp tô mát

có kết cấu ngắt kiểu điện từ mới có thông số này. Đối với áp tô mát loại này khi lựa chọn

để đóng ngắt cho động cơ thì thông số này không được phép nhỏ hơn dòng khởi động

động cơ:

> I

kđ

Dòng điện bảo vệ quá tải áp tô mát I

(A): dòng điện này có thể điều chỉnh được nhờ

các vít điều khiển đặt bên trong áp tô mát. Thông thường nhà sản xuất đã chỉnh định sẵn

và gắn keo, trong một số trường hợp ta có thể chỉnh lại theo giá trị sau:

= (1,1  1,2). I

Điện áp làm việc của áp tô mát (điện áp định mức của áp tô mát): điện áp này được

chọn phụ thuộc vào điện áp lưới mà áp tô mát sử dụng. Về nguyên tắc điện áp này không

được nhỏ hơn điện áp cực đại của lưới điện mà áp tô mát được sử dụng.

lđ.lvcpA

UU 

2.1.3. Cầu dao chống dòng rò

2.1.3.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của áp tô mát chống rò một pha

* Cấu tạo

Hình 2.6: Cầu dao

chống dòng rò

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 32

* Nguyên lý làm việc của áp tô mát chống dòng rò 1 pha

Khi không có dòng

rò từ dây pha, ta nhận

thấy trị số dòng điện tức

thời chạy qua dây pha và

dây trung tính luôn bằng

nhau (I

= I

) nhưng

luôn ngược chiều nhau.

Tương ứng, từ thông do

2 dòng điện này sinh ra

có cùng độ lớn và ngược

chiều nhau nên từ thông

tổng chạy trong lõi thép

hình xuyến bị triệt tiêu:

NLT





Cuộn thứ cấp (8) sẽ không có điện áp cảm ứng cấp cho cuộn dây (6). Hệ thống giữ

nguyên trạng thái, phụ tải làm việc bình thường. Khi có người hoặc vật chất chạm vào

dây pha sẽ xuất hiện dòng rò từ dây pha qua người hoặc vật xuống đất, khi đó trị số dòng

điện chạy qua dây pha lớn hơndây trung tính (

RNL

III





) và ngược chiều nhau. Tương

ứng, từ thông do 2 dòng điện này sinh ra có độ lớn và chiều khác nhau nên từ thông tổng

chạy trong lõi thép hình xuyến không bị triệt tiêu (

NLT





). Cuộn thứ cấp (8) có

điện áp cảm ứng cho cuộn dây (6). Cuộn dây (6) sẽ hút lõi thép (5), tác động vào lẫy (3)

mở ngàm (2) mạch điện tự động ngắt điện.

Tuy nhiên, nếu có hiện tượng rò điện ở phía trên áp tô mát thì dòng I

và dòng I

vẫn

luôn bằng nhau, áp tô mát sẽ không tự ngắt.

Đối với áp tô mát chống giật, dây trung tính của phụ tải phải được đấu vào cực dưới

của áp tô mát. Còn nếu dây trung tính được đấu ở vị trí khác (cực phía trên hoặc nối đất

chẳng hạn) thì áp tô mát sẽ ngắt ngay sau khi ta đóng mạch điện.

Người ta có thể quấn cuộn sơ cấp của lõi thép vài vòng để tăng độ nhạy cho áp tô mát

hoạt động hoặc dùng mạch điện tử.

2.1.3.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của áp tô mát chống rò ba pha

Kết cấu tương tự như áp tô mát chống giật 1 pha chỉ khác là có 3 dây pha và dây trung

tính lồng qua lõi thép. Nếu không có hiện tượng rò điện từ các dây pha thì dòng điện qua

dây trung tính cân bằng tổng dòng điện trong các dây pha, nên từ thông trong lõi thép bị

triệt tiêu, cuộn thứ cấp không có điện áp, áp tô mát làm việc bình thường. Nếu có hiện

tượng rò điện từ dòng điện qua dây trung tính không cân bằng với tổng dòng điện trong

các dây pha nên từ thông trong lõi thép xuất hiện, cuộn thứ cấp có điện áp - cuộn hút (6)

làm việc, áp tô mát tự ngắt. Hình 2.8

Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý cầu dao chống dòng rò 1 pha

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 33

2.2. Nút ấn, công tắc chuyển mạch

2.2.1. Nút ấn

Nút ấn là loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt các thiết bị điện

bằng tay.

Các cặp tiếp điểm trong nút ấn sẽ chuyển trạng thái khi có

ngoại lực tác động còn khi bỏ lực tác động thì hệ thống tiếp điểm

của nút ấn sẽ trở lại trạng thái ban đầu. Đó chính là điểm khác

biệt cơ bản giữa nút ấn và công tắc.

Trong mạch điện công nghiệp nút ấn thường được dùng để

khởi động, dừng, đảo chiều quay động cơ thông qua công tắc tơ

hoặc rơle trung gian.

Theo kết cấu người ta chia thành các loại sau:

Nút ấn đơn (một tầng tiếp điểm).

Nút ấn kép (hai tầng tiếp điểm).

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

Nút ấn đơn thường mở (ở trạng thái hở mạch khi chưa có ngoại lực tác động).

Nút ấn đơn thường đóng (ở trạng thái đóng mạch khi chưa có ngoại lực tác động).

Nút ấn kép sẽ tồn tại đồng thời 2 cặp tiếp điểm ở trạng thái trên.

Khi lựa chọn nút ấn ta cần chú ý đến các thông số kỹ thuật sau:

Dòng điện định mức.

Điện áp định mức.

Trạng thái của các cặp tiếp điểm khi có ngoại lực tác động và khi không có ngoại

lực tác động.

Trên sơ đồ nguyên lý nút ấn thường được kí hiệu như sau:

Hình 2.9: Nút ấn

Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý cầu dao chống rò 3 pha

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 34

2.2.2. 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 thay đổi

khi có ngoại lực tác động và giữ nguyên

khi bỏ lực tác động.

Thông thường công tắc (hay chuyển

mạch nói chung) dùng để đóng, ngắt

mạch điện có công suất nhỏ, điện áp

thấp.

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

Công tắc gạt.

Công tắc xoay.

Công tắc ấn.

Công tắc ấn – xoay (nút dừng khẩn cấp).

Công tắc có khoá (khoá điện).

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

Công tắc 1 ngã.

Công tắc 2 ngã.

Công tắc 3 ngã.

Khi lựa chọn công tắc ta cần chú ý đến hai 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:

Nút ấn thường mở

Nút ấn thường

đóng

Nút ấn liên động

Hình 2.10: Cấu tạo và ký hiệu của nút ấn trên bản vẽ

Hình 2.11: Các loại công tắc chuyển mạch

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 35

2.3. Công tắc tơ, rờ le nhiệt, khởi động từ

2.3.1. Công tắc tơ

2.3.1.1. Khái niệm chung

Công tắc tơ là loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện

động lực bằng tay (thông qua bộ nút ấn) hoặc tự động. Công

tắc tơ có thể dùng cho các mạch động lực có điện áp lên đến

500V, dòng điện định mức đến 600A.

Trong mạch điện công nghiệp, công tắc tơ thường được dùng

để đóng cắt động cơ điện với tần số đóng cắt lớn, có thể lên đến

1800 lần trong một giờ. Công tắc tơ làm việc với điện áp cho

phép trong khoảng ( (10  20%) U

đm

Có nhiều phương pháp phân loại công tắc tơ.

Theo số cực người ta phân làm các loại sau:

 Công tắc tơ 1 cực.

 Công tắc tơ 2 cực.

 Công tắc tơ 3 cực.

Ngoài thị trường hiện nay các nhà sản xuất sản xuất ra những côngtắctơ thông dụng 3

pha 3 cực.

Theo điện áp làm việc của công tắc tơ người ta chia làm các loại sau:

 Công tắc tơ 1 chiều – DC.

 Công tắc tơ xoay chiều – AC.

2.3.1.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của công tắc tơ

* Cấu tạo: Công tắc tơ làm việc dựa trên nguyên tắc của nam châm điện, bao gồm các

bộ phận chính sau:

Lõi thép tĩnh thường được gắn cố định với thân (vỏ) của công tắc tơ. Lõi thép động có

gắn các tiếp điểm động. Trên lõi thép động hoặc tĩnh thường có gắn hai vòng ngắn mạch

bằng đồng có tác dụng chống rung khi công tắc tơ làm việc với điện áp xoay chiều.

Cuộn dây điện từ (cuộn hút) có thể làm việc với điện áp một chiều hoặc xoay chiều tùy

theo loại công tắc tơ sử dụng nguồn DC hay AC.

Lò xo hồi vị có nhiệm vụ đưa lõi thép về vị trí ban đầu khi cuộn hút mất điện.

Hình 2.12: Kí hiệu công tác trên bản vẽ

Công tắc 1 ngã

Công tắc 2 ngã

Công tắc 3 ngã

Hình 2.13: Công tắc tơ

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 36

Để bảo vệ động cơ người ta thường lắp kèm

công tắc tơ với rơle nhiệt và được gọi là “khởi

động từ”. Đôi khi trên một số công tắc tơ còn có

thể gắn được cả khối rơle thời gian hoặc các khối

tiếp điểm phụ với cách tháo lắp các khối này

tương đối phức tạp.

Khởi động từ = Công tắc tơ + rờle nhiệt

* Nguyên lý làm việc

Sơ đồ nguyên lý hoạt động của công tắc tơ

được cho bởi hình 2.12.

Khi cuộn hút của công tắc tơ chưa được cấp

điện, lò xo (5) đẩy lõi thép động số (4) tách ra

khỏi lõi thép tĩnh. Các cặp tiếp điểm chính (1)

và tiếp điểm phụ (3) ở trạng thái mở, cặp tiếp

điểm phụ (2) ở trạng thái đóng. Vì vậy tiếp điểm

(1) và (3) gọi là tiếp điểm thường mở, tiếp điểm

(2) gọi là tiếp điểm thường đóng.

Khi cấp điện cho cuộn hút, trong cuộn hút sẽ

có dòng điện chạy qua. Dòng điện này sẽ sinh ra

từ thông móc vòng qua cả hai lõi thép và khép

làm kín mạch từ. Chiều và trị số của từ thông sẽ

biến thiên theo chiều và trị số của dòng điện sinh

ra nó, nhưng xét tại một thời điểm nhất định thì từ thông đi qua bề mặt tiếp xúc của hai

lõi thép là cùng chiều nên sẽ tạo thành ở 2 bề mặt này hai cực N – S trái dấu nhau (cực

nào có chiều từ thông đi vào là cực Nam còn cực nào có chiều từ thông đi ra là cực Bắc).

Kết quả là lõi thép động (4) sẽ bị hút về phía lõi thép tĩnh, kéo theo tay đòn làm cho các

tiếp điểm chính (1) và tiếp điểm phụ (3) đóng lại, tiếp điểm phụ (2) mở ra. Khi cắt điện

vào cuộn hút, lò xo hồi vị đẩy lõi thép động (4) về trở lại vị trí ban đầu, hệ thống tiếp

điểm trở về trạng thái ban đầu.

Khi cấp nguồn vào cuộn hút (8), để cho hệ thống tiếp điểm công tắc tơ tác động thi

nguồn điện cấp vào phải đạt khoảng  (10  20%) U

đm

cuộn hút. Khi đó thì lực hút do

cuộn dây và lõi thép sinh ra mới thắng được lực đẩy của lò xo.

Công tắc tơ có thể hoạt động được ở cả nguồn điện một chiều và xoay chiều. Tùy theo

nhà sản xuất chế tạo mà điện áp định mức của cuộn dây công tắc tơ mà trị số nguồn điện

một chiều và xoay chiều khác nhau.

Hình 2.14: Hình dáng và cấu

tạo của công tắc tơ

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 37

Công tắc tơ hoạt động ở nguồn điện xoay

chiều thì trên 2 đầu cực của lõi thép có gắn 2

vòng ngắn mạch để chống rung cho công tắc

tơ.

Số lượng các tiếp điểm chính và tiếp điểm

phụ tuỳ thuộc vào phụ tải (một pha hay ba pha)

và sự liên động của công tắc tơ với các thiết bị

khác trong hệ thống. Ngoài thực tế, công tắc

tơ thông thường nhà sản xuất chế tạo có 3 tiếp

điểm thường mở chính, một tiếp điểm thường

mở phụ và một tiếp điểm thường đóng phụ.

Nếu muốn nhiều tiếp điểm hơn phục vụ cho

nhu cầu mạch điện thiết kế thì phải đặt hàng

nhà sản xuất.

* Kết luận

Khi cuộn hút được cấp điện thì hai lõi thép

sẽ bị biến thành nam châm điện và luôn có xu

thế hút nhau, không phụ thuộc vào chiều dòng

điện chạy trong cuộn dây. Tức là không phụ thuộc vào nguồn điện cấp cho cuộn dây là

nguồn điện xoay chiều hay nguồn điện một chiều.

Thông qua việc đóng cắt điện cho cuộn hút (dòng điện này thường rất nhỏ) mà ta có

thể đóng cắt được các phụ tải tiêu thụ dòng rất lớn và có thể điều khiển từ xa được.

Nếu công tắc tơ dùng với điện xoay chiều thì tại thời điểm dòng điện bằng không, từ

thông do cuộn dây sinh ra sẽ mất đi nên không có lực hút lõi động. Tức thời lò xo sẽ đẩy

lõi động về vị trí cũ gây rung động. Để khắc phục nhược điểm này người ta thường đặt

vào bề mặt tiếp xúc một vòng ngắn mạch. Từ thông của vòng ngắn mạch luôn lệch pha

so với từ thông của chính cuộn dây sinh ra và nó sẽ giúp cho 2 lõi thép hút nhau ngay cả

thời điểm dòng điện bằng không. Vì vậy vòng ngắn mạch còn được gọi là vòng chống

rung.

Thông qua việc đóng cắt điện cho cuộn hút của công tắc tơ mà ta có thể đóng cắt được

hàng loạt các tiếp điểm có khả năng chịu dòng điện lớn. Tức là ta có thể dùng công tắc tơ

để đóng cắt phụ tải ba pha thay cho cầu dao hoặc áp tô mát mà việc đóng cắt rất nhẹ nhàng

và đơn giản. Đây chính là ưu điểm của công tắc tơ.

2.3.1.3. Kí hiệu và thông số kỹ thuật của công tắc tơ.

* Kí hiệu công tắc tơ trên bản vẽ điện

Trên sơ đồ nguyên lý các tiếp điểm và cuộn hút trên công tắc tơ thường được kí hiệu

như hình 2.14

Ghi chú: K

là cuộn hút công tắc tơ.

là tiếp điển thường mở (động lực).

Hình 2.15: Bộ khởi động từ đơn

Rờ le

nhiệt

Công

tắctơ

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 38

là tiếp điểm phụ thường mở.

là tiếp điểm phụ thường đóng.

Nếu trong một mạch điện có nhiều công tắc tơ ta phải dùng kí hiệu số để phân biệt

các tiếp điểm của công tắc tơ.

* Thông số định mức của công tắc tơ

Dòng điện định mức trên công tắc tơ (A): đây là dòng điện lớn nhất cho phép công

tắc tơ làm việc trong thời gian lâu dài mà không bị hư hỏng. Đối với mỗi công tắc tơ thì

dòng điện này phụ thuộc vào điện áp làm việc của công tắc tơ (lưu ý là điện áp làm việc

của tiếp điểm chứ không phải điện áp của cuộn hút). Về nguyên tắc khi chọn công tắc tơ

thì dòng điện định mức của công tắc tơ không được nhỏ hơn dòng điện tính toán của phụ

tải. Dòng điện này chủ yếu do tiếp điểm của công tắc tơ quyết định. Để tiết kiệm điện

người ta thường chọn: I

đm

= (1,2  1,5).I

Điện áp định mức của công tắc tơ (V): đây là điện áp cách điện an toàn giữa các bộ

phận tiếp điện với vỏ ngoài của công tắc tơ. Điện áp định mức của cuộn hút công tắc tơ

(V). Điện áp này được lựa chọn phải phù hợp với điện áp của mạch điều khiển. Ví dụ:

mạch điều khiển sử dụng điện áp 220V AC thì ta phải lựa chọn điện áp định mức của

cuộn hút là 220V AC.

Tuổi thọ của công tắc

tơ: được tính bằng số lần

đóng cắt (tính trung bình)

kể từ khi dùng cho đến khi

hỏng. Tuổi thọ được chia

làm hai loại: tuổi thọ về

điện và tuổi thọ cơ khí.

Kinh nghiệm cho thấy tuổi

thọ cơ khí thấp hơn tuổi

thọ điện.

Tần số đóng cắt cho

phép: thường được tính

bằng số lần đóng cắt lớn

nhất cho phép trong vòng

một giờ.

Hình 2.16: Kí hiệu tiếp điểm công tắc tơ

Hình 2.17: Đặc tính tác động theo thời gian của công tắc tơ

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 39

Môi trường làm việc của công tắc tơ: nếu môi trường làm việc của công tắc tơ khô

ráo thì ta có thể dùng loại công tắc tơ loại hở và nữa hở. Còn nếu môi trường làm việc

của công tắc tơ có độ ẩm cao (ví dụ như trong trạm bơm nước) thì ta phải chọn công tắc

tơ loại kín để an toàn cho người vận hành và tránh sự cố do chạm chập điện.

2.3.2. Rờ le nhiệt

2.3.2.1. Khái niệm chung

Rơle nhiệt là loại khí cụ điện tự động đóng,

cắt tiếp điểm nhờ sự co dãn vì nhiệt của các

thanh kim loại. Trong mạch điện công nghiệp

nó thường được dùng để bảo vệ quá tải cho

các động cơ điện. Khi đó rơle nhiệt được lắp

kèm với công tắc tơ và được gọi là “khởi động

từ”. Hình 2.16 thể hiện hình dáng một rơle

nhiệt được gắn trong bộ khởi động từ.

2.3.2.2. Cấu tạo chung và nguyên lý làm

việc của rơle nhiệt

* Cấu tạo chung

Cấu tạo của rơle nhiệt gồm các bộ phận

chính sau: Hình 2.17

Thanh lưỡng kim gồm hai lá kim loại có

hệ số dãn nở vì nhiệt khác nhau được gắn chặt

và ép sát vào nhau. Thông thường để bảo vệ

phụ tải ba pha chỉ cần 2 thanh lưỡng kim.

Dây đốt nóng (phần tử đốt nóng) làm nhiệm vụ tăng cường nhiệt độ cho thanh lưỡng

kim. Một số rơle nhiệt dùng phương pháp đốt nóng trực tiếp 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 rơle nhiệt dùng 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

rơle nhiệt dùng trong thiết bị gia dụng thì không sử dụng cơ cấu này mà thanh lưỡng kim

thường gắn trực tiếp với tiếp điểm.

* Nguyên lý làm việc

Nguyên lý hoạt động của rơle nhiệt bảo vệ cho động cơ ba pha được minh hoạ trên

hình 2.19.

Ấn nút điều khiển PB1 cuộn hút công tắc tơ có điện. Nó đóng các tiếp điểm cấp điện

cho động cơ hoạt động. Ở chế độ định mức hoặc không tải thì dòng điện qua động cơ

không vượt quá dòng định mức nên nhiệt lượng trên dây đồng nóng ở mức bình thường

và nhiệt độ trên thanh lưỡng kim (5) bình thường. Thanh lưỡng kim chưa bị cong, các

Row

Công tắctơ

Hình 2.18: Hình dáng rờ le nhiệt trong

bộ khởi động từ

Rờ le nhiệt

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 40

tiếp điểm thường đóng (2) và thường mở (3) của rơle 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 làm từ hai vật liệu có

hệ số nở vì nhiệt khác nhau và được ép

sát vào nhau. Lá kim loại bên phải có

hệ số dãn nở vì nhiệt lớn hơn nên làm

thanh lưỡng kim cong về bên trái. Khi

thanh lưỡng kim cong về phía 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 K bị ngắt điện, các tiếp

điểm K

mở ra, bảo vệ an toàn cho

động cơ. Khi rờ le nhiệt tác động, hệ

thống tiếp điểm không tự trở về trạng thái ban đầu. Để mạch điện hoạt động trở lại ta phải

ấn cần tác động của rờ le nhiệt vào, khi đó tiếp điểm mới trở về trạng thái ban đầu.

Rờ le nhiệt chỉ có nhiệm vụ bảo vệ quá tải cho động cơ điện, khi động cơ xảy ra sự cố

ngắn mạch thì rờ le nhiệt không tác động, vì thế trong mạch điện cần phải gắn thêm

áptômát để bảo vệ ngắn mạch cho động cơ.

Muốn điều chỉnh tiếp điểm đóng cắt ở các mức độ quá tải khác nhau ta điều chỉnh vít

(4) để tăng hay giảm lực căng của lò xo ép vào đòn bẩy (1).

2.3.2.3. Kí hiệu, các thông số kỹ thuật và cách chọn rơle nhiệt

* Kí hiệu

Phần tử đốt nóng và tiếp điểm của rờ le nhiệt thông thường được ký hiệu trên bản vẽ

như sau:

Hình 2.19: Sơ đồ nguyên lý tác động

Hình 2.20: Phần tử đốt nóng, tiếp điểm rờ le nhiệt

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 41

* Các thông số kỹ thuật và cách chọn rơle nhiệt

Dòng điện định mức I

đm

: đây là dòng điện lớn nhất mà rơle nhiệt có thể làm việc được

trong thời gian lâu dài (A).

Dòng tác động (dòng ngắt mạch): là dòng điện lớn nhất trước khi rơle 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 điện thì dòng tác động được điều chỉnh như sau:

đc

= (1,1  1,2).I

đm

Thông thường với dòng điều chỉnh như trên, ở nhiệt độ môi trường là 25

C khi dòng

quá tải tăng 20%, rơle nhiệt sẽ tác động làm ngắt mạch sau khoảng 20 phút. Nếu nhiệt độ

môi trường cao hơn thì rơle sẽ tác động nhanh hơn.

2.3.3. Khởi động từ

2.3.3.1. Khái quát và công dụng

Khởi động từ là một loại thiết bị điện dùng để điều khiển từ xa việc đóng/cắt, đảo chiều

và bảo vệ quá tải (nếu có mắc thêm rơle nhiệt) cho các động cơ ba pha rôtor lồng sóc.

Khởi động từ khi có một công tắc tơ gọi là khởi động từ đơn, thường dùng để điều khiển

đóng cắt động cơ điện. Khởi động từ có hai công tắc tơ gọi là khởi động từ kép, dùng để

khởi động và điều khiển đảo chiều động cơ điện. Muốn khởi động từ bảo vệ được ngắn

mạch phải mắc thêm cầu chảy.

2.3.3.2. Các yêu cầu kỹ thuật chủ yếu

Động cơ không đồng bộ ba pha làm việc liên tục hay không nhờ chủ yếu vào độ làm

việc tin cậy của khởi động từ. Khởi động từ muốn làm việc tin cậy cần thỏa mãn các yêu

cầu kĩ thuật sau:

+ Tiếp điểm phải có độ bền chịu được độ mài mòn cao.

+ Khả năng đóng cắt của khởi động từ phải cao.

+Thao tác đóng cắt phải dứt khoát.

+ Tiêu thụ công suất ít nhất.

+ Bảo vệ tin cậy động cơ điện khỏi quá tải lâu dài.

+ Thỏa mãn các điều kiện khởi động động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc có hệ số

dòng khởi động từ bằng từ 5 đến 7 lần dòng điện định mức.

Để thỏa mãn các yêu cầu trên đây, trong sản xuất người ta chế tạo tiếp điểm động ngày

một nhẹ, đồng thời tăng cường lò xo nen tiếp điểm. Làm như vậy sẽ giảm được thời gian

chấn động tiếp điểm trong quá trình mở máy động cơ, do đó giảm được độ mài mòn tiếp

điểm.

Thời gian chấn động là một chỉ tiêu quan trọng nói lên độ bền chịu mòn của tiếp điểm.

Các kết quả nghiên cứu thí nghiệm cho thấy rằng nếu rút ngắn được 0,5ms thời gian chấn

động lúc đóng khởi động từ để mở máy động cơ điện thì sẽ giảm được độ mài mòn tiếp

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 42

điểm đi khoảng 50 lần. Các khởi động từ của Liên Xô (cũ) có loại ∏ như kiểu ∏422,

thời gian chấn động chỉ 3ms, kiểu ∏ 222 - 1,5ms, đồng thời khả năng đóng ngắt về điện

đã đạt tới 1.10

lần thao tác. Hãng Siemens (Đức) sản xuất khởi động từ đạt được tuổi thọ

về điện tới 2.10

lần thao tác (ví dụ kiểu K-915).

Khi ngắt khởi động từ, điện áp phục hồi trên tiếp điểm bằng hiệu số điện áp lưới và

sức điện động của động cơ điện. Kết quả trên các tiếp điểm chỉ còn xuất hiện một điện áp

bằng khoảng (15 ÷ 20)% U

đm

tức là thuận lợi cho quá trình ngắt. Các kết quả nghiên cứu

thí nghiệm về khởi động từ cho thấy độ mòn tiếp điểm khi đóng động cơ lớn gấp 3 đến 4

lần độ mòn tiếp điểm khi ngắt khởi động từ trong điều kiện đang làm việc bình thường.

2.3.3.3. Độ bền chịu mài mòn về điện và cơ của các tiếp điểm khởi động từ

Tuổi thọ của các tiếp điểm về điện và về cơ thường do ba yếu tố sau đây quyết định:

+ Kết cấu.

+ Công nghệ sản xuất.

+ Sử dụng vận hành và sửa chữa.

a) Độ bền chịu mòn về điện

Độ mòn tiếp điểm về điện lớn nhất khi khởi động từ mở máy động cơ điện không đồng

bộ rotor lồng sóc, hồ quang điện sinh ra khi các tiếp điểm động dập vào tiếp điểm tĩnh bị

chấn động bật trở lại. Lúc này dòng điện đi qua khởi động từ bằng 6 - 7 lần dòng điện

định mức, do đó hồ quang điện cũng tương ứng với dòng điện đó.

Kết quả nghiên cứu, thí nghiệm với nhiều kiểu khởi động từ khác nhau cho thấy rằng

khi giảm thời gian chấn động các tiếp điểm, độ bền chịu mòn của chúng tăng lên rõ rệt.

Trong chế tạo khởi động từ ngày nay người ta thường dùng kết cấu tiếp điểm bắc cầu để

giảm bé thời gian chấn động thứ nhất, đồng thời làm tiếp điểm động có trọng lượng bé và

tăng cường lò xo nén ban đầu lên tiếp điểm. Giảm thời gian chấn động thứ hai bằng cách

đặt nệm lò xo vào lõi thép tĩnh đồng thời với việc nâng cao độ bền chịu mài mòn về cơ

của nam châm điện.

Tình trạng bề mặt làm việc của các tiếp điểm cũng ảnh hưởng rõ rệt đến mức độ mài

mòn. Điều này thường xảy ra trong qúa trình sử dụng và nhất là do chất lượng sửa chữa

bảo dưỡng tiếp điểm. Hiện tượng cong vênh, nghiêng các bề mặt tiếp điểm làm tiếp xúc

xấu dẫn tới giảm nhanh chóng độ bền chịu mòn của tiếp điểm. Để giảm ảnh hưởng của

hiện tượng này, người ta thường chế tạo tiếp điểm động có đường kính bé hơn tiếp điểm

tĩnh một chút và có dạng mặt cầu.

Vật liệu làm tiếp điểm khi dòng điện bé (nhỏ hơn 100A) ở các khởi động từ cỡ nhỏ

thường là làm bằng bột bạc nguyên chất. Còn ở các khởi động từ cỡ lớn (dòng điện lớn

hơn 100A) thường làm bằng bột gốm kim loại như hỗn hợp bạc - cađimi ôxít (mã hiệu

COK - 15) hoặc bạc - niken.

b) Độ bền chịu mòn về cơ

Cũng như hầu hết các thiết bị điện hạ áp, các chi tiết động của khởi động từ làm việc

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 43

không có dầu mỡ bôi trơn, tức là làm việc khô. Do đó phải chọn vật liệu ít bị mòn do ma

sát và không bị gỉ. Ngày nay người ta thường dùng kim loại - nhựa có độ bền chịu mòn

cao, có thể bền gấp 200 lần độ mòn giữa kim loại - kim loại.

Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền chịu mài mòn về cơ của khởi động từ thường là:

+ Kiểu kết cấu (cách bố trí các bộ phận cơ bản).

+ Phụ tải riêng (tỉ tải) ở chỗ có ma sát và va đập.

+ Hệ thống giảm chấn động của nam châm.

Chọn đúng khởi động từ, sử dụng và vận hành đúng chế độ, cũng làm tăng tuổi thọ về

cơ. Đối với các khởi động từ kiểu thông dụng, cần phải đảm bảo:

+ Làm sạch bụi và ẩm nước.

+ Lựa chọn phù hợp với công suất và chế độ làm việc của động cơ.

+ Lắp đặt đúng, ngay ngắn, không để khởi động từ bị rung, kêu đáng kể.

Độ bền chịu mài mòn về cơ khí của khởi động từ có thể đạt tới 10.106 lần thao tác

đóng/cắt.

2.3.3.4. Kết cấu và nguyên lí làm việc

Khởi động từ thường được phân chia:

+ Theo điện áp định mức của cuộn dây hút: 36V, 127V, 220V, 380V, và 500V.

+ Theo kết cấu bảo vệ chống tác động bởi môi trường xung quanh có các loại: hở, bảo

vệ, chống bụi, chống nổ, …

+ Theo khả năng làm biến đổi chiều quay động cơ điện: có loại không đảo chiều và

đảo chiều.

+ Theo số lượng và loại tiếp điểm: có loại thường mở và thường đóng.

Căn cứ vào điều kiện làm việc của khởi động từ như đã nêu ở trên, trong chế tạo khởi

động từ, người ta thường dùng kết cấu tiếp điểm bắc cầu (có hai chỗ ngắt mạch ở mỗi

pha) do đó đối với cỡ nhỏ dướí 25A không cần dùng thiết bị dập hồ quang cồng kềnh

dưới dạng lưới hoặc hộp thổi từ.

Kết cấu khởi động từ nói chung đều bao gồm các bộ phận có hình dáng tương tự như

hình 2.21.

Tiếp điểm động 1 được chế tạo kiểu bắc cầu có lò xo nén tiếp điểm để tăng lực tiếp

xúc và tự phục hồi trạng thái ban đầu.

Giá đỡ tiếp điểm 3 làm bằng đồng thanh mạ kền hoặc kẽm trên đó có hàn viên tiếp

điểm tĩnh 4 thường làm bằng bột gốm kim loại.

Nam châm điện chuyển động có hệ thống mạch từ hình E gồm lõi thép tĩnh 5 và lõi

thép phần động 6 nhờ lò xo 7, khởi động từ tự trở về vị trí ban đầu. Vòng chập mạch 8

được đặt ở đầu mút hai mạch rẽ của lõi thép động.

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 44

Hình 2.21: Khởi động từ đơn

Lõi thép phần ứng 6 của nam châm điện được lắp ghép liền với hai giá đỡ cách điện 9,

trên đó có mang các tiếp điểm động1 và các lò xo tiếp điểm 2. Giá đỡ cách điện 9 (thường

làm bằng bakêlit) chuyển động trong các rãnh dẫn hướng 10 ở trên thanh nhựa đúc của

khởi động từ. Các tiếp điểm chính có nắp đậy kín làm nhiệm vụ hộp dập hồ quang và bình

thường làm bằng vật liệu chịu hồ quang.

Khởi động từ cũng còn có các cụm tiếp điểm phụ kiểu bắc cầu (12), số lượng tùy thuộc

từng kiểucụ thể.

Để bảo vệ động cơ điện khỏi bị qúa tải, khởi động từ thường có lắp kèm theo rơle nhiệt

ở hai pha và lắp cùng một giá với khởi động từ.

Khởi động từ đảo chiều (gọi là khởi động từ kép) gồm hai khởi động từ đơn có cấu tạo

như trên, lắp trên cùng một giá, có thêm khóa liên động về cơ khí kiểu đòn bẩy (2) để đề

phòng cả hai khởi động từ cùng đóng đồng thời. Cơ cấu này được bố trí ở dưới chân đế.

Khởi động từ kép cũng có kiểu lắp kèm theo cả rơle nhiệt trên cùng một giá. Hình 2.22 là

sơ đồ mắc khởi động từ kép điều khiển đảo chiều động cơ không đồng bộ ba pha lồng

sóc.

Hình 2.22: Sơ đồ dùng khởi động từ mở máy và đảo chiều động cơ không đồng bộ

lồng sóc

2.4. Cầu chì, rơ le (rơ le điện từ, rơ le bảo vệ áp, rơ le bảo vệ dòng)

2.4.1. Cầu chì

Là loại khí cụ điện dùng để bảo vệ thiết bị điện và lưới điện khi bị ngắn mạch về nguyên

lý thì dây chảy (bộ phận chính của cầu chì) sẽ được chế tạo sao cho khả năng chịu dòng

điện của nó kém hơn các phần tử khác trong mạch điện mà nó được dùng để bảo vệ ngắn

mạch.

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 45

Như vậy nếu dây chảy được chế tạo bằng vật liệu như của dây dẫn thì tiết diện dây

chảy phải bé hơn tiết diện dây dẫn. Ngoài ra dây chảy còn được chế tạo từ vật liệu có

nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của dây dẫn.

Nếu chọn được cầu chì có thông số dây chảy thích hợp thì khi xảy ra ngắn mạch dây

chảy của cầu chì sẽ bị đứt

trước khi các bộ phận khác

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 cầu chì này thì khi

thiết bị sử dụng bị quá tải,

nhiệt độ tăng lên quá giới hạn

cho phép điện trở của cầu chì

tăng lên rất cao và coi như đã

ngắt mạch bảo vệ cho thết bị.

Cầu chì này thường được sử dụng trong các thiết bị gia dụng.

Trong công nghiệp hiện nay người ta thường sử dụng loại cầu chì xoáy, cầu chì rơi hở

và cầu chì rơi kín. Cầu chì rơi được lắp gá lên thanh cài rất tiện lợi trong quá trình lắp đặt

hoặc sữa chữa.

Kí hiệu của cầu chì trên bản vẽ kỹ thuật:

2.4.2. Rơ le, một số rơ le bảo vệ

2.4.2.1. Khái niệm chung về rơ le

Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín

hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơle là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện

điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực.

Các bộ phận (các khối) chính của rơ le:

Cơ cấu tiếp thu (khối tiếp thu): Có nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và

biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối trung gian.

Cơ cấu trung gian (khối trung gian): Làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa

đến từ khối tiếp thu và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho rơle tác động.

Hình 2.24: Kí hiệu của cầu chì

Hình 2.23: Hình ảnh của cầu chì

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 46

Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành): Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều

khiển.

Ví dụ các khối trong cơ cấu rơle điện từ hình 2.25.

- Cơ cấu tiếp thu ở đây là cuộn dây.

- Cơ cấu trung gian là mạch từ nam châm điện.

- Cơ cấu chấp hành là hệ thống tiếp điểm.

2.4.2.2 Các thông số của rơle

a) Hệ số điều khiển rơle

tđ

đk

K 

(2.1)

Với: + P

đk

là công suất điều khiển định mức của rơle, chính là công suất định mức của

cơ cấu chấp hành.

+ P

tđ

là công suất tác động, chính là công suất cần thiết cung cấp cho đầu vào để

rơle tác động.

Với rơle điện từ P

đk

là công suất tiếp điểm (nghĩa là công suất tiếp điểm cho phép truyền

qua). P

tđ

là công suất cuộn dây nam châm hút. Các loại rơle khác nhau K

đk

cũng khác

nhau.

b) Thời gian tác động

Là thời gian kể từ thời điểm cung cấp tín hiệu cho đầu vào, đến lúc cơ cấu chấp hành

làm việc. Với rơle điện từ là quãng thời gian cuộn dây được cung cấp dòng (hay áp) cho

đến lúc hệ thống tiếp điểm đóng hoàn toàn (với tiếp điểm thường mở) và mở hoàn toàn

(với tiếp điểm thường đóng).

Các loại rơle khác nhau t

tđ

cũng khác nhau.

+ t

tđ

< 1.10

-3

[s]: rơle không quán tính.

+ t

tđ

= (1 ÷ 50).10

-3

[s]: rơle tác động nhanh.

+ t

tđ

> 150.10

-3

[s]: rơle thời gian.

Hình 2.25: Sơ đồ khối của rơle điện từ

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 47

2.4.2.3. Rơ le điện từ

Rơle điện từ thường hoạt động dựa trên nguyên tắc của

nam châm điện, thường dùng để đóng cắt trung gian mạch

điện công suất nhỏ có tần số đóng cắt lớn. Tín hiệu điều khiển

có thể là dòng điện hoặc điện áp.

Nếu tín hiệu điều khiển sự hoạt động của rơle là điện áp

(tức là cuộn hút được đấu song song với nguồn điện) thì rơle

điện từ đó được gọi là rơle 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 thường được dùng nhiều trong công nghiệp.

Ngược lại nếu, tín hiệu điều khiển hoạt động của rơle là dòng điện (tức là cuộn hút đấu

nối tiếp với phụ tải) thì rơle điện từ đó được gọi là rơle dòng điện. Khi đó cuộn hút có số

vòng dây ít, tiết diện dây lớn, điện trở thuần của cuộn dây nhỏ.

Trong mạch điện công nghiệp rơle điện từ thường không đóng, cắt trực tiếp mạch động

lực mà chỉ tác động gián tiếp vào mạch điều khiển, vì vậy nó còn một tên gọi nữa là rơle

trung gian.

a). Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơle điện từ

Cấu tạo chung

Lõi thép tĩnh thường được gắn

cố định với thân vỏ rơle. Với rơle

điện từ cỡ nhỏ thì lõi thép tĩnh

thường là một khối thép hình trụ

tròn lồng qua cuộn dây.

Lá thép động có gắn các tiếp

điểm động. Ở trạng thái cuộn hút

chưa có điện, lá thép động được

tách ra xa lá thép tĩnh nhờ lò xo

hồi vị.

Cuộn dây điện từ (cuộn hút)

được lồng vào lõi thép tĩnh có thể

làm việc với dòng điện một chiều hoặc xoay chiều.

Nguyên lý hoạt động

Sự làm việc của loại rơle này dựa trên nguyên lí điện từ. Khi chưa cấp điện cho cuộn hút

(4), lá thép động (2) chỉ chịu lực đẩy của lò xo (6) làm cho tiếp điểm động tiếp xúc với tiếp

điểm tĩnh ở phía trên tương ứng cặp tiếp điểm ở phía trên ở trạng thái đóng, cặp tiếp điểm

ở phía dưới ở trạng thái mở.

Khi cấp điện cho cuộn hút (4), từ thông do cuộn hút sinh ra móc vòng qua cả lõi thép

tĩnh (3) và lõi động (2) tạo thành hai cực từ trái dấu ở bề mặt tiếp xúc làm cho lõi động (2)

bị hút về phía lõi thép tĩnh. Mômen do lực hút này sinh ra thắng mômen của lò xo. Kết quả

1. Tiếp điểm

2. Lá thép động

3. Lõi thép tĩnh

4. Cuộn hút

5. Đế gắn

6. Lò xo

Hình 2.27: Cấu tạo của rờ le điện từ

Hình 2.26: Rờ le điện từ

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 48

làm cho lõi động bị hút về phía lõi tĩnh, tương ứng cặp tiếp điểm phía trên ở trạng thái mở,

cặp tiếp điểm ở phía dưới ở trạng thái đóng. Khi cuộn hút của rờ le mất điện, trạng thái tiếp

điểm trở về trạng thái ban đầu.

Thật vậy, khi cho dòng điện i đi vào cuộn dây của nam châm điện thì nắp sẽ chịu một

lực hút F. Lực hút điện từ đặt vào nắp:





Với: : khe hở mach từ, i: dòng điện, K: hệ số (2.2)

Khi dòng điện vào cuộn dây i > I

tđ

(dòng điện tác động) thì lực F hút nắp và khi lực F

tăng thì khe hở giảm ( giảm) làm đóng tiếp điểm (do tiếp điểm được gắn với nắp).

Khi dòng điện i ≤ I

(dòng trở về) thì lực lò xo F

lò xo

> F (lực điện từ) và rơ le nhả.

Tỉ số:

tđ

K 

được gọi là hệ số trở về (2.3)

+ Rơle dòng cực đại K

< 1

+ Rơle dòng cực tiểu K

> 1

Rơle càng chính xác thì K

càng gần 1

tđ

đk

K 

được gọi là hệ số điều khiển (2.4)

Với: P

đk

: công suất điều khiển.

tđ

: công suất tác động của rơle.

Rơle càng nhạy K

đk

càng lớn. Khoảng thời gian từ lúc dòng điện i bắt đầu lớn hơn I

tđ

đến lúc chấm dứt sự hoạt động của rơle gọi là thời gian tác động t

tđ

Số lần tác động trong một đơn vị thời gian (giờ) gọi là tần số tác động. Rơle điện từ phân

ra hai loại:

+ Rơle một chiều thì

I 

, nên ta tính

U.K





+ Rơle xoay chiều: lực F = 0 khi I = 0. Giá trị trung bình của lực hút sẽ





nếu cuộn dây đặt song song với nguồn điện áp thì





Nam châm xoay chiều khi lực F = 0 lò xo kéo nắp ra, do vậy rơle loại này khi làm việc

có rung động gây tiếng kêu, để hạn chế người ta sử dụng dùng vòng ngắn mạch.

Trong công nghiệp người ta thường sử dụng rờ le trung gian là rờ le điện áp có 2 tiếp

điểm thường mở và 2 tiếp điểm thường đóng.

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 49

Như vậy chỉ nhờ vào sự đóng cắt điện áp cho cuộn hút mà ta có thể thay đổi trạng thái

của hàng loạt các tiếp điểm.

b). Kí hiệu, các thông số kỹ thuật và cách lựa chọn rơle điện từ

Kí hiệu

Các tiếp điểm và cuộn hút trên rơle điện từ

thường được kí hiệu như hình:

Các thông số kỹ thuật và cách lựa chọn rơle

điện từ

Dòng điện định mức trên rơle điện từ (A): đây là

dòng điện lớn nhất cho phép rơle điện từ làm việc

trong thời gian dài mà không bị hư hỏng. Về

nguyên tắc khi chọn rơle điện từ thì dòng điện định

mức của nó không được nhỏ hơn dòng điện tính toán của phụ tải. Dòng điện này chủ yếu

do tiếp điểm của rơle điện từ quyết định.

Để tiết kiệm người ta thường chọn I

đm

= (1,2  1,5) I

Tuy nhiên, nếu rơle điện từ đóng vai trò là rơle trung gian trong mạch điều khiển thì

thông số này không quan trọng lắm.

Điện áp làm việc của rơle điện từ (điện áp cách ly): đây là điện áp các ly giữa các bộ

phận tiếp điện với vỏ của rơle điện từ. Điện áp này không được chọn nhỏ hơn điện áp cực

đại của lưới điện.

Điện áp định mức đối với rơle điện áp (V): điện áp này lựa chọn phải phù hợp với điện

áp của mạch điều khiển.

Dòng điện định mức của cuộn hút đối với rơle dòng điện (A): dòng điện này được lựa

chọn phải phù hợp với dòng điện định mức của phụ tải.

Tuổi thọ của rơle điện từ: được tính bằng số lần đóng cắt (tính trung bình) kể từ khi dùng

cho đến khi hỏng.

Tần số đóng cắt lớn nhất cho phép: thường được tính bằng số lần đóng cắt lớn nhất cho

phép trong 1 giờ.

Nhược điểm của rơle điện từ: Công suất tác động P

tđ

tương đối lớn, độ nhạy thấp, K

đk

nhỏ. Hiện nay có xu hướng cải tiến ứng dụng vật liệu sắt từ mới sản xuất các loại rơle để

tăng K

đk

c). Một số loại rơle điện từ

- Rơle dòng điện và điện áp;

- Rơle trung gian. Nhiệm vụ chính của rơle trung gian là khuếch đại tín hiệu điều khiển,

nó thường nằm ở vị trí trung gian giữa các rơle khác. Đặc điểm rơle trung gian có cơ cấu

điều chỉnh điện áp tác động để có thể tác động khi điện áp tăng giảm trong khoảng ± 15%

đm

Hình 2.28: Kí hiệu cuộn dây và hệ

thống tiếp điểm của rờ le điện từ

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 50

- Rơle phân cực. Rơle phân cực là một dạng của rơle điện từ có thêm từ thông phân cực

do nam châm vĩnh cửu tạo nên. Chuyển động của nắp phụ thuộc vào chiều dòng trong cuộn

dây. Khi chưa có dòng điện thì phần động rơle đã ở một trong hai vị trí do lực hút từ trường

nam châm vĩnh cửu.

Mạch từ nam châm vĩnh cửu có cấu trúc sao cho một phía khe hở không khí lớn còn một

phía nhỏ để khi cho dòng vào cuộn dây nam châm thì tổng lực hút điện từ của cuộn dây và

nam châm vĩnh cửu phân cực hai bên không bằng nhau, nắp bị hút về một bên, lực hút nam

châm vĩnh cửu làm nhiệm vụ giữ nắp khi cắt điện cuộn dây. Muốn nắp chuyển động ngược

lại thì phải đổi chiều dòng điện để đổi chiều lực hút điện từ. Loại này có ưu điểm chính là

độ nhạy cao kích thước gọn thời gian tác động nhanh cỡ (2 ÷ 3).10

-3

giây, cho phép thao

tác với tần số lớn.

2.4.2.4. Rơ le bảo vệ áp

- Dùng để bảo vệ sụt áp mạch điện.

- Cuộn dây hút quấn bằng dây nhỏ nhiều vòng mắc song song với mạch điện cần bảo

vệ. Khi điện áp bình thường, rơle tác động sẽ làm nóng tiếp điểm của nó. Khi điện áp sụt

thấp dưới mức quy định, lực lò xo thắng lực hút của nam châm và mở tiếp điểm.

2.4.2.5. Rơ le bảo vệ dòng

- Dùng để bảo vệ quá tải và ngắn mạch.

- Cuộn dây hút có ít vòng và quấn bằng dây to mắc nối tiếp với mạch điện cần bảo

vệ, thiết bị thường đóng ngắt trên mạch điều khiển.

- Khi dòng điện động cơ tăng lớn đến trị số tác động của rơle, lực hút nam châm thắng

lực cản lò xo làm mở tiếp điểm của nó, ngắt mạch điện điều khiển qua công tắc tơ K, mở

các tiếp điểm của nó tách động cơ ra khỏi lưới.

Hình 2.29: Rơ le dòng điện

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 51

CHƯƠNG 3

KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN

3.1. Rơ le thời gian, rơ le điều nhiệt

3.1.1. Rơ le thời gian

3.1.1.1. Khái niệm chung

Rơle thời gian được dùng nhiều trong các mạch tự động điều khiển. Nó có tác dụng làm

trễ quá trình đóng, mở các tiếp điểm sau một khoảng thời gian chỉ định nào đó.

Thông thường rơle thời gian không tác động (tức là đóng hoặc cắt) trực tiếp trên mạch

động lực mà nó tác động gián tiếp qua mạch điều khiển, vì vậy dòng điện định mức của các

tiếp điểm trên rơle thời gian không lớn, thường chỉ cỡ vài ampe. Bộ phận chính của rơle

thời gian là cơ cấu tác động trễ và hệ thống tiếp điểm.

Theo thời điểm trễ người ta chia làm ba loại sau:

Trễ vào thời điểm cuộn hút được đóng điện (ON DELAY). Loại này chỉ có tiếp

điểm thường đóng, mở chậm (TS

) hoặc thường mở, đóng chậm (TS

Trễ vào thời điểm cuộn hút mất điện (OFF DELAY). Loại này chỉ có tiếp điểm

thường đóng đóng chậm (TS

) hoặc thường mở mở chậm (TS

Trễ vào cả hai thời điểm trên (ON/OFF DELAY). Loại này có tiếp điểm thường

đóng, mở đóng chậm (TS

) hoặc thường mở, đóng mở chậm (TS

Ngoài ra trên rơle thời gian còn bố trí thêm các tiếp điểm tác động tức thời (không thừoi

gian) thường đóng và thường mở. Theo cơ cấu tác động trễ người ta chia thành các loại

Rơle thời gian kiểu con lắc.

Rơle thời gian kiểu khí nén. Loại này thường được cài trực tiếp vào công tắc tơ.

Rơle thời gian điện từ.

Rơle thời gian điện tử. Loại này chế tạo từ bán dẫn và vi mạch. Loại này được sử

dụng rộng rãi trong thực tế.

Hình 3.1: Hình dáng các loại rờ le thời gian

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 52

3.1.1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơle thời gian cơ khí

a) Cấu tạo

Rơle thời gian kiểu cơ khí được cấu tạo dựa trên nguyên tắc của “đồng hồ cơ”. Bao gồm

các bộ phận chính sau:

Hệ thống dẫn động có thể là mô tơ hoặc dây cót.

Bộ phận giảm tốc thường là bánh răng.

Cơ cấu tác động gồm các bánh cam và các tiếp điểm.

b) Nguyên lý hoạt động

Giả sử ta cần hẹn một thời gian t nào đó, ta vặn núm chỉnh thời gian trễ để bánh cam

quay đi một góc tương ứng (mỗi góc quay của bánh cam được chia tương ứng với vạch

chia thời gian của núm vặn). Khi đó tiếp điểm K ở trạng thái đóng do vấu tì của tiếp điểm

động được nâng lên cao. Ngay lúc đó mô tơ được cấp điện, thông qua cơ cấu bánh răng

giảm tốc nó có xu hướng kéo bánh cam quay ngược trở lại so với chiều ta đã vặn ban đầu,

tốc độ quay này tuỳ vào cấu tạo của từng loại rơle (thường thì rất chậm). Cho tới khi vấu tì

của tiếp điểm động tiếp xúc vào vết lõm của bánh cam thì tiếp điểm K sẽ mở ra.

Khoảng thời gian mà bánh cam quay kể từ khi ta vặn núm điều chỉnh cho đến khi vấu tì

của tiếp điểm động tiếp xúc với vết lõm của bánh cam chính là thời gian trễ đặt cho rơle.

Hiện nay trong nhiều tủ điện điều khiển hiện đại có sử dụng một loại rơle thời gian điện

- cơ có thể hoạt động theo thời gian thực. Chu trình hoạt động có thể được điều chỉnh theo

ngày, tuần hoặc tháng. Về nguyên lý hoạt động của loại rơle này tương tự như nguyên lý

chung của loại rơle cơ khí trình bày ở trên. Chỉ khác, khi đặt chu trình phải chỉnh vị trí ban

đầu của bánh cam tương ứng với thời gian thực mà thôi. Cách cài đặt chế độ làm việc trong

ngày như sau:

Chỉnh thời gian thực: dùng tay xoay núm tròn theo chiều chỉ dẫn cho tới khi kim chỉ

vào giá trị thời gian thực của ngày thì dừng lại. Có thể tinh chỉnh bằng cách tác động trực

tiếp vào kim.

Ấn các phím gạt tương ứng với khoảng thời gian (trong ngày) tiếp điểm sẽ ở trạng

thái ON. Ngược lại các phím không ấn sẽ tương ứng với khoảng thời gian (trong ngày) tiếp

điểm sẽ ở trạng thái OFF.

3.1.1.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơle thời gian kiểu khí nén

a) Cấu tạo

Hình 3.2: Nguyên lý hoạt động của rơle thời gian cơ khí.

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 53

Ta xét loại rơle ON DELAY. Rơle thời gian kiểu khí nén loại ON DELAY thường được

gắn vào công tắc tơ, bao gồm các bộ phận chính sau: Hình 5.12

Lò xo (1) có nhiệm vụ giữ và phục hồi tiếp điểm về trạng thái ban đầu khi bị tác

động.

Tay gạt (2) có nhiệm vụ đóng cắt trực tiếp các tiếp điểm.

Đòn bẩy (3) là cơ cấu trung gian tác động vào tiếp điểm.

Hộp xếp (4) bên trong có chứa không khí và nó luôn có xu hướng dãn ra như lò xo

nén.

Van 1 chiều (5) có nhiệm vụ thoát không khí trong hộp ra ngoài.

Vít (6) để điều chỉnh lượng không khí vào hộp xếp.

Lò xo (7) có nhiệm vụ nâng thanh (9) và phục hồi để đỡ hộp xếp.

Khớp (8) được nối với lõi động của công tắc tơ và sẽ cùng chuyển động với lõi động

khi cuộn hút công tắc tơ có điện.

Thanh (9) có nhiệm vụ nâng hạ hộp xếp.

b) Nguyên lý hoạt động

Bình thường, khi công tắc tơ chưa có điện, toàn bộ hệ thống đang ở trạng thái như hình

5.12 a). Hộp xếp bị nén lại nhờ lực đẩy của lò xo (7), không khí bị đẩy ra ngoài qua van

một chiều (5). Lúc này đòn bẫy (3) đang ở trạng thái tự do, lò xo (1) đẩy tay gạt (2) sang

phải làm cho tiếp điểm TS1 mở ra, TS2 đóng lại.

Khi công tắc tơ có nguồn, toàn bộ hệ thống chuyển sang trạng thái như hình 5.12 b). Lúc

này, thanh (9) bị kéo xuống tức thời cùng lõi động công tắc tơ, hộp xếp từ từ dãn ra, tác

động vào đòn bẫy (3) làm cho tay gạt (2) dịch chuyển xang trái, TS1 đóng lại, TS2 mở ra.

Thời gian hộp xếp dãn ra phụ thuộc vào lưu lượng khí qua khe hở. Khe hở này được điều

chỉnh bằng vít (6).

Nhờ hệ thống lò xo (1), (7) và van một chiều (5) mà khi công tắc tơ mất điện, các tiếp

điểm TS1, TS2 lập tức trở về trạng thái ban đầu.

Với cơ cấu tác động trễ của các tiếp điểm TS1 và TS2 khi công tắc tơ có điện, vì vậy

đây là loại rơle ON DELAY.

3.1.1.4. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơle thời gian điện tử

Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý của rờ le thời gian kiểu khí nén

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 54

a) Cấu tạo

Hình dáng và cấu tạo của rơle thời gian điện tử được mô tả ở hình 5.13.

Khối rờ le: là bộ phận tác

động của rờ le, nó bào gồm hệ

thống tiếp điểm, mạch tác

động trễ, cuộn dây và vỏ rờ le.

Đế cắm: sẽ có 8 chân dấu

dây của rờ le, trong đó 2 đầu

đấu dây của cuộn dây, các đầu

dấu dây của 2 tiếp điểm có

thời gian và 2 tiếp điểm không

thời gian.

b) Nguyên lý hoạt động

Các rơle thời gian điện tử

thông thường đều dựa trên cơ

sở mạch “RC” cho ở hình 3.5. Nguyên tắc làm việc như sau:

Khi K

đang ở trạng thái ngắt, đóng K

, tụ điện C được nạp cho đến khi bằng điện áp

nguồn E

thì quá trình nạp kết thúc (tụ đã nạp đầy). Hằng số  = RC sẽ quyết định thời gian

nạp của tụ điện. Sau đó, nếu ta ngắt K

và đóng K

thì tụ C sẽ phóng điện qua R

Nguyên lý hoạt động của rơle điện tử loại ON-DELAY

Rờ le thời gian điện tử ON-DELAY có 4 tiếp điểm, trong đó có 2 tiếp điểm tác động có

thời gian và 2 tiếp điểm tác động không thời gian.

Khi chưa đóng khoá SW, cuộn dây rơle RL chưa có điện, tiếp điểm T

ở trạng thái mở,

tiếp điểm T

ở trạng thái đóng, tiếp điểm T

ở trạng thái mở, tiếp điểm T

ở trạng thái đóng.

Nếu ta đóng khoá SW, tụ điện C sẽ được nạp cho tới khi điện áp trên tụ C bằng điện áp

định mức của cuộn dây rơle RL thì rơle sẽ tác động (đây chính là thời gian đếm của rờ le

Khối rơle

Đế cắm

Hình dáng

Hình 3.4: Hình dáng và cấu tạo của rờ le thời gian điện tử

Đường nạp của tụ

Đường xả của tụ

Hình 3.5: Đặc tính hoạt động của rờ le thời gian điện tử

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 55

thời gian điện tử). Khi đó tiếp điểm T

sẽ chuyển sang trạng thái đóng còn T

chuyển sang

trạng thái mở. Tụ C phóng điện qua điện trở R do lúc này công tắc 2 vị trí đã chuyển vị trí

lên trên. Trạng thái của các tiếp điểm được duy trì.

Nếu ta ngắt khóa SW thì cuộn dây rơle RL mất điện, rờ le ngừng hoạt động. Lúc này

tiếp điểm T

chuyển sang trạng thái mở còn T

chuyển sang trạng thái đóng. Hệ thống tiếp

điểm trở lại trạng thái ban đầu.

Như vậy, các tiếp điểm T

và T

đều chuyển trạng thái (tác động trễ) ở thời điểm đóng

(ON). Với nguyên lý tác động trên của tiếp điểm nên ta có tên gọi tiếp điểm T

là tiếp điểm

thường mở - đóng chậm và tiếp điểm T

là tiếp điểm thường đóng - mở chậm.

Tóm lại: Tại thời điểm cấp nguồn cho

rờ le thì hệ thống tiếp điểm không thời

gian tác động tức thời (tiếp điểm thường

mở sẽ đóng lại, tiếp điểm thường đóng sẽ

mở ra), khi đó hệ thống tiếp điểm có thời

gian chưa tác động. Rờ le bắt đầu đếm

thời gian trì hoãn. Khi đến thời gian trì

hoãn đã chỉnh định trước đó thì tiếp điểm

có thời gian mới tác động (tiếp điểm

thường đóng - mở chậm sẽ mở ra, còm tiếp

điểm thường mở - đóng chậm sẽ đóng lại),

hệ thống tiếp điểm không thời gian vẫn giữ

trạng thái tác động trước đó. Khi rờ le mất

nguồn thì cả 2 hệ thống tiếp điểm không

thời gian và có thời gian đều trở về trạng

thái ban đầu.

Nguyên lý hoạt động của rơle thời

gian điện tử kiểu OFF-DELAY

Rờ le thời gian điện tử ON-DELAY có

4 tiếp điểm, trong đó có 2 tiếp điểm tác

động có thời gian và 2 tiếp điểm tác động không thời gian.

Khi chưa đóng SW, rơle RL chưa có điện, tiếp điểm T

ở trạng thái đóng, T

ở trạng thái

mở.

Khi ta đóng khoá SW, thì rơle RL sẽ tác động. Khi đó tiếp điểm T

sẽ chuyển sang trạng

thái đóng còn T

chuyển sang trạng thái mở.

Khi ta ngắt SW, tụ C phóng điện qua rơle RL, duy trì trạng thái hiện tại của các tiếp

điểm thêm một thời gian nữa. Cho đến khi điện áp trên tụ nhỏ hơn điện áp định mức của

rơle thì rơle ngừng hoạt động (đây chính là thời gian đếm của rờ le thời gian điện tử). Lúc

này tiếp điểm T

chuyển sang trạng thái đóng còn T

chuyển sang trạng thái mở. Hệ thống

trở lại trạng thái ban đầu.

Hình 3.6: Nguyên lý hoạt động của

rơle thời gian kiểu ON-DELAY

Cặp tiếp điểm có

thời gian

Cặp tiếp điểm không

thời gian

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 56

Như vậy, các tiếp điểm T

và T

đều chuyển trạng thái (tác động trễ) ở thời điểm mở

(OFF). Với nguyên lý tác động của tiếp điểm trên, ta có tên gọi tiếp điểm T

là tiếp điểm

thường đóng - đóng chậm và T

là tiếp điểm thường mở - mở chậm.

Tóm lại: Tại thời điểm cấp nguồn cho rờ le thì hệ thống tiếp điểm không thời gian tác

động tức thời (tiếp điểm thường mở

sẽ đóng lại, tiếp điểm thường đóng

sẽ mở ra), đồng thời hệ thống tiếp

điểm có thời gian cũng tác động

(tiếp điểm thường đóng – đóng chậm

sẽ mở ra, tiếp điểm thường mở - mở

chậm sẽ đóng lại). Trạng thái tác

động của hai hệ thống tiếp điểm trên

sẽ giữ trạng thái tác động khi rờ le

có điện. Khi rờ le mất điện thì hệ

thống tiếp điểm không thời gian sẽ

lập tức trở về trạng thái ban đầu, hệ

thống tiếp điểm có thời gian vẫn giữ

trạng thái tác động. Bây giờ rờ le

mới bắt đếm thời gian trì hoãn, khi

rờ le đếm đến thời gian trì hoãn đã

chỉnh định trước đó thì tiếp điểm có

thời gian mới trở về trạng thái ban

đầu (tiếp điểm thường đóng - đóng

chậm sẽ đóng lại, còm tiếp điểm

thường mở - mở chậm sẽ mở ra).

Nguyên lý hoạt động của loại rơle thời gian điện tử kiểu ON/OFF- DELAY

Rờ le thời gian điện tử ON/OFF-DELAY có 4 tiếp điểm, trong đó có 2 tiếp điểm tác

động có thời gian và 2 tiếp điểm tác động không thời gian.

Khi chưa đóng SW, rơle RL chưa có điện, tiếp điểm T

ở trạng thái đóng, T

ở trạng thái

mở.

Hình 3.7: Nguyên lý hoạt động của

rơle thời gian kiểu OFF-DELAY

Hệ thống tiếp

điểm có thời gian

Hệ thống tiếp điểm

không thời gian

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 57

Khi đóng khoá SW, tụ điện C sẽ được

nạp cho tới khi điện áp trên tụ C bằng điện

áp định mức của rơle RL thì rơle sẽ tác

động. Khi đó tiếp điểm T

sẽ chuyển sang

trạng thái mở còn T

chuyển sang trạng

thái đóng (hệ thống tiếp điểm tác động có

thời gian lần thứ nhất).

Khi ngắt khóa SW, tụ C phóng điện

qua rơle RL, duy trì trạng thái hiện tại của

các tiếp điểm T

và T

thêm một thời gian

nữa. Cho đến khi điện áp trên tụ nhỏ hơn

điện áp định mức của rơle thì rơle ngừng

hoạt động. Lúc này tiếp điểm T

chuyển

sang trạng thái đóng còn T

chuyển sang

trạng thái mở. Hệ thống trở lại trạng thái

ban đầu (Hệ thống tiếp điểm tác động có

thời gian lần thứ hai).

Như vậy, các tiếp điểm T

và T

đều

chuyển trạng thái (tác động trễ) ở cả hai

thời điểm đóng (ON) và mở (OFF). Với nguyên lý tác động của hệ thống tiếp điểm trên ta

có tên gọi tiếp điểm T

là tiếp điểm thường đóng-mở-đóng chậm và T

là tiếp điểm thường

mở-đóng-mở chậm.

Tóm lại: Tại thời điểm cấp nguồn cho rờ le thì hệ thống tiếp điểm không thời gian tác

động tức thời (tiếp điểm thường mở sẽ đóng lại, tiếp điểm

thường đóng sẽ mở ra), hệ thống tiếp điểm có thời gian giữ

nguyên trạng thái ban đầu (tiếp điểm thường đóng-mở-đóng

chậm vẫn đóng, tiếp điểm thường mở-đóng-mở chậm vẫn

mở). Sau một thời gian đếm T

đã chỉnh định trước thì hệ

thống tiếp điểm có thời gian mới bắt đầu tác động (tiếp điểm

thường đóng-mở-đóng chậm bắt đầu mở ra, tiếp điểm

thường mở-đóng-mở chậm đóng lại), hệ thống tiếp điểm

không thời gian vẫn giữ nguyên trạng thái tác đông trước

đó. Trạng thái tác động của hai hệ thống tiếp điểm trên sẽ

giữ trạng thái tác động khi rờ le có điện. Khi rờ le mất điện

thì hệ thống tiếp điểm không thời gian sẽ lập tức trở về trạng

thái ban đầu, hệ thống tiếp điểm có thời gian vẫn giữ trạng

thái tác động. Bây giờ rờ le mới bắt đếm thời gian trì hoãn

OFF

, khi rờ le đếm đến thời gian trì hoãn đã chỉnh định trước

đó thì tiếp điểm có thời gian mới trở về trạng thái ban đầu (tiếp điểm thường đóng-mở-

đóng chậm bắt đầu trở về trạng thái ban đầu là đóng lại, tiếp điểm thường mở-đóng-mở

chậm bắt đầu mở ra).

Hình 3.8: Nguyên lý hoạt động của

rơle thời gian kiểu ON/OFF-DELAY

Hệ thống tiếp

điểm có thời gian

Hệ thống tiếp

điểm không thời

Hình 3.9: Sơ đồ chân của

rờ le thời gian điện tử

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 58

* Các điểm cần lưu ý đối với rờ le thời gian điện tử

Thời gian trì hoãn trên rờ le thời gian điện tử có thể từ vài giấy đến hàng trăm giờ.

Rờ le thời gian điện tử được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp với 2 tiếp điểm có thời

gian và 2 tiếp điểm không thời gian.

Trên mỗi khối rờ le đều có ghi sơ đồ chân của rờ le, thông thường các loại rờ le thời gian

điện tử đều có 8 chân đấu dây được đánh số từ số 1 đến số 8. Trong đó, chân số 2 và chân

số 7 là 2 đầu đấu dây của cuộn dây rờ le, chân số 8 và chân số 6 là 2 đầu dấu dây của tiếp

điểm thường mở có thời gian, chân số 8 và chân số 5 là 2 đầu dấu dây của tiếp điểm thường

đóng có thời gian, chân số 1 và chân số 3 là 2 đầu dấu dây của tiếp điểm thường mở không

thời gian, chân số 1 và chân số 4 là 2 đầu dấu dây của tiếp điểm thường đóng không thời

gian.

Khi đấu dây các tiếp điểm của rờ le cần lưu ý các chân đấu dây chung số 8 và số 1.

Điều kiện để mạch hoạt động được là cầu phân áp gồm biến trở VR, điện trở thuần của

cuộn dây rơle và điện áp nguồn phải được chọn sao cho điện áp rơi trên cuộn dây rơle tối

thiểu phải bằng điện áp định mức của nó.

đmRL

UR.

RVR

U 





(3.1)

Biến trở VR được dùng để thay đổi thời gian tác động trễ của rơle thời gian.

Rờ le thời gian điện tử có thể hoạt động được ở chế độ nguồn điện một chiều (DC) và

xoay chiều (AC) theo trị số định mức của nhà sản xuất.

* Kí hiệu rờ le thời gian điện tử trên bản vẽ điện

Trên bản vẽ kỹ thuật cuộn dây và hệ thống tiếp điểm của rờ le thời gian được ký hiệu

như sau:

Hình 3.10: Kí hiệu cuộn dây và hệ thống tiếp điểm của rờ le thời

gian điệ ử

ON DELAY

OFF DELAY

ON/OFF DELAY

Cuộn hút

TĐ không t/gian

Cuộn hút

TĐ không t/gian

TĐ có t/gian

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 59

Cuộn hút và các tiếp điểm của rơle thời gian thường được kí hiệu như sau: Khi vẽ tiếp

điểm có thời gian của rờ le thời gian điện tử ta vẽ cung tròn sao cho khi tiếp điểm tác động

phải theo quy tắc hút về tâm của cung tròn.

* Giản đồ biểu diễn sự tác động của các tiếp điểm của rờ le thời gian điện tử theo thời

gian

Qua việc khảo sát nguyên lý hoạt động của một số loại rơle thời gian ở trên, ta có được

giản đồ thời gian mô tả hoạt động của các tiếp điểm trên ba kiểu rơle thời gian thông thường

ON DELAY, OFF DELAY, ON/OFF DELAY. Khi cuộn hút có nguồn (ON) và không có

nguồn (OFF) ở hình 3.11.

: thời gian trễ tác động

OFF

: thời gian trễ ngắt

Hình 3.11: Giản đồ thời gian của rờ le thời gian điện tử

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 60

3.1.2. Rơ le điều nhiệt

3.1.2.1. Khái niệm chung

Rơle điều nhiệt là một loại khí cụ điện thường dùng

để đóng, ngắt thiết bị gia nhiệt khi nhiệt độ đạt đến một

giá trị nào đó đã được chỉnh định trước. Trong mạch điện

công nghiệp rơle điều nhiệt thường được dùng để khống

chế nhiệt độ của hệ thống lò sấy điện hay bảo vệ an toàn

cho thiết bị khi bị quá nhiệt, …

Có hai cách phân loại rơle điều nhiệt.

 Rơle điều nhiệt kiểu khí nén (dùng trong máy

lạnh).

 Rơle điều nhiệt mạch điện tử.

 Rơle điều nhiệt chỉ thị số.

 Rơle điều nhiệt chỉ thị kim.

3.1.2.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của rơle điều nhiệt

a) Cấu tạo

Với yêu cầu chính xác, độ nhạy và mức độ tin cậy cao nên hiện nay người ta thường

dùng rơle điều nhiệt điện tử. Rơle điều nhiệt điện tử bao gồm những phần chính sau:

 Đầu cảm biến.

 Núm chỉnh nhiệt độ.

 Bộ phận hiển thị.

 Hệ thống tiếp điểm

b) Nguyên tắc làm việc như sau:

Đầu cảm biến được đưa vào vùng cần đo hoặc cần khống chế nhiệt độ. Khi nhiệt độ thay

đổi làm cho điển trở của đầu cảm biến thay đổi, kéo theo sự thay đổi điện áp đầu ra của bộ

khuyếch đại và chuyển đổi tín hiệu. Như vậy tín hiệu nhiệt độ đã biến thành tín hiệu điện.

Tín hiệu điện sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu số sau đó đưa ra bộ phận hiển thị.

Khi đầu cảm biến nhiệt độ cảm nhận một nhiệt độ đạt đến nhiệt độ đã chỉnh định trước

đó thì hệ thống tiếp điểm của rờ le điều nhiệt sẽ tác động. Khi nhiệt độ mà đầu cảm biến

cảm nhận nhỏ hơn nhiệt độ chỉnh định thì hệ thống trở về trạng thái ban đầu.

Một số thông số kỹ thuật của rơle điều nhiệt: Khi lựa chọn rơle điều nhiệt để lắp đặt ta

cần chú ý các thông số kỹ thuật sau:

 Điện áp nguồn cung cấp.

 Dòng điện định mức.

 Dãy nhiệt độ hoạt động.

 Phương thức hiển thị nhiệt độ.

 Độ chính xác

Hình 3.12: Rờ le điều nhiệt

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 61

3.2. Rờ le áp suất, rờ le mức nước

3.2.1. Rơ le áp suất

3.2.1.1. Khái niệm

Rơ le áp suất hay còn gọi là ông tắc áp suất là một thiết bị có chức năng điều tiết và

kiểm soát áp suất trong đường ống dẫn. Nó chuyển đổi các tín hiệu áp suất thành ra sự

đóng ngắt (ON/OFF) của mạch điện. Tùy vào mỗi hệ thống hoạt động với quy mô, công

suất, kết cấu mà số lượng công tắc áp suất cần lắp đặt có thể dao động từ một đến nhiều

cái khác nhau. Vì một công tắc chỉ liên quan đến việc điều chỉnh tại một điểm đặt hoạt

động đã chọn trước. Công tắc áp suất hay Rơle áp suất được dùng phổ biến trong việc đóng

ngắt hoạt động máy bơm, hệ thống máy nén khí, hệ thống lạnh, PCCC, cấp thoát nước, ...

Với các rơle áp suất nước, hoạt động chủ yếu của chúng ở các máy bơm nước giếng

đào, giếng khoan. Trong khi đó, công tắc áp suất khí nén là bộ phận không thể thiếu ở các

máy nén khí. Ngoài ra, rơ le áp lực còn được ứng dụng vào hệ thống bơm nước trong

chuyển đổi dòng điện cao, hay lắp trên các bảng áp suất của cửa trượt. Hoạt động kiểm

soát sạc các tế bào bên trong pin, kích hoạt báo động trong trường hợp áp suất máy bay,

trực thăng giảm, ...

3.2.1.2. Một số lưu ý về việc sử dụng công tắc áp suất

Tuổi thọ của công tắc áp suất:

Mức độ thường xuyên được kích hoạt của công tắc áp suất sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ,

thời gian ngừng hoạt động của hệ thống và lịch trình sửa chữa. Nói chung, công tắc áp suất dạng

màng sẽ có tuổi thọ cao nhất, tiếp theo là kiểu piston và núm vặn. Tuổi thọ thực tế của một công

tắc áp suất sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau bao gồm tốc độ chu trình (công tắc áp suất

dạng màng hoạt động rất giống như lò xo, do đó cần tránh chu kỳ cao), áp suất tối thiểu và tối đa,

điểm cài đặt, tốc độ thay đổi áp suất, sốc thủy lực, và tải hiên tại (amp) lên công tắc điện.

Điểm chết của công tắc áp suất:

Điểm chết là sự chênh lệch giữa điểm khởi động và điểm khởi động lại trong một công tắc áp

suất. Nếu thiết lập điểm chết quá nhỏ, thì công tắc sẽ liên tục mở và đóng chỉ với những thay đổi

nhỏ trong áp suất đầu vào của quá trình. Điều này được hiểu như là “thiếu độ chính xác” và là một

nguyên nhân chính gây ra việc công tắc áp suất không còn có chức năng hoạt động theo đúng thiết

kế của nó.

Dãy áp suất:

Các điểm cài đặt tối thiểu và tối đa của công tắc áp suất cũng như áp suất vận hành hệ thống tối

đa và áp suất thiết kế hệ thống tối đa phải được xác định. Điểm điều chỉnh deadbands có thể được

đặt ở 10-50% trong phạm vi. Đối với công tắc áp suất chênh áp, áp suất tĩnh hoặc “làm việc” là

cần thiết.

Điểm công tắc chuyển đổi:

Thường là chỉ cần một điểm chuyển đổi, tuy nhiên, hệ thống không yêu cầu hai hoặc thậm chí

là bốn điểm chuyển đổi (ví dụ: cao, thấp, cao-cao, thấp-thấp) được giám sát, kiểm soát hoặc báo

động. Khi lựa chọn công tắc áp suất, người ta có thể chọn một công tắc đơn cho mỗi điểm chuyển

đổi hoặc một công tắc đơn có khả năng xử lý tới 4 điểm chuyển đổi riêng biệt.

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 62

3.2.1.2. Một số rơ le áp suất thường gặp:

a. Công tắc áp suất đơn:

Trong công tắc áp suất đơn được phân ra công tắc áp suất thấp và công tắc áp suất cao. Cụ thể

như sau:

Công tắc áp suất thấp:

Công tắc áp suất thấp là loại công tắc hoạt động ở áp suất bay hơi và ngắt mạch điện của máy

nén khí áp suất giảm xuống quá mức cho phép để bảo vệ máy nén và đôi khi để điều chỉnh năng

suất lạnh. Hình bên giới thiệu về nguyên lý cấu tạo và hoạt động của công tắc áp suất thấp kiểu

KP1, 1A, 2 của Danfoss.

Trong đó: 1. Vít đặt áp suất thấp LP; 2.

Vít đặt vi sai LP; 3. tay đòn chính; 7. Lò xo

chính; 8. Lò xo vi sai; 9. Hộp xếp dãn nở; 10.

Đầu nối áp suất thấp; 12. Tiếp điểm; 13. Vít

đấu dây điện; 14. Vít nối đất; 15. Lối đưa dây

điện vào; 16. Cơ cấu lật để đóng mở tiếp điểm

dứt khoát; 18. tấm khóa; 19. Tay đòn; 23.

Vấu đỡ; 30. Nút reset; Đối với công tắc áp

suất cao 5. Vít đặt áp suất cao HP; 11. Đầu

nối áp suất cao.

Nguyên lý hoạt động:

Bằng cách vặn vít 1 và vít 2 ta có thể đặt được áp suất thấp ngắt và đóng của công tắc

áp suất. Ví dụ khi đặt áp suất thấp đóng mạch là 2 bar và vi sai là 0.4 bar thì áp suất giảm

đến 1.6 bar sẽ ngắt mạch (OFF) và khi áp suất trong hệ thống tăng đến 2.0 bar công tắc áp

suất sẽ nối mạch cho máy nén hoạt động trở lại (ON). Ở đây mạch 1-4 là ON và 1-2 là

OFF. Tay còn chỉnh 3 mang cơ cấu lật 16 và tiếp điểm 2 được dẫn tới đáy của hộp xếp 9.

Tay đòn nối cơ cấu lật 16 tới lò xo phụ chỉ có thể xoay quanh một chốt cố định ở khoảng

giữa tay đòn. Vì thế tiếp điểm chỉ có 2 vị trí cân bằng. Hộp xếp chỉ có thể dịch chuyển khi

áp suất vượt qua giá trị ON và OFF. Vị trí của cơ cấu lật tác động lên cơ cấu này với 2 lực,

lực thứ nhất là từ hộp xếp trừ đi lực của lò xo chính, và lực thứ hai là lực kéo của lò xo vi

sai.

Trên hình tiếp điểm đang ở vị trí ON (1-4). Khi tiếp điểm chuyển sang (1-2) là vị trí

OFF. Bây giờ áp suất trong hộp xếp giảm, hầu như không có chi tiết nào trong công tắc áp

suất chuyển động. Chỉ khi nào áp suất trong hộp xếp giảm xuống dưới mức cho phép, hộp

xếp co lại, tay đòn 3 bị kéo xuống dưới đủ mức làm cho cơ cấu lật 16 đột ngột thay đổi vị

trí, tiếp điểm 1 đột ngột rời 4 bật xuống 2 (OFF), máy nén lạnh ngưng chạy. Khi áp suất

tăng lên và vượt giá trị cho phép, nhờ cơ cấu lật, tay đòn 3 lại đột ngột thay đổi vị trí tiếp

điểm 1 sang 4 (ON).

Công tắc áp suất cao:

Công tắc áp suất cao loại công tắc áp suất hoạt động ở áp suất ngưng tụ của môi chất

lạnh và ngắt mạch điện khi áp suất vượt mức cho phép để bảo vệ máy nén. Công tắc áp

suất cao hoạt động ở áp suất ngưng tụ và ngắt mạch điện của máy nén cũng như các thiết

bị có liên quan. Nguyên tắc cấu tạo của công tắc áp suất cao cũng tương tự như công tắc

Hình 3.13: Rờ le áp suất thấp

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 63

áp suất thấp nhưng các tiếp điểm được bố trí ngược lại. Khi áp suất đầu đẩy máy nén tăng

vượt quá giá trị áp suất cho phép (giá trị cài đặt trên công tắc áp suất), công tắc áp suất mở

tiếp điểm ngắt mạch điện cung cấp cho máy nén để bảo vệ. Khi áp suất giảm xuống dưới

giá trị áp suất cài đặt trừ đi vi sai thì công tắc áp suất cao lại tự động đóng mạch cho máy

nén hoạt động trở lại.

Tuy nhiên, do yêu cầu về an toàn người ta chia công tắc áp suất cao làm 3 loại:

Công tắc áp suất cao thường là loại vừa giới thiệu trên. Ngoài ra còn có 2 loại an toàn

cao hơn, không đóng mạch cho máy nén làm việc trở lại như sau:

Công tắc áp suất cao có giới hạn áp suất, đặc điểm là có nút reset bằng tay trên vỏ máy.

Khi đã ngắt (OFF) công tắc áp suất không tự động đóng mạch lại được mà phải có tác động

ấn nút reset của người vận hành máy.

Công tắc áp suất cao có giới hạn áp suất an toàn, đặc điểm là có tay đòn reset nằm trong

vỏ máy. Khi ngắt mạch điện máy nén (OFF), công tắc áp suất không tự động đóng mạch

lại được mà người vận hành máy phải kiểm tra nguyên nhân tăng áp suất, mở nắp công tắc

áp suất và dùng dụng cụ để đưa tay đồn reset trở lại vị trí ban đầu.

b. Công tắc áp suất kép:

Công tắc áp suất kép gồm công tắc áp suất cao và công tắc áp suất thấp được tổ hợp

chung lại trong một vỏ thực hiện chức năng của cả hai công tắc áp suất, ngắt điện cho máy

nén lạnh khi áp suất cao vượt quá mức cho phép và khi áp suất thấp hạ xuống dưới mức

cho phép. Việc đóng điện lại cho máy nén khi áp suất cao giảm xuống và áp suất thấp tăng

lên trong phạm vi an toàn cũng được thực hiện tư động, bằng tay với nút nhấn reset ngoài

hoặc bằng tay với tay đòn reset phía trong vỏ như đã mô tả ở trên. Công tắc áp suất kép

được sản xuất cho cả môi chất freon và amoniac. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và làm việc của

chúng là giống nhau. Kết cấu của công tắc áp suất amoniac đảm bảo độ bền vững chống

ăn mòn và làm việc an toàn trong các phòng dễ

gây nổ.

Trong đó: 1. Vít đặt áp suất thấp (LP); 2. Ví t

đặt vi sai Δp (LP); 3. tay đòn chính; 5. Vít đặt áp

suất cao (HP); 7. Lò xo chính; 8. Lò xo vi sai; 9.

Hộp xếp giãn nở; 10. đầu nối áp suất thấp; 11. Đầu

nối áp suất cao; 12. Tiếp điểm; 13. Vít đấu dây

điện; 14. Vít nối đất; 15. Lối luồn dây điện; 16. Cơ

cấu lật để đóng mở tiếp điểm nhanh và dứt khoát;

18. Tấm khóa; 19. tay đòn; 30. Nút reset.

c. Công tắc hiệu áp suất dầu:

Công tắc hiệu áp dầu sử dụng trong kỹ thuật lạnh chủ yếu để bảo vệ sự bôi trơn hoàn

hảo của máy nén. Do áp suất trong khoang cacte máy nén luôn thay đổi do đó một áp suất

dầu không đổi nào đó không thể đảm bảo an toàn cho việc bôi trơn máy nén, chính vì vậy

hiệu áp suất (áp suất dầu trừ áp suất cacte hay áp suât p0) mới là đại lượng đánh giá chính

xác chế độ bôi trơn yêu cầu của máy nén. Hiệu áp suất dầu cần thiết do nhà chế tạo máy

Hình 3.14: Rờ le áp suất kép

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 64

nén quy định, thường Δp ≥ 0,7 bar. Khi hiệu áp dầu thấp hơn mức quy định, công tắc hiệu

áp dầu ngắt mạch để bảo vệ máy nén.

Vì khi khởi động máy nén, hiệu áp dầu bằng 0 nên lúc này có bộ phận nối tắt qua công

tắc áp suất, khoảng 45 giây sau khởi động, hiệu áp dầu được xác lập, bộ phận nối tắc sẽ

ngắt mạch. Bộ nối tắt được điều khiển bằng rơ le thời gian. Khi làm việc, công tắc hiệu áp

suất dầu đóng mở chỉ phụ thuộc vào giá trị hiệu áp

Δp = áp suất dầu từ bơm trừ đi áp suất hút hay áp

suất cacte, mà hoàn toàn không phụ thuộc vào áp

suất dầu cũng như áp suất cacte.

Trong đó: 1. Đầu nối với áp suất phía hệ thống

dầu bôi trơn; 2. Đầu nối với áp suất hút hoặc cacte

máy nén (LP); 3. Đĩa đặt hiệu áp; 4. Nút reset; 5.

Bộ phận thử nghiệm

Thuật ngữ dùng cho công tắc áp suất dầu:

 Phạm vi hiệu áp (diffrential range) hiệu áp bất kỳ giữa áp suất dầu và áp suất cacte

nằm trong phạm vi hiệu áp của công tắc áp suất có thể tác động đóng mở công tắc áp suất

gọi là phạm vi hiệu áp.

 Số đọc trên thang đo (scale reading) là hiệu áp giữa áp suất dầu và áp suất cacte

đúng vào thời điểm tiếp điểm đóng mạch cho rơ le thời gian khi áp suất dầu giảm.

 Phạm vi hoạt động (operating range) là phạm vi áp suất thấp (nối với đầu nối LP)

mà công tắc áp suất hoạt động được.

 Vi sai tiếp điểm (contact differential) là độ tăng áp suất vượt hiệu áp suất đặt (số

đọc trên thang đo) cần thiết để ngắt dòng rơ le thời gian.

 Thời gian trễ ngắt (release time) là thời gian mà công tắc áp suất hiệu áp cho phép

máy nén làm việc với áp suất dầu quá thấp giữa khoảng thời gian khởi động và làm việc.

3.2.2. Rờ le mức nước

Relay mực nước là bộ điều khiển dùng để đo lượng chất lỏng chứa trong bình chứa, bồn

chứa, hồ chứa…

3.3. Cảm biến

3.3.1. Khái niệm chung

3.3.1.1. Khái niệm

Cảm biến là các phần tử nhạy cảm dùng để biến đổi các đại lượng đo lường, kiểm tra

hay điều khiển từ dạng này sang dạng khác thuận tiện hơn cho việc tác động của các phần

tử khác. Cảm biến là một thiết bị chịu tác động của đại lượng cần đo m không có tính chất

điện và cho một đặc trưng mang bản chất điện (như điện tích, điện áp, dòng điện, trở kháng)

kí hiệu là s có s = F(m). Cảm biến thường dùng ở khâu đo lường và kiểm tra.

Các loại cảm biến được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa các quá trình sản xuất và

điều khiển tự động các hệ thống khác nhau. Chúng có chức năng biến đổi sự thay đổi liên

Hình 3.15: Rờ le áp suất dầu

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 65

tục các đại lượng đầu vào (đại lượng đo lường - kiểm tra, là các đại lượng không điện nào

đó thành sự thay đổi của các đại lượng đầu ra là đại lượng điện, ví du: điện trở, điện dung,

điện kháng, dòng điện, tần số, điện áp rơi, góc pha, ...

Căn cứ theo dạng đại lượng đầu vào người ta phân ra các loại cảm biến như: cảm biến

chuyển dịch thẳng, chuyển dịch góc quay, tốc độ, gia tốc, mô men quay, nhiệt độ, áp suất,

quang, bức xạ, ...

3.3.1.2. Các thông số cơ bản của cảm biến

a) Độ nhạy





(3.2)

Với: Y: gia số đại lượng đầu vào

X: gia số đại lượng đầu ra

Cảm biến có thể là tuyến tính nếu S

= const hoặc là phi tuyến nếu S

= var. Cảm biến

phi tuyến có độ nhạy phụ thuộc vào giá trị đại lượng vào (X).

b) Sai số

Sự phụ thuộc của đại lượng ra Y vào đại lượng đầu vào X gọi là đặc tính vào ra của cảm

biến. Sự sai khác giữa đặc tính vào ra thực với đặc tính chuẩn (đặc tính tính toán hay đặc

tính cho trong lí lịch) được đánh giá bằng sai số.

Phân làm hai loại sai số:

+ Sai số tuyệt đối: ∆X = X' −X; X': giá trị đo được; X: giá trị thực.

Các nguyên nhân ảnh hưởng tới sai số: Có nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan

ảnh hưởng tới sai số, trong thực tế người ta đưa ra các tiêu chuẩn và các điều kiện kĩ thuật

để hạn chế mức độ ảnh hưởng này trong phạm vi cho phép. Sai số ở giá trị định mức do

yếu tố của bên ngoài gọi là sai số cơ bản. Nếu yếu tố của bên ngoài vượt ra khỏi giới hạn

định mức thì xuất hiện sai số phụ. Để giảm sai số phụ phải giảm độ nhạy của cảm biến với

yếu tố ngoài hoặc hạn chế ảnh hưởng của chúng bằng màn chắn hay môi trường khác.

c) Các yêu cầu của cảm biến

Muốn có độ nhạy cao, sai số nhỏ, cảm biến cần có các tính chất sau:

+ Có dải thay đổi đại lượng vào cần thiết.

+ Thích ứng và thuận tiện với sơ đồ đo lường, kiểm tra.

+ Ảnh hưởng ít nhất đến đại lượng đầu vào.

+ Có quán tính nhỏ.

Hiện nay có rất nhiều loại cảm biến, chúng làm việc theo nhiều nguyên lí khác nhau, do

vậy kết cấu của cảm biến rất đa dạng và phong phú.

d) Phân loại cảm biến

Có thể phân các cảm biến làm hai nhóm chính: là cảm biến tham số (thụ động) và cảm

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 66

biến phát (chủ động hay tích cực).

* Nhóm phát (làm việc như một máy phát hình 3.13) bao gồm các loại cảm biến sử dụng

hiệu ứng cảm ứng điện từ, hiệu ứng điện áp, hiệu ứng Holl và sự xuất hiện sức điện động

của cặp nhiệt ngẫu, tế bào quang điện.

+ Hiệu ứng cảm ứng điện từ: trong một dây dẫn chuyển động trong một từ trường không

đổi sẽ xuất hiện một sức điện động tỉ lệ với từ thông cắt ngang dây trong một đơn vị thời

gian, nghĩa là ti lệ với tốc độ dịch chuyển của dây dẫn. Hiệu ứng cảm ứng điện từ được

ứng dụng để xác định tốc độ dịch chuyển của vật thông qua việc đo sức điện động cảm

ứng.

+ Hiệu ứng quang phát xạ điện tử: là hiện tượng các điện tử được giải phóng thoát ra

khỏi vật liệu tạo thành dòng được thu lại dưới tác dụng của điện trường.

+ Hiệu ứng quang điện trong chất bán dẫn: là hiện tượng khi một chuyển tiếp P - N

được chiếu sáng sẽ phát sinh ra các cặp điện tử - lỗ trống, chúng chuyển động dưới tác

dụng của điện trường chuyển tiếp làm thay đổi hiệu điện thế giữa hai đầu chuyển tiếp.

+ Hiệu ứng Holl: trong vật liệu (thường là bán dẫn) dạng tấm mỏng có dòng điện chạy

qua đặt trong từ trường B có phương tạo thành một góc với dòng điện I sẽ xuất hiện một

hiệu điện thế U theo hướng vuông góc với B và I. Hiệu ứng Holl được ứng dụng để xác

định vị trí của một vật chuyển động. Vật sẽ được ghép nối cơ học với một thanh nam châm,

ở mọi thời điểm vị trí của thanh nam châm xác định giá trị của từ trường và góc lệch tương

ứng với tấm bán dẫn mỏng làm trung gian. Hiệu điện thế đo được giữa hai cạnh tấm bán

dẫn trong trường hợp này (gián tiếp) là hàm phụ thuộc vị trí của vật trong

không gian.

Cảm biến loại này là cảm biến tích cực vì trong trường hợp này nguồn của dòng điện I

(chứ không phải đại lượng cần đo) cung cấp năng lượng liên quan đến tín hiệu đo.

+ Hiệu ứng điện áp: khi tác dụng lực cơ học lên một vật làm bằng vật liệu áp điện (như

thạch anh) sẽ gây nên biến dạng của vật đó và làm xuất hiện lượng điện tích bằng nhau

nhưng trái dấu nhau trên các mặt đối diện của vật (là hiệu ứng điện áp). Hiệu ứng này được

ứng dụng để xác định lực hoặc các đại lượng gây nên lực tác dụng vào vật liệu áp điện

(như áp suất, gia tốc, ...) thông qua việc đo điện áp trên hai bản cực tụ điện.

Ngoài ra còn cảm biến nhiệt điện, cảm biến hóa điện, ...

* Cảm biến tham số (thụ động): thường được chế tạo từ những trở kháng có một trong

các thông số chủ yếu nhạy với đại lượng cần đo. Một mặt giá trị của trở kháng phụ thuộc



Hình 3.13: Cảm biến phát: a) Hiệu ứng điện áp; b) Hiệu ứng hóa điện

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 67

vào kích thước hình học của mẫu, nhưng mặt khác nó còn phụ thuộc vào tính chất điện của

vật liệu như: điện trở suất, từ thẩm, hằng số điện môi. Vì vậy giá trị của trở kháng thay đổi

dưới tác dụng của đại lượng đo ảnh hưởng riêng biệt đến tính chất hình học, tính chất điện

hoặc đồng thời ảnh hưởng cả hai. Thông số hình học hoặc kích thước của trở kháng có thể

thay đổi nếu cảm biến có phần tử chuyển động hoặc phần tử biến dạng.

+ Trường hợp khi có phần tử động thì mỗi vị trí của phần tử sẽ tương ứng với một giá

trị trở kháng, đo trở kháng sẽ xác định được vị trí đối tượng. Đây là nguyên lí nhiều cảm

biến như cảm biến vị trí, cảm biến dịch chuyển.

+ Trường hợp cảm biến có phần tử biến dạng, thì sự biến dạng gây nên bởi lực hoặc các

đại lượng dẫn đến lực (áp suất, gia tốc) tác dụng trực tiếp hoặc gián tiếp lên cảm biến làm

thay đổi trở kháng. Sự thay đổi trở kháng liên quan đến lực tác động lên cấu trúc, nghĩa là

tác động của đại lượng cần đo được biến đổi thành tín hiệu điện (hiệu ứng áp trở).

Trở kháng của cảm biến thụ động và sự thay đổi của trở kháng dưới tác dụng của đại

lượng cần đo chỉ có thể xác định được khi cảm biến là một thành phần của mạch điện.

Trong thực tế tùy từng trường hợp cụ thể mà người ta chọn mạch đo thích hợp với cảm

biến.

3.3.2. Cảm biến điện trở

3.3.2.1. Khái niệm

Cảm biến điện trở có đại lượng đầu vào là các đại lượng cơ: chuyển dịch cơ học thẳng

hoặc chuyển dịch góc quay (hình 3.14), áp lực, độ biến dạng, ...

Còn đại lượng đầu ra là điện trở hoặc sự thay đổi điện trở của cảm biến. Theo kết cấu

cảm biến điện trở có các loại:

- Cảm biến điện trở dây quấn.

- Cảm biến điện trở tiếp xúc.

- Cảm biến điện trở biến dạng (tenzô).

3.3.2.2. Cảm biến điện trở dây quấn

Nguyên lí loại này hoàn toàn giống một biến trở trong phòng thí nghiệm. Nếu cơ cấu đo

(phần tử chuyển dịch) được liên hệ về cơ với tiếp điểm động (con trượt biến trở), thì sự

Hình 3.14: Cảm biến điện trở

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 68

chuyển dịch của tiếp điểm động sẽ phụ thuộc chuyển dịch của cơ cấu đo (lượng vào) dẫn

đến điện trở đầu ra của cảm biến (lượng ra) thay đổi tương ứng. Tiếp điểm động có thể

chuyển động thẳng hoặc quay (hình 3.14).

Cấu tạo: Các bộ phận chính của cảm biến gồm:

+ Khung của cảm biến thường bằng vật liệu cách điện, chịu nhiệt như ghetinắc, técxtôlít,

sứ hoặc kim loại có phủ lớp cách điện, cách nhiệt bên ngoài. Tiết diện ngang của khung có

thể không đổi (cảm biến tuyến tính) hoặc thay đổi (cảm biến phi tuyến).

+ Dây điện trở: làm bằng kim loại ít bị ôxy hóa có điện trở ít thay đổi theo thời gian và

theo nhiệt độ như côngstăngtan, vonfram, maganin, ... Bên ngoài dây được phủ một lớp

sơn cách điện hoặc lớp oxit và một lớp sơn để gắn chặt dây quấn với khung. Độ lớn của

dây quấn phụ thuộc vào độ chính xác yêu cầu của cảm biến. Đối với cảm biến có độ chính

xác cao, dây có đường kính từ 0,03mm đến 0,1 mm, loại có độ chính xác thấp thì đường

kính dây từ 0,1mm đến 0,4 mm.

+ Tiếp điểm: được làm bằng kim loại có tính dẫn điện tốt, chịu mài mòn và có điện trở

tiếp xúc nhỏ, bề rộng tiếp xúc trên cuộn dây bằng 2 đến 3 lần đường kính dây. Dải này

được tạo ra bằng cách dùng giấy nhám mỏng đánh bóng trên cuộn dây. Lực ép lên tiếp

điểm bằng 0,5g đến 15 g.

3.3.2.3. Cảm biến tuyến tính

Thường được nối một cách đơn giản bằng ba cách như hình 3.15.

Chú ý: nếu nối cảm biến theo sơ đồ a) và b) hình 3.15 thì cực tính điện áp ra của cảm

biến không thay đổi, nếu nối theo sơ đồ c) có thể thay đổi được điện áp ra lớn nhất giảm

còn U

/2 nhưng ở cực tính điện áp ra vẫn bằng U

, có nghĩa là độ nhạy cảm biến tăng lên

hai lần. Tuy nhiên cấu tạo cảm biến theo sơ đồ này sẽ phức tạp hơn. Ngoài các loại như

hình 6.3 a, b, c còn dùng sơ đồ kiểu cảm biến kép góc quay.

Thông thường để tăng độ nhạy của cảm biến người ta nâng cao điện áp làm việc U

Việc này dẫn đến tăng công suất tiêu tán của cảm biến. Độ nhạy cực đại phụ thuộc vào

công suất cho phép lớn nhất P

max

của điện trở cảm biến R

được xác định theo công thức

Hình 3.15: Cảm biến điện trở tuyến tính

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 69

max

0max

max

R.P

S 

(3.3)

Trong đó: x

max

là độ dịch chuyển lớn nhất của tiếp điểm động

3.3.2.4. Cảm biến phi tuyến

Trong kĩ thuật ngoài cảm biến điện trở tuyến tính còn cần cả những cảm biến điện trở

phi tuyến là loại có đặc tính quan hệ U

= f(x) dạng phi tuyến. Để tạo ra loại cảm biến có

quan hệ U

= f(x) theo yêu cầu cho trước có thể thực hiện theo các phương pháp sau:

a) Thay đổi đường kính dây quấn.

b) Thay đổi bước dây quấn.

c) Thay đổi tiết diện ngang của khung dây.

d) Mắc điện trở sun vào từng phân đoạn của cảm biến tuyến tính có trị số khác nhau.

Thực tế phương pháp a và b rất khó thực

hiện do công nghệ chế tạo, chỉ có hai phương

pháp sau thường được sử dụng. Phương pháp

thay đổi tiết diện ngang của khung dây thường

để đơn giản cho chế tạo. Người ta sử dụng dây

quấn tiết diện không đổi và bề mặt khung như

nhau suốt chiều dài khung (như hình 6.4).

Trong đó:

là chiều cao khung tại vị trí x.

l: chiều dài làm việc của cảm biến.

W: số vòng dây.

R0 là điện trở toàn bộ của cảm biến.

S là tiết diện dây quấn.

là điện trở ứng với vị trí x.

3.3.2.5. Cảm biến điện trở tiếp xúc (biến trở than)

Dựa trên nguyên lí sự thay đổi điện trở tiếp xúc giữa các hạt than khi lực ép lên (áp lực)

trên chúng thay đổi.

Cấu tạo: gồm các hạt than được kết dính theo một phương pháp nhất định thành các đĩa

đường kính từ 5 đến 30 mm dày 1mm đến 2mm. Mỗi cảm biến gồm 10 đến 15 đĩa than

xếp chồng lên nhau và có điện trở khoảng vài chục Ôm. Để tăng độ ổn định khi làm việc

cảm biến được đặt dưới áp suất ban đầu (khi không tải) khoảng 20kg/cm

, áp suất lớn nhất

khi làm việc (có tải) đến (50 ÷ 60) kg/cm

thì điện trở cảm biến giảm (20 ÷ 30)%. Đại

lượng vào là lực F ra là R

đặc tính vào ra như hình 3.17.

Quan hệ R

= f(F) mô tả theo công thức:

Hình 3.16: Cảm biến điện trở phi tuyến

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 70

R 

(3.4)

Trong đó: K: hệ số phụ thuộc vật liệu đĩa than

m: hệ số phụ thuộc dạng tiếp xúc

: điện trở tới hạn với áp lực ép tới

Nếu cảm biến gồm n đĩa thì:

 

1nR 

(3.5)

Quan hệ R

= f(F) là phi tuyến khi F

tăng đến một giá trị nào đó thì R

không

giảm nữa và có tính chất trễ như đặc tính

hình 6.5 là do tính chất không đàn hồi của

vật liệu tạo nên. Đây là một nguyên nhân

gây ra sai số, ngoài ra khi nhiệt độ  tăng

thì điện trở cảm biến giảm ( tăng do môi

trường hoặc do tổn hao trong cảm biến).

Ưu điểm: đơn giản, chất tạo từ vật liệu

rẻ tiền, công suất tương đối lớn tới hàng

trăm W và dòng qua đến vài A, không cần

cơ cấu khuếch đại. Thường dùng đo áp lực

và trong các bộ phận tự động điều chỉnh

điện áp máy phát một chiều và xoay chiều.

3.3.2.6. Cảm biến kiểu biến dạng (tenzô)

Ta biết rằng khi có lực tác dụng vào vật dẫn thì kích thước và cấu trúc của chúng sẽ thay

đổi làm điện trở thay đổi. Lợi dụng tính chất này người ta chế tạo cảm biến biến dạng dùng

để đo và kiểm tra các lực biến dạng cơ của các chi tiết máy, có loại kiểu dây quấn, kiểu

bán dẫn.

3.3.3. Cảm biến điện cảm

3.3.3.1. Cảm biến có điện cảm thay đổi

Hình 3.18 là loại cảm biến điện cảm đơn giản nếu bỏ qua từ trở lõi thép, từ thông rò và

từ thông tản khe hở không khí làm việc thì ta có điện cảm.







.WGWL

(H) (3.6)

Với: W là số vòng dây cuộn dây

: = 1,25.10

-6

[H/m] là độ từ thẩm

S: tiết diện ngang mạch từ [ m

F(kg)

Hình 3.17: Cảm biến điện trở tiếp xúc

và đặc tính

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 71

: chiều dài khe hở làm việc [m].

Ta có:

222

)GfW2(R

)wL()RR(











(3.7)

Trong đó: R

: điện trở tải

R: điện trở cuộn dây

Điện cảm L sẽ thay đổi nếu ta làm thay đổi khe hở ô, diện tích S hoặc độ từ thẩm µ, dẫn

đến dòng điện i biến thiên tương ứng. Ứng dụng hiện tượng này người ta chế tạo các loại

cảm biến điện cảm khác nhau.

3.3.3.2. Sai số của cảm biến

Sai số của cảm biến chịu ảnh hưởng của nhiều

yếu tố như:

+ Độ ổn định của biên độ và tần số nguồn cung

cấp

+ Anh hưởng của nhiệt độ đến điện trở dây quấn

và kích thước khe hở làm việc.

3.3.3.3. Nhược điểm

Cảm biến điện cảm có các nhược điểm sau:

+ Xuất hiện lực hút điện từ tác dụng lên phần

ứng, tạo ra phụ tải cơ trên phần tử cần đo lường,

kiểm tra nên dẫn đến giảm độ chính xác khi cảm

biến làm việc.

+ Dòng trong mạch luôn khác không, giá trị nhỏ

nhất của nó ứng với vị trí khe hở ô bé nhất (diện

tích S lớn nhất) và bằng dòng từ hóa i

. Điều này

không thuận tiện trong quá trình đo lường và làm

việc.

+ Vì cảm biến có khe hở ô lớn, để giảm kích thước và giá thành thì dùng nguồn cung

cấp có tần số cao (100 ÷ 3000) Hz và lớn hơn.

Ứng dụng cảm biến điện cảm như trong thiết bị tự động đo áp suất bình hơi từ xa, ...

Ngoài ra còn cảm biến kiểu biến điện áp, biến áp vi sai và cảm biến đàn hồi từ.

3.3.4. Cảm biến cảm ứng, cảm biến điện dung, cảm biến điểm

3.3.4.1. Nguyên lí cảm biến cảm ứng

Làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Nếu từ thông móc vòng qua cuộn dây

thay đổi thì sẽ xuất hiện một sức điện động cảm ứng trên cuộn dây. Loại này được chế tạo

I, L



Hình 3.18: a) Sơ đồ; b) Đặc

tính cảm biến có khe hở làm

việc thay đổi

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 72

làm hai loại, cuộn dây chuyển động trong từ trường và cuộn dây đứng yên trong từ trường

biến thiên.

Ứng dụng: làm cảm biến đo tốc độ.

3.3.4.2. Cảm biến điện dung

Nguyên lí: sự thay đổi thông số cần đo dẫn đến thay đổi thông số của điện dung tụ điện

(khoảng cách hay bề mặt diện tích đặt lực thay đổi).

3.3.4.3. Cảm biến điểm

Là loại đơn giản nhất, đại lượng vào là độ chuyển dời, còn đại lượng ra là trạng thái

đóng hay mở (độ dẫn điện của hệ thống tiếp điểm).

Với một khoảng chuyển dời quy định nào đó tiếp điểm của nó sẽ đóng hay mở làm xuất

hiện tín hiệu ra cho ta biết độ dịch chuyển (độ dời lớn hay nhỏ so với quy định).

Dùng trong kiểm tra kích thước và phân loại chi tiết theo kích thước.

3.3.4. Cảm biến quang

3.3.4.1. Tế bào quang dẫn

Các tế bào quang dẫn là một trong những cảm biến quang có độ nhạy cao. Cơ sở vật lí

của tế bào quang dẫn là hiện tượng quang dẫn do kết quả của hiệu ứng quang điện nội (hiện

tượng giải phóng hạt tải điện trong vật liệu dưới tác dụng của ánh sáng làm tăng độ dẫn

điện của vật liệu).

a) Vật liệu để chế tạo cảm biến

Cảm biến quang thường được chế tạo bằng các chất bán dẫn đa tinh thể đồng nhất hoặc

đơn tinh thể, bán dẫn riêng hoặc bán dẫn pha tạp, ví dụ như:

+ Đa tinh thể: CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe.

+ Đơn tinh thể: Ge, Si tinh khiết hoặc pha tạp Au, Cu, Sb, In, SbIn, AsIn, PIn, CdHgTe.

Vùng phổ làm việc của các vật liệu này khác nhau.

b) Các đặc trưng

Điện trở: giá trị điện trở tối R

phụ thuộc vào dạng hình học, kích thước, nhiệt độ và

bản chất lí hóa của vật liệu quang dẫn. Điện trở R

của cảm biến khi bị chiếu sáng giảm rất

nhanh khi độ rọi tăng lên. Sự phụ thuộc của điện trở vào thông lượng ánh sáng không tuyến

tính, tuy nhiên có thể tuyến tính hóa bằng cách sử dụng một điện trở mắc song song với tế

bào quang dẫn.

Độ nhạy: độ dẫn của tế bào quang dẫn là tổng của độ dẫn trong tối và độ dẫn khi chiếu

sáng. Độ nhạy phổ là hàm của nhiệt độ nguồn sáng: khi nhiệt độ tăng thì độ nhạy phổ tăng

lên.

c) Ứng dụng của tế bào quang dẫn

Tế bào quang dẫn được ứng dụng nhiều bởi chúng có tỉ lệ chuyển đổi tĩnh và độ nhạy

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 73

cao cho phép đơn giản hóa trong việc ứng dụng (ví dụ điều khiển các rơle hình 3.19).

Nhược điểm chính của tế bào quang dẫn là:

+ Hồi đáp phụ thuộc một cách không tuyến tính vào thông lượng.

+ Thời gian hồi đáp lớn.

+ Các đặc trưng không ổn định (già hóa).

+ Độ nhạy phụ thuộc vào nhiệt độ.

+ Một số loại đòi hỏi phải làm nguội.

Người ta không dùng tế bào quang dẫn để xác định chính xác thông lượng. Thông

thường chúng được sử dụng để

phân biệt mức sáng khác nhau

(trạng thái tối - sáng hoặc xung ánh

sáng). Thực tế thì tế bào quang dẫn

thường ứng dụng trong hai trường

hợp:

+ Để điều khiển rơle thì khi có

thông lượng ánh sáng chiếu lên tế

bào quang dẫn, điện trở của nó

giảm đáng kể đủ để cho dòng điện

I chạy qua tế bào. Dòng điện này

được sử dụng trực tiếp hoặc thông

qua khuếch đại để đóng mở rơle.

+ Thu tín hiệu quang dùng để

biến đổi xung quang thành xung điện. Sự ngắt quãng của xung ánh sáng chiếu lên tế bào

quang dẫn sẽ được phản ánh trung thực qua xung điện của mạch đo, ứng dụng để đo tốc

độ quay của đĩa hoặc đếm vật.

3.3.4.2. Cáp quang

a) Cấu tạo và các tính chất chung

Hình 6.8 biểu diễn dạng đơn giản

của cáp quang. Nó gồm một lõi với

chiết suất n1 bán kính a (10 đến

100µm) và một vỏ có chiết suất n

< n

dày khoảng 50µm. Vật liệu để chế tạo

cáp quang bao gồm:

+ SiO

tinh khiết hoặc pha tạp nhẹ.

+ Thủy tinh, thành phần của SiO

và phụ gia Na

, B

, PbO,..

+ Polime (trong một số trường hợp).

Ở mặt phân cách giữa hai môi trường có chiết suất tương ứng bằng n

và n

các góc 

Hình 3.19: Dùng tế bào quang dẫn để điều khiển

rờ le

a) điề ể ự ếp; b) điề ể ế

Hình 3.20: Môi trường có chiết suất khác nhau

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 74

và 

do tia sáng tạo thành với đường trực giác của mặt phẳng (hình 3.20) liên hệ với nhau

bởi biểu thức Descates

sin

= n

sin

(3.8)

Khi n

> n

sẽ xảy ra phản xạ toàn phần nếu:



> arcsin(n

) = 

Với điều kiện như vậy, trong cáp quang tia sáng sẽ bị giam giữ trong lõi và được truyền

đi bằng phản xạ liên tục nối tiếp nhau (hình 3.21b).

b) Ứng dụng của cáp quang

+ Trong truyền tin: đây là ứng dụng quan trọng nhất, truyền thông tin dưới dạng tín hiệu

ánh sáng lan truyền trong cáp quang là để tránh các tín hiệu điện từ kí sinh hoặc để đảm

bảo cách điện giữa mạch điện nguồn và máy thu. Trong ứng dụng này thông tin được truyền

đi chủ yếu bằng cách mã hóa các xung ánh sáng. Đôi khi người ta có thể truyền thông tin

đi bằng cách biến điệu biên độ hoặc tần số của ánh sáng. Khi thiết lập một đường dây

truyền tin bằng cáp quang, phải đánh giá công suất của tín hiệu thu được cũng như sự tiêu

hao năng lượng do cáp quang và các mối nối gây ra.

+ Quan sát và đo bằng phương tiện quang học: cáp quang cho phép quan sát hoặc đo

đạc bằng các phương pháp quang ở những chỗ khó tiếp cận hoặc trong các môi trường

độc hại. Sử dụng cáp quang có thể dẫn ánh sáng tới được những vị trí mà trong điều kiện

bình thường ánh sáng không thể chiếu tới được.

3.4. Khởi động mềm

3.4.1. Khái niệm

Khởi động mềm là thiết bị được sử dụng để hỗ trợ quá trình khởi động của động cơ

điện AC, giúp bảo vệ động cơ khỏi bị hư hại do dòng điện lớn đột ngột khi khởi động và

tránh sụt áp hệ thống lưới điện bằng cách tăng dần điện áp cấp vào động cơ từ một mức

điện áp định trước lên đến điện áp định mức (để dừng mềm thì ngược lại).

Hình 3.21: a) Khúc xạ trên mặt phân cách giữa hai môi trường; b) Phản xạ toàn

phần trong cáp quang

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 75

3.4.2. Mục đích của khởi động mềm

Một trong những công dụng lớn nhất của phương pháp khởi động mềm là khả năng để

điều chỉnh mô men một cách rất chính xác khi cần thiết cho dù ứng dụng có tải hay không.

Khởi động mềm giúp làm giảm đi những ảnh hưởng cơ khí nặng nề cho các thiết bị máy

móc, từ đó giúp cho chi phí bảo trì được giảm một cách đáng kể.

Ngoài ra một công dụng khá nổi bật của bộ khởi động mềm là chức năng dừng mềm,

chức năng này thực sự là hữu ích khi dừng bơm, nơi mà xảy ra các hiện tượng búa nước

khi dừng trực tiếp như trong khởi động sao, khởi động tam giác và khởi động trực tiếp.

Mục đích sử dụng khởi động mềm:

 Khởi động êm, nhẹ nhàng & tránh sụt áp đột ngột

 Làm tăng tuổi thọ của các động cơ và cơ cấu cơ khí chấp hành.

 Kết nối và truyền thông với những hệ thống điều khiển ở trung tâm.

 Bảo vệ được quá áp, quá dòng, mất pha động cơ.

 Giảm tổn thất điện năng và đặc biệt không làm ảnh hưởng đến chất lượng của lưới

điện.

3.4.3. Đặc điểm của khởi động mềm

 Dừng tự do theo quán tính: Nếu như điện áp cấp bị cắt một cách trực tiếp, động cơ

sẽ vẫn tiếp tục chạy theo quán tính cho tới khi dừng trong một khoảng thời gian xác định.

Thời gian dừng cùng với mômen quán tính nhỏ có thể rất ngắn, lưu ý cần tránh trường hợp

này đề phòng sự phá huỷ về cơ và dừng tải đột ngột không mong muốn.

 Dừng mềm: Nhờ chức năng dừng mềm mà điện áp của động cơ khởi động mềm

được giảm một cách từ từ và rất nhanh chỉ trong khoảng thời gian từ 1 – 20 giây (tuỳ thuộc

vào yêu cầu).

 Tiết kiệm được năng lượng khi non tải: Nếu động cơ điện vận hành không tải hay

non tải thì trong trường hợp này khởi động mềm giúp tiết kiệm được tối đa điện năng nhờ

giảm điện áp động cơ.

3.4.4. Cấu tạo của khởi động mềm

Bộ khởi động mềm bao gồm:

 Bộ phận điều khiển có màn hình và

bàn phím điều khiển

 Điều khiển số với các ngõ ra chức

năng: rơle báo trạng thái, điều khiển thời

gian khởi động bằng biến trở hay bằng

màn hình, điều khiển bảo vệ chống quá

nhiệt, quá tải, các cổng kết nối truyền

thông Profibus, Modbus.

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 76

 Thyristor hay SCR được sử dụng với chức năng chính là điều khiển và đóng ngắt

dòng điện.

 Bộ phận quạt làm mát và bộ phận có chức năng tản nhiệt.

 Phần vỏ bảo vệ.

3.4.5. Nguyên lý làm việc của khởi động mềm

Cấu tạo của khởi động mềm gồm 3 cặp thyristor (SCR) đấu song song ngược. Ở trạng

thái ngắt điện, thyristor ngăn không cho dòng điện chạy qua, khi ở trạng thái mở thì

thyristor mở dần góc kích (góc mở của các van bán dẫn) cho phép dòng điện chạy qua một

cách từ từ, động cơ bắt đầu khởi động và tăng tốc dần lên.

Điện áp được điều khiển bằng cách điều khiển góc mở của van. Khi van mở hoàn toàn,

điện áp đạt đến giá trị điện áp định mức và lúc đó động cơ sẽ đạt đến tốc độ tối đa cho

phép. Vì mô-men động cơ tỉ lệ với bình phương của điện áp, còn dòng điện tỉ lệ với điện

áp, mô-men gia tốc, chính vì vậy dòng điện khởi động được hạn chế thông qua điều chỉnh

trị số hiệu dụng của điện áp.

Khi động cơ đạt đến tốc độ định mức, contactor bypass trong khởi động mềm được đóng

lại, hệ thống tự động bypass qua điện lưới mà không qua bộ thyristor.

Hình 3.23: Nguyên lý hoạt động của khởi động mềm

Như vậy, có thể thấy nguyên lý hoạt động của khởi động mềm hoàn toàn dựa trên việc

điều khiển điện áp khi khởi động và dừng, có nghĩa là trị số hiệu dụng của điện áp là thay

đổi. Nếu dừng động cơ thì mọi tín hiệu kích mở thyristor sẽ bị cắt và dòng điện dừng ngay

tại điểm qua không kế tiếp của điện áp nguồn.

Hình 3.22: Cấu tạo khởi động mềm

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 77

3.4.6. Ưu, nhược điểm của khởi động mềm

3.4.6.1. Ưu điểm

 Ưu điểm lớn nhất của khởi động soft starter là có độ bền rất cao và tiết kiệm được

không gian cho việc lắp đặt.

 Có những chức năng điều khiển và bảo vệ, khoảng điện áp sử dụng dao động từ

200V – 500V với tần số từ 45Hz đến 65Hz.

 Có phần mềm chuyên dụng để đi kèm và việc lắp đặt các chức năng dễ dàng.

3.4.6.2. Nhược điểm

 Nhược điểm của phương pháp khởi động này là giá thành khá cao so với các phương

pháp truyền thống.

 Moment không hoạt động hết công suất trong suốt quá trình khởi động.

 Khởi động soft starter chỉ có chức năng chính là giúp động cơ trong quá trình khởi

động chứ không đảo chiều và điều chỉnh được tốc độ của động cơ.

 Quá trình lắp đặt và vận hành khá khó khăn, đòi hỏi những tay nghề có chuyên môn

cao, vững vàng.

3.4.7. Ứng dụng của khởi động mềm

Hiện nay với những chức năng và vai trò quan trọng, bộ khởi động mềm được ứng dụng

trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Dưới đây là những ứng dụng thực tế của khởi động mềm:

 Yêu cầu động cơ tăng tốc và tăng momen xoắn từ từ khi khởi động hoặc dừng động

cơ

 Hạn chế dòng khởi động cao cho các động cơ lớn để tránh các vấn đề về sụt áp lưới

điện hoặc hư hỏng động cơ

 Kiểm soát tốc độ khởi động để tránh mômen xoắn hoặc lực căng đột ngột gây hư

hỏng cho các hệ thống cơ khí như băng tải, hệ thống dẫn động bằng dây đai, bánh răng,

khớp nối

 Ứng dụng động cơ bơm để tránh tăng áp đột ngột khi bắt đầu bơm, gây búa nước

làm vỡ đường ống.

3.5. Biến tần

3.5.1. Khái niệm

Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ,

qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp không chỉ khi khởi động động cơ

mà trong suốt quá trình hoạt động của thiết bị.

3.5.2. Lợi ích của biến tần

- Dễ dàng thay đổi tốc độ động cơ, đảo chiều quay động cơ.

- Giảm dòng khởi động so với phương pháp khởi động trực tiếp, khởi động sao-tam giác

nên không gây ra sụt áp hoặc khó khởi động.

- Quá trình khởi động thông qua biến tần từ tốc độ thấp giúp cho động cơ mang tải lớn

không phải khởi động đột ngột, tránh hư hỏng phần cơ khí, ổ trục, tăng tuổi thọ động cơ.

- Sử dụng biến tần giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể so với phương pháp chạy động cơ

trực tiếp.

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 78

- Biến tần thường có hệ thống điện tử bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá áp và thấp áp, tạo ra

một hệ thống an toàn khi vận hành.

- Biến tần được tích hợp các module truyền thông giúp cho việc điều khiển và giám sát

từ trung tâm rất dễ dàng.

3.5.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

3.5.3.1. Cấu tạo

Bên trong biến tần là các bộ phận có chức năng nhận điện áp đầu vào có tần số cố định

để biến đổi thành điện áp có tần số thay đổi để điều khiển tốc độ động cơ. Các bộ phận

chính của biến tần bao gồm bộ chỉnh lưu, bộ lọc, bộ nghịch lưu IGBT, mạch điều khiển.

Ngoài ra biến tần được tích hợp thêm một số bộ phận khác như: bộ điện kháng xoay chiều,

bộ điện kháng 1 chiều, điện trở hãm (điện trở xả), bàn phím, màn hình hiển thị, module

truyền thông, ...

Hình 3.24. Sơ đồ mạch điện của biến tần

3.5.3.2. Nguyên lý hoạt động

Trước tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn

1 chiều bằng phẳng bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi

của biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất là 0.96. Sau đó, điện

áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng

thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chỉnh

chế độ rộng xung (PWM).

Hình 3.25. Biến đổi tần số qua biến tần

Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô

cấp tuỳ theo bộ điều khiển, từ đó thay đổi tốc độ động cơ theo yêu cầu trong suốt quá trình

hoạt động.

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 79

3.5.4. Ứng dụng

Do ưu điểm vượt trội nên biến tần được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp và dân

dụng, đặc biệt là trong công nghiệp. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến không thể thiếu

biến tần: Bơm nước, quạt hút/đẩy, máy nén khí, băng tải, thiết bị nâng hạ, máy cán kéo,

máy ép phun, máy cuốn/nhả, thang máy, hệ thống HVAC, máy trộn, máy quay ly tâm, cải

thiện khả năng điều khiển của các hộp số, thay thế cho việc sử dụng cơ cấu điều khiển vô

cấp truyền thống trong máy công tác, ...

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 80

CHƯƠNG 4

KHÍ CỤ ĐIỆN TRUNG, CAO ÁP

4.1. Cầu chì tự rơi (FCO, LBFCO)

4.1.1. Định nghĩa

Cầu chì tự rơi (FCO - Fuse Cut Out) thực chất là

một loại cầu dao kèm cầu chì dùng để bảo vệ các thiết

bị trên lưới trung thế khi quá tải và khi ngắn mạch.

Tính chất tự rơi của nó là tạo một khoảng hở trông thấy

được, giúp dễ dàng kiểm tra sự đóng cắt của đường dây

và tạo tâm lý an toàn cho người vận hành. FCO chỉ có

thể đóng cắt dòng không tải.

Khi có quá tải hay ngắn mạch xảy ra, dây chì chảy

ra và đứt, đầu trên của cầu chì tự động nhả chốt hãm

làm cho ống cầu chì rơi xuống tạo ra khoảng cách ly

giống như mở cầu dao. Vì thế cầu chì tự rơi làm cả hai

chức năng của cầu chì và cầu dao.

4.1.2. Cấu tạo

Cầu chì tự rơi gồm 3 phần chính:

– Khung đỡ: Với hình trạng chữ “C” và nhiệm vụ của nó là nâng đỡ ống chì và sứ cách

điện.

– Ống chì: Làm bằng sợi thủy tinh, mang chống hồ quang quẻ. Với khả năng hoán đổi

vị trí cho nhau và hoạt động như một dao cắt đơn thuần, lúc xảy ra sự cố thì phần ống chì

sẽ rơi xuống và treo lủng lẳng trên khung đỡ. Người vận hành mang thể dễ dàng phát hiện

ra và khắc phục.

– Dây chì

Hoạt động của cầu chì tự rơi dựa theo nguyên lý tự uốn cong hoặc tan chảy khỏi mạch

điện lúc mà cường độ dòng điện tăng thất thường. Do đó, loại cầu chì này phải được làm

từ những chất liệu mang nhiệt độ nóng chảy với kích thước và thành phần thích hợp. Tuy

nhiên, tùy theo từng loại cầu chì tự rơi và yêu cầu sử dụng cụ thể mà những phòng ban như

chấu mắc, nắp cầu chì và một số phòng ban phụ

khác phải được thiết kế khác nhau.

Theo đó, lúc xảy ra hiện tượng quá tải hay

ngắn mạch thì dây chì sẽ tự động chảy ra và đứt,

phần đầu phía trên của cầu chì tự động nhả chốt

hãm làm cho ống cầu chì rơi xuống tạo ra khoảng

cách ly giống như mở cầu dao.

4.1.3. LBFCO (Load Break Fuse Cut Out)

LBFCO thực chất là FCO được trang bị thêm

buồng dập hồ quang vì vậy nó có thể đóng cắt

dòng tải nhỏ.

4.2. Máy cắt tự đóng lại Recloser

Phần lớn sự cố trong hệ thống phân phối điện là sự cố thoáng qua. Chính vì vậy, để tăng

cường độ liên tục cung cấp điện cho phụ tải, thay vì sử dụng máy cắt người ta sử dụng máy

cắt thường đóng lại (Recloser). Thực chất máy cắt tự đóng lại là máy cắt có kèm thêm bộ

Hình 4.1: Cầu chì tự rơi (FCO)

Hình 4.2: Cầu chì tự rơi (LBFCO)

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 81

điều khiển cho phép người ta lập trình số lần đóng cắt lập đi lập lại theo yêu cầu đặt trước.

Đồng thời đo và lưu trữ 1 số đại lượng cần thiết như : U, I, P, thời điểm xuất hiện ngắn

mạch,…

Khi xuất hiện ngắn mạch Recloser mở ra (cắt

mạch) sau 1 thời gian t

nó sẽ tự đóng mạch. Nếu

sự cố còn tồn tại nó sẽ cắt mạch, sau thời gian t

Recloser sẽ tự đóng lại mạch. Và nếu sự cố vẫn

còn tồn tại nó sẽ lại cắt mạch và sau thời gian t

nó sẽ tự đóng lại mạch 1 lần nữa và nếu sự cố

vẫn còn tồn tại thì lần này Recloser sẽ cắt mạch

luôn. Số lần và thời gian đóng cắt do người sử

dụng lập trình.

Recloser thường được trang bị cho những

đường trục chính công suất lớn và đường dây dài đắt tiền.

4.3. Máy cắt phụ tải LBS (Load Break Switch)

Máy cắt phụ tải có cấu tạo tương tự như Recloser nhưng không có cuộn đóng, cuộn cắt

và bộ điều khiển từ xa hoặc kết hợp với bảo vệ rơle thực hiện chức năng bảo vệ.

LBS có thể đóng mở mạch lúc đầy tải. Việc đóng mở LBS thường được thực hiện bằng

xào và ngay tại nơi đặt LBS. Để thực hiện chức năng bảo vệ LBS phải sử dụng kết hợp với

cầu chì.

4.4. Dao cách ly, dao ngắn mạch, máy cắt phân đoạn LTD

4.4.1. Dao cách ly (DS - Distance Switch)

4.4.1.1. Khái niệm

Dao cách ly là khí cụ điện dùng để đóng cắt mạch điện cao áp ở chế độ không tải

hoặc không dòng điện và tạo nên khoảng cách điện an toàn có thể nhìn thấy được,

đảm bảo an toàn tuyệt đối cho việc lắp đặt, bảo dưỡng, sửa chữa lưới điện sau dao

cách ly.

Ở trạng thái đóng, dao cách ly

phải chịu được dòng điện định mức

dài hạn và dòng điện sự cố ngắn

hạn như dòng ổn định nhiệt ổn định

điện động.

Trong mạch điện, dao cách ly

thường được lắp đặt trước các thiết

bị bảo vệ như cầu chì, máy cắt. Ở

trạng thái đóng, dao nối đất ở trạng

thái hở mạch cách ly phần mang điện với đất. Ở trạng thái cắt của dao cách ly, dao

nối đất sẽ tự động nối phần mạch điện sau dao cách ly với đất để phóng điện áp dư

trong mạch cắt, đảm bảo an toàn. Thao tác của cụm dao cách ly – máy cắt như sau:

trong quá trình đóng, dao cách ly đóng trước, máy cắt đóng sau, còn trong quá trình

Hình 4.3: Recloser

Hình 4.4: Dao cách ly

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 82

cắt, máy cắt được cắt trước, sau đó đến dao cách ly. Để tránh thao tắc nhầm, thường

giữa dao cách ly và máy cắt có cơ cấu khóa liên động.

4.4.1.2. Yêu cầu chính của dao cách ly

- Phải đảm bảo cách ly an toàn, rõ ràng;

- Ở trạng thái đóng phải chịu được dòng điện dài hạn và có độ bền nhiệt, độ bền

điện động cần thiết.

- Phải làm việc tin cậy trong điều kiện phức tạp, nhất là các dao cách ly lắp đặt

ngoài trời.

- Kết cấu đơn giản, dễ thao tác, dễ bảo trì.

Việc lựa chọn dao cách ly dựa vào điều kiện lắp đặt, điện áp định mức và dòng

điện định mức của tải, đồng thời phải kiểm tra độ bền nhiệt và điện động.

4.4.1.3. Phân loại

Theo kết cấu, dao cách ly có hai loại: dao cách ly một pha, việc thao tác riêng lẻ

từng pha; dao cách ly ba pha, việc thao tác đồng thời cho cả ba pha nhờ trục truyền

động chung.

Theo môi trường lắp đặt, dao cách ly có hai loại: dao cách ly đặt trong nhà, dao

cách ly đặt ngoài trời. Loại đặt ngoài trời thường có kích thước lớn hơn.

Theo hướng truyền động của tiếp điểm: dao cách ly kiểu chém, kiểu quay hai

trụ, kiểu quay ba trụ, kiểu trượt, kiểu khung xếp và kiểu khung treo.

4.4.2. Dao ngắn mạch

Dao ngắn mạch là thiết bị điện tự động, nhanh chóng nối ngắn mạch lưới khi có

tín hiệu sự cố, tạo dòng ngắn mạch cho máy cắt tác động.

Dao ngắn mạch thường được sử dụng trong các trạm biến áp để thay thế máy cắt,

giảm chi phí lắp đặt nhưng vẫn đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện.

Với lưới điện có trung tính nối đất, chỉ cần dung một dao ngắn mạch. Còn ở lưới

điện trung tính cách ly, phải dùng hai dao ngắn mạch, có các tiếp điểm động nối với

nhau để tạo nên dòng ngắn mạch hai pha, đủ lớn cho máy cắt tác động.

Tuổi thọ của dao ngắn mạch có thể đạt 2000 lần thao tác. Nhược điểm chính của

loại dao ngắn mạch kiểu hở là kích thước lớn và tiếp điểm chịu tác động của môi

trường nên cần phải bảo dưỡng. Mặt khác, vì cách điện là không khí nên khoảng

cách giữa hai tiếp điểm lớn nên thời gian tác động lớn (0.5 đến 1 giây).

Ở hệ thống điện hiện đại, yêu cầu thời gian tác động của dao ngắn mạch bé,

khoảng 0.08 đến khoảng 0.12 giây. Dao ngắn mạch kiểu chân không và khí SF6 đáp

ứng được yêu cầu này, trong đó dao ngắn mạch khí SF6 có ưu điểm hơn vì có thể

chế tạo cho mọi cấp điện áp, khả năng chịu dòng điện lớn hơn.

4.4.3. Máy cắt phân đoạn LTD

LTD có cấu tạo tương tự như dao cách ly nhưng được đặt trên đường dây thay vì

trên cột như DS. Việc thực hiện đóng mở LTD được thực hiện thông qua xào cách

điện.

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 83

4.5. Máy biến dòng điện, máy biến điện áp

4.5.1. Máy biến dòng điện

Máy biến dòng điện (BD, BI, CT, TI) còn gọi là biến dòng, là thiết bị điện biến đổi dòng

điện sơ cấp có trị số lớn, điện áp cao xuống dòng điện thứ cấp có trị số tiêu chuẩn (thường

là 5A và 1A), điện áp an toàn để cấp cho các mạch đo lường, điều khiển và bảo vệ.

Ở mạch điện xoay chiều, nguyên lý làm việc của biến dòng điện tương tự như máy biến

áp. Cuộn dây sơ cấp của biến dòng có số vòng rất nhỏ, có khi chỉ một vài vòng, còn cuộn

thứ cấp có số vòng nhiều hơn và luôn được nối đất đề phòng khi cách điện giữa sơ và thứ

cấp bị chọc thủng thì không

nguy hiểm cho dụng cụ phía

thứ cấp va người phục vụ.

Phụ tải thứ cấp của biến dòng

điện rất nhỏ vì vậy có thể coi

biến dòng luôn làm việc ở

trạng thái ngắn mạch. Trong

trường hợp không có tải phải

nối đất cuộn thứ cấp để tránh

quá điện áp cho nó.

Sơ đồ đấu dây của biến

dòng trong mạch điện được

trình bày như hình. Tải của biến dòng được đấu vào cuộn thứ cấp w2 của nó và một đầu

được nối đất, thứ tự đầu và cuối của các cuộn dây máy biến dòng thường được phân biệt,

đầu cuộn dây đánh dấu “sao”

4.5.2. Máy biến điện áp

Biến điện áp (BU, TU, PT, VT) là thiết bị điện dùng để biến đổi điện áp từ trị số lớn

xuống trị số điện áp thấp tiêu chuẩn, an toàn để dùng cho đo lường điện, điều khiển và bảo

vệ.

, x

Hình 4.5: Sơ đồ máy biến dòng

Hình 4.5: Sơ đồ máy điện áp 3 pha

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 84

Như vậy các dụng cụ thứ cấp được tách khỏi mạch điện cao áp nên rất an toàn cho người.

Cũng vì an toàn, một trong những đầu ra của cuộn dây thứ cấp phải được nối đất. Các dụng

cụ phía thứ cấp của BU có điện trở rất lớn nên có thể coi BU làm việc ở chế độ không tải.

4.6. Chống sét

4.6.1. Khái niệm chung

Thiết bị chống sét là khí cụ điện dùng để bảo vệ các thiết bị điện, tránh được các

hỏng hóc cách điện do quá điện áp cao từ khí quyển (thường do sét) tác động vào.

Muốn dẫn được xung điện áp cao do sét gây nên xuống đất, một đầu thiết bị chống

sét được nối với đường, đầu kia nối với đất.

4.6.2. Các yêu cầu chính

Đặc tính bảo vệ V-s của thiết bị chống sét phải nằm dưới đặc tính bảo vệ của cách

điện.

Thiết bị chống sét không được tác động nhầm khi có quá điện áp nội bộ.

Điện áp dư sau khi chống sét tác động phải thấp, không gây nguy hiểm cho cách

điện của thiết bị được bảo vệ.

Nhanh chóng hạn chế và dập tắt hồ quang điện do dòng điện ngắn mạch chạm đất

tạo ra.

Có tuổi thọ (số lần đóng cắt) cao.

Dựa vào nguyên lí làm việc ta có khe hỡ phóng điện, chống sét ống, chống sét van

và chống sét oxyt kim loại.

4.6.3. Chọn chống sét

Điện áp định mức của chống sét phải bằng điện áp định mức của lưới.

Chống sét điện áp DC và chống sét điện áp AC.

Dòng điện ngắn mạch của lưới tại điểm đặt chống sét

phải nhỏ hơn dòng ngắn mạch mà chống sét có thể chịu

được.

4.6.4. Một số thiết bị phổ biến

4.6.4.1. Khe hở phóng điện

Khe hở phóng điện là thiết bị chống sét đơn giản nhất

gồm 2 điện cực, trong đó có một điện cực nối đất còn

điện cực kia nối với mạch điện.

Hình 4.6: Khe hở phóng điện

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 85

Khi làm việc bình thường khe hở cách ly những phần tử mang điện với đất. Khi

có sóng quá điện áp chạy trên đường dây, khe hở sẽ phóng điện và truyền xuống đất.

Loại thiết bị này đơn giản, rẻ tiền. Song vì nó không có bộ phận dập hồ quang nên

khi nó làm việc bảo vệ rơ le có thể làm cắt mạch điện. Vì vậy khe hở phóng điện

thường dùng làm bảo vệ phụ hay làm một bộ phận trong các loại chống sét khác.

4.6.4.2. Chống st ống

Hình 4.7: Chống sét ống

1. Điện cực ngoài, 2. Mũi kim loại, 3. Vỏ ống, 4. Điện cực kim loại,

5. Bulông, 6. Điện cực hình xuyến, 7. Ống kim loại, 8. Lá chắn,

l1. khoảng cách phóng điện chính, l2. khoảng cách phóng điện phụ

Chống sét ống có cấu tạo như hình. Ống 3 bằng vật liệu cách điện tự sinh khí, bên

trong có điện cực 4, một đầu nối với mũ kim loại 9. Điện cực thứ hai là tấm kim loại

hình tròn 6, có lỗ ở giữa, được gán với ống kim loại 7 có các bu lông 5 để cố định

và được nối đất. Cuối ống 7 có lá chắn 8 tạo nên buồng dãn khí. Khoảng cách phóng

điện chính l1 và khoảng cách phóng điện phụ l2 nối tiếp nhau. Khoảng cách phụ l2

dùng để ngăn chặn dòng điện rò trên bề mặt cách điện của ống 3 và để hiệu chỉnh

điện áp phóng điện.

Khi xảy ra quá điện áp, quá trình phóng điện thực hiện qua 2 khe hở phóng điện

nối tiếp l1, l2. Dòng điện xung và dòng điện xoay chiều đi qua chống sét. Dưới tác

dụng của hồ quang, vật liệu tự sinh khí bối hơi và tạo nên áp suất khí ở ống 3 và thổi

hồ quang qua lỗ của tấm 8, vào buồng giãn khí. Hồ quang sẽ được dập tắt khi dòng

điện xoay chiều đi qua trị số 0.

Chống sét ống có cấu tạo đơn giản, giá thành thấp nhưng khả năng cắt bị hạn chế

(đến khoảng 20 kA), vì vậy nó chỉ dung để bảo vệ đường dây công suất truyền tải

thấp và không có dây chống sét.

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 86

4.6.4.3. Chống sét van (Lingtning Arrster – LA)

Là 1 loại thiết bị dùng để bảo vệ các trạm biến áp, các thiết bị quan trọng trên lưới

và đầu các đường cáp ngầm tránh khỏi sự cố khi có quá điện áp cảm ứng do sét đánh,

cũng như quá điện áp nội bộ, LA được đặt trước và song song với thiết bị được bảo

vệ.

1. Lò xo chịu nén, 2. Vòng đệm

3. Mặt bích kim loại

4. Vỏ cách điện, 5. Điện cực

6. Điện trở phân áp

7. Điện trở phi tuyến,8. Đế chống sét

b. Khối khe hở

9. Vòng đệm mica, 10. Vỏ cách điện

11. Lớp điện cực,

12. Tấm ép kim loại

Bộ phận chủ yếu của chống sét van là

cột chuỗi các khe hở phóng điện ghép nối

tiếp với cột chuổi các điện trở phi tuyến

được đặt trong vỏ cách điện kín.

Điện cực trên là mũ của cách điện nối với dây dẫn, còn điện cực dưới được nối

với đất.

Là 1 loại thiết bị dùng để bảo vệ các trạm biến áp, các thiết bị quan trọng trên lưới

và đầu các đường cáp ngầm tránh khỏi sự cố khi có quá điện áp cảm ứng do sét đánh,

cũng như quá điện áp nội bộ, LA được đặt trước và song song với thiết bị được bảo

vệ.

Khi có quá điện áp, các khe hở sẽ phóng điện và trị số của điện trở phi tuyến lúc

này cũng rất nhỏ cho dòng điện đi qua. Sau khi quá điện áp được đưa xuống đất thì

điện áp dư đặt lên chống sét van nhỏ dưới mức đã định làm điện trở phi tuyến trở

lên rất lớn, ngăn không cho dòng điện đi qua. Khi dòng xoay chiều đi qua trị số 0 thì

hồ quang sẽ tự động bị dập tắt.

Trong điều kiện bình thường, điện áp đặt lên chống sét van là điện áp pha của lưới

điện. Lúc này điện trở phi tuyến có trị số rất lớn hay nói cách khác là nó cách điện.

Nhưng khi xuất hiện quá điện áp thì nó sẽ phóng điện trước thiết bị mà nó bảo vệ,

trị số điện trở phi tuyến giảm xuống rất bé và dẫn dòng xung xuống đất. Khi tình

trạng quá điện áp đã qua, chống sét van trở về trạng thái cách điện như lúc ban đầu

Hình 4.8: Chống sét van

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 87

CHƯƠNG 5

MẠCH ĐIỆN CÔNG NGHIỆP

Mạch điện công nghiệp là các mạch điện dùng để điều khiển dây chuyền sản xuất trong

công nghiệp, từ những dây chuyền tự động đơn giản đến những dây chuyền tự động phức

tạp.

Đối tượng điều khiển trong mạch điện là động cơ điện, chủ yếu là động cơ không đồng

bộ ba pha.

Một mạch điện công nghiệp bao gồm 2 phần là mạch điều khiển và mạch động lực.

Mạch điều điều khiển có vai trò là điều khiển mạch động lực hoạt động theo nguyên lý

thiết kế. Mạch điều khiển thông thường sử dụng nguồn điện xoay chiều 220VAC hoặc

nguồn một chiều 24VDC. Mạch điều khiển là sự kết hợp có tổ chức của các tiếp điểm phụ

(tiếp điểm điều khiển) và cuộn dây của các khí cụ điện. Mạch điều khiển được bảo vệ bảo

áptômát 1 pha. Mạch động lực là mạch điện dùng để cấp nguồn cho động cơ điện, nó là sự

kết hợp của các tiếp điểm động lực của các khí cụ điện. Mạch động lực luôn được bảo vệ

bởi áptômát 3 pha.

Khi sử dụng mạch điện công nghiệp, người vận hành chỉ tiếp xúc với mạch điều khiển

mà không trực tiếp với mạch động lực. Điều này rất an toàn cho người vận hành. Khi sử

dụng mạch điện công nghiệp, áptômát được đóng ngắt bằng tay ở trạng thái không tải.

5.1. Lắp đặt khí cụ điện

5.1.1. Một số phụ kiện

Đế cắm rờ le: Là thiết bị dùng để cắm rờle hoặc công tắc tơ sau đó cài lên thanh cài.

Sử dụng đế cắm rất thuận tiện cho việc thay thế và sửa chữa.

Thanh cài: Dùng để gá lắp và cố định các thiết bị điện công nghiệp trong các tủ điện.

sử dụng thanh cài sẽ giúp cho việc thay thế, sửa chữa các thiết bị điện được thuận tiện.

Bót đấu dây: Được dùng làm các “trạm” tiếp điện giữa hai đầu một tuyến dây nào đó.

Máng lồng dây: Dùng để đặt dây dẫn trên những tuyến cố định, có khỏang cách không

vượt xa (thường chỉ trong phạm vi của một tủ điện) và có yêu cầu về mức độ bảo vệ, hoặc

chống ẩm không cao.

Ống lồng dây PVC: Dùng để đặt dây dẫn trên những tuyến cố định, có khỏang cách xa

(thường dùng trên những tuyến từ tủ điện đến các thiết bị tiêu thụ hoặc điều khiển dặt bên

ngoài tủ điện) và có yêu cầu về mức độ bảo vệ, hoặc chống ẩm cao.

Đánh số đầu dây: Được lồng vào dây dẫn nhằm mục đích xác định 2 đầu dây của một

dây dẫn được nhanh chóng và thuận tiện.

Thít dây: Dùng để nẹp (bó) các sợi dây trên tuyến dây di động.

Băng dán dây: Dùng để có định các bó dây thông qua thít dây

Xoắn dây: Có công dụng như thít dây nhưng dùng xắn dây cho ta các bó dây gọn hơn.

Tuy nhiên việc bó dây lâu hơn và chỉ dùng trong trường hợp bó dây ít phải thay thế

Đầu cos: Dùng để kẹp đầu dây, sau đó nối vào vít điện hoặc bó đấu dây. Các loại đầu

cos thường dùng là: Đầu cos trần (không bọc nhựa cách điện), loại này thường được dùng

để kẹp các đầu dây không tháo lắp thường xuyên, ở những vị trí có không gian hẹp, kín và

ít va chạm vào thợ vận hành khi mạch điện làm việc.

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 88

5.1.2. Lắp đặt và kiểm tra khí cụ điện trong bảng điện

5.1.2.1. Lắp đặt

Các bảng điện kiểu hở có kích thước không lớn nên trọng lượng cũng nhẹ, bốn góc bảng

khoan 4 lỗ tròn để bắt bu lông hoặc vít qua các lỗ vào tường hoặc cột nhà. Những bảng nặng

hơn phải bắt vào khung thép chôn vào tường hay cột. Các bảng điện của mạch thắp sáng đặt

ở khu nhà dân dụng thường đặt trên tường cách mặt đất từ 1,5 – 1,8 m.

Các bảng điện động lực có cầu dao đặt cách mặt đất từ 1,6 – 1,8 m. Ở những nơi sản xuất,

trong mọi trường hợp các bảng điện đều phải đặt trong tủ kim loại hoặc trong hộp kín bằng

kim loại.

Các bảng điện phải được đặt thăng bằng để chúng có vị trí thẳng đứng. Khi đặt các thiết

bị phân phối điện năng cho những nơi tiêu thụ nhiều ta dùng tủ phân phối. Nếu 2 tủ đối diện,

khỏang cách bé nhất giữa chúng nên để từ 1,0 – 1,6 m để cho người ta đi lại phục vụ dễ

dàng.

Những khí cụ đo điện được lắp sao cho đường trục ngang của nó nằm giữa 1,5 – 2,0 m

kể từ mặt nền. Công tơ điện và máy ghi có thể đặt thắp hơn, chiều cao từ mặt nền có thể là

0,8 m.

Khí cụ điện đóng mở hạ áp được lắp ở chiều cao thích hợp để thao tác nhẹ nhàng và

thường tính từ mặt nền là 1,4 – 1,8 m. Cầu chì nên lắp phía trước bảng để thay thế dễ dàng.

Khi lắp đặt các thiết bị điều chỉnh, biến trở, côngtắctơ, …phải kiểm tra xem xét các cuộn

dây bên trong có bị đứt hay không. Nếu cách điện không đạt, phải đem sấy bằng dòng điện

hay trong tủ sấy. Yêu cầu chính đối với việc lắp đặt các thiết bị khởi động là làm sao bắt

chặt và thẳng.

5.1.2.2. Kiểm tra

Việc kiểm tra bảng điện, tủ điện, từng thiết bị tự động và điều khiển nhờ “cái dò mạch”

hay chuông theo sơ lắp đặt đã được kiểm tra trước.

Trước khi kiểm tra cần phải tháo cáp liên lạc với bên ngoài và để hở mạch những liên hệ

bên trong bảng mà có thể tạo thành mạch vòng với đèn thử.

Sơ đồ lắp pahỉ chính xác, việc lắp và kí hiệu thực tế pahỉ phù hợp nhau. Khi kiểm tra lắp

cần phải chú ý đến vị trí khối tiếp điểm của thiết bị: tiếp điểm thường đóng, thường mở của

rờle. Vị trí các tiếp điểm phải tương ứng với sơ đồ ở trạng thái không có điện của thiết bị

hoặc rờle.

Sau khi kiểm tra việc lắp, phải đo điện trở cách điện các phần dẫn điện với mạch và giữa

mạch điều khiển, tín hiệu đo lường và bảo vệ. Các đầu ra của tụ điện và các dụng cụ bán dẫn

cần đấu tắt trước khi đo.

Sau khi kiểm tra việc lắp các bảng điện và từng thiết bị, ta chuyển sang kiểm tra hệ thống

cáp và các phần tử khác.

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 89

Khi kiêm tra lắp ráp nếu thấy chỗ nào chưa thật đúng, nhưng vẫn trong phạm vi cho phép

so với thiết kế thì cũng cần ghi vào sơ đồ lắp, cần trao cho người vận hành những số liệu đó

với các tài liệu, văn bản thử nghiệm.

5.1.2.3. Một vài hiện tượng hư hỏng thông thường và cách sửa chữa

* Điều kiện để đảm bảo cho khí cụ điện làm việc bình thường là:

Phải lựa chọn đúng khí cụ điện theo dòng điện và điện áp.

Chất lượng kết cấu và đặc tính kỹ thuật của khí cụ điện phải tốt.

Phải lắp ráp và điều chỉnh khí cụ điện theo đúng qui phạm lắp đặt điện.

Phải định kỳ bảo dưỡng, làm sạch và thay thế các chi tiết mau mòn trong quá trình sử

dụng.

* Do điều kiện làm việc nặng các khí cụ điện thường hay bị hư hỏng do các nguyên nhân

sau đây:

Việc điều khiển tự động truyền động điện trong hầu hết các máy công cụ được thực hiện

theo hàm thời gian hay hàm hành trình, làm cho các khí cụ điện phải đóng ngắt trong điều

kiện nặng nề và thường xuyên xuất hiện các quá trình quá độ trong chúng.

Tần số đóng ngắt các khí cụ điện lớn làm chấn động và mau hỏng các cơ cấu điện và lắp

ghép.

Môi trường xung quanh thường có bụi gang, bụi than, dầu mỡ, hơi nước, … làm ảnh

hưởng đáng kể đến chất lượng làm việc và tuổi thọ của khí cụ điện. Để giảm ảnh hưởng này,

ngày nay người ta thường đặt các khí cụ điện trong tủ ngay trong thành máy hoặc trong tủ

để ở ngoài máy.

Do lựa chọn khí cụ điện không đúng với công suất phụ tải, hoặc khi lắp khí cụ điện không

đúng làm cho giá đỡ tiếp điểm không bảng phẳng, công vênh, hoặc khí cụ điện sử dụng lâu

ngày, đóng ngắt nhiều lần làm cho bề mặt viền tiếp điểm bị ôxy hóa. Chính những nguyên

nhân trên làm cho tiếp điểm của khí cụ điện bị hư hỏng.

Bên cạnh đó, do những nguyên nhân như bị ngắn mạch cục bộ, điện áp tăng quá cao, do

nước, muối, dầu, hóa chất, … của môi trường xung quanh xâm thực chọc thủng cách điện

vòng dây, làm cho cách điện của cuộn dây khí cụ điện bị phá hủy, dẫn đến cuộn dây bị cháy,

bị đứt dây.

* Biện pháp sửa chữa

Kiểm tra và sửa chữa nắn thẳng độ bằng phẳng của giá đỡ tiếp điểm.

Kiểm tra lò xo của tiếp điểm động xem có bị méo, biến dạng, hay đặt lệch khỏi cốt giữ

hay không. Phải điều chỉnh lò xo đúng lực ép lên tiếp điểm và kiểm tra bằng lực kế.

Thay thế bằng tiếp điểm dự phòng khi kiểm tra tiếp điểm bị mòn gần hết hoặc cháy hỏng

nặng.

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 90

Kiểm tra và loại trừ các nguyên nhân bên ngoài gay hư hỏng cuộn dây và quấn lại cuộn

dây theo mẫu hoặc tính toán lại dây đúng điện áp và công suất tiêu thụ yêu cầu. Khi quấn

lại cuộn dây, cần đảm bảo công nghệ sửa chữa đúng kỹ thuật.

5.2. Các mạch điện khởi động động cơ

5.2.1. Mạch khởi động động cơ điện ba pha bằng khởi động từ đơn

Để khởi động, điều khiển và khống chế động cơ điện ba pha (hay một pha), ta có thể

sử dụng cầu dao hoặc áp tô mát thao tác đóng cắt trực tiếp nguồn điện cung cấp cho động

cơ. Nhưng việc thao tác đóng cắt bằng các thiết bị trên có một số nhược điểm sau:

Tần số đóng cắt thấp.

Vận hành nặng nề, tốn sức lao động, năng suất thấp.

Khả năng bảo vệ an toàn cho người và động cơ khi có sự cố rất thấp.

Khó tự động hoá quá trình vận hành động cơ.

Phương pháp khởi động động cơ điện xoay chiều bằng khởi động từ sẽ khắc phục được

những nhược điểm trên.

* Trang bị điện của mạch

Áp tô mát ba pha (CB).

Bộ nút ấn (ON, OFF).

Bộ công tắc tơ (K).

Rơle nhiệt (OLR).

Động cơ xoay chiều 3 pha rôto lồng sóc (M).

* Nguyên lý hoạt động

Nhìn vào sơ đồ mạch động lực trên ta thấy để động cơ không đồng bộ ba pha M hoạt

động được thì tiếp điếp của átômát 3 pha và tiếp điểm thường mở chính của công tắc tơ

phải đóng lại, khi đó nguồn điện 3 pha (380/220 VAC) được cấp vào động cơ, động

cơ sẽ hoạt động.

Để tiếp điểm của CB đóng lại thì ta sẽ đóng CB về vị trí On bằng tay, còn tiếp điểm

đóng lại phụ thuộc vào cuộn dây của công tắc tơ K

. Khi cuộn dây K

có điện thì các

OLR

Hình 5.1b: Mạch khởi động từ đơn

(mạch động lực).

OFF

220V AC

OLR

Hình 5.1a: Mạch khởi động từ đơn

(mạch điều khiển).

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 91

tiếp điểm của nó sẽ tác động. Vậy để khởi động động cơ M theo mạch điện trên thì ta phải

thực hiện theo quy trình kỹ thuật sau:

Mở máy:

Đóng áp tô mát CB nguồn ở mạch động lực và điều khiển về vị trí ON.

Ấn nút ON, mạch điện khiển sẽ kín, cuộn hút của công tắc tơ K

có điện, khi cuộn hút

có điện thì hệ thông tiếp điểm của nó sẽ tác động. Tiếp điểm thường mở động lực K

của

công tắc tơ ở mạch động lực và K

ở mạch điều khiển sẽ đóng lại.

Tiếp điểm K

đóng lại, nguồn 3 pha sẽ được cấp vào động cơ M, động cơ sẽ được khởi

động.

Tiếp điểm K

đóng lại, khi đó nguồn điện cấp vào K

sẽ được đi qua tiếp điểm điểm

và nó có nhiệm vụ là duy trì nguồn điện cho mạch điều khiển khi ta thôi tác động vào

nút ON. Với chức năng trên, tiếp điểm K

được gọi là tiếp điểm tự giữ.

Tắt máy:

Để động cơ ngừng hoạt động, ta ấn nút OFF, khi đó cuộn hút K

công tắt tơ sẽ mất

điện, tiếp điểm của nó sẽ trở về trạng thái ban đầu, tiếp điểm K

và K

mở ra. Tiếp điểm

mở ra sẽ ngắt nguồn 3 pha cấp vào động cơ, động cơ sẽ ngừng hoạt động.

Bảo vệ động cơ:

Khi động cơ bị sự cố (quá tải, mất pha…) sẽ làm cho dòng điện đi qua phần tử đốt nóng

của rơ le nhiệt tăng cao, rờ le nhiệt tác động nhả tiếp điểm thường đóng OLR ở mạch điều

khiển làm cho mạch điều khiển mất điện, bảo vệ an toàn cho động cơ.

* Nhận xét

Mạch khởi động từ đơn là một trong những mạch điều khiển đơn giản dùng để khởi

động động cơ điện. Mạch điện không có nhiều thiết bị nên những sự cố xảy ra với mạch là

rất ít.

Đối với mạch khởi động từ đơn sự cố thường xảy ra nhất là nguồn không tự duy trì

được sau khi ấn nút ON. Nguyên nhân do xác định các tiếp điểm thường đóng và thường

mở của công tắc tơ sai. Do đó khi lắp mạch cần chú ý phân biệt rõ tiếp điểm thường đóng

và thường mở của công tắc tơ bằng cách đo đạt để xác định hoặc xem kỹ các hướng dẫn

của nhà sản xuất kèm theo sản phẩm.

Các bước kiểm tra lại mạch khi mạch không hoạt động:

Kiểm tra nguồn cung cấp cho cả hai mạch điều khiển và động lực xem có hoạt động

tốt không.

Ngắt nguồn điện cung cấp cho mạch điều khiển để tiến hành kiểm tra mạch.

Quan sát các dây nối kỹ càng để phát hiện chổ hở hoặc bị đứt.

Kiểm tra rơle quá nhiệt xem đã tác động chưa.

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 92

Dùng đồng hồ đo vạn năng ở giai đo Ohm xác định điện trở của cuộn hút của công

tắc tơ xem có bị đứt không, xác định lại các tiếp điểm điều khiển của công tắc tơ và kiển

tra các nút ấn.

Lắp lại mạch nếu phát hiện sai xót hoặc hư hỏng thiết bị.

Vận hành kiểm tra mạch điều khiển trước khi đóng điện cho mạch động lực hoạt

động.

* Ưu và nhược điểm của mạch khởi động động cơ bằng khởi động từ đơn

Đây là mạch điện chỉ áp dung cho việc khởi động động cơ không đồng bộ công suất

nhỏ, vì mạch điện chưa đề cập đến việc giảm dòng điện khởi động cho động cơ.

Là mạch điện khởi động động cơ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận

hành thấp.

Đảm bảo an toàn cho người vận hành và cho mạch điện

5.2.2. Mạch điện mở máy động cơ điện ba pha có thử nháp (hay còn gọi là mạch

nhấp máy)

Trước khi đưa các động cơ vào làm việc lâu dài theo yêu cầu của công việc, để đảm

bảo an toàn ta cần phải hoạt động thử (thử nháp) trong thời gian ngắn. Quá trình thử thường

lặp lại vài lần (ấn nhả liên tục theo kiểu xung nhịp) bằng cách sử dụng nút ấn có phục hồi

nhưng không duy trì. Nếu mạch hoạt động tốt thì quá trình thử kết thúc, động cơ được đưa

vào làm việc lâu dài. Điều này có thể được thực hiện bằng mạch thử nháp cho ở hình 3.2.

Ngoài việc dùng để thử hoạt động máy trước khi đưa động cơ vào hoạt động trong dây

chuyền. Mạch điều khiển này còn có thể được dùng trong các công đoạn gia công nhưng

không cần động cơ hoạt động trong thời gian dài mà chỉ hoạt động trong thời gian ngắn

chạy dừng liên tục. Vì vậy nên mạch còn có tên gọi khác là mạch nhấp máy.

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 93

* Trang bị điện của mạch

Áp tô mát ba pha (CB).

Bộ nút ấn hai tầng tiếp điểm (ON, OFF).

Bộ công tắc tơ (K).

Động cơ xoay chiều ba pha rôto lồng sóc (M).

Rơle

nhiệt

(OLR).

* Nguyên lý hoạt động

Thử máy:

Đóng áp tô mát nguồn cấp điện cho mạch động lực và mạch điều khiển. Lúc này động

cơ chưa hoạt động do các tiếp điểm động lực K

của công tắc tơ mở. Ấn nút JOG (để thử

nháp) cuộn hút công tắc tơ K

có điện sẽ tác động cấp nguồn cho động cơ qua các tiếp điểm

động lực K

. Lúc cuộn hút có điện mặc dù tiếp điểm K

đóng nhưng do tiếp điểm thường

đóng phía trên của nút JOG đã mở (do ta ấn xuốn) nên nguồn điện sẽ không có nguồn đi

qua tiếp điểm K

. Khi tay ta không còn ấn vào nút JOG nữa thì động cơ sẽ ngừng hoạt

động.

Mở máy:

Ấn nút ON, mạch điện khiển sẽ kín, cuộn hút của công tắc tơ K

có điện, khi cuộn hút

có điện thì hệ thông tiếp điểm của nó sẽ tác động. Tiếp điểm thường mở động lực K

của

công tắc tơ ở mạch động lực và K

ở mạch điều khiển sẽ đóng lại.

Tiếp điểm K

đóng lại, nguồn 3 pha sẽ được cấp vào động cơ M, động cơ sẽ được khởi

động.

Tiếp điểm K

đóng lại, khi đó nguồn điện cấp vào K

sẽ được đi qua tiếp điểm điểm

và nó có nhiệm vụ là duy trì nguồn điện cho mạch điều khiển khi ta thôi tác động vào

nút ON. Với chức năng trên, tiếp điểm K

được gọi là tiếp điểm tự giữ.

OLR

OFF

JOG

OLR

Hình 5.2: Mạch khởi động có thử nháp

(mạch điều khiển và động lực).

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 94

Tắt máy:

Để động cơ ngừng hoạt động, ta ấn nút OFF, khi đó cuộn hút K

công tắt tơ sẽ mất

điện, tiếp điểm của nó sẽ trở về trạng thái ban đầu, tiếp điểm K

và K

mở ra. Tiếp điểm

mở ra sẽ ngắt nguồn 3 pha cấp vào động cơ, động cơ sẽ ngừng hoạt động.

Bảo vệ động cơ:

Khi động cơ bị sự cố (quá tải, mất pha…) sẽ làm cho dòng điện đi qua phần tử đốt nóng

của rơ le nhiệt tăng cao, rờ le nhiệt tác động nhả tiếp điểm thường đóng OLR ở mạch điều

khiển làm cho mạch điều khiển mất điện, bảo vệ an toàn cho động cơ.

* Nhận xét

Tương tự như mạch khởi động từ đơn mạch khởi động có thử nháp là mạch tương đối

đơn giản nên sự cố của nó cũng rất ít. Phương pháp tiến hành kiểm tra của mạch này được

thực hiện giống như mạch khởi động từ đơn đã nêu ở trên.

* Ưu và nhược điểm của mạch khởi động động cơ bằng khởi động từ đơn

Đây là mạch điện chỉ áp dung cho việc khởi động động cơ không đồng bộ công suất

nhỏ, vì mạch điện chưa đề cập đến việc giảm dòng điện khởi động cho động cơ.

Mạch điện trên chỉ đúng nguyên lý khi người vận hành ấn nút Jog trước khi ấn On.

Trong quá trình động cơ đang hoạt động thì động cơ ngừng hoạt động. Đây là nhược điểm

lớn nhất của mạch điện trên.

Là mạch điện khởi động động cơ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành

thấp.

Đảm bảo an toàn cho người vận hành và cho mạch điện

5.2.3. Mạch mở máy động cơ xoay chiều ba pha tại 2 vị trí

Trong thực tế vận hành một số động cơ điện ba pha cần phải được điều khiển ở hai hay

nhiều vị trí khác nhau để thuận tiện cho việc vận hành hoặc sữa chữa.

* Trang bị điện của mạch

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 95

Áp tô mát (CB)

Nút ấn (ON

, ON

, OFF

Công tắc tơ (K).

Động cơ xoay chiều ba pha rôto lồng sóc (M).

Rơle nhiệt (OLR).

* Nguyên lý hoạt động

Mở máy tại vị trí 1:

Đóng áp tô mát nguồn, ấn nút ON

cuộn hút công tắc tơ có điện đóng tiếp điểm động

lực K

động cơ hoạt động. Nguồn điện của mạch được duy trì bằng tiếp điểm thường mở

của công tắc tơ.

Mở máy tại vị trí 2:

Đóng áp tô mát nguồn, ấn nút ON

cuộn hút công tắc tơ có điện đóng tiếp điểm động

lực K

động cơ hoạt động. Nguồn điện của mạch được duy trì bằng tiếp điểm thường mở

của công tắc tơ.

Tắt máy tại vị trí 1:

Ấn nút OFF

cuộn hút công tắc tơ mất điện sẽ nhả các tiếp điểm K

và K

động cơ bị

mất điện ngừng hoạt động.

Tắt máy tại vị trí 2:

Ấn nút OFF

cuộn hút công tắc tơ mất điện sẽ nhả các tiếp điểm K

và K

động cơ bị

mất điện ngừng hoạt động.

Sơ đồ của mạch mở máy động cơ tại hai vị trí cũng giống như mạch khởi động từ đơn

nên những sự cố và hư hỏng của mạch này có thể dễ dàng được phát hiện và khắc phục.

Các bước kiểm tra cũng giống như ở mạch khởi động từ đơn.

Hình 5.3: Mạch mở máy động cơ xoay chiều ba pha tại 2 vị trí

OFF

OLR

220V AC

OLR

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 96

5.2.4. Mạch khởi động động cơ điện một pha

* Trang bị điện của mạch

Mạch điện khởi động động cơ một pha được trang bị tương tự như mạch khởi động

động cơ không đồng bộ ba pha, bao gồm áptômát 1 pha và 3 pha (CB), bộ khởi động từ,

hệ thống nút ấn ON, OFF và một động cơ không đồng bộ một pha.

Mạch điện khởi động động cơ không đoòng bộ một pha được trình bày như hình 5.4:

* Nguyên lý hoạt động

Nguyên lý hoạt động của mạch khởi động cơ điện một pha cũng giống như của mạch

khởi động động cơ điện ba pha.

Mở máy:

Ấn nút ON, mạch điện khiển sẽ kín, cuộn hút của công tắc tơ K

có điện, khi cuộn hút

có điện thì hệ thông tiếp điểm của nó sẽ tác động. Tiếp điểm thường mở động lực K

của

công tắc tơ ở mạch động lực và K

ở mạch điều khiển sẽ đóng lại.

Tiếp điểm K

đóng lại, nguồn 3 pha sẽ được cấp vào động cơ M, động cơ sẽ được khởi

động.

Tiếp điểm K

đóng lại, khi đó nguồn điện cấp vào K

sẽ được đi qua tiếp điểm điểm

và nó có nhiệm vụ là duy trì nguồn điện cho mạch điều khiển khi ta thôi tác động vào

nút ON. Với chức năng trên, tiếp điểm K

được gọi là tiếp điểm tự giữ.

Tắt máy:

Để động cơ ngừng hoạt động, ta ấn nút OFF, khi đó cuộn hút K

công tắt tơ sẽ mất

điện, tiếp điểm của nó sẽ trở về trạng thái ban đầu, tiếp điểm K

và K

mở ra. Tiếp điểm

mở ra sẽ ngắt nguồn 3 pha cấp vào động cơ, động cơ sẽ ngừng hoạt động.

OFF

220V AC

OLR

FUSE

OLR

Hình 5.4: Mạch khởi động động cơ điện một pha

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 97

Bảo vệ động cơ: Khi động cơ bị sự cố (quá tải, mất pha…) sẽ làm cho dòng điện đi

qua phần tử đốt nóng của rơ le nhiệt tăng cao, rờ le nhiệt tác động nhả tiếp điểm thường

đóng OLR ở mạch điều khiển làm cho mạch điều khiển mất điện, bảo vệ an toàn cho động

cơ.

5.2.5. Mạch mở máy động cơ lồng sóc qua cuộn cảm kháng

Ta biết rằng khi mở máy động cơ điện, dòng điện mở máy tăng lên 4 đến 7 lần (đối với

rôto lồng sóc) và tăng từ 2 đến 4 lần (đối với rôto dây quấn) so với dòng điện định mức.

Hiện tượng này làm giảm đáng kể điện áp nguồn và gây ảnh hưởng đến các thiết bị điện

trong cùng tuyến tiêu thụ với động cơ. Đặc biệt là khi mở máy các động cơ công suất lớn,

tải nặng nề thì ảnh hưởng càng rõ rệt thậm chí có thể làm tắt bóng đèn huỳnh quang hoặc

làm cho máy điều hoà ngưng hoạt động …

Đối với động cơ công suất lớn cỡ hàng chục kW, để làm giảm những ảnh hưởng này ta

có thể đấu nối tiếp cuộn dây stato với cuộn kháng hoặc điện trở phụ nhằm làm giảm điện

áp đặt vào các cuộn dây stato khi động cơ khởi động như vậy sẽ làm giảm dòng điện mở

máy. Sau khi kết thúc quá trình mở máy, các cuộn kháng hoặc điện trở này sẽ được ngắt

ra và lúc này động cơ sẽ được nối trực tiếp với nguồn. Lúc này động cơ sẽ làm việc ở chế

độ định mức.

* Trang bị điện của mạch

Với mục đích là khởi động động cơ không đồng bộ có xét đến việc có giảm dòng điện

khi khởi động, mạch điện được trang bị một bộ khởi động từ đơn K

, một công tắc tơ K

bộ nút ấn đơn ON, OFF, áptômát 1 pha, 3 pha CB, cuộn kháng L, rờ le thời gian ON-

DELAY và một động cơ M.

Sơ đồ mạch mạch điện khởi động động cơ qua cuộn kháng được trình bày ở hình 3.5:

* Nguyên lý hoạt động

Mở máy động cơ:

Chỉnh định thừoi gian trên rờ le T

là thời gian khởi động 2 ÷ 3 giây.

Đóng áp tô mát nguồn cho mạch điều khiển và mạch động lực.

Ấn nút ON, cuộn hút công tắc tơ K

, rơle thời gian T

có nguồn đóng các tiếp điểm

động lực K

cấp nguồn cho động cơ quay. Khi đó có một phần của điện áp nguồn rơi trên

cuộn kháng làm cho điện áp đặt vào động cơ giảm so với định mức, do đó dòng điện khởi

động cũng giảm theo. Sau một khoảng thời gian t (đã chỉnh định trước đó) khi động cơ đạt

khoảng 70 – 75% tốc độ định mức, tiếp điểm thường mở đóng chậm T

đóng lại cấp điện

cho cuộn hút công tắc tơ K

đồng thời cuộn K

mất điện do tiếp điểm thường đóng mở

chậm T

mở ra. Khi đó điện áp nguồn đặt trực tiếp vào động cơ qua các tiếp điểm động

lực của công tắc tơ K

, chuyển động cơ sang hoạt động ở chế độ định mức. Lúc này nguồn

của mạch điều khiển được duy trì bởi tiếp điểm K

của công tắc tơ K

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 98

Dừng động cơ:

Ấn nút OFF cuộn hút công tắc tơ K1 (nếu động cơ đang khởi động), K2 mất nguồn

ngừng hoạt động. Các tiếp điểm thường đóng K11 và K21 ở mạch động lực mở ra, động

cơ mất nguồn ngừng hoạt động.

* Nhận xét

Trong thực tế vận hành đôi khi rơle thời gian tác động không chính xác có thể sớm

hoặc trễ so với thời điểm động cơ khởi động xong. Điều này có thể dẫn đến dòng khởi

động vẫn còn cao khi chuyển động cơ sang chế độ hoạt động bình thường hoặc chậm

chuyển sang chế độ vận hành bình thường khi động cơ đã khởi động xong gây tiêu tốn điện

năng không có ích. Do đó để đạt hiệu quả cao khi vận hành ta phải tìm hiểu thật kỹ đặc

tính khởi động của động cơ được vận hành để có thể ước lượng thời gian tác động của rơle

thời gian cho chính xác.

Để tránh sự cố xảy ra cho mạch này lúc vận hành khi mắc mạch cần chú ý xác định

chính xác các tiếp điểm của công tắc tơ cũng như của rơle thời gian. Đặc biệt là các tiếp

điểm đóng mở có thời gian của rơle.

Các sự cố thường xảy ra:

OFF

OLR

220 V AC

OLR

FUSE

Hình 5.5: Mạch mở máy động cơ lồng sóc qua

cuộn kháng

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 99

Động cơ không hoạt động: nguyên nhân có thể do cuộn kháng bị đứt, rơle quá nhiệt đã

tác động trong lần hoạt động trước, động cơ bị cháy, các nút ấn hư.

Dòng khởi động của động cơ không giảm: nguyên nhân do cuộn kháng bị ngắn mạch,

mắc sai các tiếp điểm động lực K11, K22 của công tắc tơ K1 và K2.

Cuộn kháng không được tách ra sau khi động cơ khởi động xong: nguyên nhân do rơle

thời gian không tác động có thể bị hỏng hoặc mắc sai ở tiếp điểm thường mở đóng chậm

cấp nguồn cho công tắc tơ K2 ở mạch điều khiển.

Các bước kiểm tra lại mạch khi mạch không hoạt động:

Kiểm tra nguồn cung cấp cho cả hai mạch điều khiển và động lực xem có hoạt động tốt

không.

Ngắt nguồn điện cung cấp cho mạch điều khiển, động lực để tiến hành kiểm tra.

Kiểm tra động cơ xem có bị kẹt không nếu không thì tiến hành kiểm tra mạch điện.

Quan sát các dây nối kỹ càng để phát hiện chổ hở hoặc bị đứt.

Kiểm tra rơle quá nhiệt xem đã tác động chưa.

Dùng đồng hồ đo vạn năng ở giai đo Ohm xác định điện trở của cuộn hút của công tắc

tơ, rơle thời gian xem có bị đứt không, xác định lại các tiếp điểm điều khiển của công tắc

tơ, rơle thời gian và kiểm tra các nút ấn.

Lắp lại mạch, thay thế thiết bị khác nếu phát hiện sai xót hoặc hư hỏng thiết bị.

Vận hành kiểm tra mạch điều khiển trước khi đóng điện cho mạch động lực hoạt động.

5.2.6. Mạch khởi động sao_tam giác

* Phương pháp khởi động sao_tam giác

Phương pháp khởi động động cơ điện ba pha qua cuộn kháng hoặc máy biến áp tự ngẫu

có thể áp dụng cho nhiều loại động cơ nhưng trang bị quá cồng kềnh vì phải bổ sung thiết bị

cho mạch động lực. Tuy nhiên đối với các động cơ ở chế độ định mức mà có cuộn dây đấu

hình tam giác thì có thể dùng phương pháp mở máy sao_tam giác để giảm dòng khởi động.

Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là mô men khởi động giảm đi 3 lần. Điều này làm

cho thời gian khởi động kéo dài đặc biệt là đối với động cơ làm việc ở chế độ tải nặng nề.

Khi khởi động sao_tam giác điện áp trên mỗi cuộn dây pha giảm đi lần

, khi đó dòng

điện vào cuộn dây động cơ giảm đi 3 lần.

* Trang bị điện của mạch

Áp tô mát ba pha (CB). Cầu chì (FUSE).

Bộ nút ấn (ON, OFF). Bộ Công tắc tơ (K1, K2, K3).

Động cơ xoay chiều ba pha (M). Rơle thời gian (T).

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 100

Rơle nhiệt (OLR).

* Nguyên lý hoạt động

Mở máy:

Đóng áp tô mát nguồn, ấn nút ON, cuộn hút công tắc tơ K1, K2 và rơle thời gian T có

điện tiếp điểm K11, và K21 đóng điện cho động cơ chạy ở chế độ các cuộn dây stato được đấu

sao.

Sau một khoảng thời gian định trước tiếp điểm thường đóng mở chậm T1 của rơle thời

gian T mở ra và tiếp điểm thường mở đóng chậm T2 đóng lại. Cuộn K2 mất điện đồng thời

cuộn dây công tắc tơ K3 có điện. Động cơ chuyển sang chế độ chạy mà các cuộn dây stato đấu

tam giác.

Tắt máy:

Ấn nút OFF cuộn hút K1, K3 và T mất điện, cắt điện mạch động lực, động cơ ngừng hoạt

động.

* Nhận xét

Để tránh hư hỏng mạch và thiết bị cần chú ý xem kỹ sơ đồ mạch khi mắc các tiếp điểm

thường đóng mở chậm và thường mở đóng chậm của rơle thời gian. Thông thường hai tiếp

điểm này sẽ có một điểm chung nếu mắc sai có thể làm ngắn mạch mạch điều khiển. Nên xem

các sơ đồ hướng dẫn của nhà sản xuất trước khi mắc các tiếp điểm này.

Hình 5.6: Mạch khởi động sao_tam giác

220V AC

OFF

OLR

FUSE

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 101

Các sự cố thường gặp:

Hiện tượng ngắn mạch ở mạch điều khiển do mắc sai tiếp điểm thường đóng mở chậm

thường mở đóng chậm của rơle thời gian.

Không đổi được từ nối sao sang nối tam giác do rơle thời gian bị hư.

Động cơ khởi động tam giác_sao thay vì sao_tam giác do mắc sai ở các tiếp điểm động

lực.

Các bước kiểm tra lại mạch khi mạch không hoạt động:

Kiểm tra nguồn cung cấp cho cả hai mạch điều khiển và động lực xem có hoạt động tốt

không.

Ngắt nguồn điện cung cấp cho mạch điều khiển, động lực để tiến hành kiểm tra.

Quan sát các dây nối kỹ càng để phát hiện chổ hở hoặc bị đứt.

Kiểm tra rơle quá nhiệt xem đã tác động chưa.

Dùng đồng hồ đo vạn năng ở giai đo Ohm xác định điện trở của cuộn hút của công tắc tơ,

rơle thời gian xem có bị đứt không, xác định lại các tiếp điểm của công tắc tơ, rơle thời gian

và kiểm tra các nút ấn.

Lắp lại mạch, thay thế các thiết bị nếu phát hiện sai xót hoặc hư hỏng thiết bị.

Vận hành kiểm tra mạch điều khiển khi đóng điện cho mạch động lực hoạt động.

5.3. Các mạch điện điều khiển động cơ

5.3.1. Mạch đảo chiều động cơ điện ba pha

Trong tiến trình làm việc của một số máy móc trong công nghiệp, sẽ có thời điểm chúng

ta cần phải đảo chiều quay động cơ để chuyển sang một chế độ làm việc khác. Ví dụ như:

việc nâng hạ của thang máy, băng tải, đổi chiều chuyển động của bàn máy tiện ….

Để thay đổi chiều quay của động cơ điện xoay chiều ba pha, về nguyên tắc ta phải thay

đổi chiều của từ trường quay stato bằng cách thay đổi thứ tự hai trong ba đầu dây pha cấp

điện cho động cơ.

Chúng ta có thể thay đổi thứ tự pha vào động cơ bằng cầu dao hai ngã. Nhưng sử dụng

cách điều khiển này tuy có lợi về mặt kinh tế, dễ đấu lắp nhưng rất bất tiện trong quá trình

vận hành, quá trình đóng ngắt các tiếp điểm diễn ra không dứt khoát dễ phát sinh hồ quang.

Để khắc phục nhược điểm trên chúng ta sẽ sử dụng bộ khởi động từ kép hoặc 2 bộ khởi động

từ đơn để đổi chiều quay động cơ. Tuy nhiên cũng tùy theo yêu cầu vận hành và loại động

cơ sử dụng mà ta có thể áp dụng phương pháp đổi chiều thích hợp.

* Trang bị điện của mạch

Áp tô mát ba pha (CB). Cầu chì ba pha (FUSE).

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 102

Nút ấn (ON1, ON2, OFF1, OFF2). Công tắc tơ (K1, K2).

Động cơ xoay chiều ba pha rôto lồng sóc (M). Rơle nhiệt (OLR).

Hình 5.7a: Mạch đảo chiều động cơ điện ba pha (mạch điều khiển).

* Nguyên lý hoạt động

Mở máy cho động cơ chạy thuận:

Đóng áp tô mát nguồn, ấn nút

ON1, cuộn hút công tắc tơ K1 có điện

cuộn hút hoạt động đóng các tiếp

điểm thường mở K11 của công tắc tơ

ở mạch động lực và mạch điều khiển

làm cho động cơ hoạt động. Nguồn

điện cung cấp cho công tắc tơ được

duy trì bởi tiếp điểm thường mở K12

của chính công tắc tơ. Động cơ khởi

động và quay theo chiều thuận (tuỳ

theo qui ước).

Dừng động cơ:

Ấn nút OFF, cuộn hút công tắc tơ

mất nguồn sẽ nhả các tiếp điểm

thường mở đang ở trạng thái đóng về

vị trí thường mở ban đầu. Động cơ

mất điện ngừng hoạt động.

Đảo chiều động cơ:

Ấn nút ON2 cuộn hút công tắc tơ

K2 có điện sẽ đóng các tiếp điểm

động lực K21 cấp nguồn cho động cơ

hoạt động và tiếp điểm K22 duy trì

OLR

OFF

220V AC

OLR

FUSE

Hình 5.7b: Mạch đổi chiều động cơ điện ba pha

(mạch động lực).

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 103

nguồn cho công tắc tơ K2 hoạt động. Động cơ quay theo chiều ngược lại với chiều quay ban

đầu do thứ tự của hai trong ba pha cấp điện cho động cơ đã bị đảo.

Trong quá trình hoạt động của mạch điện, 2 công tắc tơ K1 và K2 không thể làm việc

đồng thời, để tránh gây hiện tượng ngắn mạch trong mạch động lực. Vì vậy, khi công tắc tơ

này làm việc thì công tắc tơ kia phải bị “khoá” không hoạt động được. Trong mạch trên việc

khoá chéo này được thực hiện bởi 2 tiếp điểm thường đóng K13, và K23.

Tuy nhiên, trong quá trình làm việc của một số máy móc, việc đổi chiều quay cần phải

được diễn ra tức thì. Chẳng hạn như trong quá trình cắt ren của máy tiện, khi dao cắt đi hết

hành trình thì lập tức trục chính cần phải đổi chiều quay để đưa dao về vị trí xuất phát ban

đầu, chuẩn bị cho quá trình cắt tiếp theo. Việc đổi chiều này cần phải được diễn ra nhanh

chóng người thợ không có thời gian để ấn nút dừng (OFF). Để khắc phục nhược điểm trên

người ta dùng bộ nút ấn 2 tầng tiếp điểm để thay cho bộ nút ấn một tầng tiếp điểm thông

thường. Sơ đồ nguyên lý của mạch động lực không khác so với việc sử dụng nút ấn một tầng

tiếp điểm chỉ khác sẽ có sự liên động cơ khí giữa các nút ấn. Mạch điều khiển được cho bởi

hình 5.8.

Hình 5.8: Mạch đảo chiều động cơ điện xoay chiều ba pha.

Mở máy động cơ chạy thuận:

Ấn nút ON1 công tắc tơ K1 có nguồn đóng các tiếp điểm động lực cho động cơ chạy

thuận lúc này bộ nút ấn 2 tầng có nhiệm vụ làm cho mạch điện qua công tắc tơ K2 bị hở nên

K2 không hoạt động.

Đảo chiều quay động cơ:

Ấn nút ON2 công tắc tơ K2 có nguồn đóng các tiếp điểm động lực K21 của nó và làm hở

mạch của công tắc tơ K1 làm cho công tắc tơ này mất nguồn ngưng hoạt động. Động cơ

quay theo chiều ngược lại với chiều quay ban đầu ngay lập tức.

Ta có thể lựa chọn chiều quay ban đầu của động cơ bằng cách ấn nút ON2 trước ON1.

* Nhận xét

OFF

OLR

220V AC

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 104

Đối với mạch đảo chiều động cơ điện xoay chiều ba pha để tránh gặp sự cố khi vận hành

thì khi lắp mạch cần chú ý đến việc mắc tiếp điểm K13 và K23 vì đây là hai tiếp điểm đóng

vai trò khoá chéo. Nếu ta quên mắc hai tiếp điểm này thì trong một khoảng thời gian ngắn

nào đó cuộn dây stato động cơ sẽ có hai dòng điện khác pha nhau chạy qua điều này rất nguy

hiểm.

Vì đây là mạch đơn giản chỉ gồm hai công tắc tơ nên rất ít có sự cố xảy ra. Nếu có sự cố

thì có thể là:

Động cơ không hoạt động được sau khi ấn nút ON1

Động cơ không thể đổi chiều quay và dừng lại hẳn sau khi ấn ON2,

Cả hai công tắc tơ đều đóng.

Nguyên nhân có thể do:

Công tắc tơ K1, K2 không hoạt động tốt.

Lắp mạch sai ở các tiếp điểm của công tắc tơ.

Không mắc các tiếp điểm K13 và K23 đóng vai trò khoá chéo.

Phương pháp kiểm tra:

Kiểm tra nguồn cung cấp cho mạch điều khiển và mạch động lực.

Kiểm tra hoạt động của động cơ.

Kiểm tra mạch điều khiển và động lực xem đã mắc đúng chưa.

Tắt nguồn cung cấp cho mạch, dùng VOM kiểm tra điện trở cuộn hút và các tiếp điểm

của công tắc tơ, hoạt động của các nút ấn.

Thay thế các thiết bị nếu phát hiện hư hỏng.

5.3.2. Mạch điện tự động giới hạn hành trình

Trong vận hành các máy móc, dây chuyền sẽ có không ít các dây chuyền máy móc được

tự động hóa. Trong đó hành trình chuyển động sẽ được vận hành theo một giới hạn, một

chiều nhất định nào đó. Ví dụ hành trình chuyển động của băng tải tải hàng, hành trình

chuyển động của bàn vật liệu trong máy cắt gọt kim loại…

Để thực hiện điều này đối với các máy móc sử dụng động cơ điện, người ta sử dụng công

tắc hành trình gắn vào vị trí cần khống chế. Khoảng cách giữa hai công tắc hành trình chính

là khoảng cách hoạt động của thiết bị công tác.

* Trang bị điện của mạch

Áp tô mát ba pha (CB). Cầu chì ba pha (FUSE).

Bộ nút ấn (ON, OFF). Bộ Công tắc tơ (K1, K2).

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 105

Động cơ xoay chiều ba pha rôto lồng sóc (M). Rơle nhiệt (OLR).

Công tắc hành trình (LS).

Hình 5.9a: Mạch tự giới hạn hành trình.

* Nguyên lý hoạt động

OFF

OLR

220V AC

LS 1

LS 2

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 106

Mở máy cho động cơ chạy thuận:

Đóng áp tô mát nguồn, ấn nút ON1 cuộn

hút công tắc tơ có điện đóng tiếp điểm động

lực K11 động cơ chạy theo chiều thuận (qui

ước) làm cho băng tải di chuyển về vị trí B.

Nguồn điện của mạch được duy trì bằng tiếp

điểm K12. Mạch điện qua công tắc tơ K2 bị

hở do Khi ấn ON1 thì tiếp điểm thường đóng

liên động với nút ấn này bị hở. Khi băng tải

tới vị trí B sẽ đập vào vấu của công tắc hành

trình làm cho tiếp điểm LS11 của công tắc

hành trình LS1 mở, cuộn hút công tắc tơ K1

mất điện động cơ ngừng hoạt động băng tải

dừng lại.

Đảo chiều động cơ:

Ấn nút ON2 cuộn hút công tắc tơ K2 có

điện sẽ đóng các tiếp điểm K21 cho mạch

động lực và K22 sẽ duy trì nguồn cho công tắc

tơ này hoạt động. Động cơ quay theo chiều

ngược lại làm cho băng tải chuyển động ngược về phía A. Khi băng tải đến vị trí A sẽ đập

vào vấu của công tắc hành trình LS2 làm cho tiếp điểm LS22 mở ra cuộn hút công tắc tơ K2

mất nguồn, băng tải dừng lại.

Trong một số trường hợp người ta có thể ứng dụng hai phương pháp điều khiển động cơ

là giới hạn hành trình và đổi chiều chuyển động để tích hợp thành một mạch điều khiển có

chức năng tự giới hạn hành trình sau đó đổi chiều chuyển động. Mạch điện dạng này thường

được dùng trong các máy công cụ dùng để bào gọt kim loại…. Sơ đồ mạch được trình bày

ở hình 5.10.

Nguyên lý hoạt động:

Mở máy cho động cơ chạy thuận:

Đóng áp tô mát nguồn, ấn nút ON1 cuộn hút công tắc tơ có điện đóng tiếp điểm động lực

K11 động cơ chạy theo chiều thuận (qui ước) làm cho băng tải di chuyển về vị trí B. Nguồn

điện của mạch được duy trì bằng tiếp điểm K12. Mạch điện qua công tắc tơ K2 bị hở do.

Khi ấn ON1 thì tiếp điểm thường đóng liên động với nút ấn này bị hở, K13 có nhiệm vụ

khống chế không cho K2 hoạt động khi K1 đang hoạt động. Khi băng tải tới vị trí B sẽ đập

vào vấu của công tắc hành trình làm cho tiếp điểm LS11 của công tắc hành trình LS1 mở,

đồng thời lúc này LS12 đóng lại cấp nguồn cho công tắc tơ K2 hoạt động, động cơ ngay lập

tức được đảo chiều quay. Tiếp điểm K22 có nhiệm vụ duy trì nguồn cho công tắc tơ K2 vì

khi băng tải rời khỏi vị trí B các tiếp điểm của LS1 đều trở lại trạng thái ban đầu, K23 có

nhiệm vụ khống chế không cho K1 hoạt động khi K2 đang hoạt động.

OLR

FUSE

Hình 5.9b: Mạch tự giới hạn hành trình

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 107

Hình 5.10a: Mạch tự giới hạn hành trình và đổi chiều chuyển động.

Động cơ quay theo chiều ngược lại

làm cho băng tải chuyển động ngược về

phía A. Khi băng tải đến vị trí A sẽ đập

vào vấu của công tắc hành trình LS2 làm

cho tiếp điểm LS22 mở ra cuộn hút công

tắc tơ K2 mất nguồn, đồng thời LS21

đóng lại cấp nguồn cho K1 hoạt động,

động cơ một lần nữa đổi chiều chuyển

động về phía vị trí B, tiếp điểm K12 có

nhiệm vụ duy trì nguồn cho công tắc tơ

K1 khi băng tải không còn đập vào vấu

của công tắc hành trình LS2 nữa. Chu

trình chuyển động này sẽ được lặp lại

một cách tuần hoàn.

Tắt máy:

Ấn nút OFF cuộn hút công tắc tơ K1,

hoặc K2 mất nguồn mở các tiếp điểm

thường đóng ở mạch động lực ra, động

cơ mất nguồn ngừng hoạt động.

Ta có thể lựa chọn chiều chuyển động

ban đầu của băng tải về vị trí A hoặc B

bằng cách ấn vào ON1 hoặc ON2.

* Nhận xét

OFF

OLR

220V AC

LS 2

LS 1

OLR

FUSE

Hình 5.10b: Mạch tự giới hạn hành trình và

đổi chiều chuyển động.

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 108

Mạch giới hạn hành trình là một mạch tương đối đơn giản. Về cách mắc mạch không khác

mấy so với mạch đảo chiều bằng nút ấn thông thường nên sự cố xảy ra với mạch cũng rất ít.

Để thực hiện 2 mạch này có hiệu quả cần hiểu rõ nguyên lý hoạt động của công tắc hành

trình nhằm tránh sai sót khi mắc mạch. Sự cố xảy ra ở mạch này do nguyên nhân chủ yếu là

do mắc sai các tiếp điểm của công tắc hành trình. Về nguyên lý hoạt động của công tắc hành

trình cũng giống như các nút ấn ON/OFF có 2 tầng tiếp điểm để trách sai sót khi mắc mạch

ta chỉ cần xác định 2 tiếp điểm này là có thể thực hiện lắp mạch một cách dễ dàng.

5.3.3. Mạch điện mở máy động cơ theo thứ tự

Trong một số máy công tác và các dây chuyền công nghiệp nói chung, một số công việc

đòi hỏi phải được thực hiện theo một trình tự nhất định. Trong đó mỗi động cơ đảm nhiệm

công việc vận hành của một công đoạn nào đó. Nếu mỗi động cơ đảm nhiệm một công việc

nhất định thì động cơ phải được làm việc theo một trình tự cho trước trong dãy công việc

đó.

Để thực hiện được cơ chế trên ta có hai phương thức điều khiển:

Điều khiển theo cơ chế khoá: động cơ 1 phải làm việc trước mới cho phép động cơ 2 làm

việc. Động cơ 1 sẽ đảm nhận chức năng khoá động cơ 2. Tuy nhiên động cơ làm việc theo

cơ chế này thì ta cần phải thực hiện nhiều lần điều khiển cho một công việc.

Điều khiển theo cơ chế bắt cầu: động cơ 1 hoạt động sẽ kéo theo sự hoạt động của động

cơ 2, động cơ 2 sau khi hoạt động làm cho động cơ 3 hoạt động. Các động cơ sẽ làm việc

liên hoàn một cách tự động. Nếu động cơ làm việc theo cơ chế này thì chỉ cần một lần điều

khiển cho cả quá trình điều khiển.

5.3.3.1. Mạch điều khiển động cơ hoạt động theo trình tự dùng cơ chế khoá

Sơ đồ nguyên lý của mạch cho bởi hình 5.11:

Hình 5.11a: Mạch mở máy động cơ theo trình tự.

OFF

OLR

220V AC

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 109

* Trang bị điện của mạch

Áp tô mát (CB).

Cầu chì (FUSE).

Nút ấn (ON1, ON2, OFF1, OFF2).

Công tắc tơ (K1, K2).

Rơle nhiệt (OLR1, OLR2).

* Nguyên lý hoạt động

Mở máy động cơ M1:

Đóng áp tô mát nguồn, ấn nút ON1 cuộn

hút công tắc tơ K1 có nguồn đóng điện cho

động cơ M1 hoạt động qua các tiếp điểm động

lực K11, nguồn của mạch điều khiển được

duy trì nhờ tiếp điểm K12 của công tắc tơ.

Lúc này tiếp điểm K13 của K1 đóng lại cho

phép đưa động cơ M2 vào hoạt động.

Mở máy động cơ M2:

Ấn nút ON2, cuộn hút công tắc tơ K2 có điện đóng điện cho động cơ M2 hoạt động qua

tiếp điểm K21, nguồn của mạch điều khiển K2 được duy trì bởi tiếp điểm K22.

Dừng động cơ M2:

Ấn nút OFF2 cuộn hút công tắc tơ K2 mất điện, động cơ M2 dừng lại.

Dừng cả hai động cơ M1, M2:

Ấn nút OFF1, cuộn hút công tắc tơ mất nguồn nhả các tiếp điểm của K1, K2 về vị trí ban

đầu, 2 động cơ mất nguồn dừng lại.

* Nhận xét

Công tắc tơ K1 được dùng trong mạch điều khiển ở trên là loại có hai tiếp điểm thường

mở khác với loại thông thường chỉ có một tiếp điểm thường mở và thường đóng dùng làm

tiếp điểm điều khiển. Do đó khi mắc mạch cần chú ý lựa chọn công tắc tơ thích hợp và xem

kĩ sơ đồ nối dây để tránh nhằm lẫn khi mắc tiếp điểm của công tắc tơ K1.

OLR

FUSE

Hình 5.11b: Mạch mở máy động cơ theo

trình tự (mạch động lực).

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 110

Ngoài phương pháp mắc mạch điều khiển động cơ theo cơ chế khoá như trên ta cũng có

thể mắc mạch điều khiển theo hình 5.12. Việc mắc mạch điều khiển theo sơ đồ này có thể

khắc phục được nhược điểm của mạch hình 5.11 là có thể dùng công tắc tơ thông thường

chỉ có một tiếp điểm điều khiển thường mở trong mạch điều khiển.

Hình 5.12: Mạch điều khiển mở máy trình tự

5.3.3.2. Mạch điều khiển động cơ hoạt động theo trình tự dùng cơ chế bắc cầu

Trong thực tế một sản phẩm được tạo ra theo một chu trình hoạt động nhất định. Trong

đó một công đoạn có thể gồm một hay nhiều động cơ dẫn động, mỗi động cơ đảm nhiệm

một công việc nhất định. Các động cơ này sẽ hoạt động liên hoàn một cách hoàn toàn tự

động. Việc này sẽ được thực hiện bởi mạch điều khiển động cơ theo cơ chế bắc cầu được

điều khiển bằng rơle thời gian. Ta có thể tăng, giảm thời gian khởi động trễ hoặc dừng một

động cơ bất kì bằng rơle thời gian này. Mạch điều khiển theo cơ chế bắt cầu đơn giản được

cho bởi hình 5.13.

* Trang bị điện của mạch

Áp tô mát (CB). Cầu chì (FUSE).

Rơle thời gian (T1, T2). Nút ấn (ON, OFF).

Công tắc tơ (K1, K2, K3). Rơle nhiệt (OLR1, OLR2, OLR3).

OLR

OFF

OLR

220V AC

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 111

Động cơ xoay chiều ba pha (M1, M2, M3).

Hình 5.13: Mạch mở máy động cơ theo trình tự dùng cơ chế bắc cầu.

* Nguyên lý hoạt động

Mở máy:

Ấn nút ON1 cuộn hút công tắc tơ K1 có điện đóng điện cho động cơ M1 hoạt động. Rơle

thời gian T1 và T2 có điện và bắt đầu tính thời gian. Mạch điều khiển được duy trì nguồn

bởi tiếp điểm K12. Sau một khoảng thời gian t1 định trước tiếp điểm thường mở đóng chậm

T11 của rơle T1 đóng lại cấp nguồn cho công tắc tơ K2, các tiếp điểm động lực của K2 đóng

lại cấp nguồn cho động cơ M2 hoạt động. Động cơ M3 vẫn chưa hoạt động.

Hai động cơ M1 và M2 hoạt động trong một thời gian t2 thì tiếp điểm thường đóng mở

chậm T22 của rơle thời gian T2 mở ra động cơ M1 mất nguồn ngừng hoạt động. Đồng thời

lúc này tiếp điểm thường mở đóng chậm T21 của rơle thời gian T2 đóng lại cấp nguồn cho

công tắc tơ K3 đưa động cơ M3 vào hoạt động cùng M2. Lúc này mạch điều khiển được duy

trì nguồn bởi tiếp điểm K22 do tiếp điểm K12 đã mở ra khi công tắc tơ K1 mất điện.

Tắt máy:

Ấn nút OFF mạch điều khiển mất điện làm cho các công tắc tơ nhả các tiếp điểm động

lực, các động cơ ngừng hoạt động.

OFF

OLR

220V AC

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 112

Ngoài mạch điều khiển được mắc như trên ta cũng có thể mắc theo sơ đồ hình 5.14.

Hình 5.14

Về trang bị điện và nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển này cơ bản cũng giống như

mạch đã trình bày ở trên. Chỉ khác một điểm là khi động cơ M3 được đưa vào hoạt động bởi

rơle T2 thì động cơ M1 vẫn tiếp tục hoạt động chứ không dừng lại do không có tiếp điểm

thường đóng mở chậm của T2 khống chế. Các động cơ bị khoá chéo lẫn nhau. Nếu M1

không hoạt động thì M2, M3 không hoạt động, nếu M2 không hoạt động thì M3 không hoạt

động.

OLR

OFF

OLR

220V AC

Bài giảng Khí cụ điện

Trang 113

TÀI LIỆU THAM KHẢO

1. Phạm Văn Chới, Bùi Tín Hữu, Nguyễn Tiến Tôn, 2006. Giáo trình khí cụ điện. Nhà

xuất bản Đại học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh.

2. Lê Thành Bắc, 2003. Giáo trình Thiết bị điện. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.

3. Bùi Hồng Huế, 2001. Giáo trình điện công nghiệp. Nhà xuất bản Xây Dựng.

4. Phan Trọng Nghĩa, 2009. Giáo trình điện công nghiệp. Đại học Cần Thơ.

5. Giáo trình Khí cụ điện. Trường Cao đẳng Ngoại ngữ - Công nghệ Việt Nhật.

Bấm Tải xuống để xem toàn bộ.

| 1/114

| | Tải xuống

Preview text:

ỦY BAN NHÂN DÂN THÀNH PHỐ CẦN THƠ
TRƯỜNG ĐẠI HỌC KỸ THUẬT - CÔNG NGHỆ CẦN THƠ BÀI GIẢNG KHÍ CỤ ĐIỆN TÔ ÁI NHÂN PHAN TRỌNG TUẤN
CẦN THƠ, THÁNG 5/2022
Bài giảng Khí cụ điện LỜI NÓI ĐẦU
Bài giảng Khí cụ điện được biên soạn theo đề cương học phần Khí cụ điện cho sinh viên
các ngành Công nghệ Kỹ thuật điện, điện tử; Công nghệ Kỹ thuật Năng lượng thuộc Bộ
môn Kỹ thuật điện – Năng lượng, Khoa Điện – Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Kỹ
thuật – Công nghệ Cần Thơ.
Bài giảng này cung cấp cho sinh viên những kiến thức cơ bản về khí cụ điện dùng trong
dân dụng, hệ thống lưới phân phối và truyền tải điện năng. Bên cạnh đó, bài giảng cũng
giới thiệu cho sinh viên những hiểu biết cần thiết về khả năng phân tích, lựa chọn, xử lý và
thiết kế các mạch điện tự động điều khiển trong dây chuyền sản xuất công nghiệp.
Bài giảng Khí cụ điện được chia thành các chương sau:
Chương 1: Cơ sơ lý thuyết về khí cụ điện
Chương 2: Khí cụ điện đóng cắt và bảo vệ hạ áp
Chương 3: Khí cụ điện điều khiển
Chương 4. Khí cụ điện trung áp
Chương 5: Mạch điện công nghiệp
Nhóm tác giả rất mong nhận được những ý kiến đóng góp của Quý đồng nghiệp và các
em sinh viên để hoàn thiện nội dung bài giảng trong lần chỉnh sửa tiếp theo. Mọi ý kiến
đóng góp xin vui lòng gửi về email cá nhân: tanhan@ctuet.edu.vn hoặc Bộ môn Kỹ thuật
điện – Năng lượng, Khoa Điện – Điện tử - Viễn thông, Trường Đại học Kỹ thuật – Công nghệ Cần Thơ.
Cần Thơ, ngày 30 tháng 5 năm 2022 Tô Ái Nhân Phan Trọng Tuấn Trang 1
Bài giảng Khí cụ điện MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ........................................................................................................................... 1
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN ......................................................................... 5
CHƯƠNG 1................................................................................................................................ 7
LÝ THUYẾT VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN ......................................................................................... 7
1.1. Hồ quang điện.................................................................................................................. 7
1.1.1. Đại cương về hồ quang điện.................................................................................... 7
1.1.2. Hồ quang điện một chiều ......................................................................................... 9
1.1.3. Hồ quang điện xoay chiều .....................................................................................11
1.1.4. Biện pháp và trang bị dập hồ quang trong thiết bị điện .....................................12
1.2. Tiếp xúc điện..................................................................................................................14
1.2.1. Đại cương về tiếp xúc điện ....................................................................................14
1.2.2. Tiếp điểm thiết bị điện ...........................................................................................16
1.3. Sự phát nóng trong khí cụ điện .................................................................................19
1.3.1. Đại cương về sự phát nóng trong khí cụ điện .....................................................19
1.3.2. Chế độ làm việc dài hạn .........................................................................................20
1.3.3. Chế độ làm việc ngắn hạn.....................................................................................21
1.3.4. Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại ..........................................................................22
1.3.5. Sự phát nóng khi ngắn mạch .................................................................................22
1.4. Lực điện động ................................................................................................................23
1.4.1. Khái niệm chung .....................................................................................................23
1.4.2. Các phương pháp tính toán lực điện động ...........................................................23
1.4.3. Cách tính lực điện động tác dụng lên vật dẫn .....................................................24
1.4.4. Cộng hưởng cơ khí và ổn định lực điện động thiết bị điện ...............................27
CHƯƠNG 2..............................................................................................................................28
KHÍ CỤ ĐIỆN ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VỆ HẠ ÁP .........................................................28
2.1. Cầu dao, cầu dao tự động, cầu dao chống dòng rò ...............................................28
2.1.1. Cầu dao ....................................................................................................................28
2.1.2. Áp tô mát (cầu dao tự động, CB) ..........................................................................28
2.1.3. Cầu dao chống dòng rò ..........................................................................................31
2.2. Nút ấn, công tắc chuyển mạch ...................................................................................33
2.2.1. Nút ấn .......................................................................................................................33
2.2.2. Công tắc chuyển mạch ...........................................................................................34
2.3. Công tắc tơ, rờ le nhiệt, khởi động từ ......................................................................35
2.3.1. Công tắc tơ...............................................................................................................35 Trang 2
Bài giảng Khí cụ điện
2.3.2. Rờ le nhiệt................................................................................................................39
2.3.3. Khởi động từ............................................................................................................41
2.4. Cầu chì, rơ le (rơ le điện từ, rơ le bảo vệ áp, rơ le bảo vệ dòng)........................44
2.4.1. Cầu chì .....................................................................................................................44
2.4.2. Rơ le, một số rơ le bảo vệ ......................................................................................45
CHƯƠNG 3..............................................................................................................................51
KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN .............................................................................................51
3.1. Rơ le thời gian, rơ le điều nhiệt .................................................................................51
3.1.1. Rơ le thời gian .........................................................................................................51
3.1.2. Rơ le điều nhiệt .......................................................................................................60
3.2. Rờ le áp suất, rờ le mức nước ....................................................................................61
3.2.1. Rơ le áp suất ............................................................................................................61
3.2.2. Rờ le mức nước .......................................................................................................64
3.3. Cảm biến .........................................................................................................................64
3.3.1. Khái niệm chung .....................................................................................................64
3.3.2. Cảm biến điện trở ...................................................................................................67
3.3.3. Cảm biến điện cảm .................................................................................................70
3.3.4. Cảm biến quang ......................................................................................................72
3.4. Khởi động mềm .............................................................................................................74
3.4.1. Khái niệm ...............................................................................................................74
3.4.2. Mục đích của khởi động mềm ...............................................................................75
3.4.3. Đặc điểm của khởi động mềm...............................................................................75
3.4.4. Cấu tạo của khởi động mềm ..................................................................................75
3.4.5. Nguyên lý làm việc của khởi động mềm .............................................................76
3.4.6. Ưu, nhược điểm của khởi động mềm ...................................................................77
3.5. Biến tần ...........................................................................................................................77
3.5.1. Khái niệm.................................................................................................................77
3.5.2. Lợi ích của biến tần ................................................................................................77
3.5.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động............................................................................78
CHƯƠNG 4..............................................................................................................................80
KHÍ CỤ ĐIỆN TRUNG, CAO ÁP......................................................................................80
4.1. Cầu chì tự rơi (FCO, LBFCO) ..................................................................................80
4.1.1. Định nghĩa ...............................................................................................................80
4.1.2. Cấu tạo .....................................................................................................................80
4.1.3. LBFCO (Load Break Fuse Cut Out) ....................................................................80 Trang 3
Bài giảng Khí cụ điện
4.2. Máy cắt tự đóng lại Recloser......................................................................................80
4.3. Máy cắt phụ tải LBS (Load Break Switch).............................................................81
4.4. Dao cách ly, dao ngắn mạch, máy cắt phân đoạn LTD........................................81
4.4.1. Dao cách ly (DS - Distance Switch).....................................................................81
4.4.2. Dao ngắn mạch........................................................................................................82
4.4.3. Máy cắt phân đoạn LTD ........................................................................................82
4.5. Máy biến dòng điện, máy biến điện áp ....................................................................83
4.5.1. Máy biến dòng điện ................................................................................................83
4.5.2. Máy biến điện áp.....................................................................................................83
4.6. Chống sét ........................................................................................................................84
4.6.1. Khái niệm chung ...................................................................................................84
4.6.2. Các yêu cầu chính ...................................................................................................84
4.6.3. Chọn chống sét ........................................................................................................84
4.6.4. Một số thiết bị phổ biến .........................................................................................84
CHƯƠNG 5..............................................................................................................................87
MẠCH ĐIỆN CÔNG NGHIỆP...........................................................................................87
5.1. Lắp đặt khí cụ điện.......................................................................................................87
5.1.1. Một số phụ kiện .....................................................................................................87
5.1.2. Lắp đặt và kiểm tra khí cụ điện trong bảng điện ................................................88
5.2. Các mạch điện khởi động động cơ ............................................................................90
5.2.1. Mạch khởi động động cơ điện ba pha bằng khởi động từ đơn..........................90
5.2.2. Mạch điện mở máy động cơ điện ba pha có thử nháp (hay còn gọi là mạch
nhấp máy) ....................................................................................................................................92
5.2.3. Mạch mở máy động cơ xoay chiều ba pha tại 2 vị trí ........................................94
5.2.4. Mạch khởi động động cơ điện một pha ...............................................................96
5.2.5. Mạch mở máy động cơ lồng sóc qua cuộn cảm kháng ......................................97
5.2.6. Mạch khởi động sao_tam giác ..............................................................................99
5.3. Các mạch điện điều khiển động cơ ........................................................................ 101
5.3.1. Mạch đảo chiều động cơ điện ba pha ................................................................ 101
5.3.2. Mạch điện tự động giới hạn hành trình ............................................................. 104
5.3.3. Mạch điện mở máy động cơ theo thứ tự ........................................................... 108
TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................................................. 113 Trang 4
Bài giảng Khí cụ điện
KHÁI NIỆM CHUNG VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN
Khí cụ điện là những thiết bị điện dùng để đóng, cắt, điều khiển, điều chỉnh và bảo vệ
lưới điện, máy điện, mạch điện và các máy móc khác. Ngoài ra nó còn được dùng để kiểm
tra và điều chỉnh các quá trình điện khác. Khí cụ điện được dùng rất rộng rãi ở các nhà máy
phát điện, các trạm biến áp, các xí nghiệp, …
Khí cụ điện có rất nhiều chủng loại với chức năng, nguyên lý làm việc và kích cỡ khác
nhau, được dùng rộng rải trong mọi lĩnh vực của cuộc sống.
Trong phạm vi của bài giảng này, các vấn đề được đề cập đến là cơ sở lý thuyết, nguyên
lý làm việc, kết cấu và đặc điểm của các loại khí cụ điện dùng trong ngành điện và trong công nghiệp.
Để thuận lợi cho việc nguyên cứu, sử dụng và sửa chữa khí cụ điện, người ta phân loại như sau: * Theo chức năng
- Thiết bị điện khống chế: dùng để đóng cắt, điều chỉnh tốc độ chiều quay của các máy
phát điện, động cơ điện (như cầu dao, áp tô mát, công tắc tơ, ...).
- Thiết bị điện bảo vệ: làm nhiệm vụ bảo vệ các động cơ, máy phát điện, lưới điện khi
có quá tải, ngắn mạch, sụt áp, ... (như rơle, cầu chì, máy cắt, ...).
- Thiết bị điện tự động điều khiển từ xa: làm nhiệm vụ thu nhận phân tích và khống chế
sự hoạt động của các mạch điện như khởi động từ, ...
- Thiết bị điện hạn chế dòng ngắn mạch (như điện trở phụ, cuộn kháng, ...).
- Thiết bị điện làm nhiệm vụ duy trì ổn định các tham số điện (như ổn áp, bộ tự động
điều chỉnh điện áp máy phát, ...)
- Thiết bị điện làm nhiệm vụ đo lường (như máy biến dòng điện, biến áp đo lường,)
* Theo tính chất dòng điện
- Thiết bị điện dùng trong mạch một chiều.
- Thiết bị điện dùng trong mạch xoay chiều.
* Theo nguyên lí làm việc
Thiết bị điện loại điện từ, điện động, cảm ứng, có tiếp điểm, không có tiếp điểm, ...
* Theo điều kiện làm việc
Loại làm việc vùng nhiệt đới khí hậu nóng ẩm, loại ở vùng ôn đới, có loại chống được
khí cháy nổ, loại chịu rung động, ...
* Theo cấp điện áp
- Khí cụ điện cao thế, được chế tạo để dùng ở cấp điện áp định mức U ≥ 1 kV.
- Khí cụ điện hạ thế, được chế tạo để dùng ở cấp điện áp định mức U < 1 kV. Trang 5
Bài giảng Khí cụ điện
Yêu cầu khí cụ điện
- Phải đảm bảo sử dụng được lâu dài đúng tuổi thọ thiết kế khi làm việc với các thông
số kỹ thuật ở định mức.
- Thiết bị điện phải đảm bảo ổn định lực điện động và ổn định nhiệt khi làm việc bình
thường, đặc biệt khi sự cố trong giới hạn cho phép của dòng điện và điện áp.
- Vật liệu cách điện chịu được quá áp cho phép.
- Thiết bị điện phải đảm bảo làm việc tin cậy, chính xác an toàn, gọn nhẹ, dễ lắp ráp, dễ kiểm tra sửa chữa.
- Ngoài ra còn yêu cầu phải làm việc ổn định ở điều kiện khí hậu môi trường mà khi thiết kế cho phép. Trang 6
Bài giảng Khí cụ điện CHƯƠNG 1
LÝ THUYẾT VỀ KHÍ CỤ ĐIỆN
1.1. Hồ quang điện
1.1.1. Đại cương về hồ quang điện
1.1.1.1. Khái niệm chung
Hồ quang điện thực sự có ích khi được sử dụng trong các
lĩnh vực như hàn điện, luyện thép, ... Trong trườn g hợp này
hồ quang cần được duy trì cháy ổn định.
Nhưng trong các thiết bị điện như cầu chì, cầu dao, máy
cắt, ... hồ quang lại có hại cần phải nhanh chóng được loại
trừ. Khi thiết bị điện đóng, cắt (đặc biệt là khi cắt) hồ quang
phát sinh giữa các cặp tiếp điểm của thiết bị điện khiến mạch
điện không được ngắt dứt khoát. Hồ quang cháy lâu sau khi
thiết bị điện đã đóng cắt sẽ làm hư hại các tiếp điểm và bản
thân thiết bị điện. Trong trường hợp này để đảm bảo độ làm Hình 1.1: Hồ quang điện
việc tin cậy của thiết bị điện yêu cầu phải tiến hành dập tắt
hồ quang càng nhanh càng tốt.
Bản chất của hồ quang điện là hiện tượng phóng điện với mật độ dòng điện rất lớn (tới
khoảng 104 ÷ 105 A/cm2), có nhiệt độ rất cao (tới khoảng 5000 ÷ 60000C) và điện áp rơi
trên cực âm bé (chỉ khoảng 10 ÷ 20V) và thường kèm theo hiện tượng phát sáng.
1.1.1.2. Quá trình phát sinh và dập tắt hồ quang
a) Quá trình phát sinh
Hồ quang điện phát sinh là do môi trường giữa các điện cực (hoặc giữa các cặp tiếp
điểm) bị ion hóa (xuất hiện các hạt dẫn điện). Ion hóa có thể xảy ra bằng các con đường
khác nhau dưới tác dụng của ánh sáng, nhiệt độ, điện trường mạnh, ... Trong thực tế quá
trình phát sinh hồ quang điện có những dạng ion hóa sau:
- Quá trình phát xạ điện tử nhiệt
- Quá trình phát xạ điện tử
- Quá trình ion hóa do va chạm
- Quá trình ion hóa do nhiệt
* Sự phát xạ điện tử nhiệt:
Điện cực và tiếp điểm chế tạo từ kim loại, mà trong cấu trúc kim loại luôn tồn tại các
điện tử tự do chuyển động về mọi hướng trong quỹ đạo của cấu trúc hạt nhân nguyên tử.
Khi tiếp điểm bắt đầu mở ra lực nén vào tiếp điểm giảm dần khiến điện trở tiếp xúc tăng
lên, chỗ tiếp xúc dòng điện bị thắt lại, mật độ dòng tăng rất lớn làm nóng các điện cực (nhất
là ở cực âm nhiều e). Bị đốt nóng, động năng của các điện tử tăng nhanh đến khi công nhận
được lớn hơn công thoát liên kết hạt nhân thì điện tử sẽ thoát ra khỏi bề mặt cực âm trở
thành điện tử tự do. Quá trình này được gọi là phát xạ điện tử nhiệt. Trang 7
Bài giảng Khí cụ điện
* Sự tự phát xạ điện tử
Khi tiếp điểm hay điện cực vừa mở ra lúc đầu khoảng cách còn rất bé dưới tác dụng của
điện áp nguồn ngoài thì cường độ điện trường rất lớn, nhất là vùng cực âm có khoảng cách
nhỏ có thể tới hàng triệu V/cm. Với cường độ điện trường lớn ở cực âm một số điện tử có
liên kết yếu với hạt nhân trong cấu trúc sẽ bị kéo bật ra khỏi bề mặt catốt trở thành các điện
tử tự do, hiện tượng này gọi là tự phát xạ điện tử. Khi có điện tử tự phát xạ và phát xạ điện
tử nhiệt năng lượng được giải phóng rất lớn làm nhiệt độ khu vực hồ quang tăng cao và
phát sáng, đặc biệt khi cắt mạch ở điện áp cao và có dòng tải lớn thì hồ quang cháy và phát sáng rất mãnh liệt. * Ion hóa do va chạm
Sau khi tiếp điểm mở ra, dưới tác dụng của nhiệt độ cao hoặc của điện trường lớn (mà
thông thường là cả hai) thì các điện tử tự do sẽ phát sinh chuyển động từ cực dương sang
cực âm. Do điện trường rất lớn nên các điện tử chuyển động với tốc độ rất cao. Trên đường
đi các điện tử này bắn phá các nguyên tử và phân tử khí sẽ làm bật ra các điện tử và các
ion dương. Các phần tử mang điện này lại tiếp tục tham gia chuyển động và bắn phá tiếp
làm xuất hiện các phần tử mang điện khác. Do vậy mà số lượng các phần tử mang điện
tăng lên không ngừng, làm mật độ điện tích trong khoảng không gian giữa các tiếp điểm
rất lớn, đó là quá trình ion hóa do va chạm. * Ion hóa do nhiệt
Do có các quá trình phát xạ điện tử và ion hóa do va chạm, một lượng lớn năng lượng
được giải phóng làm nhiệt độ vùng hồ quang tăng cao và thường kèm theo hiện tượng phát
sáng. Nhiệt độ khí càng tăng thì tốc độ chuyển động của các phần tử khí càng tăng và số
lần va chạm do đó cũng càng tăng lên. Khi tham gia chuyển động cũng có một số phần tử
gặp nhau sẽ kết hợp lại phân li thành các nguyên tử. Các nguyên tử khuếch tán vào môi
trường xung quanh, gặp nhiệt độ thấp sẽ kết hợp lại thành phân tử, hiện tượng này gọi là
hiện tượng phân li (phản ứng phân li thu nhiệt làm giảm nhiệt độ của hồ quang, tạo điều
kiện cho khử ion). Còn lượng các ion hóa tăng lên do va chạm khi nhiệt độ tăng thì gọi đó
là lượng ion hóa do nhiệt. Nhiệt độ để có hiện tượng ion hóa do nhiệt cao hơn nhiều so với
nhiệt độ có hiện tượng phân li. Ví dụ không khí có nhiệt độ phân li khỏang 40000K còn
nhiệt độ ion hóa khoảng 80000K.
Tóm lại, hồ quang điện phát sinh là do tác dụng của nhiệt độ cao và cường độ điện
trường lớn sinh ra hiện tượng phát xạ điện tử nhiệt và tự phát xạ điện tử và tiếp theo là quá
trình ion hóa do va chạm và ion hóa do nhiệt. Khi cường độ điện trường càng tăng (khi
tăng điện áp nguồn), nhiệt độ càng cao và mật độ dòng càng lớn thì hồ quang cháy càng
mãnh liệt. Quá trình có thoát năng lượng hạt nhân nên thường kèm theo hiện tượng phát
sáng chói lòa. Nếu tăng áp lực lên môi trường hồ quang thì sẽ giảm được tốc độ chuyển
động của các phần tử và do vậy hiện tượng ion hóa sẽ giảm.
b) Quá trình hồ quang tắt
Hồ quang điện sẽ bị dập tắt khi môi trường giữa các điện cực không còn dẫn điện hay
nói cách khác hồ quang điện sẽ tắt khi có quá trình phản ion hóa xảy ra mạnh hơn quá trình
ion hóa. Ngoài quá trình phân li đã nói trên, song song với quá trình ion hóa còn có các Trang 8
Bài giảng Khí cụ điện
quá trình phản ion gồm hai hiện tượng sau: * Hiện tượng tái hợp
Trong quá trình chuyển động các hạt mang điện là ion dương và điện tử gặp được các
hạt tích điện khác dấu là điện tử hoặc ion dương để trở thành các hạt trung hòa (hoặc ít
dương hơn). Trong lí thuyết đã chứng minh tốc độ tái hợp tỉ lệ nghịch với bình phương
đường kính hồ quang, và nếu cho hồ quang tiếp xúc với điện môi hiện tượng tái hợp sẽ
tăng lên. Nhiệt độ hồ quang càng thấp tốc độ tái hợp càng tăng.
* Hiện tượng khuếch tán
Hiện tượng các hạt tích điện di chuyển từ vùng có mật độ điện tích cao (vùng hồ quang)
ra vùng xung quanh có mật độ điện tích thấp là hiện tượng khuếch tán. Các điện tử và ion
dương khuếch tán dọc theo thân hồ quang, điện tử khuếch tán nhanh hơn ion dương. Quá
trình khuếch tán đặc trưng bằng tốc độ khuếch tán. Sự khuếch tán càng nhanh hồ quang
càng nhanh bị tắt. Để tăng quá trình khuếch tán người ta thường tìm cách kéo dài ngọn lửa hồ quang.
1.1.2. Hồ quang điện một chiều
1.1.2.1. Khái niệm chung
Chúng ta khảo sát ở đây một quá trình xuất hiện hồ quang giữa hai điện cực trong một
mạch điện một chiều như hình 1.2.
Gọi điện áp nguồn là U0, điện trở mạch là R, điện cảm mạch là L và rhq đặc trưng cho
điện trở hồ quang với điện áp trên hồ quang là uhq. Theo định luật Kiếckhốp II, ta có
phương trình cân bằng điện áp trong mạch khi mở tiếp điểm và hồ quang bắt đầu cháy như sau: di U  iR  u  L 0 hq dt (1.1)
Khi hồ quang cháy ổn định thì dòng điện không đổi i = I và có 𝑑𝑖 = 0 phương trình cân 𝑑𝑡 bằng điện áp sẽ là: U0 = uR+ uhq = I. R+ I.rhq (1.2)
Các thành phần điện áp trong phương trình (1.1) được thể hiện trên hình 1.2. Với:
đường 1- là điện áp nguồn; đường 2 - là điện áp rơi trên điện trở R và đường 3 - là đặc tính u(i) của hồ quang.
Theo đồ thị các đường đặc tính 2 và 3 giao nhau ở hai điểm A và B. Tại A và B phương
trình (1.2) được thỏa mãn, các điểm A, B được gọi là hai điểm cháy của hồ quang. Trang 9
Bài giảng Khí cụ điện
- Xét tại B: Hồ quang đang
cháy nếu vì một lí do nào đó làm
dòng điện i tăng lớn hơn IB thì
theo đồ thị ta nhận thấy sức điện
động tự cảm trên L là Ldi/dt < 0
(ngược chiều dòng tăng) sẽ làm
dòng điện i giảm xuống lại IB.
Còn ngược lại nếu i giảm nhỏ
hơn IB thì Ldi/dt > 0 sẽ làm i
tăng trở lại giá trị IB, do vậy
điểm B được gọi là điểm hồ quang cháy ổn định.
- Nếu cũng tương tự ta xét tại
điểm A, khi hồ quang đang cháy
ổn định với i = IA nếu vì một lí
do nào đó I giảm nhỏ hơn IA thì
Ldi/dt < 0 nên dòng tiếp tục
giảm đến 0 và hồ quang tắt. Còn
nếu i tăng lớn hơn IA thì trên đặc
tính ta thấy Ldi/dt > 0 nên dòng
tiếp tục tăng đến IB và hồ quang
cháy ổn định tại điểm B, vậy
điểm A gọi là điểm hồ quang
cháy không ổn định.
1.1.2.2. Điều kiện để dập tắt
hồ quang điện một chiều
Hình 1.2: Đặc tính hồ quang điện một chiều
Để có thể dập tắt được hồ quang điện một chiều cần loại bỏ được điểm hồ quang cháy
ổn định (điểm B). Trên đặc tính ta nhận thấy sẽ không có điểm cháy ổn định khi đường đặc
tính 3 (điện áp trên hồ quang) cao hơn đường đặc tính 2 (là đặc tính điện áp rơi trên điện
trở R) như hình 1.2 (tức là hồ quang sẽ tắt khi Uhq > U0 - UR). Để nâng cao đường đặc
tính 3 thường thực hiện hai biện pháp là tăng độ dài hồ quang (tăng đường l) và giảm nhiệt
độ vùng hồ quang xuống.
1.1.2.3. Quá điện áp trong mạch điện một chiều
Khi cắt mạch điện một chiều thường xảy ra quá điện áp, khi ở mạch có điện cảm lớn
nếu tốc độ cắt càng nhanh thì quá điện áp càng lớn.
Trong mạch một chiều làm việc với công suất lớn lại có nhiều vòng dây khi dập hồ
quang điện quá điện áp sẽ xảy ra rất lớn có thể gây đánh thủng cách điện và hư hỏng thiết
bị. Để hạn chế hiện tượng quá điện áp người ta thường dùng thêm một mạch điện phụ mắc
song song với phụ tải. Mạch này có thể là điện trở, điện trở và tụ nối tiếp hoặc một chỉnh lưu mắc ngược. Trang 10
Bài giảng Khí cụ điện
1.1.3. Hồ quang điện xoay chiều
1.1.3.1. Khái niệm chung
Đặc điểm của mạch xoay chiều là trong một chu kì biến thiên dòng điện có hai lần qua
trị số i = 0. Khi có hồ quang thì tại thời điểm khi i = 0 quá trình phản ion hóa xảy ra mạnh
hơn quá trình ion hóa. Khi i = 0 hồ quang không dẫn điện và đây là thời điểm tốt để dập
tắt hồ quang điện xoay chiều.
Khi hồ quang điện xoay chiều đang cháy ta đưa dòng điện và điện áp của hồ quang vào
dao động kí ta sẽ được dạng sóng của dòng điện và điện áp hồ quang như hì Ut n h 1.3.
Dòng điện có dạng sóng gần giống sóng hình sin U
còn điện áp thì trong một nửa chu kì có hai đỉnh
nhọn tương ứng với hai giá trị điện áp cháy (Uch) Uch
và điện áp tắt (Ut) của hồ quang điện. Từ dạng sóng Ut
thu được trên màn hình dao động kí ta xây dựng it
được đặc tính Vôn -Ampe (V-A) của hồ quang điện t xoay chiều như hình 1.3. 1
Ta nhận thấy ở thời điểm dòng điện qua trị số 0, 2
nếu điện áp nguồn nhỏ hơn trị số điện áp cháy (Uch)
thì hồ quang sẽ tắt. Do vậy quá trình dập hồ quang U
điện xoay chiều phụ thuộc rất nhiều vào tính chất U của phụ tải. ch Ut
Ta nhận thấy trong mạch có phụ tải điện trở I
thuần dễ dập hồ quang hơn trong mạch có tải điện
cảm, bởi ở mạch thuần trở khi dòng điện qua trị số
không (thời gian i = 0 thực tế kéo dài khoảng
0,1µs) thì điện áp nguồn cũng bằng không (trùng
pha), còn ở mạch thuần cảm khi dòng bằng không
thì điện áp nguồn đang có giá trị cực đại (điện áp
vượt trước dòng điện một góc 900).
Hình 1.3: Đặc tính của hồ quang xoay chiều
1.1.3.2. Dập tắt hồ quang điện xoay chiều
Hồ quang điện xoay chiều khi dòng điện qua trị U
số 0 thì không được cung cấp năng lượng. Môi 1
trường hồ quang mất dần tính dẫn điện và trở thành
cách điện. Nếu độ cách điện này đủ lớn và điện áp 2
nguồn không đủ duy trì phóng điện lại thì hồ quang 150÷250V
sẽ tắt hẳn. Để đánh giá mức độ cách điện của điện I
môi vùng hồ quang là lớn hay bé người ta dùng khái
niệm điện áp chọc thủng. Điện áp chọc thủng (Uch.t)
Hình 1.4: Điều kiện dập tắt
càng lớn thì mức độ cách điện của điện môi càng hồ quang xoay chiều cao.
Quá trình dập tắt hồ quang điện xoay chiều không những tùy thuộc vào tương quan giữa Trang 11
Bài giảng Khí cụ điện
độ lớn của điện áp chọc thủng với độ lớn của điện áp hồ quang mà còn phụ thuộc tương
quan giữa tốc độ tăng của chúng. Nếu tốc độ tăng điện áp chọc thủng lớn hơn tốc độ phục
hồi điện áp nguồn (hình 1.4: đường 1 và đường 2 không giao nhau ở điểm nào) thì hồ quang
sẽ tắt hoàn toàn. Trong các thiết bị điện khi tiếp điểm mở ra khoảng cách tăng dần làm cách
điện điện môi tăng dần (đường 1), nửa chu kì sau càng dốc hơn nửa chu kì trước. Ngược
lại, tốc độ phục hồi điện áp mà nhanh hơn tốc độ tăng của điện áp chọc thủng (làm đường
1 và đường 2 giao nhau) thì hồ quang sẽ cháy lại.
Tóm lại: để dập tắt hồ quang điện xoay chiều hoàn toàn thì ta phải làm sao để độ tăng
điện áp chọc thủng (đường 1) vượt cao hơn đỉnh của đường biểu diễn điện áp phục hồi hồ
quang (đường 2). Khi điện áp nguồn là 1000V thì trong lúc dòng điện qua trị số 0 sau
khoảng 0,1 µs mức độ cách điện khu vực này đạt đến giá trị xuyên thủng tức thời khoảng 150 đến 250V.
1.1.4. Biện pháp và trang bị dập hồ quang trong thiết bị điện
1.1.4.1. Các yêu cầu dập hồ quang
Để dập tắt hồ quang trong thiết bị điện cần phải đảm bảo yêu cầu sau:
- Trong thời gian ngắn phải dập tắt được hồ quang, hạn chế phạm vi cháy hồ quang là nhỏ nhất.
- Tốc độ đóng mở tiếp điểm phải lớn.
- Năng lượng hồ quang sinh ra phải bé, điện trở hồ quang phải tăng nhanh.
- Tránh hiện tượng quá điện áp khi dập hồ quang.
1.1.4.2. Các nguyên tắc cơ bản để dập hồ quang
- Kéo dài ngọn lửa hồ quang.
- Dùng năng lượng hồ quang sinh ra để tự dập.
- Dùng năng lượng nguồn ngoài để dập.
- Chia hồ quang thành nhiều phần ngắn để dập.
- Mắc thêm điện trở song song để dập.
1.1.4.3. Dập hồ quang trong thiết bị hạ áp
Trong thiết bị điện hạ áp thường dùng các biện pháp và trang bị sau:
a) Kéo dài hồ quang điện bằng cơ khí
Đây là biện pháp đơn giản thường dùng ở cầu dao công suất nhỏ hoặc ở rơle. Kéo dài
hồ quang làm cho đường kính hồ quang giảm, điện trở hồ quang sẽ tăng dẫn đến tăng quá
trình phản ion để dập hồ quang. Tuy nhiên biện pháp này chỉ thường được dùng ở mạng
hạ áp có điện áp nhỏ hơn hoặc bằng 220V và dòng điện tới 150A.
b) Dùng cuộn dây thổi từ kết hợp buồng dập hồ quang Trang 12
Bài giảng Khí cụ điện
Người ta dùng một cuộn dây mắc nối tiếp với tiếp điểm chính tạo ra một từ trường tác
dụng lên hồ quang để sinh ra một lực điện từ kéo dài hồ quang. Thông thường biện pháp
này kết hợp với trang bị thêm buồng dập bằng amiăng. Lực điện từ của cuộn thổi từ sẽ thổi
hồ quang vào tiếp giáp amiăng làm tăng quá trình phản ion.
c) Dùng buồng dập hồ quang có khe hở quanh co
Buồng được dùng bằng amiăng có hai nửa lồi lõm và ghép lại hợp thành những khe hở
quanh co (khi đường kính hồ quang lớn hơn bề rộng khe thì gọi là khe hẹp).
Khi cắt tiếp điểm lực điện động sinh ra sẽ đẩy hồ quang vào khe quanh co sẽ làm kéo
dài và giảm nhiệt độ hồ quang.
d) Phân chia hồ quang ra làm nhiều đoạn ngắn
Trong buồng hồ quang ở phía trên người ta người ta đặt thêm nhiều tấm thép non. Khi
hồ quang xuất hiện, do lực điện động hồ quang bị đẩy vào giữa các tấm thép và bị chia ra
làm nhiều đoạn ngắn. Loại này thường được dùng ở lưới một chiều dưới 220V và xoay chiều dưới 500V.
e) Tăng tốc độ chuyển động của tiếp điểm động
Người ta bố trí các lá dao động, có một lá chính và một lá phụ (thường là ở cầu dao) hai
lá này nối với nhau bằng một lò xo, lá dao phụ cắt nhanh do lò xo đàn hồi (lò xo sẽ làm
tăng tốc độ cắt dao phụ) khi kéo dao chính ra trước.
f) Kết cấu tiếp điểm kiểu bắc cầu
Một điểm cắt được chia ra làm hai tiếp điểm song song nhau, khi cắt mạch hồ quang
được phân chia làm hai đoạn và đồng thời do lực điện động ngọn lửa hồ quang sẽ bị kéo
dài ra làm tăng hiệu quả dập.
1.1.4.4. Dập hồ quang ở thiết bị trung và cao áp
Các biện pháp và trang bị dập hồ quang ở thiết bị điện trung và cao áp
a) Dập hồ quang trong dầu biến áp kết hợp phân chia hồ quang
Ở các máy cắt trung áp các tiếp điểm cắt được ngâm trong dầu biến áp, khi cắt hồ quang
xuất hiện sẽ đốt cháy dầu sinh ra hỗn hợp khí (chủ yếu là H) làm tăng áp suất vùng hồ
quang, đồng thời giảm nhiệt độ hồ quang. Các máy cắt điện áp cao mỗi pha thường được
phân ra làm nhiều chỗ ngắt.
b) Dập hồ quang bằng khí nén
Dùng khí nén trong bình có sẵn hoặc hệ thống ống dẫn khí nén để khi hồ quang xuất
hiện (tiếp điểm khi mở) sẽ làm mở van của bình khí nén, khí nén sẽ thổi dọc hoặc ngang
thân hồ quang làm giảm nhiệt độ và kéo dài hồ quang.
c) Dập hồ quang bằng cách dùng vật liệu tự sinh khí
Thường dùng trong cầu chì trung áp, khi hồ quang xuất hiện sẽ đốt cháy một phần vật
liệu sinh khí (như thủy tinh hữu cơ, ...) sinh ra hỗn hợp khí làm tăng áp suất vùng hồ quang. Trang 13
Bài giảng Khí cụ điện
d) Dập hồ quang trong chân không
Người ta đặt tiếp điểm cắt trong môi trường áp suất chỉ khoảng 10-6 đến 10-8 N/cm2.
Ở môi trường này thì độ bền điện cao hơn rất nhiều độ bền điện của không khí nên hồ
quang nhanh chóng bị dập tắt.
e) Dập hồ quang trong khí áp suất cao
Khí được nén ở áp suất tới khoảng 200 N/cm2 hoặc cao hơn sẽ tăng độ bền điện gấp
nhiều lần không khí. Trong các máy cắt điện áp cao và siêu cao áp hiện nay thường sử
dụng khí SF6 được nén trong các bình khí nén để dập hồ quang. Hồ quang dập trong môi
trường SF6 rất đảm bảo (bởi vì ngay cả ở điều kiện áp suất thường hồ quang cũng đã tắt
nhanh trong môi trường khí SF6).
1.2. Tiếp xúc điện
1.2.1. Đại cương về tiếp xúc điện
1.2.1.1. Khái niệm chung
Chỗ tiếp giáp giữa hai hay nhiều vật dẫn điện để cho dòng điện chạy từ vật dẫn này sang
vật dẫn kia gọi là tiếp xúc điện. Bề mặt chỗ tiếp giáp của các vật dẫn điện gọi là bề mặt tiếp xúc điện.
Tiếp xúc điện chia ra làm ba dạng chính:
- Tiếp xúc cố định: là hai vật dẫn
tiếp xúc liên kết chặt cứng bằng
bulông, đinh vit, đinh rivê, . . 2 1
- Tiếp xúc đóng mở: là tiếp xúc a 2
mà có thể làm cho dòng điện chạy
hoặc ngừng chạy từ vật này sang
vật khác (như các tiếp điểm trong 1 l thiết bị đóng cắt). a
Hình 1.5: Tiếp xúc của hai vật dẫn
- Tiếp xúc trượt: là vật dẫn điện
này có thể trượt trên bề mặt của vật dẫn điện kia (ví dụ như chổi than trượt trên vành góp máy điện).
Tiếp xúc đóng mở và tiếp xúc trượt đều có hai phần, phần động (gọi là tiếp điểm động)
và phần tĩnh (gọi là tiếp điểm tĩnh).
Ba dạng tiếp xúc trên đều có thể tiến hành tiếp xúc dưới ba hình thức:
- Tiếp xúc điểm: là hai vật tiếp xúc với nhau chỉ ở một điểm hoặc trên bề mặt diện tích
với đường kính rất nhỏ (như tiếp xúc hai hình cầu với nhau, hình cầu với mặt phẳng, hình
nón với mặt phẳng, ...)
- Tiếp xúc đường: là hai vật dẫn tiếp xúc với nhau theo một đường thẳng hoặc trên bề mặt
rất hẹp (như tiếp xúc hình trụ với mặt phẳng, hình trụ với trụ, ...) Trang 14
Bài giảng Khí cụ điện
- Tiếp xúc mặt: là hai vật dẫn điện tiếp xúc với nhau trên bề mặt rộng (ví dụ tiếp xúc mặt
phẳng với mặt phẳng, ...)
Các yêu cầu đối với tiếp xúc điện tùy thuộc ở công dụng, điều kiện làm việc, tuổi thọ
yêu cầu của thiết bị và các yếu tố khác. Một yếu tố chủ yếu ảnh hưởng tới độ tin cậy làm
việc và nhiệt độ phát nóng của tiếp xúc điện là điện trở tiếp xúc Rtx.
1.2.1.2. Điện trở tiếp xúc
Xét khi đặt hai vật dẫn tiếp xúc nhau (hình 1.5), ta sẽ có diện tích bề mặt tiếp xúc Sbk =
a.l. Nhưng trên thực tế diện tích bề mặt tiếp xúc thực nhỏ hơn nhiều a.l vì giữa hai bề mặt
tiếp xúc dù gia công thế nào thì vẫn có độ nhấp nhô, khi cho tiếp xúc hai vật với nhau thì
chỉ có một số điểm trên tiếp giáp tiếp xúc. Do đó diện tích tiếp xúc thực nhỏ hơn nhiều
diện tích tiếp xúc biểu kiến Sbk = a.l
Diện tích tiếp xúc còn phụ thuộc vào lực ép lên trên tiếp điểm và vật liệu làm tiếp điểm,
lực ép càng lớn thì diện tích tiếp xúc càng lớn.
Diện tích tiếp xúc thực tại một điểm được xác định theo công thức sau: F R  (1.3) tx d
Trong đó: F là lực ép vào tiếp điểm (kg)
d là ứng suất chống dập nát của vật liệu làm tiếp điểm [kg/cm2].
Bảng 1.1: Ứng suất chống dập nát của vật liệu Kim loại d [kg/cm2] Kim loại d [kg/cm2] Bạc 30.400 Đồng cứng 51.000 Đồng mềm 38.200 Nhôm 88.300
Dòng điện chạy từ vật này sang vật khác chỉ qua những điểm tiếp xúc, như vậy
dòng điện ở các chỗ tiếp xúc đó sẽ bị thắt hẹp lại, dẫn tới điện trở ở những chỗ này tăng lên.
Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm kiểu bất kì tính theo công thức: K R  (1.4) tx m F
Trong đó: K là hệ số phụ thuộc vật liệu và tình trạng bề mặt tiếp điểm.
m là hệ số phụ thuộc số điểm tiếp xúc và kiểu tiếp xúc
Với: Tiếp xúc mặt m = 1; tiếp xúc đường m = 0,7; Tiếp xúc điểm m = 0,5
Bảng 1.2: Tra trị số K trong công thức Kim loại tiếp xúc Trị số K [Ω.N] Kim loại tiếp xúc Trị số K [Ω.N] Đồng - đồng
(0,08 ÷ 0,14).10-2 Sắt - đồng (3,1).10-2 Bạc - bạc (0,06).10-2 Nhôm - đồng (0,38).10-2 Trang 15
Bài giảng Khí cụ điện Nhôm - nhôm (0,127).10-2
Do vậy rõ ràng điện trở tiếp xúc của tiếp điểm ảnh hưởng đến chất lượng của thiết bị điện,
điện trở tiếp xúc lớn làm cho tiếp điểm phát nóng. Nếu phát nóng quá mức cho phép thì tiếp
điểm sẽ bị nóng chảy, thậm chí bị hàn dính. Trong các tiếp điểm thiết bị điện mong muốn
điện trở tiếp xúc có giá trị càng nhỏ càng tốt, nhưng do thực tế có nhiều yếu tố ảnh hưởng
đến Rtx nên không thể giảm Rtx cực nhỏ được như mong muốn.
Các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc (Rtx)
Điện trở tiếp xúc bị ảnh hưởng của nhiều yếu tố với mức độ khác nhau, ta xét ở đây một
số yếu tố chủ yếu sau:
- Vật liệu làm tiếp điểm
- Lực ép lên tiếp điểm: Ta có thể giải thích là vì khi tăng lực nén bề lên mặt tiếp xúc thì
không những bề mặt tiếp xúc bị biến dạng đàn hồi mà còn bị phá hủy cục bộ. Khi ta giảm
lực ép thì một số điểm tiếp xúc vẫn còn giữ nguyên như khi lực ép lớn tác dụng. Tăng lực
ép chỉ có tác dụng giảm Rtx ở giai đoạn đầu điện trở lớn và trung bình. Khi lực ép đủ lớn thì
dù có tăng lực ép lên nữa thì điện trở tiếp xúc vẫn không thay đổi.
- Hình dạng của tiếp điểm
- Nhiệt độ của tiếp điểm
- Tình trạng bề mặt tiếp xúc - Mật độ dòng điện
1.2.2. Tiếp điểm thiết bị điện
1.2.2.1. Vật liệu làm tiếp điểm
Để thỏa mãn tốt các điều kiện làm việc khác nhau của tiếp điểm thiết bị điện thì vật liệu
làm tiếp điểm phải có được những yêu cầu cơ bản sau:
- Có độ dẫn điện cao (giảm Rtx và chính điện trở của tiếp điểm).
- Dẫn nhiệt tốt (giảm phát nóng cục bộ của những điểm tiếp xúc).
- Không bị oxy hóa (giảm Rtx để tăng độ ổn định của tiếp điểm).
- Có độ kết tinh và nóng chảy cao (giảm độ mài mòn về điện và giảm sự nóng chảy hàn
dính tiếp điểm đồng thời tăng tuổi thọ tiếp điểm).
- Có độ bền cơ cao (giảm độ mài mòn cơ khí giữ nguyên dạng bề mặt tiếp xúc và tăng
tuổi thọ của tiếp điểm).
- Có đủ độ dẻo (đê giảm điện trở tiếp xúc).
- Dễ gia công khi chế tạo và giá thành rẻ.
Thực tế ít vật liệu nào đáp ứng được đầy đủ các yêu cầu trên. Trong thiết kế sử dụng tùy
từng điều kiện cụ thể mà trọng nhiều đến yêu cầu này hay yêu cầu khác. Những vật liệu Trang 16
Bài giảng Khí cụ điện thường dùng gồm:
a) Đồng kỹ thuật điện: đồng nguyên chất thu được bằng điện phân. Nó đáp ứng hầu hết
các yêu cầu trên. Nhược điểm chính của đồng kỹ thuật điện là rất dễ bị oxit hóa.
b) Đồng cađimi: đồng ki thuật điện pha thêm cađimi có tính chất cơ cao chống mài mòn
tốt, khả năng chịu được hồ quang tốt hơn đồng ki thuật điện thông thường.
c) Bạc: là vật liệu làm tiếp điểm rất tốt do có độ dẫn điện cao và có điện trở tiếp xúc ổn
định. Nhược điểm chủ yếu là chịu hồ quang kém nên sử dụng bị hạn chế.
d) Đồng thau: hợp kim đồng với kẽm được sử dụng làm tiếp điểm dập hồ quang.
e) Các hợp kim đồng khác: hợp kim đồng với nhôm, đồng với mangan, đồng với niken,
đồng với silic và các hợp kim đồng khác được sử dụng làm tiếp điểm, đồng thời làm lò xo
ép (ví dụ tiếp điểm tĩnh của cầu chì). Những tiếp điểm như vậy khi bị đốt nóng dễ bị mất tính đàn hồi.
f) Thép có điện trở suất lớn: thép thường bị oxy hóa cao nhưng là vật liệu rẻ nên vẫn được
sử dụng làm tiếp xúc cố định để dẫn dòng điện lớn, trong các thiết bị thép thường được mạ.
g) Nhôm: có độ dẫn điện cao, rẻ nhưng rất dễ bị oxy hóa làm tăng điện trở suất. Nhược
điểm nữa là hàn nhôm rất phức tạp, độ bền cơ lại kém.
h) Vonfram và hợp kim vonfram: có độ mài mòn về điện tốt và chịu được hồ quang tốt
nhưng có điện trở tiếp xúc rất lớn. Hợp kim vonfram với vàng sử dụng cho tiếp điểm có
dòng nhỏ. Hợp kim với molipđen dùng làm tiếp điểm cho những thiết bị điện thường xuyên
đóng mở, khi dòng điện lớn thì vonfram và hợp kim vonfram sử dụng để làm tiếp điểm dập hồ quang.
i) Vàng và platin: không bị oxy hóa do đó có điện trở tiếp xúc nhỏ và ổn định, được sử
dụng làm tiếp điểm trong thiết bị điện hạ áp có dòng điện bé và quan trọng. Vàng nguyên
chất và platin nguyên chất có độ bền cơ thấp nên thường được sử dụng dạng hợp kim với
môlipđen hoặc với iriđi để tăng độ bền cơ.
j) Than và graphit: có điện trở tiếp xúc và điện trở suất lớn nhưng chịu được hồ quang rất
tốt. Thường dùng làm các tiếp điểm mà khi làm việc phải chịu tia lửa điện, đôi khi làm tiếp điểm dập hồ quamg.
k) Hợp kim gốm: hỗn hợp về mặt cơ học của hai vật liệu không nấu chảy mà thu được
bằng phương pháp thiêu kết hỗn hợp bột hoặc bằng cách tẩm vật liệu này lên vật liệu kia.
Thường vật liệu thứ nhất có tính chất kỹ thuật điện tốt, điện trở suất và điện trở tiếp xúc nhỏ,
ít bị oxy hóa. Vật liệu thứ hai có tính chất cơ cao và chịu được hồ quang. Như vậy, chất
lượng kim loại gốm là do tính chất của hỗn hợp quyết định. Kim loại gốm sử dụng rộng rãi
nhất thường có gốc bạc như: bạc-niken, bạc-oxit cađimi, bạc-vonfram, bạc-môlipđen. Ngoài
ra đôi khi người ta sử dụng kim loại gốm có gốc đồng như: đồng-vonfram, đồng môlipđen,
đồng cađimi làm tiếp điểm chính và tiếp điểm dập hồ quang. Trang 17
Bài giảng Khí cụ điện
1.2.2.2. Một số kết cấu tiếp điểm
a) Phân ra làm các loại theo cấu tạo
Tiếp xúc cố định có các dạng
- Nối hai thanh tiết diện chữ nhật.
- Nối hai thanh tiết diện tròn (thanh tròn nối với nhau thường trong các thiết bị điện như
máy ngắt điện, máy biến dòng, ...).
Loại tiếp xúc đóng mở và tiếp xúc trượt phân theo dòng điện - Dòng bé: I ≤ 10 [mA]. - Dòng vừa: I ≤ 100 [A].
- Dòng lớn: I > 100 [A].
b) Tiếp điểm rơle
Thường dùng bạc, platin tán hàn gá vào tiếp điểm, kích thước tiếp điểm do dòng điện
cho phép quyết định (theo bảng có trong các sổ tay thiết kế).
c) Tiếp điểm thiết bị điện khống chế
Các thiết bị như công tắc tơ, áptômát và thiết bị cao áp thường có dòng điện lớn. Thì
những tiếp điểm chính mắc song song với tiếp điểm hồ quang khi tiếp điểm ở vị trí đóng
dòng điện sẽ qua tiếp điểm chính (tiếp điểm) làm việc, khi mở hoặc bắt đầu đóng tiếp điểm
hồ quang sẽ chịu hồ quang. Do đó bảo vệ được tiếp điểm làm việc.
1.2.2.3. Nguyên nhân hư hỏng tiếp xúc và biện pháp khắc phục
a) Nguyên nhân hư hỏng
Nguyên nhân hư hỏng tiếp xúc có rất nhiều, ta xét một số nguyên nhân chính sau:
a.1) Ăn mòn kim loại
Trong thực tế chế tạo dù gia công thế nào thì bề mặt tiếp xúc tiếp điểm vẫn còn những
lỗ nhỏ li ti. Trong vận hành hơi nước và các chất có hoạt tính hóa học cao thấm vào và
đọng lại trong những lỗ nhỏ đó sẽ gây ra các phản ứng hóa học tạo ra một lớp màng mỏng
rất giòn. Khi va chạm trong quá trình đóng lớp màng này dễ bị bong ra. Do đó bề mặt tiếp
xúc sẽ bị mòn dần, hiện tượng này gọi là hiện tượng ăn mòn kim loại. a.2) Oxy hóa
Môi trường xung quanh làm bề mặt tiếp xúc bị oxy hóa tạo thành lớp oxit mỏng trên bề
mặt tiếp xúc, điện trở suất của lớp oxit rất lớn nên làm tăng Rtx dẫn đến gây phát nóng tiếp
điểm. Mức độ gia tăng Rtx do bề mặt tiếp xúc bị oxy hóa còn tùy nhiệt độ. Ở 20-300C có
lớp oxít dày khoảng 25.10-6mm. Theo thí nghiệm tiếp điểm đồng để ngoài trời sau một
tháng Rtx tăng lên khoảng 10%. Ở nhiệt độ lớn hơn 700C sự oxit hóa rất nhanh. Theo thí
nghiệm ở 1000C sau chỉ một giờ Rtx của tiếp điểm đồng tăng khoảng 50 lần. Ngoài ra việc
luân phiên bị đốt nóng và làm nguội cũng tăng quá trình ôxit hóa. Trang 18
Bài giảng Khí cụ điện
a.3) Điện thế hóa học của vật liệu tiếp điểm
Hai kim loại có điện thế hóa học khác nhau khi tiếp xúc sẽ tạo nên một cặp hiệu điện
thế hóa học, giữa chúng có một hiệu điện thế. Nếu bề mặt tiếp xúc có nước xâm nhập sẽ
có dòng điện chạy qua, và kim loại có điện thế học âm hơn sẽ bị ăn mòn trước làm nhanh hỏng tiếp điểm.
a.4) Hư hỏng do điện
Thiết bị điện vận hành lâu ngày hoặc không được bảo quản tốt lò xo tiếp điểm bị hoen
rỉ yếu đi sẽ không đủ lực ép vào tiếp điểm. Khi có dòng điện chạy qua, tiếp điểm dễ bị phát
nóng gây nóng chảy, thậm chí hàn dính vào nhau. Nếu lực ép tiếp điểm quá yếu có thể phát
sinh tia lửa làm cháy tiếp điểm. Ngoài ra, tiếp điểm bị bẩn, rỉ sẽ tăng điện trở tiếp xúc, gây
phát nóng dẫn đến hao mòn nhanh tiếp điểm.
b) Các biện pháp khắc phục
Để bảo vệ tiếp điểm khỏi bị rỉ và để làm giảm nhỏ điện trở tiếp xúc có thể thực hiện các biện pháp sau:
- Đối với những tiếp xúc cố định nên bôi một lớp mỡ chống rỉ hoặc quét sơn chống ẩm.
- Khi thiết kế ta nên chọn những vật liệu có điện thế hóa học giống nhau hoặc gần bằng nhau cho từng cặp.
- Nên sử dụng các vật liệu không bị oxy hóa làm tiếp điểm.
- Mạ điện các tiếp điểm: với tiếp điểm đồng, đồng thau thường được mạ thiếc, mạ bạc,
mạ kẽm còn tiếp điểm thép thường được mạ cađini, niken, kẽm, ...
- Thay lò xo tiếp điểm: những lò xo đã rỉ, đã yếu làm giảm lực ép sẽ làm tăng điện trở
tiếp xúc, cần lau sạch tiếp điểm bằng vải mềm và thay thế lò xo nén khi lực nén còn quá yếu.
- Kiểm tra sửa chữa cải tiến: cải tiến thiết bị dập hồ quang để rút ngắn thời gian dập hồ
quang nếu điều kiện cho phép.
1.3. Sự phát nóng trong khí cụ điện
1.3.1. Đại cương về sự phát nóng trong khí cụ điện
1.3.1.1. Khái niệm chung
Nhiệt lượng sinh ra do dòng điện chạy qua trong cuộn dây hay vật dẫn điện khi thiết bị
điện làm việc sẽ gây phát nóng. Ngoài ra trong thiết bị điện xoay chiều còn do tổn hao dòng
xoáy và từ trễ trong lõi sắt từ cũng sinh ra nhiệt. Nếu nhiệt độ phát nóng của thiết bị điện
vượt quá trị số cho phép thì thiết bị điện sẽ nhanh bị hư hỏng, vật liệu cách điện nhanh bị
già hóa, độ bền cơ khí của kim loại bị giảm sút. Nhiệt độ cho phép của các bộ phận của thiết
bị điện tham khảo theo bảng cho sẵn.
Trong tính toán phát nóng thiết bị điện thường dùng khái niệm độ chênh nhiệt  là hiệu Trang 19
Bài giảng Khí cụ điện
số giữa nhiệt độ phát nóng  và nhiệt độ môi trường xung quanh thiết bị điện 0. Ở vùng ôn
đới cho phép  = 350C, vùng nhiệt đới  = 500C. Sự phát nóng thiết bị điện còn tùy thuộc
vào chế độ làm việc. Thiết bị điện có ba chế độ làm việc: dài hạn, ngắn hạn và ngắn hạn lặp lại.
1.3.1.2. Các nguồn nhiệt trong thiết bị điện và các phương pháp truyền nhiệt
Trong thiết bị điện một chiều sự phát nóng chủ yếu là do tổn hao đồng. Đối với thiết bị
điện xoay chiều, sự phát nóng sinh ra chủ yếu là do tổn hao đồng trong dây quấn và tổn hao
sắt từ trong lõi thép, ngoài ra còn tổn hao do hiệu ứng bề mặt.
Song song với quá trình phát nóng có quá trình tỏa nhiệt gồm: dẫn nhiệt, bức xạ nhiệt và đối lưu nhiệt.
Quá trình dẫn nhiệt, nhiệt lượng dẫn tính theo công thức  Q  dQ  .    d . Sd . t (1.5) X 
Trong đó: dQ: nhiệt lượng được dẫn theo phương x.  Q
 : građien nhiệt lưu theo phương x X 
dS: diện tích nhiệt lưu đi qua, dt: thời gian
: hệ số dẫn nhiệt [W/0C.cm].
Bức xạ nhiệt: phụ thuộc bề mặt tỏa nhiệt
Đối lưu nhiệt: phân làm đối lưu tự nhiên và đối lưu cưỡng bức, đối lưu phụ thuộc vào vị
trí phân bố của vật thể, kích thước bề mặt, tính chất môi trường xung quanh vật và nhiệt độ môi trường.
Nếu xét cả đồng thời ba hình thức trên thì có công thức Niutơn sau: P    S . hay P   (1.6)  S .
Trong đó: P: nhiệt lượng tỏa ra; S: diện tích tỏa nhiệt.
: độ chênh nhiệt của vật dẫn với môi trường.
: hệ số tỏa nhiệt.  = (11.10-4 ÷ 12,98.10-4 [W/0C cm2])
1.3.2. Chế độ làm việc dài hạn
Thiết bị điện làm việc dài hạn tức là thiết bị điện có thể làm việc liên tục lâu dài nhưng
thời gian làm việc phải không nhỏ hơn thời gian cần thiết để thiết bị phát nóng đến nhiệt độ ổn định. Trang 20
Bài giảng Khí cụ điện
Khi có dòng điện I chạy trong vật dẫn sẽ gây ra tổn hao một công suất P và trong thời
gian dt sẽ gây ra một nhiệt lượng: P.dt = RI2dt (1.7)
Nhiệt lượng hao tổn này bao gồm hai phần:
- Đốt nóng vật dẫn: G.C.dt
- Tỏa ra môi trường xung quanh: S...dt
Ta có phương trình cân bằng nhiệt của quá Hình 1.6: Phát nóng ở chế độ dài trình phát nóng: hạn P.dt = G.C.dt + S...dt (1.8)
Trong đó: G là khối lượng vật dẫn [g]
C là tỉ nhiệt vật dẫn tỏa nhiệt [J/g]
 là độ chênh nhiệt [00C]
 là hệ số tỏa nhiệt [W/cm2]
1.3.3. Chế độ làm việc ngắn hạn
Ở chế độ làm việc ngắn hạn độ chênh lệch nhiệt của
thiết bị điện sau thời gian làm việc chưa đạt tới trị số ổn
định thì thiết bị điện đã ngừng làm việc. Nhiệt độ phát
nóng ở chế độ này là nhỏ nhất. Khi ngừng làm việc (I =
0) thì quá trình nguội lạnh lại bắt đầu.
Giả sử làm việc dài hạn đường cong phát nóng là đường 1 trong hình 1.7.
Hình 1.7: Phát nóng ở chế Phụ tải lúc này là Pf: độ ngắn hạn Pf = .S.f (1.9)
Sau thời gian tlv (thời gian làm việc ngắn hạn) độ chênh nhiệt mới đạt tới trị 1 < f nên
thiết bị điện làm việc non tải và chưa lợi dụng hết khả năng chịu nhiệt. Từ đó ta thấy rằng
có thể nâng phụ tải lên để sau thời gian làm việc ngắn hạn tlv độ chênh nhiệt vừa đạt tới
trị số cho phép f , phụ tải lúc này là Pn: Pn = .S.max (1.10)
Đường cong phát nóng trường hợp này là đường 2. Điểm M trên đường 2 thỏa mãn
phương trình độ chênh nhiệt của quá trình phát nóng. tlv    1 (  e T ) (1.11) f max
Sau thời gian làm việc tlv dòng điện ngừng chạy vào vật dẫn do đó vật dẫn nguội lạnh
theo quy luật như khi làm việc dài hạn (đường 3). Trang 21
Bài giảng Khí cụ điện
Hệ số quá tải công suất P 1 K n   1 (1.12) p P t lv f 1 e T
1.3.4. Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại
Đây là chế độ mà thiết bị điện làm việc trong
một thời gian tlv mà nhiệt độ phát nóng chưa đạt
tới bão hòa và sau đó nghỉ một thời gian tng mà
nhiệt độ chưa giảm về nhiệt độ ban đầu rồi lại tiếp
tục làm việc và nghỉ xen kẽ. Quá trình làm việc và
nghỉ cứ lặp lại tuần hoàn như vậy. Để thể hiện
mức độ làm việc lặp, người ta dùng khái niệm hệ
số làm việc (còn gọi hệ số đóng điện): t % lv  10 % 0 (1.13) t  t lv ng
Hình 1.8: Phát nóng ở chế độ ngắn hạn lặp lại
Trong thực tế % thường bằng 25%, 40%,
60%. Trong chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại, nhiệt độ phát nóng nhỏ hơn chế độ làm việc
dài hạn nhưng lớn hơn ở chế độ ngắn hạn. Tổng thời gian làm việc tlv và thời gian nghỉ tng
gọi là thời gian chu kì tck. tck T 1 e
Hệ số quá tải công suất K  (1.14) p tlv T 1 e Pf
Hình 1.8 so sánh đặc tính phát nóng khi làm việc trong chế độ ngắn hạn lặp lại (đường
3) với đặc tính phát nóng khi làm việc dài hạn (đường 1) ta thấy khi làm việc ngắn hạn
lặp lại lại có thể tăng thêm phụ tải (đường 4).
1.3.5. Sự phát nóng khi ngắn mạch
Thời gian xảy ra ngắn mạch rất ngắn nên nhiệt độ cung cấp cho vật thể hoàn toàn dùng
để đốt nóng vật dẫn và gần đúng ta coi không có nhiệt lượng tỏa ra môi trường xung quanh.
Trong thời gian dt dòng điện ngắn mạch sinh ra nhiệt lượng là:  I 2    nm 2 I 2 nm 2 l dQ    I Rdt    I  (1.15)  I   I  S
Toàn bộ nhiệt lượng do dòng điện ngắn mạch sinh ra dùng để đốt nóng vật dẫn lên độ
chênh nhiệt độ là dnm . Ta có phương trình: dQ  d . G . C   .l . S . C d   nm nm (1.16)
Trong đó: Inm là dòng ngắn mạch chạy qua vật dẫn
I là dòng điện định mức chạy qua vật dẫn S là tiết diện vật Trang 22
Bài giảng Khí cụ điện
C là nhiệt dung riêng của vật dẫn
 là khối lượng riêng của vật dẫn
1.4. Lực điện động
1.4.1. Khái niệm chung
Một vật dẫn đặt trong từ trường, có dòng điện I chạy qua sẽ chịu tác động của một lực.
Lực cơ học này có xu hướng làm biến dạng hoặc chuyển dời vật dẫn để từ thông xuyên qua
nó là lớn nhất. Lực chuyển dời đó gọi là lực điện động. Chiều của lực điện động được xác
định theo quy tắc bàn tay trái.
Ở trạng thái làm việc bình thường, thiết bị điện được chế tạo để lực điện động không
làm ảnh hưởng gì đến độ bền vững kết cấu. Khi ngắn mạch dòng tăng lên rất lớn (có lúc
tới hàng trăm lần Iđm) do đó lực điện động sẽ rất lớn. Trong một số trường hợp dòng lớn,
lực có thể tới hàng chục tấn Nuitơn. Lực làm biến dạng, đôi khi có thể làm phá vỡ kết cấu
thiết bị. Do đó cần phải nghiên cứu lực điện động để ngăn ngừa tác hại của nó khi lựa chọn,
tính toán và thiết kế thiết bị điện.
Ngoài ra người ta còn nghiên cứu ứng dụng lực điện động để chế tạo các thiết bị điện
như rơle điện động, cơ cấu đo điện động,...
1.4.2. Các phương pháp tính toán lực điện động
1.4.2.1. Phương pháp sử dụng định luật Bio-Xavar-Laplax
Theo quan điểm của phương pháp này lực điện động là kết
quả tương tác lẫn nhau của dây dẫn l mang dòng điện I và từ M
trường do dây dẫn khác tạo nên. B 
Lực điện động tác dụng lên chiều dài ∆l khi có dòng điện I I
đặt trong từ trường có từ cảm B là: dl F   .I x l B  hay F   . B .I .lsin (1.17) l
Hình 1.9: Lực điện động
Với góc  là góc hợp bởi l  và B  ( l
 cùng chiều I ). 
là góc xác định theo chiều quay nhỏ nhất. Dạng vi phân là: dF  l d . B .I hay d F  d . B .I .lsin (1.18)
Từ đó ta có lực điện động: l l F  dF   d. B .I .lsin  .l . B .I sin (1.19) 0 0
Nếu hai dây dẫn cùng trong một mặt phẳng  = 900 thì F =B.I.l Trang 23
Bài giảng Khí cụ điện
Theo Bio-Xavar-Laplax thì cường độ từ cảm tại một điểm M  B có trị số là :  d r. l  d .lsin B  0 I 0 ,hay B  0 I (1.20) 2  4 r 4 2 r
Trong đó: r là véctơ đơn vị chọn từ dl đến M, r 1 0 0
r là khoảng cách từ dl đến M  là góc hợp bởi l d và r 0
B là vecto cảm ứng từ thẳng góc với mặt phẳng
1.4.2.2. Phương pháp cân bằng năng lượng
Xét một dây dẫn có dòng điện chạy qua như hình x A dx A’
1.10. Khi dây dẫn dịch chuyển theo hướng x một
đoạn dx thì lực điện động được xác định bởi: dw = F.dx dw  F  (1.21) l F dx Trong đó:
+ dw là độ biến thiên năng lượng từ trường của B B’
vật dẫn khi mang dòng điện dịch chuyển một đoạn dx
Hình 1.10: Lực giữa hai thanh dẫn
+ x là phương chuyển dời có thể có của vật dẫn
dưới tác dụng của lực F
Khi vật thể biến dạng hoặc chuyển dời ta giả thiết các
dòng điện bằng hằng số. Theo phương pháp này muốn
tính lực ta phải biết được biểu thức toán học của hệ số tự d
cảm L và hỗ cảm M theo x. Các phương pháp tính L và I  F
M nêu trong giáo trình lí thuyết trường điện từ. T 2r
1.4.3. Cách tính lực điện động tác dụng lên vật dẫn
Hình 1.11: Lực căn vòng dây
1.4.3.1. Ứng dụng phương pháp cân bằng năng lượng
Ta xét lực điện động trong một số trường hợp vật dẫn đồng nhất nằm trong từ trường
đều. Các trường hợp khác có thể tham khảo tài liệu chuyên ngành chế tạo thiết bị.
a) Lực điện động tác dụng lên một vòng dây có dòng i nằm trong một từ trường
Giả thiết bán kính vòng dây R, bán kính dây dẫn r (hình 1.11). Lực điện động có xu
hướng kéo căng vòng dây dẫn bung ra. Giả thiết lực phân bố đều trên chu vi vòng dây. Gọi
fR là lực tác dụng lên một đơn vị dài chu vi theo hướng kính, lực tác dụng tổng: Trang 24
Bài giảng Khí cụ điện 1 2 dL F  2 R  f  I (1.22) R 2 dR Theo Kiếc khốp có: R 8 L   R(ln  7 , 1 ) 5 0 r
Và ta giả thiết 2r/R << 1 thay vào biểu thức (1.22) ta có: 1 2 R 8 F   I (ln  7 , 0 ) 5 , biết 7   4 1 . 0  (H/m) 2 0 r 0 Vậy 7 2 R 8 F  2 1 . 0 I . (ln  7 , 0 ) 5 [J/cm] (1.23) r
* Trong trường hợp cuộn dây có N vòng, thay IN cho I, ta có : 7 2 R 8 F  2 1 . 0 .(N ) I (ln  7 , 0 ) 5 [J/cm] (1.24) r
Chú ý: 1N = 0,102kg, 1J/cm = 10,2 kg
b) Tính lực điện động giữa hai dây dẫn tiết diện tròn đặt
song song mang dòng i I a l
Ta sử dụng phương pháp cân bằng năng lượng với giả thiết 2r dF
hai dây dẫn có bán kính r đặt song song cách nhau khoảng a.
Ta biết theo lí thuyết trường đối với dây dẫn như trên thì hệ l B Hình 1.12: Hai thanh số tự cảm là : dẫn đặt song song  l. 1 a  r F 0  (  2ln( )) 2 2 r
Lực tác dụng vào từng thanh dẫn được tính: dW I2dl M 7 2 l F    1 . 2 0 I (J / c ) m (1.25) da d 2 a a  r Nếu có a >> r thì: 7 2 l F  1 . 2 0 I (J / c ) m (1.26) a
Nếu dòng trong hai dây cùng chiều thì hai dây dẫn sẽ hút nhau và ngược chiều thì đẩy nhau.
1.4.3.2. Ứng dụng định luật Bio-Xavar-Laplax
a) Lực điện động tác dụng lên hai dây dẫn đặt trong cùng một mặt phẳng
Trên hình 1.13 là hai dây dẫn l1 và l2 cùng đặt trong một mặt phẳng. Dây dẫn l1 mang
dòng I1 dây dẫn l2 mang dòng I2. Ta tìm sự phân bố lực lên dây dẫn l2. Trang 25
Bài giảng Khí cụ điện
Ta có lực tác dụng lên đoạn dl2 do I1dy gây ra:   2 dy I2 dF  I . I 0 1 2 d . l .sin  d . (1.27) l1  y  4 x . 2 x dl2
Lực tác dụng lên đoạn dl l2 2 ở vị trí x trên do l  1
dòng I1 chạy trong l1 gây ra là : I1   2 dF  I. I 0 1 2 (1.28) x sin  d .  4 x .
Hình 1.13: Hai thanh dẫn song song 1
đặt trong cùng mặt phẳng
Lực tác dụng lên một đơn vi dài của dây l2 tại
vị trí xi do I1 trong l1 gây nên: dFx  I. I cos  cos 0 1 2 2i i 1 dF i   . x (1.29) dl 4 x 2 i * Chú ý:
+ Khi chọn các điểm tính x dọc chiều dài l2 góc  và độ dài x biến thiên dẫn đến các lực
Fx biến thiên không đều dọc chiều dài l2 của dây 2.
+ Điểm tác dng của lực tổng F sẽ qua trọng tâm dây l2.
+ Bằng phương pháp vẽ ta có thể biết sự phân bố của lực dọc chiều dài dây l2.
b) Lực điện động giữa hai dây dẫn đặt song song trong đó một dây dài vô tận
Hình 4-7, xét khi dây l1 = ∞; dây l2 = l khoảng cách giữa hai dây x = a. Áp dụng biểu
thức (1.29) ta thay 1 = , 1 = 0, x = a vào ta có: dFx  I. I dF i 0 1 2    const x i dl 4 a . 2  I l-y 2 1 I2
Lực điện động tác dụng lên dây l l a 2 là: dy  I. I l  y dF 0 1 2  . [J/cm] (1.30) 1 2 4 a
c) Lực điện động giữa hai dây dẫn song song có
chiều dài bằng nhau
Hình 1.14: Hai thanh song song
Áp dụng công thức (1.27) ở phần trước và thay x = a; dl2 = dy ta có :  I. I dF 0 1 2  d . . y (cos  cos ) (1.31) 4 a . 2 1 Trên hình 1.14, ta có: 1 y y cos 
; cos  cos(   )  2 2 2 1 (  ) y  a 1 1 2 2 y  a Trang 26
Bài giảng Khí cụ điện  l l   I. I 1  F  y y 0 1 2  dy  dy (1.32)   2 2  4 a .  1 (  ) y  2 2 a 0 0 y  a   
1.4.4. Cộng hưởng cơ khí và ổn định lực điện động thiết bị điện
1.4.4.1. Cộng hưởng cơ khí
Khi dòng điện xoay chiều đi qua thanh dẫn (thanh cái) lực điện động sẽ gây chấn động
và có thể phát sinh hiện tượng cộng hưởng cơ khí.
* Điều kiện tránh cộng hưởng cơ khí
Muốn không xảy ra cộng hưởng thì tần số dao động riêng của thanh cái phải bé hơn tần
số sóng cơ bản của lực. Trong thực tế người ta thường thay đổi khoảng cách giá đỡ thanh
cái để điều chỉnh trị số tần số dao động riêng của thanh cái.
1.4.4.2. Ổn định lực điện động
Trong thiết bị điện phải tính lực điện động để kiểm tra xem thiết bị điện có đạt độ bền
cơ hay không. Ôn định lực điện động là khả năng chịu đựng tác động cơ khí do lực điện
động sinh ra khi ngắn mạch.
Để đảm bảo cần điều kiện cần thì: Im > Ixk với :
+ Im: dòng cho phép lớn nhất của thiết bị điện,
+ ixk : dòng xung kích tính toán khi ngắn mạch ba pha. Có thể dùng bội số cho phép
(Km) lớn nhất để kiểm tra lực điện động. I 2  , trong đó: K đmK I m xk
m là bội số dòng cho phép lớn nhất.
Chú ý : theo tính toán ngắn mạch trong mạng ba pha, lực điện động khi ngắn mạch một
pha (Fmax = CI21 = C.6,48I2đm) lớn hơn lực điện động khi ngắn mạch ba pha (Fđ1max =
C1.6,46I2đm), nhưng do khi ngắn mạch ba pha chiều lực thay đổi trong không gian nên phải
dùng để kiểm tra khả năng chịu lực ở các điểm.
Nếu thiết bị điện không ghi giá trị Im thì có thể xác định theo công thức : S I  i  5 , 2 5 ng (kA) m xk (1.33) 2Uddm
Với: Sng: công suất ngắt mạch [MVA]; Uđm: điện áp định mức hiệu dụng [kV]. Trang 27
Bài giảng Khí cụ điện CHƯƠNG 2
KHÍ CỤ ĐIỆN ĐÓNG CẮT VÀ BẢO VỆ HẠ ÁP
2.1. Cầu dao, cầu dao tự động, cầu dao chống dòng rò 2.1.1. Cầu dao
Cầu dao là loại khí cụ điện đóng cắt bằng tay, dùng để đóng cắt không thường xuyên
mạch điện một chiều và xoay chiều đến 660V.
Nguyên lý cấu tạo của cầu dao khá đơn giản, dược
trình bày ở hình 2.1. Tiếp điểm động 1 (thân dao) có
một đầu gắn với giá đỡ tiếp điểm, còn đầu kia có tay
cầm bằng vật liệu cách điện. Các tiếp điểm của cầu
dao được làm bằng đồng mạ bạc. Khi đóng, lực ép
tiếp điểm giữa các tiếp điểm của cầu dao nhờ vào lực
đàn hồi của má dao ép vào thân dao. Trong quá trình
cắt, hồ quang xuất hiện giữa hai tiếp điểm động và
tĩnh được dập tắt nhờ kéo dài hồ quang bằng cơ khí
và lực điện động hướng kính tác động lên hồ quang. Hình 2.1: Cầu dao
Để tăng khả năng cắt của cầu dao, ở một vài loại người ta có lắp thêm dao phụ và
buồng dập hồ quang. Khi đóng, dao phụ đóng trước, dao chính đóng sau, còn khi cắt dao
chính cắt trước, dao phụ cắt sau nhờ lò xo kéo nên dao phụ cắt với tốc độ nhanh, giảm
được thời gian cháy của hồ quang. Để tăng khả năng an toàn khi thao tác, người ta còn
chế tạo cầu dao hộp, có cần thao tác bên ngoài hộp.
Khả năng cắt của cầu dao không lớn. Với loại cầu dao không có buồng dập hồ quang,
đóng cắt trực tiếp thì khả năng cắt chỉ 20 – 30% dòng điện định mức, vì vậy loại này chỉ
dùng cắt dòng điện không tải của mạch điện. Với loại cầu dao hộp có buồng dập hồ quang,
khả năng cắt đạt đến 120% dòng điện định mức nên còn gọi là cầu dao phụ tải, chủ yếu
dùng để đóng cắt dòng điện phụ tải của các tòa nhà cơ quan, văn phòng, nhà chung cư,. .
với nhiều phụ tải bé và hệ số công suất lớn. Cầu dao thường đi kèm cầu chì để đóng cắt
và bảo vệ mạch điện khi bị quá dòng điện.
2.1.2. Áp tô mát (cầu dao tự động, CB)
2.1.2.1. Khái niệm chung
Là loại khí cụ điện dùng để đóng, ngắt điện bằng tay nhưng có thể tự ngắt mạch điện
khi có sự cố quá tải hoặc ngắn mạch.
Theo cơ cấu tác động (tự ngắt) người ta chia ra làm ba loại sau:
Áp tô mát nhiệt: tác động nhờ cơ cấu điện - nhiệt, như vậy thời gian tác động sẽ
rất chậm. Loại này thường dùng để bảo vệ quá tải.
Áp tô mát điện từ: tác động nhờ cơ cấu điện - từ như vậy thời gian tác động sẽ rất
nhanh. Loại này thường dùng để bảo vệ ngắn mạch.
Áp tô mát điện từ - nhiệt. Hiện nay trên thị trường các nhà sản xuất sản xuất loại
áp tô mát điện từ - nhiệt.
Theo kết cấu người ta chia làm các loại sau: Trang 28
Bài giảng Khí cụ điện Áp tô mát 1 cực Áp tô mát 2 cực Áp tô mát 3 cực
Theo điện áp sử dụng người ta chia làm các loại sau:
Áp tô mát 1 pha (có cực hoặc không cực)
Áp tô mát 3 pha (có 3 cực)
2.1.2.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của áp tô mát
* Cấu tạo chung
Hình dáng và cấu tạo của
một áp tô mát ba pha thông
thường. Tuỳ theo chức năng
cụ thể mà áp tô mát có thể có
đầy đủ hoặc một số bộ phận chính sau: Hệ thống tiếp điểm. Bộ phận dập hồ quang Cơ cấu tác động (cơ
cấu ngắt mạch) nhiệt: cơ cấu
Hình 2.2: Áp tô mát một pha 2 cực và 3 pha 3 cực
này làm nhiệm vụ ngắt mạch
khi quá tải, hoạt động dựa trên sự co dãn vì nhiệt của thanh lưỡng kim tương tự như rơle nhiệt thông thường.
Cơ cấu tác động điện từ:
cơ cấu này gồm một nam châm
điện (cuộn dây điện từ và lõi
thép) làm nhiệm vụ ngắt mạch
khi có hiện tượng ngắn mạch -
hoạt động tương tự như rơle
điện từ. Về nguyên tắc, khi có
hiện tượng ngắn mạch thì cơ cấu
tác động điện từ sẽ tác động
trước, vì vậy nếu một áp tô mát
được trang bị cả 2 cơ cấu trên thì
dòng điện tác động tức thời phải
có giá trị lớn hơn nhiều so với dòng điện tác động.
Khi mạch điện bị quá tải, Hình 2.3: Cấu tạo
dòng điện quá tải chạy qua phần áptômát
tử đốt nóng lớn hơn bình thường. Nó sẽ đốt nóng thanh lưỡng kim bị cong lên tác động
vào đòn bẩy số. Đòn bẩy sẽ đập vào lẫy, mở ngàm, lò xo kéo tiếp điểm mở ra - mạch điện bị cắt.
Thời gian mở tiếp điểm phụ thuộc vào dòng điện quá tải, dòng điện càng lớn thời gian cắt càng nhanh. Trang 29
Bài giảng Khí cụ điện
Trường hợp phụ tải bị ngắn mạch, dòng điện rất lớn đi qua cuộn dây (tiết diện dây lớn,
ít vòng) lập tức hút đòn bẩy tác động làm mở ngàm, lò xo kéo tiếp điểm mở ra. Như vậy
mạch điện bị cắt tức thời nhờ lực điện từ của cuộn dây.
Thông thường các CB trong t (s)
công nghiệp có đặc tính thời 10000
gian - dòng điện như sau: Khi
dòng quá tải nhỏ chỉ có cơ cấu
nhiệt tác động thời gian tác 10
động có thể chậm. Khi dòng
điện quá tải lớn hơn khoảng 4 0,05
lần dòng định mức, cơ cấu từ sẽ 0,01
tác động với thời gian khoảng 1
10 Bội số của dòng điện
0,05s. Với dòng ngắn mạch lớn
thời gian tác động có thể từ
Hinh 2.3: Đường đặc tính thời gian của áptômát 0,01  0,05s.
2.1.2.3. Ký hiệu, thông số kỹ thuật và cách lựa chọn áp tô mát
* Kí hiệu áptômát trên bản vẽ điện
Trên bản vẽ kỹ thuật áp tô mát được kí hiệu như sau:
Kí hiệu các khí cụ điện trên bản vẽ điện có
rất nhiều loại kí hiệu, chưa theo tiêu chuẩn nào
của Ngành Điện lực qui định. Trong tài liệu
giới thiệu đến sinh viên hệ thống kí hiệu của
các khí cụ điện hạ áp thông dụng theo tiêu chuẩn châu Âu.
Khi vẽ kí hiệu tiếp điểm của các khí cụ điện
Hình 2.4: Kí hiệu áptômát 1 pha 1
sinh viên cần lưu ý các điểm sau đây: cực và 3 pha 3 cực
Tiếp điểm di động tác động theo chiều kim đồng hồ
Vẽ tiếp điểm di động hợp với phương tác động một góc từ 300 ÷ 450
Vẽ nhiều tiếp điểm của cùng một khí cụ điện phải có đường liên kết các tiếp điểm lại Tiếp điểm cố định Tiếp điểm di động Góc 300 ÷ 450 Tác động theo chiều kim đồng hồ
Hình 2.5: Nguyên lý tác động của tiếp điểm Trang 30
Bài giảng Khí cụ điện
* Thông số kỹ thuật và cách lựa chọn áp tô mát
Dòng điện định mức của áp tô mát (A): đây là dòng điện lớn nhất cho phép áp tô mát
làm việc trong thời gian lâu dài mà không bị tác động (không bị ngắt). Dòng điện này
không được phép nhỏ hơn dòng điện tính toán của phụ tải. I  I cpA lv.pt
Dòng điện bảo vệ ngắn mạch của áp tô mát Inm (A): đây là dòng điện nhỏ nhất (tác
động trong thời gian rất ngắn) đủ để làm cho áp tô mát tự ngắt. Chỉ có những áp tô mát
có kết cấu ngắt kiểu điện từ mới có thông số này. Đối với áp tô mát loại này khi lựa chọn
để đóng ngắt cho động cơ thì thông số này không được phép nhỏ hơn dòng khởi động động cơ: Inm > Ikđ
Dòng điện bảo vệ quá tải áp tô mát Iqt (A): dòng điện này có thể điều chỉnh được nhờ
các vít điều khiển đặt bên trong áp tô mát. Thông thường nhà sản xuất đã chỉnh định sẵn
và gắn keo, trong một số trường hợp ta có thể chỉnh lại theo giá trị sau: Iqt = (1,1  1,2). Itt
Điện áp làm việc của áp tô mát (điện áp định mức của áp tô mát): điện áp này được
chọn phụ thuộc vào điện áp lưới mà áp tô mát sử dụng. Về nguyên tắc điện áp này không
được nhỏ hơn điện áp cực đại của lưới điện mà áp tô mát được sử dụng. U  U cpA lv l.đ
2.1.3. Cầu dao chống dòng rò
2.1.3.1. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của áp tô mát chống rò một pha * Cấu tạo Hình 2.6: Cầu dao chống dòng rò Trang 31
Bài giảng Khí cụ điện
* Nguyên lý làm việc của áp tô mát chống dòng rò 1 pha Khi không có dòng rò từ dây pha, ta nhận
thấy trị số dòng điện tức
thời chạy qua dây pha và dây trung tính luôn bằng nhau (IL = IN) nhưng luôn ngược chiều nhau. Tương ứng, từ thông do 2 dòng điện này sinh ra
có cùng độ lớn và ngược chiều nhau nên từ thông
tổng chạy trong lõi thép
hình xuyến bị triệt tiêu:
Hình 2.7: Sơ đồ nguyên lý cầu dao chống dòng rò 1 pha          0. T L N
Cuộn thứ cấp (8) sẽ không có điện áp cảm ứng cấp cho cuộn dây (6). Hệ thống giữ
nguyên trạng thái, phụ tải làm việc bình thường. Khi có người hoặc vật chất chạm vào
dây pha sẽ xuất hiện dòng rò từ dây pha qua người hoặc vật xuống đất, khi đó trị số dòng   
điện chạy qua dây pha lớn hơndây trung tính ( I  I  I ) và ngược chiều nhau. Tương L N R
ứng, từ thông do 2 dòng điện này sinh ra có độ lớn và chiều khác nhau nên từ thông tổng   
chạy trong lõi thép hình xuyến không bị triệt tiêu (       0 ). Cuộn thứ cấp (8) có T L N
điện áp cảm ứng cho cuộn dây (6). Cuộn dây (6) sẽ hút lõi thép (5), tác động vào lẫy (3)
mở ngàm (2) mạch điện tự động ngắt điện.
Tuy nhiên, nếu có hiện tượng rò điện ở phía trên áp tô mát thì dòng IL và dòng IN vẫn
luôn bằng nhau, áp tô mát sẽ không tự ngắt.
Đối với áp tô mát chống giật, dây trung tính của phụ tải phải được đấu vào cực dưới
của áp tô mát. Còn nếu dây trung tính được đấu ở vị trí khác (cực phía trên hoặc nối đất
chẳng hạn) thì áp tô mát sẽ ngắt ngay sau khi ta đóng mạch điện.
Người ta có thể quấn cuộn sơ cấp của lõi thép vài vòng để tăng độ nhạy cho áp tô mát
hoạt động hoặc dùng mạch điện tử.
2.1.3.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của áp tô mát chống rò ba pha
Kết cấu tương tự như áp tô mát chống giật 1 pha chỉ khác là có 3 dây pha và dây trung
tính lồng qua lõi thép. Nếu không có hiện tượng rò điện từ các dây pha thì dòng điện qua
dây trung tính cân bằng tổng dòng điện trong các dây pha, nên từ thông trong lõi thép bị
triệt tiêu, cuộn thứ cấp không có điện áp, áp tô mát làm việc bình thường. Nếu có hiện
tượng rò điện từ dòng điện qua dây trung tính không cân bằng với tổng dòng điện trong
các dây pha nên từ thông trong lõi thép xuất hiện, cuộn thứ cấp có điện áp - cuộn hút (6)
làm việc, áp tô mát tự ngắt. Hình 2.8 Trang 32
Bài giảng Khí cụ điện
Hình 2.8: Sơ đồ nguyên lý cầu dao chống rò 3 pha
2.2. Nút ấn, công tắc chuyển mạch 2.2.1. Nút ấn
Nút ấn là loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt các thiết bị điện bằng tay.
Các cặp tiếp điểm trong nút ấn sẽ chuyển trạng thái khi có
ngoại lực tác động còn khi bỏ lực tác động thì hệ thống tiếp điểm
của nút ấn sẽ trở lại trạng thái ban đầu. Đó chính là điểm khác
biệt cơ bản giữa nút ấn và công tắc.
Trong mạch điện công nghiệp nút ấn thường được dùng để
khởi động, dừng, đảo chiều quay động cơ thông qua công tắc tơ Hình 2.9: Nút ấn hoặc rơle trung gian.
Theo kết cấu người ta chia thành các loại sau:
Nút ấn đơn (một tầng tiếp điểm).
Nút ấn kép (hai tầng tiếp điểm).
Theo phương thức kết nối mạch người ta chia thành các loại sau:
Nút ấn đơn thường mở (ở trạng thái hở mạch khi chưa có ngoại lực tác động).
Nút ấn đơn thường đóng (ở trạng thái đóng mạch khi chưa có ngoại lực tác động).
Nút ấn kép sẽ tồn tại đồng thời 2 cặp tiếp điểm ở trạng thái trên.
Khi lựa chọn nút ấn ta cần chú ý đến các thông số kỹ thuật sau: Dòng điện định mức. Điện áp định mức.
Trạng thái của các cặp tiếp điểm khi có ngoại lực tác động và khi không có ngoại lực tác động.
Trên sơ đồ nguyên lý nút ấn thường được kí hiệu như sau: Trang 33
Bài giảng Khí cụ điện Nút ấn thường mở Nút ấn thường đóng Nút ấn liên động
Hình 2.10: Cấu tạo và ký hiệu của nút ấn trên bản vẽ
2.2.2. 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 thay đổi
khi có ngoại lực tác động và giữ nguyên khi bỏ lực tác động.
Thông thường công tắc (hay chuyển
mạch nói chung) dùng để đóng, ngắt
mạch điện có công suất nhỏ, điện áp
Hình 2.11: Các loại công tắc chuyển mạch thấp.
Theo cơ cấu tác động người ta chia thành các loại sau: Công tắc gạt. Công tắc xoay. Công tắc ấn.
Công tắc ấn – xoay (nút dừng khẩn cấp).
Công tắc có khoá (khoá điện).
Theo phương thức kết nối mạch người ta chia thành các loại sau: Công tắc 1 ngã. Công tắc 2 ngã. Công tắc 3 ngã.
Khi lựa chọn công tắc ta cần chú ý đến hai 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: Trang 34
Bài giảng Khí cụ điện Công tắc 1 ngã Công tắc 2 ngã Công tắc 3 ngã
Hình 2.12: Kí hiệu công tác trên bản vẽ
2.3. Công tắc tơ, rờ le nhiệt, khởi động từ 2.3.1. Công tắc tơ
2.3.1.1. Khái niệm chung
Công tắc tơ là loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện
động lực bằng tay (thông qua bộ nút ấn) hoặc tự động. Công
tắc tơ có thể dùng cho các mạch động lực có điện áp lên đến
500V, dòng điện định mức đến 600A.
Trong mạch điện công nghiệp, công tắc tơ thường được dùng
để đóng cắt động cơ điện với tần số đóng cắt lớn, có thể lên đến
1800 lần trong một giờ. Công tắc tơ làm việc với điện áp cho
phép trong khoảng ( (10  20%) Uđm).
Có nhiều phương pháp phân loại công tắc tơ.
Theo số cực người ta phân làm các loại sau:  Công tắc tơ 1 cực. Hình 2.13: Công tắc tơ  Công tắc tơ 2 cực.  Công tắc tơ 3 cực.
Ngoài thị trường hiện nay các nhà sản xuất sản xuất ra những côngtắctơ thông dụng 3 pha 3 cực.
Theo điện áp làm việc của công tắc tơ người ta chia làm các loại sau:
 Công tắc tơ 1 chiều – DC.
 Công tắc tơ xoay chiều – AC.
2.3.1.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của công tắc tơ
* Cấu tạo: Công tắc tơ làm việc dựa trên nguyên tắc của nam châm điện, bao gồm các bộ phận chính sau:
Lõi thép tĩnh thường được gắn cố định với thân (vỏ) của công tắc tơ. Lõi thép động có
gắn các tiếp điểm động. Trên lõi thép động hoặc tĩnh thường có gắn hai vòng ngắn mạch
bằng đồng có tác dụng chống rung khi công tắc tơ làm việc với điện áp xoay chiều.
Cuộn dây điện từ (cuộn hút) có thể làm việc với điện áp một chiều hoặc xoay chiều tùy
theo loại công tắc tơ sử dụng nguồn DC hay AC.
Lò xo hồi vị có nhiệm vụ đưa lõi thép về vị trí ban đầu khi cuộn hút mất điện. Trang 35
Bài giảng Khí cụ điện
Để bảo vệ động cơ người ta thường lắp kèm
công tắc tơ với rơle nhiệt và được gọi là “khởi
động từ”. Đôi khi trên một số công tắc tơ còn có
thể gắn được cả khối rơle thời gian hoặc các khối
tiếp điểm phụ với cách tháo lắp các khối này tương đối phức tạp.
Khởi động từ = Công tắc tơ + rờle nhiệt
* Nguyên lý làm việc
Sơ đồ nguyên lý hoạt động của công tắc tơ
được cho bởi hình 2.12.
Khi cuộn hút của công tắc tơ chưa được cấp
điện, lò xo (5) đẩy lõi thép động số (4) tách ra
khỏi lõi thép tĩnh. Các cặp tiếp điểm chính (1)
và tiếp điểm phụ (3) ở trạng thái mở, cặp tiếp
điểm phụ (2) ở trạng thái đóng. Vì vậy tiếp điểm
(1) và (3) gọi là tiếp điểm thường mở, tiếp điểm
(2) gọi là tiếp điểm thường đóng.
Khi cấp điện cho cuộn hút, trong cuộn hút sẽ
có dòng điện chạy qua. Dòng điện này sẽ sinh ra
từ thông móc vòng qua cả hai lõi thép và khép
Hình 2.14: Hình dáng và cấu
làm kín mạch từ. Chiều và trị số của từ thông sẽ tạo của công tắc tơ
biến thiên theo chiều và trị số của dòng điện sinh
ra nó, nhưng xét tại một thời điểm nhất định thì từ thông đi qua bề mặt tiếp xúc của hai
lõi thép là cùng chiều nên sẽ tạo thành ở 2 bề mặt này hai cực N – S trái dấu nhau (cực
nào có chiều từ thông đi vào là cực Nam còn cực nào có chiều từ thông đi ra là cực Bắc).
Kết quả là lõi thép động (4) sẽ bị hút về phía lõi thép tĩnh, kéo theo tay đòn làm cho các
tiếp điểm chính (1) và tiếp điểm phụ (3) đóng lại, tiếp điểm phụ (2) mở ra. Khi cắt điện
vào cuộn hút, lò xo hồi vị đẩy lõi thép động (4) về trở lại vị trí ban đầu, hệ thống tiếp
điểm trở về trạng thái ban đầu.
Khi cấp nguồn vào cuộn hút (8), để cho hệ thống tiếp điểm công tắc tơ tác động thi
nguồn điện cấp vào phải đạt khoảng  (10  20%) Uđm cuộn hút. Khi đó thì lực hút do
cuộn dây và lõi thép sinh ra mới thắng được lực đẩy của lò xo.
Công tắc tơ có thể hoạt động được ở cả nguồn điện một chiều và xoay chiều. Tùy theo
nhà sản xuất chế tạo mà điện áp định mức của cuộn dây công tắc tơ mà trị số nguồn điện
một chiều và xoay chiều khác nhau. Trang 36
Bài giảng Khí cụ điện
Công tắc tơ hoạt động ở nguồn điện xoay
chiều thì trên 2 đầu cực của lõi thép có gắn 2
vòng ngắn mạch để chống rung cho công tắc tơ.
Số lượng các tiếp điểm chính và tiếp điểm
phụ tuỳ thuộc vào phụ tải (một pha hay ba pha)
và sự liên động của công tắc tơ với các thiết bị Công tắctơ
khác trong hệ thống. Ngoài thực tế, công tắc
tơ thông thường nhà sản xuất chế tạo có 3 tiếp
điểm thường mở chính, một tiếp điểm thường
mở phụ và một tiếp điểm thường đóng phụ.
Nếu muốn nhiều tiếp điểm hơn phục vụ cho
nhu cầu mạch điện thiết kế thì phải đặt hàng nhà sản xuất. Rờ le nhiệt * Kết luận
Khi cuộn hút được cấp điện thì hai lõi thép
sẽ bị biến thành nam châm điện và luôn có xu
Hình 2.15: Bộ khởi động từ đơn
thế hút nhau, không phụ thuộc vào chiều dòng
điện chạy trong cuộn dây. Tức là không phụ thuộc vào nguồn điện cấp cho cuộn dây là
nguồn điện xoay chiều hay nguồn điện một chiều.
Thông qua việc đóng cắt điện cho cuộn hút (dòng điện này thường rất nhỏ) mà ta có
thể đóng cắt được các phụ tải tiêu thụ dòng rất lớn và có thể điều khiển từ xa được.
Nếu công tắc tơ dùng với điện xoay chiều thì tại thời điểm dòng điện bằng không, từ
thông do cuộn dây sinh ra sẽ mất đi nên không có lực hút lõi động. Tức thời lò xo sẽ đẩy
lõi động về vị trí cũ gây rung động. Để khắc phục nhược điểm này người ta thường đặt
vào bề mặt tiếp xúc một vòng ngắn mạch. Từ thông của vòng ngắn mạch luôn lệch pha
so với từ thông của chính cuộn dây sinh ra và nó sẽ giúp cho 2 lõi thép hút nhau ngay cả
thời điểm dòng điện bằng không. Vì vậy vòng ngắn mạch còn được gọi là vòng chống rung.
Thông qua việc đóng cắt điện cho cuộn hút của công tắc tơ mà ta có thể đóng cắt được
hàng loạt các tiếp điểm có khả năng chịu dòng điện lớn. Tức là ta có thể dùng công tắc tơ
để đóng cắt phụ tải ba pha thay cho cầu dao hoặc áp tô mát mà việc đóng cắt rất nhẹ nhàng
và đơn giản. Đây chính là ưu điểm của công tắc tơ.
2.3.1.3. Kí hiệu và thông số kỹ thuật của công tắc tơ.
* Kí hiệu công tắc tơ trên bản vẽ điện
Trên sơ đồ nguyên lý các tiếp điểm và cuộn hút trên công tắc tơ thường được kí hiệu như hình 2.14
Ghi chú: K1 là cuộn hút công tắc tơ.
K12 là tiếp điển thường mở (động lực). Trang 37
Bài giảng Khí cụ điện
K13 là tiếp điểm phụ thường mở.
K14 là tiếp điểm phụ thường đóng. K13 K1 K K 2 14
Hình 2.16: Kí hiệu tiếp điểm công tắc tơ
Nếu trong một mạch điện có nhiều công tắc tơ ta phải dùng kí hiệu số để phân biệt
các tiếp điểm của công tắc tơ.
* Thông số định mức của công tắc tơ
Dòng điện định mức trên công tắc tơ (A): đây là dòng điện lớn nhất cho phép công
tắc tơ làm việc trong thời gian lâu dài mà không bị hư hỏng. Đối với mỗi công tắc tơ thì
dòng điện này phụ thuộc vào điện áp làm việc của công tắc tơ (lưu ý là điện áp làm việc
của tiếp điểm chứ không phải điện áp của cuộn hút). Về nguyên tắc khi chọn công tắc tơ
thì dòng điện định mức của công tắc tơ không được nhỏ hơn dòng điện tính toán của phụ
tải. Dòng điện này chủ yếu do tiếp điểm của công tắc tơ quyết định. Để tiết kiệm điện
người ta thường chọn: Iđm = (1,2  1,5).Itt
Điện áp định mức của công tắc tơ (V): đây là điện áp cách điện an toàn giữa các bộ
phận tiếp điện với vỏ ngoài của công tắc tơ. Điện áp định mức của cuộn hút công tắc tơ
(V). Điện áp này được lựa chọn phải phù hợp với điện áp của mạch điều khiển. Ví dụ:
mạch điều khiển sử dụng điện áp 220V AC thì ta phải lựa chọn điện áp định mức của cuộn hút là 220V AC.
Tuổi thọ của công tắc
tơ: được tính bằng số lần
đóng cắt (tính trung bình)
kể từ khi dùng cho đến khi
hỏng. Tuổi thọ được chia
làm hai loại: tuổi thọ về
điện và tuổi thọ cơ khí.
Kinh nghiệm cho thấy tuổi
thọ cơ khí thấp hơn tuổi thọ điện.
Tần số đóng cắt cho
Hình 2.17: Đặc tính tác động theo thời gian của công tắc tơ
phép: thường được tính
bằng số lần đóng cắt lớn nhất cho phép trong vòng một giờ. Trang 38
Bài giảng Khí cụ điện
Môi trường làm việc của công tắc tơ: nếu môi trường làm việc của công tắc tơ khô
ráo thì ta có thể dùng loại công tắc tơ loại hở và nữa hở. Còn nếu môi trường làm việc
của công tắc tơ có độ ẩm cao (ví dụ như trong trạm bơm nước) thì ta phải chọn công tắc
tơ loại kín để an toàn cho người vận hành và tránh sự cố do chạm chập điện. 2.3.2. Rờ le nhiệt
2.3.2.1. Khái niệm chung
Rơle nhiệt là loại khí cụ điện tự động đóng,
cắt tiếp điểm nhờ sự co dãn vì nhiệt của các
thanh kim loại. Trong mạch điện công nghiệp Công tắctơ
nó thường được dùng để bảo vệ quá tải cho
các động cơ điện. Khi đó rơle nhiệt được lắp
kèm với công tắc tơ và được gọi là “khởi động
từ”. Hình 2.16 thể hiện hình dáng một rơle
nhiệt được gắn trong bộ khởi động từ. Rờ le nhiệt Row
2.3.2.2. Cấu tạo chung và nguyên lý làm
việc của rơle nhiệt
* Cấu tạo chung
Cấu tạo của rơle nhiệt gồm các bộ phận chính sau: Hình 2.17
Thanh lưỡng kim gồm hai lá kim loại có
Hình 2.18: Hình dáng rờ le nhiệt trong
hệ số dãn nở vì nhiệt khác nhau được gắn chặt
và ép sát vào nhau. Thông thường để bộ khởi động từ bảo vệ
phụ tải ba pha chỉ cần 2 thanh lưỡng kim.
Dây đốt nóng (phần tử đốt nóng) làm nhiệm vụ tăng cường nhiệt độ cho thanh lưỡng
kim. Một số rơle nhiệt dùng phương pháp đốt nóng trực tiếp 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 rơle nhiệt dùng 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
rơle nhiệt dùng trong thiết bị gia dụng thì không sử dụng cơ cấu này mà thanh lưỡng kim
thường gắn trực tiếp với tiếp điểm.
* Nguyên lý làm việc
Nguyên lý hoạt động của rơle nhiệt bảo vệ cho động cơ ba pha được minh hoạ trên hình 2.19.
Ấn nút điều khiển PB1 cuộn hút công tắc tơ có điện. Nó đóng các tiếp điểm cấp điện
cho động cơ hoạt động. Ở chế độ định mức hoặc không tải thì dòng điện qua động cơ
không vượt quá dòng định mức nên nhiệt lượng trên dây đồng nóng ở mức bình thường
và nhiệt độ trên thanh lưỡng kim (5) bình thường. Thanh lưỡng kim chưa bị cong, các Trang 39
Bài giảng Khí cụ điện
tiếp điểm thường đóng (2) và thường mở (3) của rơle 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 làm từ hai vật liệu có
hệ số nở vì nhiệt khác nhau và được ép
sát vào nhau. Lá kim loại bên phải có
hệ số dãn nở vì nhiệt lớn hơn nên làm
thanh lưỡng kim cong về bên trái. Khi
thanh lưỡng kim cong về phía 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 K bị ngắt điện, các tiếp
điểm K1 mở ra, bảo vệ an toàn cho
Hình 2.19: Sơ đồ nguyên lý tác động
động cơ. Khi rờ le nhiệt tác động, hệ
thống tiếp điểm không tự trở về trạng thái ban đầu. Để mạch điện hoạt động trở lại ta phải
ấn cần tác động của rờ le nhiệt vào, khi đó tiếp điểm mới trở về trạng thái ban đầu.
Rờ le nhiệt chỉ có nhiệm vụ bảo vệ quá tải cho động cơ điện, khi động cơ xảy ra sự cố
ngắn mạch thì rờ le nhiệt không tác động, vì thế trong mạch điện cần phải gắn thêm
áptômát để bảo vệ ngắn mạch cho động cơ.
Muốn điều chỉnh tiếp điểm đóng cắt ở các mức độ quá tải khác nhau ta điều chỉnh vít
(4) để tăng hay giảm lực căng của lò xo ép vào đòn bẩy (1).
2.3.2.3. Kí hiệu, các thông số kỹ thuật và cách chọn rơle nhiệt
* Kí hiệu
Phần tử đốt nóng và tiếp điểm của rờ le nhiệt thông thường được ký hiệu trên bản vẽ như sau: a) b)
Hình 2.20: Phần tử đốt nóng, tiếp điểm rờ le nhiệt Trang 40
Bài giảng Khí cụ điện
* Các thông số kỹ thuật và cách chọn rơle nhiệt
Dòng điện định mức Iđm: đây là dòng điện lớn nhất mà rơle nhiệt có thể làm việc được
trong thời gian lâu dài (A).
Dòng tác động (dòng ngắt mạch): là dòng điện lớn nhất trước khi rơle 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 điện thì dòng tác động được điều chỉnh như sau: Iđc= (1,1  1,2).Iđm
Thông thường với dòng điều chỉnh như trên, ở nhiệt độ môi trường là 250C khi dòng
quá tải tăng 20%, rơle nhiệt sẽ tác động làm ngắt mạch sau khoảng 20 phút. Nếu nhiệt độ
môi trường cao hơn thì rơle sẽ tác động nhanh hơn.
2.3.3. Khởi động từ
2.3.3.1. Khái quát và công dụng
Khởi động từ là một loại thiết bị điện dùng để điều khiển từ xa việc đóng/cắt, đảo chiều
và bảo vệ quá tải (nếu có mắc thêm rơle nhiệt) cho các động cơ ba pha rôtor lồng sóc.
Khởi động từ khi có một công tắc tơ gọi là khởi động từ đơn, thường dùng để điều khiển
đóng cắt động cơ điện. Khởi động từ có hai công tắc tơ gọi là khởi động từ kép, dùng để
khởi động và điều khiển đảo chiều động cơ điện. Muốn khởi động từ bảo vệ được ngắn
mạch phải mắc thêm cầu chảy.
2.3.3.2. Các yêu cầu kỹ thuật chủ yếu
Động cơ không đồng bộ ba pha làm việc liên tục hay không nhờ chủ yếu vào độ làm
việc tin cậy của khởi động từ. Khởi động từ muốn làm việc tin cậy cần thỏa mãn các yêu cầu kĩ thuật sau:
+ Tiếp điểm phải có độ bền chịu được độ mài mòn cao.
+ Khả năng đóng cắt của khởi động từ phải cao.
+Thao tác đóng cắt phải dứt khoát.
+ Tiêu thụ công suất ít nhất.
+ Bảo vệ tin cậy động cơ điện khỏi quá tải lâu dài.
+ Thỏa mãn các điều kiện khởi động động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc có hệ số
dòng khởi động từ bằng từ 5 đến 7 lần dòng điện định mức.
Để thỏa mãn các yêu cầu trên đây, trong sản xuất người ta chế tạo tiếp điểm động ngày
một nhẹ, đồng thời tăng cường lò xo nen tiếp điểm. Làm như vậy sẽ giảm được thời gian
chấn động tiếp điểm trong quá trình mở máy động cơ, do đó giảm được độ mài mòn tiếp điểm.
Thời gian chấn động là một chỉ tiêu quan trọng nói lên độ bền chịu mòn của tiếp điểm.
Các kết quả nghiên cứu thí nghiệm cho thấy rằng nếu rút ngắn được 0,5ms thời gian chấn
động lúc đóng khởi động từ để mở máy động cơ điện thì sẽ giảm được độ mài mòn tiếp Trang 41
Bài giảng Khí cụ điện
điểm đi khoảng 50 lần. Các khởi động từ của Liên Xô (cũ) có loại ∏ như kiểu ∏422,
thời gian chấn động chỉ 3ms, kiểu ∏ 222 - 1,5ms, đồng thời khả năng đóng ngắt về điện
đã đạt tới 1.106 lần thao tác. Hãng Siemens (Đức) sản xuất khởi động từ đạt được tuổi thọ
về điện tới 2.106 lần thao tác (ví dụ kiểu K-915).
Khi ngắt khởi động từ, điện áp phục hồi trên tiếp điểm bằng hiệu số điện áp lưới và
sức điện động của động cơ điện. Kết quả trên các tiếp điểm chỉ còn xuất hiện một điện áp
bằng khoảng (15 ÷ 20)% Uđm tức là thuận lợi cho quá trình ngắt. Các kết quả nghiên cứu
thí nghiệm về khởi động từ cho thấy độ mòn tiếp điểm khi đóng động cơ lớn gấp 3 đến 4
lần độ mòn tiếp điểm khi ngắt khởi động từ trong điều kiện đang làm việc bình thường.
2.3.3.3. Độ bền chịu mài mòn về điện và cơ của các tiếp điểm khởi động từ
Tuổi thọ của các tiếp điểm về điện và về cơ thường do ba yếu tố sau đây quyết định: + Kết cấu. + Công nghệ sản xuất.
+ Sử dụng vận hành và sửa chữa.
a) Độ bền chịu mòn về điện
Độ mòn tiếp điểm về điện lớn nhất khi khởi động từ mở máy động cơ điện không đồng
bộ rotor lồng sóc, hồ quang điện sinh ra khi các tiếp điểm động dập vào tiếp điểm tĩnh bị
chấn động bật trở lại. Lúc này dòng điện đi qua khởi động từ bằng 6 - 7 lần dòng điện
định mức, do đó hồ quang điện cũng tương ứng với dòng điện đó.
Kết quả nghiên cứu, thí nghiệm với nhiều kiểu khởi động từ khác nhau cho thấy rằng
khi giảm thời gian chấn động các tiếp điểm, độ bền chịu mòn của chúng tăng lên rõ rệt.
Trong chế tạo khởi động từ ngày nay người ta thường dùng kết cấu tiếp điểm bắc cầu để
giảm bé thời gian chấn động thứ nhất, đồng thời làm tiếp điểm động có trọng lượng bé và
tăng cường lò xo nén ban đầu lên tiếp điểm. Giảm thời gian chấn động thứ hai bằng cách
đặt nệm lò xo vào lõi thép tĩnh đồng thời với việc nâng cao độ bền chịu mài mòn về cơ của nam châm điện.
Tình trạng bề mặt làm việc của các tiếp điểm cũng ảnh hưởng rõ rệt đến mức độ mài
mòn. Điều này thường xảy ra trong qúa trình sử dụng và nhất là do chất lượng sửa chữa
bảo dưỡng tiếp điểm. Hiện tượng cong vênh, nghiêng các bề mặt tiếp điểm làm tiếp xúc
xấu dẫn tới giảm nhanh chóng độ bền chịu mòn của tiếp điểm. Để giảm ảnh hưởng của
hiện tượng này, người ta thường chế tạo tiếp điểm động có đường kính bé hơn tiếp điểm
tĩnh một chút và có dạng mặt cầu.
Vật liệu làm tiếp điểm khi dòng điện bé (nhỏ hơn 100A) ở các khởi động từ cỡ nhỏ
thường là làm bằng bột bạc nguyên chất. Còn ở các khởi động từ cỡ lớn (dòng điện lớn
hơn 100A) thường làm bằng bột gốm kim loại như hỗn hợp bạc - cađimi ôxít (mã hiệu
COK - 15) hoặc bạc - niken.
b) Độ bền chịu mòn về cơ
Cũng như hầu hết các thiết bị điện hạ áp, các chi tiết động của khởi động từ làm việc Trang 42
Bài giảng Khí cụ điện
không có dầu mỡ bôi trơn, tức là làm việc khô. Do đó phải chọn vật liệu ít bị mòn do ma
sát và không bị gỉ. Ngày nay người ta thường dùng kim loại - nhựa có độ bền chịu mòn
cao, có thể bền gấp 200 lần độ mòn giữa kim loại - kim loại.
Các yếu tố ảnh hưởng đến độ bền chịu mài mòn về cơ của khởi động từ thường là:
+ Kiểu kết cấu (cách bố trí các bộ phận cơ bản).
+ Phụ tải riêng (tỉ tải) ở chỗ có ma sát và va đập.
+ Hệ thống giảm chấn động của nam châm.
Chọn đúng khởi động từ, sử dụng và vận hành đúng chế độ, cũng làm tăng tuổi thọ về
cơ. Đối với các khởi động từ kiểu thông dụng, cần phải đảm bảo:
+ Làm sạch bụi và ẩm nước.
+ Lựa chọn phù hợp với công suất và chế độ làm việc của động cơ.
+ Lắp đặt đúng, ngay ngắn, không để khởi động từ bị rung, kêu đáng kể.
Độ bền chịu mài mòn về cơ khí của khởi động từ có thể đạt tới 10.106 lần thao tác đóng/cắt.
2.3.3.4. Kết cấu và nguyên lí làm việc
Khởi động từ thường được phân chia:
+ Theo điện áp định mức của cuộn dây hút: 36V, 127V, 220V, 380V, và 500V.
+ Theo kết cấu bảo vệ chống tác động bởi môi trường xung quanh có các loại: hở, bảo
vệ, chống bụi, chống nổ, …
+ Theo khả năng làm biến đổi chiều quay động cơ điện: có loại không đảo chiều và đảo chiều.
+ Theo số lượng và loại tiếp điểm: có loại thường mở và thường đóng.
Căn cứ vào điều kiện làm việc của khởi động từ như đã nêu ở trên, trong chế tạo khởi
động từ, người ta thường dùng kết cấu tiếp điểm bắc cầu (có hai chỗ ngắt mạch ở mỗi
pha) do đó đối với cỡ nhỏ dướí 25A không cần dùng thiết bị dập hồ quang cồng kềnh
dưới dạng lưới hoặc hộp thổi từ.
Kết cấu khởi động từ nói chung đều bao gồm các bộ phận có hình dáng tương tự như hình 2.21.
Tiếp điểm động 1 được chế tạo kiểu bắc cầu có lò xo nén tiếp điểm để tăng lực tiếp
xúc và tự phục hồi trạng thái ban đầu.
Giá đỡ tiếp điểm 3 làm bằng đồng thanh mạ kền hoặc kẽm trên đó có hàn viên tiếp
điểm tĩnh 4 thường làm bằng bột gốm kim loại.
Nam châm điện chuyển động có hệ thống mạch từ hình E gồm lõi thép tĩnh 5 và lõi
thép phần động 6 nhờ lò xo 7, khởi động từ tự trở về vị trí ban đầu. Vòng chập mạch 8
được đặt ở đầu mút hai mạch rẽ của lõi thép động. Trang 43
Bài giảng Khí cụ điện
Hình 2.21: Khởi động từ đơn
Lõi thép phần ứng 6 của nam châm điện được lắp ghép liền với hai giá đỡ cách điện 9,
trên đó có mang các tiếp điểm động1 và các lò xo tiếp điểm 2. Giá đỡ cách điện 9 (thường
làm bằng bakêlit) chuyển động trong các rãnh dẫn hướng 10 ở trên thanh nhựa đúc của
khởi động từ. Các tiếp điểm chính có nắp đậy kín làm nhiệm vụ hộp dập hồ quang và bình
thường làm bằng vật liệu chịu hồ quang.
Khởi động từ cũng còn có các cụm tiếp điểm phụ kiểu bắc cầu (12), số lượng tùy thuộc từng kiểucụ thể.
Để bảo vệ động cơ điện khỏi bị qúa tải, khởi động từ thường có lắp kèm theo rơle nhiệt
ở hai pha và lắp cùng một giá với khởi động từ.
Khởi động từ đảo chiều (gọi là khởi động từ kép) gồm hai khởi động từ đơn có cấu tạo
như trên, lắp trên cùng một giá, có thêm khóa liên động về cơ khí kiểu đòn bẩy (2) để đề
phòng cả hai khởi động từ cùng đóng đồng thời. Cơ cấu này được bố trí ở dưới chân đế.
Khởi động từ kép cũng có kiểu lắp kèm theo cả rơle nhiệt trên cùng một giá. Hình 2.22 là
sơ đồ mắc khởi động từ kép điều khiển đảo chiều động cơ không đồng bộ ba pha lồng sóc.
Hình 2.22: Sơ đồ dùng khởi động từ mở máy và đảo chiều động cơ không đồng bộ lồng sóc
2.4. Cầu chì, rơ le (rơ le điện từ, rơ le bảo vệ áp, rơ le bảo vệ dòng) 2.4.1. Cầu chì
Là loại khí cụ điện dùng để bảo vệ thiết bị điện và lưới điện khi bị ngắn mạch về nguyên
lý thì dây chảy (bộ phận chính của cầu chì) sẽ được chế tạo sao cho khả năng chịu dòng
điện của nó kém hơn các phần tử khác trong mạch điện mà nó được dùng để bảo vệ ngắn mạch. Trang 44
Bài giảng Khí cụ điện
Như vậy nếu dây chảy được chế tạo bằng vật liệu như của dây dẫn thì tiết diện dây
chảy phải bé hơn tiết diện dây dẫn. Ngoài ra dây chảy còn được chế tạo từ vật liệu có
nhiệt độ nóng chảy thấp hơn nhiều so với nhiệt độ nóng chảy của dây dẫn.
Nếu chọn được cầu chì có thông số dây chảy thích hợp thì khi xảy ra ngắn mạch dây
chảy của cầu chì sẽ bị đứt
trước khi các bộ phận khác
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 cầu chì này thì khi
thiết bị sử dụng bị quá tải,
nhiệt độ tăng lên quá giới hạn
cho phép điện trở của cầu chì
tăng lên rất cao và coi như đã
Hình 2.23: Hình ảnh của cầu chì
ngắt mạch bảo vệ cho thết bị.
Cầu chì này thường được sử dụng trong các thiết bị gia dụng.
Trong công nghiệp hiện nay người ta thường sử dụng loại cầu chì xoáy, cầu chì rơi hở
và cầu chì rơi kín. Cầu chì rơi được lắp gá lên thanh cài rất tiện lợi trong quá trình lắp đặt hoặc sữa chữa.
Kí hiệu của cầu chì trên bản vẽ kỹ thuật:
Hình 2.24: Kí hiệu của cầu chì
2.4.2. Rơ le, một số rơ le bảo vệ
2.4.2.1. Khái niệm chung về rơ le
Rơle là một loại thiết bị điện tự động mà tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp khi tín
hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơle là thiết bị điện dùng để đóng cắt mạch điện
điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện động lực.
Các bộ phận (các khối) chính của rơ le:
Cơ cấu tiếp thu (khối tiếp thu): Có nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đầu vào và
biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu phù hợp cho khối trung gian.
Cơ cấu trung gian (khối trung gian): Làm nhiệm vụ tiếp nhận những tín hiệu đưa
đến từ khối tiếp thu và biến đổi nó thành đại lượng cần thiết cho rơle tác động. Trang 45
Bài giảng Khí cụ điện
Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành): Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển.
Ví dụ các khối trong cơ cấu rơle điện từ hình 2.25.
- Cơ cấu tiếp thu ở đây là cuộn dây.
- Cơ cấu trung gian là mạch từ nam châm điện.
- Cơ cấu chấp hành là hệ thống tiếp điểm.
Hình 2.25: Sơ đồ khối của rơle điện từ
2.4.2.2 Các thông số của rơle
a) Hệ số điều khiển rơle đk P K  đk (2.1) Ptđ
Với: + Pđk là công suất điều khiển định mức của rơle, chính là công suất định mức của cơ cấu chấp hành.
+ Ptđ là công suất tác động, chính là công suất cần thiết cung cấp cho đầu vào để rơle tác động.
Với rơle điện từ Pđk là công suất tiếp điểm (nghĩa là công suất tiếp điểm cho phép truyền
qua). Ptđ là công suất cuộn dây nam châm hút. Các loại rơle khác nhau Kđk cũng khác nhau.
b) Thời gian tác động
Là thời gian kể từ thời điểm cung cấp tín hiệu cho đầu vào, đến lúc cơ cấu chấp hành
làm việc. Với rơle điện từ là quãng thời gian cuộn dây được cung cấp dòng (hay áp) cho
đến lúc hệ thống tiếp điểm đóng hoàn toàn (với tiếp điểm thường mở) và mở hoàn toàn
(với tiếp điểm thường đóng).
Các loại rơle khác nhau ttđ cũng khác nhau.
+ ttđ < 1.10-3[s]: rơle không quán tính.
+ ttđ = (1 ÷ 50).10-3[s]: rơle tác động nhanh.
+ ttđ > 150.10-3[s]: rơle thời gian. Trang 46
Bài giảng Khí cụ điện
2.4.2.3. Rơ le điện từ
Rơle điện từ thường hoạt động dựa trên nguyên tắc của
nam châm điện, thường dùng để đóng cắt trung gian mạch
điện công suất nhỏ có tần số đóng cắt lớn. Tín hiệu điều khiển
có thể là dòng điện hoặc điện áp.
Nếu tín hiệu điều khiển sự hoạt động của rơle là điện áp
(tức là cuộn hút được đấu song song với nguồn điện) thì rơle
điện từ đó được gọi là rơle điện áp. Khi đó cuộn hút thường
có số vòng dây lớn, tiết diện dây nhỏ - điện trở thuần của cuộn
Hình 2.26: Rờ le điện từ
dây lớn. Loại này thường được dùng nhiều trong công nghiệp.
Ngược lại nếu, tín hiệu điều khiển hoạt động của rơle là dòng điện (tức là cuộn hút đấu
nối tiếp với phụ tải) thì rơle điện từ đó được gọi là rơle dòng điện. Khi đó cuộn hút có số
vòng dây ít, tiết diện dây lớn, điện trở thuần của cuộn dây nhỏ.
Trong mạch điện công nghiệp rơle điện từ thường không đóng, cắt trực tiếp mạch động
lực mà chỉ tác động gián tiếp vào mạch điều khiển, vì vậy nó còn một tên gọi nữa là rơle trung gian.
a). Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơle điện từ
Cấu tạo chung
Lõi thép tĩnh thường được gắn
cố định với thân vỏ rơle. Với rơle 1. Tiếp điểm
điện từ cỡ nhỏ thì lõi thép tĩnh 2. Lá thép động
thường là một khối thép hình trụ tròn lồng qua cuộn dây. 3. Lõi thép tĩnh
Lá thép động có gắn các tiếp 4. Cuộn hút
điểm động. Ở trạng thái cuộn hút 5. Đế gắn
chưa có điện, lá thép động được
tách ra xa lá thép tĩnh nhờ lò xo 6. Lò xo hồi vị.
Cuộn dây điện từ (cuộn hút)
Hình 2.27: Cấu tạo của rờ le điện từ
được lồng vào lõi thép tĩnh có thể
làm việc với dòng điện một chiều hoặc xoay chiều.
Nguyên lý hoạt động
Sự làm việc của loại rơle này dựa trên nguyên lí điện từ. Khi chưa cấp điện cho cuộn hút
(4), lá thép động (2) chỉ chịu lực đẩy của lò xo (6) làm cho tiếp điểm động tiếp xúc với tiếp
điểm tĩnh ở phía trên tương ứng cặp tiếp điểm ở phía trên ở trạng thái đóng, cặp tiếp điểm
ở phía dưới ở trạng thái mở.
Khi cấp điện cho cuộn hút (4), từ thông do cuộn hút sinh ra móc vòng qua cả lõi thép
tĩnh (3) và lõi động (2) tạo thành hai cực từ trái dấu ở bề mặt tiếp xúc làm cho lõi động (2)
bị hút về phía lõi thép tĩnh. Mômen do lực hút này sinh ra thắng mômen của lò xo. Kết quả Trang 47
Bài giảng Khí cụ điện
làm cho lõi động bị hút về phía lõi tĩnh, tương ứng cặp tiếp điểm phía trên ở trạng thái mở,
cặp tiếp điểm ở phía dưới ở trạng thái đóng. Khi cuộn hút của rờ le mất điện, trạng thái tiếp
điểm trở về trạng thái ban đầu.
Thật vậy, khi cho dòng điện i đi vào cuộn dây của nam châm điện thì nắp sẽ chịu một
lực hút F. Lực hút điện từ đặt vào nắp: Ki2 F 
, Với: : khe hở mach từ, i: dòng điện, K: hệ số (2.2) 2 
Khi dòng điện vào cuộn dây i > Itđ (dòng điện tác động) thì lực F hút nắp và khi lực F
tăng thì khe hở giảm ( giảm) làm đóng tiếp điểm (do tiếp điểm được gắn với nắp).
Khi dòng điện i ≤ Itv (dòng trở về) thì lực lò xo Flò xo > F (lực điện từ) và rơ le nhả. I Tỉ số: tv K 
được gọi là hệ số trở về (2.3) tv Itđ
+ Rơle dòng cực đại Ktv < 1
+ Rơle dòng cực tiểu Ktv > 1
Rơle càng chính xác thì Ktv càng gần 1 đk P K  đk
được gọi là hệ số điều khiển (2.4) Ptđ Với:
Pđk: công suất điều khiển.
Ptđ: công suất tác động của rơle.
Rơle càng nhạy Kđk càng lớn. Khoảng thời gian từ lúc dòng điện i bắt đầu lớn hơn Itđ
đến lúc chấm dứt sự hoạt động của rơle gọi là thời gian tác động ttđ.
Số lần tác động trong một đơn vị thời gian (giờ) gọi là tần số tác động. Rơle điện từ phân ra hai loại: 2 + Rơle mộ U . K t chiều thì U I  , nên ta tính F  R 2 2  R . 2 + Rơle xoay chiề I
u: lực F = 0 khi I = 0. Giá trị trung bình của lực hút sẽ ' F  k tb , 2  2 U
nếu cuộn dây đặt song song với nguồn điện áp thì ' F  k tb . 2 
Nam châm xoay chiều khi lực F = 0 lò xo kéo nắp ra, do vậy rơle loại này khi làm việc
có rung động gây tiếng kêu, để hạn chế người ta sử dụng dùng vòng ngắn mạch.
Trong công nghiệp người ta thường sử dụng rờ le trung gian là rờ le điện áp có 2 tiếp
điểm thường mở và 2 tiếp điểm thường đóng. Trang 48
Bài giảng Khí cụ điện
Như vậy chỉ nhờ vào sự đóng cắt điện áp cho cuộn hút mà ta có thể thay đổi trạng thái
của hàng loạt các tiếp điểm.
b). Kí hiệu, các thông số kỹ thuật và cách lựa chọn rơle điện từ Kí hiệu
Các tiếp điểm và cuộn hút trên rơle điện từ
thường được kí hiệu như hình:
Các thông số kỹ thuật và cách lựa chọn rơle điện từ
Dòng điện định mức trên rơle điện từ (A): đây là
dòng điện lớn nhất cho phép rơle điện từ làm việc
Hình 2.28: Kí hiệu cuộn dây và hệ
trong thời gian dài mà không bị hư hỏng. Về
thống tiếp điểm của rờ le điện từ
nguyên tắc khi chọn rơle điện từ thì dòng điện định
mức của nó không được nhỏ hơn dòng điện tính toán c ủa phụ tải. Dòng điện này chủ yếu
do tiếp điểm của rơle điện từ quyết định.
Để tiết kiệm người ta thường chọn Iđm = (1,2  1,5) Itt.
Tuy nhiên, nếu rơle điện từ đóng vai trò là rơle trung gian trong mạch điều khiển thì
thông số này không quan trọng lắm.
Điện áp làm việc của rơle điện từ (điện áp cách ly): đây là điện áp các ly giữa các bộ
phận tiếp điện với vỏ của rơle điện từ. Điện áp này không được chọn nhỏ hơn điện áp cực đại của lưới điện.
Điện áp định mức đối với rơle điện áp (V): điện áp này lựa chọn phải phù hợp với điện
áp của mạch điều khiển.
Dòng điện định mức của cuộn hút đối với rơle dòng điện (A): dòng điện này được lựa
chọn phải phù hợp với dòng điện định mức của phụ tải.
Tuổi thọ của rơle điện từ: được tính bằng số lần đóng cắt (tính trung bình) kể từ khi dùng cho đến khi hỏng.
Tần số đóng cắt lớn nhất cho phép: thường được tính bằng số lần đóng cắt lớn nhất cho phép trong 1 giờ.
Nhược điểm của rơle điện từ: Công suất tác động Ptđ tương đối lớn, độ nhạy thấp, Kđk
nhỏ. Hiện nay có xu hướng cải tiến ứng dụng vật liệu sắt từ mới sản xuất các loại rơle để tăng Kđk
c). Một số loại rơle điện từ
- Rơle dòng điện và điện áp;
- Rơle trung gian. Nhiệm vụ chính của rơle trung gian là khuếch đại tín hiệu điều khiển,
nó thường nằm ở vị trí trung gian giữa các rơle khác. Đặc điểm rơle trung gian có cơ cấu
điều chỉnh điện áp tác động để có thể tác động khi điện áp tăng giảm trong khoảng ± 15% Uđm. Trang 49
Bài giảng Khí cụ điện
- Rơle phân cực. Rơle phân cực là một dạng của rơle điện từ có thêm từ thông phân cực
do nam châm vĩnh cửu tạo nên. Chuyển động của nắp phụ thuộc vào chiều dòng trong cuộn
dây. Khi chưa có dòng điện thì phần động rơle đã ở một trong hai vị trí do lực hút từ trường
nam châm vĩnh cửu.
Mạch từ nam châm vĩnh cửu có cấu trúc sao cho một phía khe hở không khí lớn còn một
phía nhỏ để khi cho dòng vào cuộn dây nam châm thì tổng lực hút điện từ của cuộn dây và
nam châm vĩnh cửu phân cực hai bên không bằng nhau, nắp bị hút về một bên, lực hút nam
châm vĩnh cửu làm nhiệm vụ giữ nắp khi cắt điện cuộn dây. Muốn nắp chuyển động ngược
lại thì phải đổi chiều dòng điện để đổi chiều lực hút điện từ. Loại này có ưu điểm chính là
độ nhạy cao kích thước gọn thời gian tác động nhanh cỡ (2 ÷ 3).10-3 giây, cho phép thao tác với tần số lớn.
2.4.2.4. Rơ le bảo vệ áp Dùng để -
bảo vệ sụt áp mạch điện. -
Cuộn dây hút quấn bằng dây nhỏ nhiều vòng mắc song song với mạch điện cần bảo
vệ. Khi điện áp bình thường, rơle tác động sẽ làm nóng tiếp điểm của nó. Khi điện áp sụt
thấp dưới mức quy định, lực lò xo thắng lực hút của nam châm và mở tiếp điểm.
2.4.2.5. Rơ le bảo vệ dòng Dùng để -
bảo vệ quá tải và ngắn mạch. -
Cuộn dây hút có ít vòng và quấn bằng dây to mắc nối tiếp với mạch điện cần bảo
vệ, thiết bị thường đóng ngắt trên mạch điều khiển.
Khi dòng điện động cơ tăng lớn đế -
n trị số tác động của rơle, lực hút nam châm thắng
lực cản lò xo làm mở tiếp điểm của nó, ngắt mạch điện điều khiển qua công tắc tơ K, mở
các tiếp điểm của nó tách động cơ ra khỏi lưới.
Hình 2.29: Rơ le dòng điện Trang 50
Bài giảng Khí cụ điện CHƯƠNG 3
KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN
3.1. Rơ le thời gian, rơ le điều nhiệt 3.1.1. Rơ le thời gian 3.1.1.1. Khái niệm chung
Rơle thời gian được dùng nhiều trong các mạch tự động điều khiển. Nó có tác dụng làm
trễ quá trình đóng, mở các tiếp điểm sau một khoảng thời gian chỉ định nào đó.
Hình 3.1: Hình dáng các loại rờ le thời gian
Thông thường rơle thời gian không tác động (tức là đóng hoặc cắt) trực tiếp trên mạch
động lực mà nó tác động gián tiếp qua mạch điều khiển, vì vậy dòng điện định mức của các
tiếp điểm trên rơle thời gian không lớn, thường chỉ cỡ vài ampe. Bộ phận chính của rơle
thời gian là cơ cấu tác động trễ và hệ thống tiếp điểm.
Theo thời điểm trễ người ta chia làm ba loại sau:
Trễ vào thời điểm cuộn hút được đóng điện (ON DELAY). Loại này chỉ có tiếp
điểm thường đóng, mở chậm (TS11) hoặc thường mở, đóng chậm (TS12).
Trễ vào thời điểm cuộn hút mất điện (OFF DELAY). Loại này chỉ có tiếp điểm
thường đóng đóng chậm (TS21) hoặc thường mở mở chậm (TS22).
Trễ vào cả hai thời điểm trên (ON/OFF DELAY). Loại này có tiếp điểm thường
đóng, mở đóng chậm (TS31) hoặc thường mở, đóng mở chậm (TS32).
Ngoài ra trên rơle thời gian còn bố trí thêm các tiếp điểm tác động tức thời (không thừoi
gian) thường đóng và thường mở. Theo cơ cấu tác động trễ người ta chia thành các loại sau:
Rơle thời gian kiểu con lắc.
Rơle thời gian kiểu khí nén. Loại này thường được cài trực tiếp vào công tắc tơ.
Rơle thời gian điện từ.
Rơle thời gian điện tử. Loại này chế tạo từ bán dẫn và vi mạch. Loại này được sử
dụng rộng rãi trong thực tế. Trang 51
Bài giảng Khí cụ điện
3.1.1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơle thời gian cơ khí a) Cấu tạo
Rơle thời gian kiểu cơ khí được cấu tạo dựa trên nguyên tắc của “đồng hồ cơ”. Bao gồm các bộ phận chính sau:
Hệ thống dẫn động có thể là mô tơ hoặc dây cót.
Bộ phận giảm tốc thường là bánh răng.
Cơ cấu tác động gồm các bánh cam và các tiếp điểm.
Hình 3.2: Nguyên lý hoạt động của rơle thời gian cơ khí.
b) Nguyên lý hoạt động
Giả sử ta cần hẹn một thời gian t nào đó, ta vặn núm chỉnh thời gian trễ để bánh cam
quay đi một góc tương ứng (mỗi góc quay của bánh cam được chia tương ứng với vạch
chia thời gian của núm vặn). Khi đó tiếp điểm K ở trạng thái đóng do vấu tì của tiếp điểm
động được nâng lên cao. Ngay lúc đó mô tơ được cấp điện, thông qua cơ cấu bánh răng
giảm tốc nó có xu hướng kéo bánh cam quay ngược trở lại so với chiều ta đã vặn ban đầu,
tốc độ quay này tuỳ vào cấu tạo của từng loại rơle (thường thì rất chậm). Cho tới khi vấu tì
của tiếp điểm động tiếp xúc vào vết lõm của bánh cam thì tiếp điểm K sẽ mở ra.
Khoảng thời gian mà bánh cam quay kể từ khi ta vặn núm điều chỉnh cho đến khi vấu tì
của tiếp điểm động tiếp xúc với vết lõm của bánh cam chính là thời gian trễ đặt cho rơle.
Hiện nay trong nhiều tủ điện điều khiển hiện đại có sử dụng một loại rơle thời gian điện
- cơ có thể hoạt động theo thời gian thực. Chu trình hoạt động có thể được điều chỉnh theo
ngày, tuần hoặc tháng. Về nguyên lý hoạt động của loại rơle này tương tự như nguyên lý
chung của loại rơle cơ khí trình bày ở trên. Chỉ khác, khi đặt chu trình phải chỉnh vị trí ban
đầu của bánh cam tương ứng với thời gian thực mà thôi. Cách cài đặt chế độ làm việc trong ngày như sau:
Chỉnh thời gian thực: dùng tay xoay núm tròn theo chiều chỉ dẫn cho tới khi kim chỉ
vào giá trị thời gian thực của ngày thì dừng lại. Có thể tinh chỉnh bằng cách tác động trực tiếp vào kim.
Ấn các phím gạt tương ứng với khoảng thời gian (trong ngày) tiếp điểm sẽ ở trạng
thái ON. Ngược lại các phím không ấn sẽ tương ứng với khoảng thời gian (trong ngày) tiếp
điểm sẽ ở trạng thái OFF.
3.1.1.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơle thời gian kiểu khí nén a) Cấu tạo Trang 52
Bài giảng Khí cụ điện
Ta xét loại rơle ON DELAY. Rơle thời gian kiểu khí nén loại ON DELAY thường được
gắn vào công tắc tơ, bao gồm các bộ phận chính sau: Hình 5.12
Lò xo (1) có nhiệm vụ giữ và phục hồi tiếp điểm về trạng thái ban đầu khi bị tác
động. Tay gạt (2) có nhiệm vụ đóng cắt trực tiếp các tiếp điểm.
Đòn bẩy (3) là cơ cấu trung gian tác động vào tiếp điểm.
Hộp xếp (4) bên trong có chứa không khí và nó luôn có xu hướng dãn ra như lò xo nén.
Van 1 chiều (5) có nhiệm vụ thoát không khí trong hộp ra ngoài.
Vít (6) để điều chỉnh lượng không khí vào hộp xếp.
Lò xo (7) có nhiệm vụ nâng thanh (9) và phục hồi để đỡ hộp xếp.
Khớp (8) được nối với lõi động của công tắc tơ và sẽ cùng chuyển động với lõi động
khi cuộn hút công tắc tơ có điện.
Thanh (9) có nhiệm vụ nâng hạ hộp xếp.
b) Nguyên lý hoạt động
Bình thường, khi công tắc tơ chưa có điện, toàn bộ hệ thống đang ở trạng thái như hình
5.12 a). Hộp xếp bị nén lại nhờ lực đẩy của lò xo (7), không khí bị đẩy ra ngoài qua van
một chiều (5). Lúc này đòn bẫy (3) đang ở trạng thái tự do, lò xo (1) đẩy tay gạt (2) sang
phải làm cho tiếp điểm TS1 mở ra, TS2 đóng lại.
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý của rờ le thời gian kiểu khí nén
Khi công tắc tơ có nguồn, toàn bộ hệ thống chuyển sang trạng thái như hình 5.12 b). Lúc
này, thanh (9) bị kéo xuống tức thời cùng lõi động công tắc tơ, hộp xếp từ từ dãn ra, tác
động vào đòn bẫy (3) làm cho tay gạt (2) dịch chuyển xang trái, TS1 đóng lại, TS2 mở ra.
Thời gian hộp xếp dãn ra phụ thuộc vào lưu lượng khí qua khe hở. Khe hở này được điều chỉnh bằng vít (6).
Nhờ hệ thống lò xo (1), (7) và van một chiều (5) mà khi công tắc tơ mất điện, các tiếp
điểm TS1, TS2 lập tức trở về trạng thái ban đầu.
Với cơ cấu tác động trễ của các tiếp điểm TS1 và TS2 khi công tắc tơ có điện, vì vậy
đây là loại rơle ON DELAY.
3.1.1.4. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơle thời gian điện tử Trang 53
Bài giảng Khí cụ điện a) Cấu tạo
Hình dáng và cấu tạo của rơle thời gian điện tử được mô tả ở hình 5.13.
Khối rờ le: là bộ phận tác
động của rờ le, nó bào gồm hệ
thống tiếp điểm, mạch tác
động trễ, cuộn dây và vỏ rờ le.
Đế cắm: sẽ có 8 chân dấu Khối rơle
dây của rờ le, trong đó 2 đầu
đấu dây của cuộn dây, các đầu Đế cắm
dấu dây của 2 tiếp điểm có
thời gian và 2 tiếp điểm không thời gian. Hình dáng
b) Nguyên lý hoạt động
Hình 3.4: Hình dáng và cấu tạo của rờ le thời gian điện tử
Các rơle thời gian điện tử
thông thường đều dựa trên cơ
sở mạch “RC” cho ở hình 3.5. Nguyên tắc làm việc như sau:
Khi K2 đang ở trạng thái ngắt, đóng K1, tụ điện C được nạp cho đến khi bằng điện áp
nguồn Ec thì quá trình nạp kết thúc (tụ đã nạp đầy). Hằng số  = RC sẽ quyết định thời gian
nạp của tụ điện. Sau đó, nếu ta ngắt K1 và đóng K2 thì tụ C sẽ phóng điện qua R1. + _ E + E+C Đường nạp của tụ K1 R C Đường xả của tụ K2 R1 t
Hình 3.5: Đặc tính hoạt động của rờ le thời gian điện tử
Nguyên lý hoạt động của rơle điện tử loại ON-DELAY
Rờ le thời gian điện tử ON-DELAY có 4 tiếp điểm, trong đó có 2 tiếp điểm tác động có
thời gian và 2 tiếp điểm tác động không thời gian.
Khi chưa đóng khoá SW, cuộn dây rơle RL chưa có điện, tiếp điểm T1 ở trạng thái mở,
tiếp điểm T2 ở trạng thái đóng, tiếp điểm T3 ở trạng thái mở, tiếp điểm T4 ở trạng thái đóng.
Nếu ta đóng khoá SW, tụ điện C sẽ được nạp cho tới khi điện áp trên tụ C bằng điện áp
định mức của cuộn dây rơle RL thì rơle sẽ tác động (đây chính là thời gian đếm của rờ le Trang 54
Bài giảng Khí cụ điện
thời gian điện tử). Khi đó tiếp điểm T1 sẽ chuyển sang trạng thái đóng còn T2 chuyển sang
trạng thái mở. Tụ C phóng điện qua điện trở R do lúc này công tắc 2 vị trí đã chuyển vị trí
lên trên. Trạng thái của các tiếp điểm được duy trì.
Nếu ta ngắt khóa SW thì cuộn dây rơle RL mất điện, rờ le ngừng hoạt động. Lúc này
tiếp điểm T1 chuyển sang trạng thái mở còn T2 chuyển sang trạng thái đóng. Hệ thống tiếp
điểm trở lại trạng thái ban đầu.
Như vậy, các tiếp điểm T1 và T2 đều chuyển trạng thái (tác động trễ) ở thời điểm đóng
(ON). Với nguyên lý tác động trên của tiếp điểm nên ta có tên gọi tiếp điểm T1 là tiếp điểm
thường mở - đóng chậm và tiếp điểm T2 là tiếp điểm thường đóng - mở chậm.
Tóm lại: Tại thời điểm cấp nguồn cho + R _
rờ le thì hệ thống tiếp điểm không thời
gian tác động tức thời (tiếp điểm thường
mở sẽ đóng lại, tiếp điểm thường đóng sẽ C
mở ra), khi đó hệ thống tiếp điểm có thời gian chưa tác độ VR
ng. Rờ le bắt đầu đếm SW
thời gian trì hoãn. Khi đến thời gian trì RL
hoãn đã chỉnh định trước đó thì tiếp điểm
có thời gian mới tác động (tiếp điểm
thường đóng - mở chậm sẽ mở ra, còm tiếp T điểm thườ 1
ng mở - đóng chậm sẽ đóng lại), Cặp tiếp điểm có
hệ thống tiếp điểm không thời gian vẫn giữ thời gian T2
trạng thái tác động trước đó. Khi rờ le mất
nguồn thì cả 2 hệ thống tiếp điểm không T3
thời gian và có thời gian đều trở về trạng Cặp tiếp điểm không thái ban đầu. thời gian T4
Nguyên lý hoạt động của rơle thời
gian điện tử kiểu OFF-DELAY
Hình 3.6: Nguyên lý hoạt động của
Rờ le thời gian điện tử ON-DELAY có
rơle thời gian kiểu ON-DELAY
4 tiếp điểm, trong đó có 2 tiếp điểm tác
động có thời gian và 2 tiếp điểm tác động không thời gian.
Khi chưa đóng SW, rơle RL chưa có điện, tiếp điểm T1 ở trạng thái đóng, T2 ở trạng thái mở.
Khi ta đóng khoá SW, thì rơle RL sẽ tác động. Khi đó tiếp điểm T1 sẽ chuyển sang trạng
thái đóng còn T2 chuyển sang trạng thái mở.
Khi ta ngắt SW, tụ C phóng điện qua rơle RL, duy trì trạng thái hiện tại của các tiếp
điểm thêm một thời gian nữa. Cho đến khi điện áp trên tụ nhỏ hơn điện áp định mức của
rơle thì rơle ngừng hoạt động (đây chính là thời gian đếm của rờ le thời gian điện tử). Lúc
này tiếp điểm T1 chuyển sang trạng thái đóng còn T2 chuyển sang trạng thái mở. Hệ thống
trở lại trạng thái ban đầu. Trang 55
Bài giảng Khí cụ điện
Như vậy, các tiếp điểm T1 và T2 đều chuyển trạng thái (tác động trễ) ở thời điểm mở
(OFF). Với nguyên lý tác động của tiếp điểm trên, ta có tên gọi tiếp điểm T1 là tiếp điểm
thường đóng - đóng chậm và T2 là tiếp điểm thường mở - mở chậm.
Tóm lại: Tại thời điểm cấp nguồn cho rờ le thì hệ thống tiếp điểm không thời gian tác
động tức thời (tiếp điểm thường mở + _
sẽ đóng lại, tiếp điểm thường đóng
sẽ mở ra), đồng thời hệ thống tiếp VR
điểm có thời gian cũng tác động C
(tiếp điểm thường đóng – đóng chậm SW
sẽ mở ra, tiếp điểm thường mở - mở
chậm sẽ đóng lại). Trạng thái tác RL
động của hai hệ thống tiếp điểm trên
sẽ giữ trạng thái tác động khi rờ le có điệ T
n. Khi rờ le mất điện thì hệ 1 Hệ thống tiếp
thống tiếp điểm không thời gian sẽ điểm có thời gian T
lập tức trở về trạng thái ban đầu, hệ 2
thống tiếp điểm có thời gian vẫn giữ T3
trạng thái tác động. Bây giờ rờ le Hệ thống tiếp điểm
mới bắt đếm thời gian trì hoãn, khi không thời gian T4
rờ le đếm đến thời gian trì hoãn đã
chỉnh định trước đó thì tiếp điểm có
Hình 3.7: Nguyên lý hoạt động của
thời gian mới trở về trạng thái ban
đầu (tiếp điểm thường đóng - đóng
rơle thời gian kiểu OFF-DELAY
chậm sẽ đóng lại, còm tiếp điểm
thường mở - mở chậm sẽ mở ra).
Nguyên lý hoạt động của loại rơle thời gian điện tử kiểu ON/OFF- DELAY
Rờ le thời gian điện tử ON/OFF-DELAY có 4 tiếp điểm, trong đó có 2 tiếp điểm tác
động có thời gian và 2 tiếp điểm tác động không thời gian.
Khi chưa đóng SW, rơle RL chưa có điện, tiếp điểm T1 ở trạng thái đóng, T2 ở trạng thái mở. Trang 56
Bài giảng Khí cụ điện
Khi đóng khoá SW, tụ điện C sẽ được
nạp cho tới khi điện áp trên tụ C bằng điện + _
áp định mức của rơle RL thì rơle sẽ tác C
động. Khi đó tiếp điểm T1 sẽ chuyển sang VR
trạng thái mở còn T2 chuyển sang trạng SW
thái đóng (hệ thống tiếp điểm tác động có RL
thời gian lần thứ nhất).
Khi ngắt khóa SW, tụ C phóng điện
qua rơle RL, duy trì trạng thái hiện tại của T1 các tiếp điểm T Hệ thống tiếp
1 và T2 thêm một thời gian
nữa. Cho đến khi điện áp trên tụ nhỏ hơn điểm có thời gian T2
điện áp định mức của rơle thì rơle ngừng T
hoạt động. Lúc này tiếp điểm T 3 1 chuyển
sang trạng thái đóng còn T Hệ thống tiếp 2 chuyển sang T điểm không thời
trạng thái mở. Hệ thống trở lại trạng thái 4
ban đầu (Hệ thống tiếp điểm tác động có
Hình 3.8: Nguyên lý hoạt động của
thời gian lần thứ hai).
Như vậy, các tiếp điểm T
rơle thời gian kiểu ON/OFF-DELAY 1 và T2 đều
chuyển trạng thái (tác động trễ) ở cả hai
thời điểm đóng (ON) và mở (OFF). Với nguyên lý tác động của hệ thống tiếp điểm trên ta
có tên gọi tiếp điểm T1 là tiếp điểm thường đóng-mở-đóng chậm và T2 là tiếp điểm thường mở-đóng-mở chậm.
Tóm lại: Tại thời điểm cấp nguồn cho rờ le thì hệ thống tiếp điểm không thời gian tác
động tức thời (tiếp điểm thường mở sẽ đóng lại, tiếp điểm
thường đóng sẽ mở ra), hệ thống tiếp điểm có thời gian giữ
nguyên trạng thái ban đầu (tiếp điểm thường đóng-mở-đóng
chậm vẫn đóng, tiếp điểm thường mở-đóng-mở chậm vẫn
mở). Sau một thời gian đếm TON đã chỉnh định trước thì hệ
thống tiếp điểm có thời gian mới bắt đầu tác động (tiếp điểm
thường đóng-mở-đóng chậm bắt đầu mở ra, tiếp điểm
thường mở-đóng-mở chậm đóng lại), hệ thống tiếp điểm
không thời gian vẫn giữ nguyên trạng thái tác đông trước
đó. Trạng thái tác động của hai hệ thống tiếp điểm trên sẽ
giữ trạng thái tác động khi rờ le có điện. Khi rờ le mất điện
thì hệ thống tiếp điểm không thời gian sẽ lập tức trở về trạng
Hình 3.9: Sơ đồ chân của
thái ban đầu, hệ thống tiếp điểm có thời gian vẫn giữ trạng thái tác độ
rờ le thời gian điện tử
ng. Bây giờ rờ le mới bắt đếm thời gian trì hoãn
TOFF, khi rờ le đếm đến thời gian trì hoãn đã chỉnh định trước
đó thì tiếp điểm có thời gian mới trở về trạng thái ban đầu (tiếp điểm thường đóng-mở-
đóng chậm bắt đầu trở về trạng thái ban đầu là đóng lại, tiếp điểm thường mở-đóng-mở
chậm bắt đầu mở ra). Trang 57
Bài giảng Khí cụ điện
* Các điểm cần lưu ý đối với rờ le thời gian điện tử
Thời gian trì hoãn trên rờ le thời gian điện tử có thể từ vài giấy đến hàng trăm giờ.
Rờ le thời gian điện tử được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp với 2 tiếp điểm có thời
gian và 2 tiếp điểm không thời gian.
Trên mỗi khối rờ le đều có ghi sơ đồ chân của rờ le, thông thường các loại rờ le thời gian
điện tử đều có 8 chân đấu dây được đánh số từ số 1 đến số 8. Trong đó, chân số 2 và chân
số 7 là 2 đầu đấu dây của cuộn dây rờ le, chân số 8 và chân số 6 là 2 đầu dấu dây của tiếp
điểm thường mở có thời gian, chân số 8 và chân số 5 là 2 đầu dấu dây của tiếp điểm thường
đóng có thời gian, chân số 1 và chân số 3 là 2 đầu dấu dây của tiếp điểm thường mở không
thời gian, chân số 1 và chân số 4 là 2 đầu dấu dây của tiếp điểm thường đóng không thời gian.
Khi đấu dây các tiếp điểm của rờ le cần lưu ý các chân đấu dây chung số 8 và số 1.
Điều kiện để mạch hoạt động được là cầu phân áp gồm biến trở VR, điện trở thuần của
cuộn dây rơle và điện áp nguồn phải được chọn sao cho điện áp rơi trên cuộn dây rơle tối
thiểu phải bằng điện áp định mức của nó. U U  .R U RL RL đm VR  RRL (3.1)
Biến trở VR được dùng để thay đổi thời gian tác động trễ của rơle thời gian.
Rờ le thời gian điện tử có thể hoạt động được ở chế độ nguồn điện một chiều (DC) và
xoay chiều (AC) theo trị số định mức của nhà sản xuất.
* Kí hiệu rờ le thời gian điện tử trên bản vẽ điện
Trên bản vẽ kỹ thuật cuộn dây và hệ thống tiếp điểm của rờ le thời gian được ký hiệu như sau: T3 T2 ON DELAY T4 T1 Cuộn hút TĐ không t/gian TĐ có t/gian T3 T2 OFF DELAY T4 T1 Cuộn hút TĐ không t/gian TĐ có t/gian T3 T2 T4 ON/OFF DELAY T1 Cuộn hút TĐ không t/gian TĐ có t/gian
Hình 3.10: Kí hiệu cuộn dây và hệ thống tiếp điểm của rờ le thời gian điệ ử Trang 58
Bài giảng Khí cụ điện
Cuộn hút và các tiếp điểm của rơle thời gian thường được kí hiệu như sau: Khi vẽ tiếp
điểm có thời gian của rờ le thời gian điện tử ta vẽ cung tròn sao cho khi tiếp điểm tác động
phải theo quy tắc hút về tâm của cung tròn.
* Giản đồ biểu diễn sự tác động của các tiếp điểm của rờ le thời gian điện tử theo thời gian
Qua việc khảo sát nguyên lý hoạt động của một số loại rơle thời gian ở trên, ta có được
giản đồ thời gian mô tả hoạt động của các tiếp điểm trên ba kiểu rơle thời gian thông thường
ON DELAY, OFF DELAY, ON/OFF DELAY. Khi cuộn hút có nguồn (ON) và không có nguồn (OFF) ở hình 3.11.
TON: thời gian trễ tác động
TOFF: thời gian trễ ngắt
Hình 3.11: Giản đồ thời gian của rờ le thời gian điện tử Trang 59
Bài giảng Khí cụ điện
3.1.2. Rơ le điều nhiệt
3.1.2.1. Khái niệm chung
Rơle điều nhiệt là một loại khí cụ điện thường dùng
để đóng, ngắt thiết bị gia nhiệt khi nhiệt độ đạt đến một
giá trị nào đó đã được chỉnh định trước. Trong mạch điện
công nghiệp rơle điều nhiệt thường được dùng để khống
chế nhiệt độ của hệ thống lò sấy điện hay bảo vệ an toàn
cho thiết bị khi bị quá nhiệt, …
Có hai cách phân loại rơle điều nhiệt.
 Rơle điều nhiệt kiểu khí nén (dùng trong máy lạnh).
 Rơle điều nhiệt mạch điện tử.
 Rơle điều nhiệt chỉ thị số.
 Rơle điều nhiệt chỉ thị kim.
Hình 3.12: Rờ le điều nhiệt
3.1.2.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc của rơle điều nhiệt a) Cấu tạo
Với yêu cầu chính xác, độ nhạy và mức độ tin cậy cao nên hiện nay người ta thường
dùng rơle điều nhiệt điện tử. Rơle điều nhiệt điện tử bao gồm những phần chính sau:  Đầu cảm biến.
 Núm chỉnh nhiệt độ.  Bộ phận hiển thị.
 Hệ thống tiếp điểm
b) Nguyên tắc làm việc như sau:
Đầu cảm biến được đưa vào vùng cần đo hoặc cần khống chế nhiệt độ. Khi nhiệt độ thay
đổi làm cho điển trở của đầu cảm biến thay đổi, kéo theo sự thay đổi điện áp đầu ra của bộ
khuyếch đại và chuyển đổi tín hiệu. Như vậy tín hiệu nhiệt độ đã biến thành tín hiệu điện.
Tín hiệu điện sẽ được chuyển đổi thành tín hiệu số sau đó đưa ra bộ phận hiển thị.
Khi đầu cảm biến nhiệt độ cảm nhận một nhiệt độ đạt đến nhiệt độ đã chỉnh định trước
đó thì hệ thống tiếp điểm của rờ le điều nhiệt sẽ tác động. Khi nhiệt độ mà đầu cảm biến
cảm nhận nhỏ hơn nhiệt độ chỉnh định thì hệ thống trở về trạng thái ban đầu.
Một số thông số kỹ thuật của rơle điều nhiệt: Khi lựa chọn rơle điều nhiệt để lắp đặt ta
cần chú ý các thông số kỹ thuật sau:
 Điện áp nguồn cung cấp.
 Dòng điện định mức.
 Dãy nhiệt độ hoạt động.
 Phương thức hiển thị nhiệt độ.  Độ chính xác Trang 60
Bài giảng Khí cụ điện
3.2. Rờ le áp suất, rờ le mức nước
3.2.1. Rơ le áp suất 3.2.1.1. Khái niệm
Rơ le áp suất hay còn gọi là ông tắc áp suất là một thiết bị có chức năng điều tiết và
kiểm soát áp suất trong đường ống dẫn. Nó chuyển đổi các tín hiệu áp suất thành ra sự
đóng ngắt (ON/OFF) của mạch điện. Tùy vào mỗi hệ thống hoạt động với quy mô, công
suất, kết cấu mà số lượng công tắc áp suất cần lắp đặt có thể dao động từ một đến nhiều
cái khác nhau. Vì một công tắc chỉ liên quan đến việc điều chỉnh tại một điểm đặt hoạt
động đã chọn trước. Công tắc áp suất hay Rơle áp suất được dùng phổ biến trong việc đóng
ngắt hoạt động máy bơm, hệ thống máy nén khí, hệ thống lạnh, PCCC, cấp thoát nước, ...
Với các rơle áp suất nước, hoạt động chủ yếu của chúng ở các máy bơm nước giếng
đào, giếng khoan. Trong khi đó, công tắc áp suất khí nén là bộ phận không thể thiếu ở các
máy nén khí. Ngoài ra, rơ le áp lực còn được ứng dụng vào hệ thống bơm nước trong
chuyển đổi dòng điện cao, hay lắp trên các bảng áp suất của cửa trượt. Hoạt động kiểm
soát sạc các tế bào bên trong pin, kích hoạt báo động trong trường hợp áp suất máy bay, trực thăng giảm, ...
3.2.1.2. Một số lưu ý về việc sử dụng công tắc áp suất
Tuổi thọ của công tắc áp suất:
Mức độ thường xuyên được kích hoạt của công tắc áp suất sẽ ảnh hưởng trực tiếp đến tuổi thọ,
thời gian ngừng hoạt động của hệ thống và lịch trình sửa chữa. Nói chung, công tắc áp suất dạng
màng sẽ có tuổi thọ cao nhất, tiếp theo là kiểu piston và núm vặn. Tuổi thọ thực tế của một công
tắc áp suất sẽ phụ thuộc vào nhiều yếu tố khác nhau bao gồm tốc độ chu trình (công tắc áp suất
dạng màng hoạt động rất giống như lò xo, do đó cần tránh chu kỳ cao), áp suất tối thiểu và tối đa,
điểm cài đặt, tốc độ thay đổi áp suất, sốc thủy lực, và tải hiên tại (amp) lên công tắc điện.
Điểm chết của công tắc áp suất:
Điểm chết là sự chênh lệch giữa điểm khởi động và điểm khởi động lại trong một công tắc áp
suất. Nếu thiết lập điểm chết quá nhỏ, thì công tắc sẽ liên tục mở và đóng chỉ với những thay đổi
nhỏ trong áp suất đầu vào của quá trình. Điều này được hiểu như là “thiếu độ chính xác” và là một
nguyên nhân chính gây ra việc công tắc áp suất không còn có chức năng hoạt động theo đúng thiết kế của nó. Dãy áp suất:
Các điểm cài đặt tối thiểu và tối đa của công tắc áp suất cũng như áp suất vận hành hệ thống tối
đa và áp suất thiết kế hệ thống tối đa phải được xác định. Điểm điều chỉnh deadbands có thể được
đặt ở 10-50% trong phạm vi. Đối với công tắc áp suất chênh áp, áp suất tĩnh hoặc “làm việc” là cần thiết.
Điểm công tắc chuyển đổi:
Thường là chỉ cần một điểm chuyển đổi, tuy nhiên, hệ thống không yêu cầu hai hoặc thậm chí
là bốn điểm chuyển đổi (ví dụ: cao, thấp, cao-cao, thấp-thấp) được giám sát, kiểm soát hoặc báo
động. Khi lựa chọn công tắc áp suất, người ta có thể chọn một công tắc đơn cho mỗi điểm chuyển
đổi hoặc một công tắc đơn có khả năng xử lý tới 4 điểm chuyển đổi riêng biệt. Trang 61
Bài giảng Khí cụ điện
3.2.1.2. Một số rơ le áp suất thường gặp:
a. Công tắc áp suất đơn:
Trong công tắc áp suất đơn được phân ra công tắc áp suất thấp và công tắc áp suất cao. Cụ thể như sau:
Công tắc áp suất thấp:
Công tắc áp suất thấp là loại công tắc hoạt động ở áp suất bay hơi và ngắt mạch điện của máy
nén khí áp suất giảm xuống quá mức cho phép để bảo vệ máy nén và đôi khi để điều chỉnh năng
suất lạnh. Hình bên giới thiệu về nguyên lý cấu tạo và hoạt động của công tắc áp suất thấp kiểu KP1, 1A, 2 của Danfoss.
Trong đó: 1. Vít đặt áp suất thấp LP; 2.
Vít đặt vi sai LP; 3. tay đòn chính; 7. Lò xo
chính; 8. Lò xo vi sai; 9. Hộp xếp dãn nở; 10.
Đầu nối áp suất thấp; 12. Tiếp điểm; 13. Vít
đấu dây điện; 14. Vít nối đất; 15. Lối đưa dây
điện vào; 16. Cơ cấu lật để đóng mở tiếp điểm
dứt khoát; 18. tấm khóa; 19. Tay đòn; 23.
Vấu đỡ; 30. Nút reset; Đối với công tắc áp
suất cao 5. Vít đặt áp suất cao HP; 11. Đầu nối áp suất cao.
Hình 3.13: Rờ le áp suất thấp
Nguyên lý hoạt động:
Bằng cách vặn vít 1 và vít 2 ta có thể đặt được áp suất thấp ngắt và đóng của công tắc
áp suất. Ví dụ khi đặt áp suất thấp đóng mạch là 2 bar và vi sai là 0.4 bar thì áp suất giảm
đến 1.6 bar sẽ ngắt mạch (OFF) và khi áp suất trong hệ thống tăng đến 2.0 bar công tắc áp
suất sẽ nối mạch cho máy nén hoạt động trở lại (ON). Ở đây mạch 1-4 là ON và 1-2 là
OFF. Tay còn chỉnh 3 mang cơ cấu lật 16 và tiếp điểm 2 được dẫn tới đáy của hộp xếp 9.
Tay đòn nối cơ cấu lật 16 tới lò xo phụ chỉ có thể xoay quanh một chốt cố định ở khoảng
giữa tay đòn. Vì thế tiếp điểm chỉ có 2 vị trí cân bằng. Hộp xếp chỉ có thể dịch chuyển khi
áp suất vượt qua giá trị ON và OFF. Vị trí của cơ cấu lật tác động lên cơ cấu này với 2 lực,
lực thứ nhất là từ hộp xếp trừ đi lực của lò xo chính, và lực thứ hai là lực kéo của lò xo vi sai.
Trên hình tiếp điểm đang ở vị trí ON (1-4). Khi tiếp điểm chuyển sang (1-2) là vị trí
OFF. Bây giờ áp suất trong hộp xếp giảm, hầu như không có chi tiết nào trong công tắc áp
suất chuyển động. Chỉ khi nào áp suất trong hộp xếp giảm xuống dưới mức cho phép, hộp
xếp co lại, tay đòn 3 bị kéo xuống dưới đủ mức làm cho cơ cấu lật 16 đột ngột thay đổi vị
trí, tiếp điểm 1 đột ngột rời 4 bật xuống 2 (OFF), máy nén lạnh ngưng chạy. Khi áp suất
tăng lên và vượt giá trị cho phép, nhờ cơ cấu lật, tay đòn 3 lại đột ngột thay đổi vị trí tiếp điểm 1 sang 4 (ON).
Công tắc áp suất cao:
Công tắc áp suất cao loại công tắc áp suất hoạt động ở áp suất ngưng tụ của môi chất
lạnh và ngắt mạch điện khi áp suất vượt mức cho phép để bảo vệ máy nén. Công tắc áp
suất cao hoạt động ở áp suất ngưng tụ và ngắt mạch điện của máy nén cũng như các thiết
bị có liên quan. Nguyên tắc cấu tạo của công tắc áp suất cao cũng tương tự như công tắc Trang 62
Bài giảng Khí cụ điện
áp suất thấp nhưng các tiếp điểm được bố trí ngược lại. Khi áp suất đầu đẩy máy nén tăng
vượt quá giá trị áp suất cho phép (giá trị cài đặt trên công tắc áp suất), công tắc áp suất mở
tiếp điểm ngắt mạch điện cung cấp cho máy nén để bảo vệ. Khi áp suất giảm xuống dưới
giá trị áp suất cài đặt trừ đi vi sai thì công tắc áp suất cao lại tự động đóng mạch cho máy
nén hoạt động trở lại.
Tuy nhiên, do yêu cầu về an toàn người ta chia công tắc áp suất cao làm 3 loại:
Công tắc áp suất cao thường là loại vừa giới thiệu trên. Ngoài ra còn có 2 loại an toàn
cao hơn, không đóng mạch cho máy nén làm việc trở lại như sau:
Công tắc áp suất cao có giới hạn áp suất, đặc điểm là có nút reset bằng tay trên vỏ máy.
Khi đã ngắt (OFF) công tắc áp suất không tự động đóng mạch lại được mà phải có tác động
ấn nút reset của người vận hành máy.
Công tắc áp suất cao có giới hạn áp suất an toàn, đặc điểm là có tay đòn reset nằm trong
vỏ máy. Khi ngắt mạch điện máy nén (OFF), công tắc áp suất không tự động đóng mạch
lại được mà người vận hành máy phải kiểm tra nguyên nhân tăng áp suất, mở nắp công tắc
áp suất và dùng dụng cụ để đưa tay đồn reset trở lại vị trí ban đầu.
b. Công tắc áp suất kép:
Công tắc áp suất kép gồm công tắc áp suất cao và công tắc áp suất thấp được tổ hợp
chung lại trong một vỏ thực hiện chức năng của cả hai công tắc áp suất, ngắt điện cho máy
nén lạnh khi áp suất cao vượt quá mức cho phép và khi áp suất thấp hạ xuống dưới mức
cho phép. Việc đóng điện lại cho máy nén khi áp suất cao giảm xuống và áp suất thấp tăng
lên trong phạm vi an toàn cũng được thực hiện tư động, bằng tay với nút nhấn reset ngoài
hoặc bằng tay với tay đòn reset phía trong vỏ như đã mô tả ở trên. Công tắc áp suất kép
được sản xuất cho cả môi chất freon và amoniac. Sơ đồ nguyên lý cấu tạo và làm việc của
chúng là giống nhau. Kết cấu của công tắc áp suất amoniac đảm bảo độ bền vững chống
ăn mòn và làm việc an toàn trong các phòng dễ gây nổ.
Trong đó: 1. Vít đặt áp suất thấp (LP); 2. Ví t
đặt vi sai Δp (LP); 3. tay đòn chính; 5. Vít đặt áp
suất cao (HP); 7. Lò xo chính; 8. Lò xo vi sai; 9.
Hộp xếp giãn nở; 10. đầu nối áp suất thấp; 11. Đầu
nối áp suất cao; 12. Tiếp điểm; 13. Vít đấu dây
điện; 14. Vít nối đất; 15. Lối luồn dây điện; 16. Cơ
cấu lật để đóng mở tiếp điểm nhanh và dứt khoát;
18. Tấm khóa; 19. tay đòn; 30. Nút reset.
Hình 3.14: Rờ le áp suất kép
c. Công tắc hiệu áp suất dầu:
Công tắc hiệu áp dầu sử dụng trong kỹ thuật lạnh chủ yếu để bảo vệ sự bôi trơn hoàn
hảo của máy nén. Do áp suất trong khoang cacte máy nén luôn thay đổi do đó một áp suất
dầu không đổi nào đó không thể đảm bảo an toàn cho việc bôi trơn máy nén, chính vì vậy
hiệu áp suất (áp suất dầu trừ áp suất cacte hay áp suât p0) mới là đại lượng đánh giá chính
xác chế độ bôi trơn yêu cầu của máy nén. Hiệu áp suất dầu cần thiết do nhà chế tạo máy Trang 63
Bài giảng Khí cụ điện
nén quy định, thường Δp ≥ 0,7 bar. Khi hiệu áp dầu thấp hơn mức quy định, công tắc hiệu
áp dầu ngắt mạch để bảo vệ máy nén.
Vì khi khởi động máy nén, hiệu áp dầu bằng 0 nên lúc này có bộ phận nối tắt qua công
tắc áp suất, khoảng 45 giây sau khởi động, hiệu áp dầu được xác lập, bộ phận nối tắc sẽ
ngắt mạch. Bộ nối tắt được điều khiển bằng rơ le thời gian. Khi làm việc, công tắc hiệu áp
suất dầu đóng mở chỉ phụ thuộc vào giá trị hiệu áp
Δp = áp suất dầu từ bơm trừ đi áp suất hút hay áp
suất cacte, mà hoàn toàn không phụ thuộc vào áp
suất dầu cũng như áp suất cacte.
Trong đó: 1. Đầu nối với áp suất phía hệ thống
dầu bôi trơn; 2. Đầu nối với áp suất hút hoặc cacte
máy nén (LP); 3. Đĩa đặt hiệu áp; 4. Nút reset; 5. Bộ phận thử nghiệm
Thuật ngữ dùng cho công tắc áp suất dầu:
Hình 3.15: Rờ le áp suất dầu 
Phạm vi hiệu áp (diffrential range) hiệu áp bất kỳ giữa áp suất dầu và áp suất cacte
nằm trong phạm vi hiệu áp của công tắc áp suất có thể tác động đóng mở công tắc áp suất
gọi là phạm vi hiệu áp. 
Số đọc trên thang đo (scale reading) là hiệu áp giữa áp suất dầu và áp suất cacte
đúng vào thời điểm tiếp điểm đóng mạch cho rơ le thời gian khi áp suất dầu giảm. 
Phạm vi hoạt động (operating range) là phạm vi áp suất thấp (nối với đầu nối LP)
mà công tắc áp suất hoạt động được. 
Vi sai tiếp điểm (contact differential) là độ tăng áp suất vượt hiệu áp suất đặt (số
đọc trên thang đo) cần thiết để ngắt dòng rơ le thời gian. 
Thời gian trễ ngắt (release time) là thời gian mà công tắc áp suất hiệu áp cho phép
máy nén làm việc với áp suất dầu quá thấp giữa khoảng thời gian khởi động và làm việc.
3.2.2. Rờ le mức nước
Relay mực nước là bộ điều khiển dùng để đo lượng chất lỏng chứa trong bình chứa, bồn chứa, hồ chứa… 3.3. Cảm biến
3.3.1. Khái niệm chung 3.3.1.1. Khái niệm
Cảm biến là các phần tử nhạy cảm dùng để biến đổi các đại lượng đo lường, kiểm tra
hay điều khiển từ dạng này sang dạng khác thuận tiện hơn cho việc tác động của các phần
tử khác. Cảm biến là một thiết bị chịu tác động của đại lượng cần đo m không có tính chất
điện và cho một đặc trưng mang bản chất điện (như điện tích, điện áp, dòng điện, trở kháng)
kí hiệu là s có s = F(m). Cảm biến thường dùng ở khâu đo lường và kiểm tra.
Các loại cảm biến được sử dụng rộng rãi trong tự động hóa các quá trình sản xuất và
điều khiển tự động các hệ thống khác nhau. Chúng có chức năng biến đổi sự thay đổi liên Trang 64
Bài giảng Khí cụ điện
tục các đại lượng đầu vào (đại lượng đo lường - kiểm tra, là các đại lượng không điện nào
đó thành sự thay đổi của các đại lượng đầu ra là đại lượng điện, ví du: điện trở, điện dung,
điện kháng, dòng điện, tần số, điện áp rơi, góc pha, ...
Căn cứ theo dạng đại lượng đầu vào người ta phân ra các loại cảm biến như: cảm biến
chuyển dịch thẳng, chuyển dịch góc quay, tốc độ, gia tốc, mô men quay, nhiệt độ, áp suất, quang, bức xạ, ...
3.3.1.2. Các thông số cơ bản của cảm biến a) Độ nhạy Y  S  (3.2) X  Với:
Y: gia số đại lượng đầu vào
X: gia số đại lượng đầu ra
Cảm biến có thể là tuyến tính nếu S0 = const hoặc là phi tuyến nếu S0 = var. Cảm biến
phi tuyến có độ nhạy phụ thuộc vào giá trị đại lượng vào (X). b) Sai số
Sự phụ thuộc của đại lượng ra Y vào đại lượng đầu vào X gọi là đặc tính vào ra của cảm
biến. Sự sai khác giữa đặc tính vào ra thực với đặc tính chuẩn (đặc tính tính toán hay đặc
tính cho trong lí lịch) được đánh giá bằng sai số.
Phân làm hai loại sai số:
+ Sai số tuyệt đối: ∆X = X' −X;
X': giá trị đo được; X: giá trị thực.
Các nguyên nhân ảnh hưởng tới sai số: Có nhiều nguyên nhân khách quan và chủ quan
ảnh hưởng tới sai số, trong thực tế người ta đưa ra các tiêu chuẩn và các điều kiện kĩ thuật
để hạn chế mức độ ảnh hưởng này trong phạm vi cho phép. Sai số ở giá trị định mức do
yếu tố của bên ngoài gọi là sai số cơ bản. Nếu yếu tố của bên ngoài vượt ra khỏi giới hạn
định mức thì xuất hiện sai số phụ. Để giảm sai số phụ phải giảm độ nhạy của cảm biến với
yếu tố ngoài hoặc hạn chế ảnh hưởng của chúng bằng màn chắn hay môi trường khác.
c) Các yêu cầu của cảm biến
Muốn có độ nhạy cao, sai số nhỏ, cảm biến cần có các tính chất sau:
+ Có dải thay đổi đại lượng vào cần thiết.
+ Thích ứng và thuận tiện với sơ đồ đo lường, kiểm tra.
+ Ảnh hưởng ít nhất đến đại lượng đầu vào. + Có quán tính nhỏ.
Hiện nay có rất nhiều loại cảm biến, chúng làm việc theo nhiều nguyên lí khác nhau, do
vậy kết cấu của cảm biến rất đa dạng và phong phú.
d) Phân loại cảm biến
Có thể phân các cảm biến làm hai nhóm chính: là cảm biến tham số (thụ động) và cảm Trang 65
Bài giảng Khí cụ điện
biến phát (chủ động hay tích cực).
* Nhóm phát (làm việc như một máy phát hình 3.13) bao gồm các loại cảm biến sử dụng
hiệu ứng cảm ứng điện từ, hiệu ứng điện áp, hiệu ứng Holl và sự xuất hiện sức điện động
của cặp nhiệt ngẫu, tế bào quang điện. F u F u 
Hình 3.13: Cảm biến phát: a) Hiệu ứng điện áp; b) Hiệu ứng hóa điện
+ Hiệu ứng cảm ứng điện từ: trong một dây dẫn chuyển động trong một từ trường không
đổi sẽ xuất hiện một sức điện động tỉ lệ với từ thông cắt ngang dây trong một đơn vị thời
gian, nghĩa là ti lệ với tốc độ dịch chuyển của dây dẫn. Hiệu ứng cảm ứng điện từ được
ứng dụng để xác định tốc độ dịch chuyển của vật thông qua việc đo sức điện động cảm ứng.
+ Hiệu ứng quang phát xạ điện tử: là hiện tượng các điện tử được giải phóng thoát ra
khỏi vật liệu tạo thành dòng được thu lại dưới tác dụng của điện trường.
+ Hiệu ứng quang điện trong chất bán dẫn: là hiện tượng khi một chuyển tiếp P - N
được chiếu sáng sẽ phát sinh ra các cặp điện tử - lỗ trống, chúng chuyển động dưới tác
dụng của điện trường chuyển tiếp làm thay đổi hiệu điện thế giữa hai đầu chuyển tiếp.
+ Hiệu ứng Holl: trong vật liệu (thường là bán dẫn) dạng tấm mỏng có dòng điện chạy
qua đặt trong từ trường B có phương tạo thành một góc với dòng điện I sẽ xuất hiện một
hiệu điện thế U theo hướng vuông góc với B và I. Hiệu ứng Holl được ứng dụng để xác
định vị trí của một vật chuyển động. Vật sẽ được ghép nối cơ học với một thanh nam châm,
ở mọi thời điểm vị trí của thanh nam châm xác định giá trị của từ trường và góc lệch tương
ứng với tấm bán dẫn mỏng làm trung gian. Hiệu điện thế đo được giữa hai cạnh tấm bán
dẫn trong trường hợp này (gián tiếp) là hàm phụ thuộc vị trí của vật trong không gian.
Cảm biến loại này là cảm biến tích cực vì trong trường hợp này nguồn của dòng điện I
(chứ không phải đại lượng cần đo) cung cấp năng lượng liên quan đến tín hiệu đo.
+ Hiệu ứng điện áp: khi tác dụng lực cơ học lên một vật làm bằng vật liệu áp điện (như
thạch anh) sẽ gây nên biến dạng của vật đó và làm xuất hiện lượng điện tích bằng nhau
nhưng trái dấu nhau trên các mặt đối diện của vật (là hiệu ứng điện áp). Hiệu ứng này được
ứng dụng để xác định lực hoặc các đại lượng gây nên lực tác dụng vào vật liệu áp điện
(như áp suất, gia tốc, ...) thông qua việc đo điện áp trên hai bản cực tụ điện.
Ngoài ra còn cảm biến nhiệt điện, cảm biến hóa điện, ...
* Cảm biến tham số (thụ động): thường được chế tạo từ những trở kháng có một trong
các thông số chủ yếu nhạy với đại lượng cần đo. Một mặt giá trị của trở kháng phụ thuộc Trang 66
Bài giảng Khí cụ điện
vào kích thước hình học của mẫu, nhưng mặt khác nó còn phụ thuộc vào tính chất điện của
vật liệu như: điện trở suất, từ thẩm, hằng số điện môi. Vì vậy giá trị của trở kháng thay đổi
dưới tác dụng của đại lượng đo ảnh hưởng riêng biệt đến tính chất hình học, tính chất điện
hoặc đồng thời ảnh hưởng cả hai. Thông số hình học hoặc kích thước của trở kháng có thể
thay đổi nếu cảm biến có phần tử chuyển động hoặc phần tử biến dạng.
+ Trường hợp khi có phần tử động thì mỗi vị trí của phần tử sẽ tương ứng với một giá
trị trở kháng, đo trở kháng sẽ xác định được vị trí đối tượng. Đây là nguyên lí nhiều cảm
biến như cảm biến vị trí, cảm biến dịch chuyển.
+ Trường hợp cảm biến có phần tử biến dạng, thì sự biến dạng gây nên bởi lực hoặc các
đại lượng dẫn đến lực (áp suất, gia tốc) tác dụng trực tiếp hoặc gián tiếp lên cảm biến làm
thay đổi trở kháng. Sự thay đổi trở kháng liên quan đến lực tác động lên cấu trúc, nghĩa là
tác động của đại lượng cần đo được biến đổi thành tín hiệu điện (hiệu ứng áp trở).
Trở kháng của cảm biến thụ động và sự thay đổi của trở kháng dưới tác dụng của đại
lượng cần đo chỉ có thể xác định được khi cảm biến là một thành phần của mạch điện.
Trong thực tế tùy từng trường hợp cụ thể mà người ta chọn mạch đo thích hợp với cảm biến.
3.3.2. Cảm biến điện trở 3.3.2.1. Khái niệm
Cảm biến điện trở có đại lượng đầu vào là các đại lượng cơ: chuyển dịch cơ học thẳng
hoặc chuyển dịch góc quay (hình 3.14), áp lực, độ biến dạng, ...
Còn đại lượng đầu ra là điện trở hoặc sự thay đổi điện trở của cảm biến. Theo kết cấu
cảm biến điện trở có các loại:
- Cảm biến điện trở dây quấn.
- Cảm biến điện trở tiếp xúc.
- Cảm biến điện trở biến dạng (tenzô). U0 Ur Ur U r Uv
Hình 3.14: Cảm biến điện trở
3.3.2.2. Cảm biến điện trở dây quấn
Nguyên lí loại này hoàn toàn giống một biến trở trong phòng thí nghiệm. Nếu cơ cấu đo
(phần tử chuyển dịch) được liên hệ về cơ với tiếp điểm động (con trượt biến trở), thì sự Trang 67
Bài giảng Khí cụ điện
chuyển dịch của tiếp điểm động sẽ phụ thuộc chuyển dịch của cơ cấu đo (lượng vào) dẫn
đến điện trở đầu ra của cảm biến (lượng ra) thay đổi tương ứng. Tiếp điểm động có thể
chuyển động thẳng hoặc quay (hình 3.14).
Cấu tạo: Các bộ phận chính của cảm biến gồm:
+ Khung của cảm biến thường bằng vật liệu cách điện, chịu nhiệt như ghetinắc, técxtôlít,
sứ hoặc kim loại có phủ lớp cách điện, cách nhiệt bên ngoài. Tiết diện ngang của khung có
thể không đổi (cảm biến tuyến tính) hoặc thay đổi (cảm biến phi tuyến).
+ Dây điện trở: làm bằng kim loại ít bị ôxy hóa có điện trở ít thay đổi theo thời gian và
theo nhiệt độ như côngstăngtan, vonfram, maganin, . . Bên ngoài dây được phủ một lớp
sơn cách điện hoặc lớp oxit và một lớp sơn để gắn chặt dây quấn với khung. Độ lớn của
dây quấn phụ thuộc vào độ chính xác yêu cầu của cảm biến. Đối với cảm biến có độ chính
xác cao, dây có đường kính từ 0,03mm đến 0,1 mm, loại có độ chính xác thấp thì đường
kính dây từ 0,1mm đến 0,4 mm.
+ Tiếp điểm: được làm bằng kim loại có tính dẫn điện tốt, chịu mài mòn và có điện trở
tiếp xúc nhỏ, bề rộng tiếp xúc trên cuộn dây bằng 2 đến 3 lần đường kính dây. Dải này
được tạo ra bằng cách dùng giấy nhám mỏng đánh bóng trên cuộn dây. Lực ép lên tiếp
điểm bằng 0,5g đến 15 g.
3.3.2.3. Cảm biến tuyến tính
Thường được nối một cách đơn giản bằng ba cách như hình 3.15.
Chú ý: nếu nối cảm biến theo sơ đồ a) và b) hình 3.15 thì cực tính điện áp ra của cảm
biến không thay đổi, nếu nối theo sơ đồ c) có thể thay đổi được điện áp ra lớn nhất giảm
còn U0/2 nhưng ở cực tính điện áp ra vẫn bằng U0, có nghĩa là độ nhạy cảm biến tăng lên
hai lần. Tuy nhiên cấu tạo cảm biến theo sơ đồ này sẽ phức tạp hơn. Ngoài các loại như
hình 6.3 a, b, c còn dùng sơ đồ kiểu cảm biến kép góc quay. R U R x 0 0 l U 0 x Ur a) b) c) Ur
Hình 3.15: Cảm biến điện trở tuyến tính
Thông thường để tăng độ nhạy của cảm biến người ta nâng cao điện áp làm việc U0.
Việc này dẫn đến tăng công suất tiêu tán của cảm biến. Độ nhạy cực đại phụ thuộc vào
công suất cho phép lớn nhất Pmax của điện trở cảm biến R0 được xác định theo công thức sau: Trang 68
Bài giảng Khí cụ điện P R . max 0 S  (3.3) max xmax
Trong đó: xmax là độ dịch chuyển lớn nhất của tiếp điểm động
3.3.2.4. Cảm biến phi tuyến
Trong kĩ thuật ngoài cảm biến điện trở tuyến tính còn cần cả những cảm biến điện trở
phi tuyến là loại có đặc tính quan hệ Ur = f(x) dạng phi tuyến. Để tạo ra loại cảm biến có
quan hệ Ur = f(x) theo yêu cầu cho trước có thể thực hiện theo các phương pháp sau:
a) Thay đổi đường kính dây quấn.
b) Thay đổi bước dây quấn.
c) Thay đổi tiết diện ngang của khung dây.
d) Mắc điện trở sun vào từng phân đoạn của cảm biến tuyến tính có trị số khác nhau.
Thực tế phương pháp a và b rất khó thực
hiện do công nghệ chế tạo, chỉ có hai phương
pháp sau thường được sử dụng. Phương pháp
thay đổi tiết diện ngang của khung dây thường
để đơn giản cho chế tạo. Người ta sử dụng dây
quấn tiết diện không đổi và bề mặt khung như
nhau suốt chiều dài khung (như hình 6.4). hx Trong đó: dx x
hx là chiều cao khung tại vị trí x.
l: chiều dài làm việc của cảm biến. l W: số vòng dây.
Hình 3.16: Cảm biến điện trở phi tuyến
R0 là điện trở toàn bộ của cảm biến.
S là tiết diện dây quấn.
rx là điện trở ứng với vị trí x.
3.3.2.5. Cảm biến điện trở tiếp xúc (biến trở than)
Dựa trên nguyên lí sự thay đổi điện trở tiếp xúc giữa các hạt than khi lực ép lên (áp lực) trên chúng thay đổi.
Cấu tạo: gồm các hạt than được kết dính theo một phương pháp nhất định thành các đĩa
đường kính từ 5 đến 30 mm dày 1mm đến 2mm. Mỗi cảm biến gồm 10 đến 15 đĩa than
xếp chồng lên nhau và có điện trở khoảng vài chục Ôm. Để tăng độ ổn định khi làm việc
cảm biến được đặt dưới áp suất ban đầu (khi không tải) khoảng 20kg/cm2, áp suất lớn nhất
khi làm việc (có tải) đến (50 ÷ 60) kg/cm2 thì điện trở cảm biến giảm (20 ÷ 30)%. Đại
lượng vào là lực F ra là Rk đặc tính vào ra như hình 3.17.
Quan hệ Rk = f(F) mô tả theo công thức: Trang 69
Bài giảng Khí cụ điện K R   R (3.4) k m k0 F
Trong đó: K: hệ số phụ thuộc vật liệu đĩa than
m: hệ số phụ thuộc dạng tiếp xúc
Rk0: điện trở tới hạn với áp lực ép tới
Nếu cảm biến gồm n đĩa thì: K R  n 1  R (3.5) k   m k0 F R
Quan hệ Rk = f(F) là phi tuyến khi F
tăng đến một giá trị nào đó thì Rk không
giảm nữa và có tính chất trễ như đặc tính F
hình 6.5 là do tính chất không đàn hồi của 2
vật liệu tạo nên. Đây là một nguyên nhân 1
gây ra sai số, ngoài ra khi nhiệt độ  tăng I
thì điện trở cảm biến giảm ( tăng do môi
trường hoặc do tổn hao trong cảm biến). F(kg)
Ưu điểm: đơn giản, chất tạo từ vật liệu a) b)
rẻ tiền, công suất tương đối lớn tới hàng Hình 3.17: Cảm biến điện trở tiếp xúc
trăm W và dòng qua đến vài A, không cần
cơ cấu khuếch đại. Thường dùng đo áp lực và đặc tính
và trong các bộ phận tự động điều chỉnh
điện áp máy phát một chiều và xoay chiều.
3.3.2.6. Cảm biến kiểu biến dạng (tenzô)
Ta biết rằng khi có lực tác dụng vào vật dẫn thì kích thước và cấu trúc của chúng sẽ thay
đổi làm điện trở thay đổi. Lợi dụng tính chất này người ta chế tạo cảm biến biến dạng dùng
để đo và kiểm tra các lực biến dạng cơ của các chi tiết máy, có loại kiểu dây quấn, kiểu bán dẫn.
3.3.3. Cảm biến điện cảm
3.3.3.1. Cảm biến có điện cảm thay đổi
Hình 3.18 là loại cảm biến điện cảm đơn giản nếu bỏ qua từ trở lõi thép, từ thông rò và
từ thông tản khe hở không khí làm việc thì ta có điện cảm. L  W2G  W  2 S (H) (3.6)  . 0 
Với: W là số vòng dây cuộn dây
µ0: = 1,25.10-6 [H/m] là độ từ thẩm
S: tiết diện ngang mạch từ [ m2]. Trang 70
Bài giảng Khí cụ điện
: chiều dài khe hở làm việc [m]. Ta có: U U I   (3.7) 2 2 2 2 2 (R  R)  (w ) L R  (2 f  W G ) T 0 
Trong đó: RT: điện trở tải R: điện trở cuộn dây
Điện cảm L sẽ thay đổi nếu ta làm thay đổi khe hở ô, diện tích S hoặc độ từ thẩm µ, dẫn
đến dòng điện i biến thiên tương ứng. Ứng dụng hiện tượng này người ta chế tạo các loại
cảm biến điện cảm khác nhau.
3.3.3.2. Sai số của cảm biến
Sai số của cảm biến chịu ảnh hưởng của nhiều  yếu tố như:
+ Độ ổn định của biên độ và tần số nguồn cung u cấp R
+ Anh hưởng của nhiệt độ đến điện trở dây quấn
và kích thước khe hở làm việc.
3.3.3.3. Nhược điểm I, L x
Cảm biến điện cảm có các nhược điểm sau:
+ Xuất hiện lực hút điện từ tác dụng lên phần L
ứng, tạo ra phụ tải cơ trên phần tử cần đo lường,
kiểm tra nên dẫn đến giảm độ chính xác khi cảm biến làm việc. I 
+ Dòng trong mạch luôn khác không, giá trị nhỏ
nhất của nó ứng với vị trí khe hở ô bé nhất (diện
Hình 3.18: a) Sơ đồ; b) Đặc
tích S lớn nhất) và bằng dòng từ hóa i0. Điều này
tính cảm biến có khe hở làm
không thuận tiện trong quá trình đo lường và làm việc thay đổi việc.
+ Vì cảm biến có khe hở ô lớn, để giảm kích thước và giá thành thì dùng nguồn cung
cấp có tần số cao (100 ÷ 3000) Hz và lớn hơn.
Ứng dụng cảm biến điện cảm như trong thiết bị tự động đo áp suất bình hơi từ xa, ...
Ngoài ra còn cảm biến kiểu biến điện áp, biến áp vi sai và cảm biến đàn hồi từ.
3.3.4. Cảm biến cảm ứng, cảm biến điện dung, cảm biến điểm
3.3.4.1. Nguyên lí cảm biến cảm ứng
Làm việc dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Nếu từ thông móc vòng qua cuộn dây
thay đổi thì sẽ xuất hiện một sức điện động cảm ứng trên cuộn dây. Loại này được chế tạo Trang 71
Bài giảng Khí cụ điện
làm hai loại, cuộn dây chuyển động trong từ trường và cuộn dây đứng yên trong từ trường biến thiên.
Ứng dụng: làm cảm biến đo tốc độ.
3.3.4.2. Cảm biến điện dung
Nguyên lí: sự thay đổi thông số cần đo dẫn đến thay đổi thông số của điện dung tụ điện
(khoảng cách hay bề mặt diện tích đặt lực thay đổi).
3.3.4.3. Cảm biến điểm
Là loại đơn giản nhất, đại lượng vào là độ chuyển dời, còn đại lượng ra là trạng thái
đóng hay mở (độ dẫn điện của hệ thống tiếp điểm).
Với một khoảng chuyển dời quy định nào đó tiếp điểm của nó sẽ đóng hay mở làm xuất
hiện tín hiệu ra cho ta biết độ dịch chuyển (độ dời lớn hay nhỏ so với quy định).
Dùng trong kiểm tra kích thước và phân loại chi tiết theo kích thước.
3.3.4. Cảm biến quang
3.3.4.1. Tế bào quang dẫn
Các tế bào quang dẫn là một trong những cảm biến quang có độ nhạy cao. Cơ sở vật lí
của tế bào quang dẫn là hiện tượng quang dẫn do kết quả của hiệu ứng quang điện nội (hiện
tượng giải phóng hạt tải điện trong vật liệu dưới tác dụng của ánh sáng làm tăng độ dẫn điện của vật liệu).
a) Vật liệu để chế tạo cảm biến
Cảm biến quang thường được chế tạo bằng các chất bán dẫn đa tinh thể đồng nhất hoặc
đơn tinh thể, bán dẫn riêng hoặc bán dẫn pha tạp, ví dụ như:
+ Đa tinh thể: CdS, CdSe, CdTe, PbS, PbSe, PbTe.
+ Đơn tinh thể: Ge, Si tinh khiết hoặc pha tạp Au, Cu, Sb, In, SbIn, AsIn, PIn, CdHgTe.
Vùng phổ làm việc của các vật liệu này khác nhau. b) Các đặc trưng
Điện trở: giá trị điện trở tối Rc0 phụ thuộc vào dạng hình học, kích thước, nhiệt độ và
bản chất lí hóa của vật liệu quang dẫn. Điện trở Rc của cảm biến khi bị chiếu sáng giảm rất
nhanh khi độ rọi tăng lên. Sự phụ thuộc của điện trở vào thông lượng ánh sáng không tuyến
tính, tuy nhiên có thể tuyến tính hóa bằng cách sử dụng một điện trở mắc song song với tế bào quang dẫn.
Độ nhạy: độ dẫn của tế bào quang dẫn là tổng của độ dẫn trong tối và độ dẫn khi chiếu
sáng. Độ nhạy phổ là hàm của nhiệt độ nguồn sáng: khi nhiệt độ tăng thì độ nhạy phổ tăng lên.
c) Ứng dụng của tế bào quang dẫn
Tế bào quang dẫn được ứng dụng nhiều bởi chúng có tỉ lệ chuyển đổi tĩnh và độ nhạy Trang 72
Bài giảng Khí cụ điện
cao cho phép đơn giản hóa trong việc ứng dụng (ví dụ điều khiển các rơle hình 3.19).
Nhược điểm chính của tế bào quang dẫn là:
+ Hồi đáp phụ thuộc một cách không tuyến tính vào thông lượng.
+ Thời gian hồi đáp lớn.
+ Các đặc trưng không ổn định (già hóa).
+ Độ nhạy phụ thuộc vào nhiệt độ.
+ Một số loại đòi hỏi phải làm nguội.
Người ta không dùng tế bào quang dẫn để xác định chính xác thông lượng. Thông
thường chúng được sử dụng để
phân biệt mức sáng khác nhau
(trạng thái tối - sáng hoặc xung ánh
sáng). Thực tế thì tế bào quang dẫn
thường ứng dụng trong hai trường hợp:
+ Để điều khiển rơle thì khi có
thông lượng ánh sáng chiếu lên tế
bào quang dẫn, điện trở của nó
giảm đáng kể đủ để cho dòng điện
I chạy qua tế bào. Dòng điện này b) a)
được sử dụng trực tiếp hoặc thông
qua khuếch đại để đóng mở rơle.
Hình 3.19: Dùng tế bào quang dẫn để điều khiển rờ le
+ Thu tín hiệu quang dùng để
biến đổi xung quang thành xung điện. Sự
a )n gđiắtề quãnểg của
ự xunếgp; ábn) hđ isềáng chểiếu lên tếế bào
quang dẫn sẽ được phản ánh trung thực qua xung điện của mạch đo, ứng dụng để đo tốc
độ quay của đĩa hoặc đếm vật. 3.3.4.2. Cáp quang
a) Cấu tạo và các tính chất chung
Hình 6.8 biểu diễn dạng đơn giản
của cáp quang. Nó gồm một lõi với
chiết suất n1 bán kính a (10 đến
100µm) và một vỏ có chiết suất n2 < n1
dày khoảng 50µm. Vật liệu để chế tạo cáp quang bao gồm:
Hình 3.20: Môi trường có chiết suất khác nhau
+ SiO2 tinh khiết hoặc pha tạp nhẹ.
+ Thủy tinh, thành phần của SiO2 và phụ gia Na2O3, B2O3, PbO,..
+ Polime (trong một số trường hợp).
Ở mặt phân cách giữa hai môi trường có chiết suất tương ứng bằng n1 và n2 các góc 1 Trang 73
Bài giảng Khí cụ điện
và 2 do tia sáng tạo thành với đường trực giác của mặt phẳng (hình 3.20) liên hệ với nhau bởi biểu thức Descates n1sin1 = n2sin2 (3.8)
Khi n1> n2 sẽ xảy ra phản xạ toàn phần nếu:
Hình 3.21: a) Khúc xạ trên mặt phân cách giữa hai môi trường; b) Phản xạ toàn phần trong cáp quang 1> arcsin(n2/n1) = 0
Với điều kiện như vậy, trong cáp quang tia sáng sẽ bị giam giữ trong lõi và được truyền
đi bằng phản xạ liên tục nối tiếp nhau (hình 3.21b).
b) Ứng dụng của cáp quang
+ Trong truyền tin: đây là ứng dụng quan trọng nhất, truyền thông tin dưới dạng tín hiệu
ánh sáng lan truyền trong cáp quang là để tránh các tín hiệu điện từ kí sinh hoặc để đảm
bảo cách điện giữa mạch điện nguồn và máy thu. Trong ứng dụng này thông tin được truyền
đi chủ yếu bằng cách mã hóa các xung ánh sáng. Đôi khi người ta có thể truyền thông tin
đi bằng cách biến điệu biên độ hoặc tần số của ánh sáng. Khi thiết lập một đường dây
truyền tin bằng cáp quang, phải đánh giá công suất của tín hiệu thu được cũng như sự tiêu
hao năng lượng do cáp quang và các mối nối gây ra.
+ Quan sát và đo bằng phương tiện quang học: cáp quang cho phép quan sát hoặc đo
đạc bằng các phương pháp quang ở những chỗ khó tiếp cận hoặc trong các môi trường
độc hại. Sử dụng cáp quang có thể dẫn ánh sáng tới được những vị trí mà trong điều kiện
bình thường ánh sáng không thể chiếu tới được.
3.4. Khởi động mềm 3.4.1. Khái niệm
Khởi động mềm là thiết bị được sử dụng để hỗ trợ quá trình khởi động của động cơ
điện AC, giúp bảo vệ động cơ khỏi bị hư hại do dòng điện lớn đột ngột khi khởi động và
tránh sụt áp hệ thống lưới điện bằng cách tăng dần điện áp cấp vào động cơ từ một mức
điện áp định trước lên đến điện áp định mức (để dừng mềm thì ngược lại). Trang 74
Bài giảng Khí cụ điện
3.4.2. Mục đích của khởi động mềm
Một trong những công dụng lớn nhất của phương pháp khởi động mềm là khả năng để
điều chỉnh mô men một cách rất chính xác khi cần thiết cho dù ứng dụng có tải hay không.
Khởi động mềm giúp làm giảm đi những ảnh hưởng cơ khí nặng nề cho các thiết bị máy
móc, từ đó giúp cho chi phí bảo trì được giảm một cách đáng kể.
Ngoài ra một công dụng khá nổi bật của bộ khởi động mềm là chức năng dừng mềm,
chức năng này thực sự là hữu ích khi dừng bơm, nơi mà xảy ra các hiện tượng búa nước
khi dừng trực tiếp như trong khởi động sao, khởi động tam giác và khởi động trực tiếp.
Mục đích sử dụng khởi động mềm: 
Khởi động êm, nhẹ nhàng & tránh sụt áp đột ngột 
Làm tăng tuổi thọ của các động cơ và cơ cấu cơ khí chấp hành. 
Kết nối và truyền thông với những hệ thống điều khiển ở trung tâm. 
Bảo vệ được quá áp, quá dòng, mất pha động cơ. 
Giảm tổn thất điện năng và đặc biệt không làm ảnh hưởng đến chất lượng của lưới điện.
3.4.3. Đặc điểm của khởi động mềm 
Dừng tự do theo quán tính: Nếu như điện áp cấp bị cắt một cách trực tiếp, động cơ
sẽ vẫn tiếp tục chạy theo quán tính cho tới khi dừng trong một khoảng thời gian xác định.
Thời gian dừng cùng với mômen quán tính nhỏ có thể rất ngắn, lưu ý cần tránh trường hợp
này đề phòng sự phá huỷ về cơ và dừng tải đột ngột không mong muốn. 
Dừng mềm: Nhờ chức năng dừng mềm mà điện áp của động cơ khởi động mềm
được giảm một cách từ từ và rất nhanh chỉ trong khoảng thời gian từ 1 – 20 giây (tuỳ thuộc vào yêu cầu). 
Tiết kiệm được năng lượng khi non tải: Nếu động cơ điện vận hành không tải hay
non tải thì trong trường hợp này khởi động mềm giúp tiết kiệm được tối đa điện năng nhờ
giảm điện áp động cơ.
3.4.4. Cấu tạo của khởi động mềm
Bộ khởi động mềm bao gồm: 
Bộ phận điều khiển có màn hình và bàn phím điều khiển 
Điều khiển số với các ngõ ra chức
năng: rơle báo trạng thái, điều khiển thời
gian khởi động bằng biến trở hay bằng
màn hình, điều khiển bảo vệ chống quá
nhiệt, quá tải, các cổng kết nối truyền thông Profibus, Modbus. Trang 75
Bài giảng Khí cụ điện 
Thyristor hay SCR được sử dụng với chức năng chính là điều khiển và đóng ngắt dòng điện.
3.22: Cấu tạo khởi động mềm 
Bộ phận quạt làm mát và bộ phận có chức năng Hìtả n n h nhiệt.  Phần vỏ bảo vệ.
3.4.5. Nguyên lý làm việc của khởi động mềm
Cấu tạo của khởi động mềm gồm 3 cặp thyristor (SCR) đấu song song ngược. Ở trạng
thái ngắt điện, thyristor ngăn không cho dòng điện chạy qua, khi ở trạng thái mở thì
thyristor mở dần góc kích (góc mở của các van bán dẫn) cho phép dòng điện chạy qua một
cách từ từ, động cơ bắt đầu khởi động và tăng tốc dần lên.
Điện áp được điều khiển bằng cách điều khiển góc mở của van. Khi van mở hoàn toàn,
điện áp đạt đến giá trị điện áp định mức và lúc đó động cơ sẽ đạt đến tốc độ tối đa cho
phép. Vì mô-men động cơ tỉ lệ với bình phương của điện áp, còn dòng điện tỉ lệ với điện
áp, mô-men gia tốc, chính vì vậy dòng điện khởi động được hạn chế thông qua điều chỉnh
trị số hiệu dụng của điện áp.
Khi động cơ đạt đến tốc độ định mức, contactor bypass trong khởi động mềm được đóng
lại, hệ thống tự động bypass qua điện lưới mà không qua bộ thyristor.
Hình 3.23: Nguyên lý hoạt động của khởi động mềm
Như vậy, có thể thấy nguyên lý hoạt động của khởi động mềm hoàn toàn dựa trên việc
điều khiển điện áp khi khởi động và dừng, có nghĩa là trị số hiệu dụng của điện áp là thay
đổi. Nếu dừng động cơ thì mọi tín hiệu kích mở thyristor sẽ bị cắt và dòng điện dừng ngay
tại điểm qua không kế tiếp của điện áp nguồn. Trang 76
Bài giảng Khí cụ điện
3.4.6. Ưu, nhược điểm của khởi động mềm 3.4.6.1. Ưu điểm 
Ưu điểm lớn nhất của khởi động soft starter là có độ bền rất cao và tiết kiệm được
không gian cho việc lắp đặt. 
Có những chức năng điều khiển và bảo vệ, khoảng điện áp sử dụng dao động từ
200V – 500V với tần số từ 45Hz đến 65Hz. 
Có phần mềm chuyên dụng để đi kèm và việc lắp đặt các chức năng dễ dàng.
3.4.6.2. Nhược điểm 
Nhược điểm của phương pháp khởi động này là giá thành khá cao so với các phương pháp truyền thống. 
Moment không hoạt động hết công suất trong suốt quá trình khởi động. 
Khởi động soft starter chỉ có chức năng chính là giúp động cơ trong quá trình khởi
động chứ không đảo chiều và điều chỉnh được tốc độ của động cơ. 
Quá trình lắp đặt và vận hành khá khó khăn, đòi hỏi những tay nghề có chuyên môn cao, vững vàng.
3.4.7. Ứng dụng của khởi động mềm
Hiện nay với những chức năng và vai trò quan trọng, bộ khởi động mềm được ứng dụng
trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Dưới đây là những ứng dụng thực tế của khởi động mềm: 
Yêu cầu động cơ tăng tốc và tăng momen xoắn từ từ khi khởi động hoặc dừng động cơ 
Hạn chế dòng khởi động cao cho các động cơ lớn để tránh các vấn đề về sụt áp lưới
điện hoặc hư hỏng động cơ 
Kiểm soát tốc độ khởi động để tránh mômen xoắn hoặc lực căng đột ngột gây hư
hỏng cho các hệ thống cơ khí như băng tải, hệ thống dẫn động bằng dây đai, bánh răng, khớp nối 
Ứng dụng động cơ bơm để tránh tăng áp đột ngột khi bắt đầu bơm, gây búa nước làm vỡ đường ống. 3.5. Biến tần 3.5.1. Khái niệm
Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn dây bên trong động cơ,
qua đó có thể điều khiển tốc độ động cơ một cách vô cấp không chỉ khi khởi động động cơ
mà trong suốt quá trình hoạt động của thiết bị.
3.5.2. Lợi ích của biến tần
- Dễ dàng thay đổi tốc độ động cơ, đảo chiều quay động cơ.
- Giảm dòng khởi động so với phương pháp khởi động trực tiếp, khởi động sao-tam giác
nên không gây ra sụt áp hoặc khó khởi động.
- Quá trình khởi động thông qua biến tần từ tốc độ thấp giúp cho động cơ mang tải lớn
không phải khởi động đột ngột, tránh hư hỏng phần cơ khí, ổ trục, tăng tuổi thọ động cơ.
- Sử dụng biến tần giúp tiết kiệm năng lượng đáng kể so với phương pháp chạy động cơ trực tiếp. Trang 77
Bài giảng Khí cụ điện
- Biến tần thường có hệ thống điện tử bảo vệ quá dòng, bảo vệ quá áp và thấp áp, tạo ra
một hệ thống an toàn khi vận hành.
- Biến tần được tích hợp các module truyền thông giúp cho việc điều khiển và giám sát
từ trung tâm rất dễ dàng.
3.5.3. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động 3.5.3.1. Cấu tạo
Bên trong biến tần là các bộ phận có chức năng nhận điện áp đầu vào có tần số cố định
để biến đổi thành điện áp có tần số thay đổi để điều khiển tốc độ động cơ. Các bộ phận
chính của biến tần bao gồm bộ chỉnh lưu, bộ lọc, bộ nghịch lưu IGBT, mạch điều khiển.
Ngoài ra biến tần được tích hợp thêm một số bộ phận khác như: bộ điện kháng xoay chiều,
bộ điện kháng 1 chiều, điện trở hãm (điện trở xả), bàn phím, màn hình hiển thị, module truyền thông, ...
Hình 3.24. Sơ đồ mạch điện của biến tần
3.5.3.2. Nguyên lý hoạt động
Trước tiên, nguồn điện xoay chiều 1 pha hoặc 3 pha được chỉnh lưu và lọc thành nguồn
1 chiều bằng phẳng bởi bộ chỉnh lưu cầu diode và tụ điện. Nhờ vậy, hệ số công suất cosphi
của biến tần đều có giá trị không phụ thuộc vào tải và có giá trị ít nhất là 0.96. Sau đó, điện
áp một chiều này được biến đổi (nghịch lưu) thành điện áp xoay chiều 3 pha đối xứng
thông qua hệ IGBT (transistor lưỡng cực có cổng cách ly) bằng phương pháp điều chỉnh
chế độ rộng xung (PWM).
Hình 3.25. Biến đổi tần số qua biến tần
Hệ thống điện áp xoay chiều 3 pha ở đầu ra có thể thay đổi giá trị biên độ và tần số vô
cấp tuỳ theo bộ điều khiển, từ đó thay đổi tốc độ động cơ theo yêu cầu trong suốt quá trình hoạt động. Trang 78
Bài giảng Khí cụ điện 3.5.4. Ứng dụng
Do ưu điểm vượt trội nên biến tần được sử dụng rất phổ biến trong công nghiệp và dân
dụng, đặc biệt là trong công nghiệp. Dưới đây là một số ứng dụng phổ biến không thể thiếu
biến tần: Bơm nước, quạt hút/đẩy, máy nén khí, băng tải, thiết bị nâng hạ, máy cán kéo,
máy ép phun, máy cuốn/nhả, thang máy, hệ thống HVAC, máy trộn, máy quay ly tâm, cải
thiện khả năng điều khiển của các hộp số, thay thế cho việc sử dụng cơ cấu điều khiển vô
cấp truyền thống trong máy công tác, ... Trang 79
Bài giảng Khí cụ điện CHƯƠNG 4
KHÍ CỤ ĐIỆN TRUNG, CAO ÁP
4.1. Cầu chì tự rơi (FCO, LBFCO) 4.1.1. Định nghĩa
Cầu chì tự rơi (FCO - Fuse Cut Out) thực chất là
một loại cầu dao kèm cầu chì dùng để bảo vệ các thiết
bị trên lưới trung thế khi quá tải và khi ngắn mạch.
Tính chất tự rơi của nó là tạo một khoảng hở trông thấy
được, giúp dễ dàng kiểm tra sự đóng cắt của đường dây
và tạo tâm lý an toàn cho người vận hành. FCO chỉ có
thể đóng cắt dòng không tải.
Khi có quá tải hay ngắn mạch xảy ra, dây chì chảy
ra và đứt, đầu trên của cầu chì tự động nhả chốt hãm
làm cho ống cầu chì rơi xuống tạo ra khoảng cách ly
giống như mở cầu dao. Vì thế cầu chì tự rơi làm cả hai
chức năng của cầu chì và cầu dao. 4.1.2. Cấu tạo
Hình 4.1: Cầu chì tự rơi (FCO)
Cầu chì tự rơi gồm 3 phần chính:
– Khung đỡ: Với hình trạng chữ “C” và nhiệm vụ của nó là nâng đỡ ống chì và sứ cách điện.
– Ống chì: Làm bằng sợi thủy tinh, mang chống hồ quang quẻ. Với khả năng hoán đổi
vị trí cho nhau và hoạt động như một dao cắt đơn thuần, lúc xảy ra sự cố thì phần ống chì
sẽ rơi xuống và treo lủng lẳng trên khung đỡ. Người vận hành mang thể dễ dàng phát hiện ra và khắc phục. – Dây chì
Hoạt động của cầu chì tự rơi dựa theo nguyên lý tự uốn cong hoặc tan chảy khỏi mạch
điện lúc mà cường độ dòng điện tăng thất thường. Do đó, loại cầu chì này phải được làm
từ những chất liệu mang nhiệt độ nóng chảy với kích thước và thành phần thích hợp. Tuy
nhiên, tùy theo từng loại cầu chì tự rơi và yêu cầu sử dụng cụ thể mà những phòng ban như
chấu mắc, nắp cầu chì và một số phòng ban phụ
khác phải được thiết kế khác nhau.
Theo đó, lúc xảy ra hiện tượng quá tải hay
ngắn mạch thì dây chì sẽ tự động chảy ra và đứt,
phần đầu phía trên của cầu chì tự động nhả chốt
hãm làm cho ống cầu chì rơi xuống tạo ra khoảng
cách ly giống như mở cầu dao.
4.1.3. LBFCO (Load Break Fuse Cut Out)
LBFCO thực chất là FCO được trang bị thêm
buồng dập hồ quang vì vậy nó có thể đóng cắt dòng tải nhỏ.
Hình 4.2: Cầu chì tự rơi (LBFCO)
4.2. Máy cắt tự đóng lại Recloser
Phần lớn sự cố trong hệ thống phân phối điện là sự cố thoáng qua. Chính vì vậy, để tăng
cường độ liên tục cung cấp điện cho phụ tải, thay vì sử dụng máy cắt người ta sử dụng máy
cắt thường đóng lại (Recloser). Thực chất máy cắt tự đóng lại là máy cắt có kèm thêm bộ Trang 80
Bài giảng Khí cụ điện
điều khiển cho phép người ta lập trình số lần đóng cắt lập đi lập lại theo yêu cầu đặt trước.
Đồng thời đo và lưu trữ 1 số đại lượng cần thiết như : U, I, P, thời điểm xuất hiện ngắn mạch,…
Khi xuất hiện ngắn mạch Recloser mở ra (cắt
mạch) sau 1 thời gian t1 nó sẽ tự đóng mạch. Nếu
sự cố còn tồn tại nó sẽ cắt mạch, sau thời gian t2
Recloser sẽ tự đóng lại mạch. Và nếu sự cố vẫn
còn tồn tại nó sẽ lại cắt mạch và sau thời gian t3
nó sẽ tự đóng lại mạch 1 lần nữa và nếu sự cố
vẫn còn tồn tại thì lần này Recloser sẽ cắt mạch
luôn. Số lần và thời gian đóng cắt do người sử dụng lập trình. Hình 4.3: Recloser
Recloser thường được trang bị cho những
đường trục chính công suất lớn và đường dây dài đắt tiền.
4.3. Máy cắt phụ tải LBS (Load Break Switch)
Máy cắt phụ tải có cấu tạo tương tự như Recloser nhưng không có cuộn đóng, cuộn cắt
và bộ điều khiển từ xa hoặc kết hợp với bảo vệ rơle thực hiện chức năng bảo vệ.
LBS có thể đóng mở mạch lúc đầy tải. Việc đóng mở LBS thường được thực hiện bằng
xào và ngay tại nơi đặt LBS. Để thực hiện chức năng bảo vệ LBS phải sử dụng kết hợp với cầu chì.
4.4. Dao cách ly, dao ngắn mạch, máy cắt phân đoạn LTD
4.4.1. Dao cách ly (DS - Distance Switch) 4.4.1.1. Khái niệm
Dao cách ly là khí cụ điện dùng để đóng cắt mạch điện cao áp ở chế độ không tải
hoặc không dòng điện và tạo nên khoảng cách điện an toàn có thể nhìn thấy được,
đảm bảo an toàn tuyệt đối cho việc lắp đặt, bảo dưỡng, sửa chữa lưới điện sau dao cách ly.
Ở trạng thái đóng, dao cách ly
phải chịu được dòng điện định mức
dài hạn và dòng điện sự cố ngắn
hạn như dòng ổn định nhiệt ổn định điện động.
Trong mạch điện, dao cách ly
thường được lắp đặt trước các thiết Hình 4.4: Dao cách ly
bị bảo vệ như cầu chì, máy cắt. Ở
trạng thái đóng, dao nối đất ở trạng
thái hở mạch cách ly phần mang điện với đất. Ở trạng thái cắt của dao cách ly, dao
nối đất sẽ tự động nối phần mạch điện sau dao cách ly với đất để phóng điện áp dư
trong mạch cắt, đảm bảo an toàn. Thao tác của cụm dao cách ly – máy cắt như sau:
trong quá trình đóng, dao cách ly đóng trước, máy cắt đóng sau, còn trong quá trình Trang 81
Bài giảng Khí cụ điện
cắt, máy cắt được cắt trước, sau đó đến dao cách ly. Để tránh thao tắc nhầm, thường
giữa dao cách ly và máy cắt có cơ cấu khóa liên động.
4.4.1.2. Yêu cầu chính của dao cách ly
- Phải đảm bảo cách ly an toàn, rõ ràng;
- Ở trạng thái đóng phải chịu được dòng điện dài hạn và có độ bền nhiệt, độ bền
điện động cần thiết.
- Phải làm việc tin cậy trong điều kiện phức tạp, nhất là các dao cách ly lắp đặt ngoài trời.
- Kết cấu đơn giản, dễ thao tác, dễ bảo trì.
Việc lựa chọn dao cách ly dựa vào điều kiện lắp đặt, điện áp định mức và dòng
điện định mức của tải, đồng thời phải kiểm tra độ bền nhiệt và điện động. 4.4.1.3. Phân loại
Theo kết cấu, dao cách ly có hai loại: dao cách ly một pha, việc thao tác riêng lẻ
từng pha; dao cách ly ba pha, việc thao tác đồng thời cho cả ba pha nhờ trục truyền động chung.
Theo môi trường lắp đặt, dao cách ly có hai loại: dao cách ly đặt trong nhà, dao
cách ly đặt ngoài trời. Loại đặt ngoài trời thường có kích thước lớn hơn.
Theo hướng truyền động của tiếp điểm: dao cách ly kiểu chém, kiểu quay hai
trụ, kiểu quay ba trụ, kiểu trượt, kiểu khung xếp và kiểu khung treo.
4.4.2. Dao ngắn mạch
Dao ngắn mạch là thiết bị điện tự động, nhanh chóng nối ngắn mạch lưới khi có
tín hiệu sự cố, tạo dòng ngắn mạch cho máy cắt tác động.
Dao ngắn mạch thường được sử dụng trong các trạm biến áp để thay thế máy cắt,
giảm chi phí lắp đặt nhưng vẫn đảm bảo độ tin cậy cung cấp điện.
Với lưới điện có trung tính nối đất, chỉ cần dung một dao ngắn mạch. Còn ở lưới
điện trung tính cách ly, phải dùng hai dao ngắn mạch, có các tiếp điểm động nối với
nhau để tạo nên dòng ngắn mạch hai pha, đủ lớn cho máy cắt tác động.
Tuổi thọ của dao ngắn mạch có thể đạt 2000 lần thao tác. Nhược điểm chính của
loại dao ngắn mạch kiểu hở là kích thước lớn và tiếp điểm chịu tác động của môi
trường nên cần phải bảo dưỡng. Mặt khác, vì cách điện là không khí nên khoảng
cách giữa hai tiếp điểm lớn nên thời gian tác động lớn (0.5 đến 1 giây).
Ở hệ thống điện hiện đại, yêu cầu thời gian tác động của dao ngắn mạch bé,
khoảng 0.08 đến khoảng 0.12 giây. Dao ngắn mạch kiểu chân không và khí SF6 đáp
ứng được yêu cầu này, trong đó dao ngắn mạch khí SF6 có ưu điểm hơn vì có thể
chế tạo cho mọi cấp điện áp, khả năng chịu dòng điện lớn hơn.
4.4.3. Máy cắt phân đoạn LTD
LTD có cấu tạo tương tự như dao cách ly nhưng được đặt trên đường dây thay vì
trên cột như DS. Việc thực hiện đóng mở LTD được thực hiện thông qua xào cách điện. Trang 82
Bài giảng Khí cụ điện
4.5. Máy biến dòng điện, máy biến điện áp
4.5.1. Máy biến dòng điện
Máy biến dòng điện (BD, BI, CT, TI) còn gọi là biến dòng, là thiết bị điện biến đổi dòng
điện sơ cấp có trị số lớn, điện áp cao xuống dòng điện thứ cấp có trị số tiêu chuẩn (thường
là 5A và 1A), điện áp an toàn để cấp cho các mạch đo lường, điều khiển và bảo vệ.
Ở mạch điện xoay chiều, nguyên lý làm việc của biến dòng điện tương tự như máy biến
áp. Cuộn dây sơ cấp của biến dòng có số vòng rất nhỏ, có khi chỉ một vài vòng, còn cuộn
thứ cấp có số vòng nhiều hơn và luôn được nối đất đề phòng khi cách điện giữa sơ và thứ
cấp bị chọc thủng thì không
nguy hiểm cho dụng cụ phía
thứ cấp va người phục vụ. I 1
Phụ tải thứ cấp của biến dòng I 2
điện rất nhỏ vì vậy có thể coi
biến dòng luôn làm việc ở Z T1
trạng thái ngắn mạch. Trong Z T2 trườ W
ng hợp không có tải phải W r , x 1 2, 2 2
nối đất cuộn thứ cấp để tránh quá điện áp cho nó.
Sơ đồ đấu dây của biến
dòng trong mạch điện được
Hình 4.5: Sơ đồ máy biến dòng
trình bày như hình. Tải của biến dòng được đấu vào cuộn thứ cấp w2 của nó và một đầu
được nối đất, thứ tự đầu và cuối của các cuộn dây máy biến dòng thường được phân biệt,
đầu cuộn dây đánh dấu “sao”
4.5.2. Máy biến điện áp
Biến điện áp (BU, TU, PT, VT) là thiết bị điện dùng để biến đổi điện áp từ trị số lớn
xuống trị số điện áp thấp tiêu chuẩn, an toàn để dùng cho đo lường điện, điều khiển và bảo vệ. A B C A a a X x b A a c X x
Hình 4.5: Sơ đồ máy điện áp 3 pha Trang 83
Bài giảng Khí cụ điện
Như vậy các dụng cụ thứ cấp được tách khỏi mạch điện cao áp nên rất an toàn cho người.
Cũng vì an toàn, một trong những đầu ra của cuộn dây thứ cấp phải được nối đất. Các dụng
cụ phía thứ cấp của BU có điện trở rất lớn nên có thể coi BU làm việc ở chế độ không tải. 4.6. Chống sét 4.6.1. Khái niệm chung
Thiết bị chống sét là khí cụ điện dùng để bảo vệ các thiết bị điện, tránh được các
hỏng hóc cách điện do quá điện áp cao từ khí quyển (thường do sét) tác động vào.
Muốn dẫn được xung điện áp cao do sét gây nên xuống đất, một đầu thiết bị chống
sét được nối với đường, đầu kia nối với đất.
4.6.2. Các yêu cầu chính
Đặc tính bảo vệ V-s của thiết bị chống sét phải nằm dưới đặc tính bảo vệ của cách điện.
Thiết bị chống sét không được tác động nhầm khi có quá điện áp nội bộ.
Điện áp dư sau khi chống sét tác động phải thấp, không gây nguy hiểm cho cách
điện của thiết bị được bảo vệ.
Nhanh chóng hạn chế và dập tắt hồ quang điện do dòng điện ngắn mạch chạm đất tạo ra.
Có tuổi thọ (số lần đóng cắt) cao.
Dựa vào nguyên lí làm việc ta có khe hỡ phóng điện, chống sét ống, chống sét van
và chống sét oxyt kim loại.
4.6.3. Chọn chống sét
Điện áp định mức của chống sét phải bằng điện áp định mức của lưới.
Chống sét điện áp DC và chống sét điện áp AC.
Dòng điện ngắn mạch của lưới tại điểm đặt chống sét
phải nhỏ hơn dòng ngắn mạch mà chống sét có thể chịu được.
4.6.4. Một số thiết bị phổ biến
4.6.4.1. Khe hở phóng điện
Khe hở phóng điện là thiết bị chống sét đơn giản nhất
gồm 2 điện cực, trong đó có một điện cực nối đất còn
điện cực kia nối với mạch điện.
Hình 4.6: Khe hở phóng điện Trang 84
Bài giảng Khí cụ điện
Khi làm việc bình thường khe hở cách ly những phần tử mang điện với đất. Khi
có sóng quá điện áp chạy trên đường dây, khe hở sẽ phóng điện và truyền xuống đất.
Loại thiết bị này đơn giản, rẻ tiền. Song vì nó không có bộ phận dập hồ quang nên
khi nó làm việc bảo vệ rơ le có thể làm cắt mạch điện. Vì vậy khe hở phóng điện
thường dùng làm bảo vệ phụ hay làm một bộ phận trong các loại chống sét khác.
4.6.4.2. Chống s攃Āt ống Hình 4.7: Chống sét ống
1. Điện cực ngoài, 2. Mũi kim loại, 3. Vỏ ống, 4. Điện cực kim loại,
5. Bulông, 6. Điện cực hình xuyến, 7. Ống kim loại, 8. Lá chắn,
l1. khoảng cách phóng điện chính, l2. khoảng cách phóng điện phụ
Chống sét ống có cấu tạo như hình. Ống 3 bằng vật liệu cách điện tự sinh khí, bên
trong có điện cực 4, một đầu nối với mũ kim loại 9. Điện cực thứ hai là tấm kim loại
hình tròn 6, có lỗ ở giữa, được gán với ống kim loại 7 có các bu lông 5 để cố định
và được nối đất. Cuối ống 7 có lá chắn 8 tạo nên buồng dãn khí. Khoảng cách phóng
điện chính l1 và khoảng cách phóng điện phụ l2 nối tiếp nhau. Khoảng cách phụ l2
dùng để ngăn chặn dòng điện rò trên bề mặt cách điện của ống 3 và để hiệu chỉnh điện áp phóng điện.
Khi xảy ra quá điện áp, quá trình phóng điện thực hiện qua 2 khe hở phóng điện
nối tiếp l1, l2. Dòng điện xung và dòng điện xoay chiều đi qua chống sét. Dưới tác
dụng của hồ quang, vật liệu tự sinh khí bối hơi và tạo nên áp suất khí ở ống 3 và thổi
hồ quang qua lỗ của tấm 8, vào buồng giãn khí. Hồ quang sẽ được dập tắt khi dòng
điện xoay chiều đi qua trị số 0.
Chống sét ống có cấu tạo đơn giản, giá thành thấp nhưng khả năng cắt bị hạn chế
(đến khoảng 20 kA), vì vậy nó chỉ dung để bảo vệ đường dây công suất truyền tải
thấp và không có dây chống sét. Trang 85
Bài giảng Khí cụ điện
4.6.4.3. Chống sét van (Lingtning Arrster – LA)
Là 1 loại thiết bị dùng để bảo vệ các trạm biến áp, các thiết bị quan trọng trên lưới
và đầu các đường cáp ngầm tránh khỏi sự cố khi có quá điện áp cảm ứng do sét đánh,
cũng như quá điện áp nội bộ, LA được đặt trước và song song với thiết bị được bảo vệ.
1. Lò xo chịu nén, 2. Vòng đệm 3. Mặt bích kim loại
4. Vỏ cách điện, 5. Điện cực 6. Điện trở phân áp
7. Điện trở phi tuyến,8. Đế chống sét b. Khối khe hở
9. Vòng đệm mica, 10. Vỏ cách điện 11. Lớp điện cực, 12. Tấm ép kim loại
Bộ phận chủ yếu của chống sét van là
cột chuỗi các khe hở phóng điện ghép nối
tiếp với cột chuổi các điện trở phi tuyến Hình 4.8: Chống sét van
được đặt trong vỏ cách điện kín.
Điện cực trên là mũ của cách điện nối với dây dẫn, còn điện cực dưới được nối với đất.
Là 1 loại thiết bị dùng để bảo vệ các trạm biến áp, các thiết bị quan trọng trên lưới
và đầu các đường cáp ngầm tránh khỏi sự cố khi có quá điện áp cảm ứng do sét đánh,
cũng như quá điện áp nội bộ, LA được đặt trước và song song với thiết bị được bảo vệ.
Khi có quá điện áp, các khe hở sẽ phóng điện và trị số của điện trở phi tuyến lúc
này cũng rất nhỏ cho dòng điện đi qua. Sau khi quá điện áp được đưa xuống đất thì
điện áp dư đặt lên chống sét van nhỏ dưới mức đã định làm điện trở phi tuyến trở
lên rất lớn, ngăn không cho dòng điện đi qua. Khi dòng xoay chiều đi qua trị số 0 thì
hồ quang sẽ tự động bị dập tắt.
Trong điều kiện bình thường, điện áp đặt lên chống sét van là điện áp pha của lưới
điện. Lúc này điện trở phi tuyến có trị số rất lớn hay nói cách khác là nó cách điện.
Nhưng khi xuất hiện quá điện áp thì nó sẽ phóng điện trước thiết bị mà nó bảo vệ,
trị số điện trở phi tuyến giảm xuống rất bé và dẫn dòng xung xuống đất. Khi tình
trạng quá điện áp đã qua, chống sét van trở về trạng thái cách điện như lúc ban đầu Trang 86
Bài giảng Khí cụ điện CHƯƠNG 5
MẠCH ĐIỆN CÔNG NGHIỆP
Mạch điện công nghiệp là các mạch điện dùng để điều khiển dây chuyền sản xuất trong
công nghiệp, từ những dây chuyền tự động đơn giản đến những dây chuyền tự động phức tạp.
Đối tượng điều khiển trong mạch điện là động cơ điện, chủ yếu là động cơ không đồng bộ ba pha.
Một mạch điện công nghiệp bao gồm 2 phần là mạch điều khiển và mạch động lực.
Mạch điều điều khiển có vai trò là điều khiển mạch động lực hoạt động theo nguyên lý
thiết kế. Mạch điều khiển thông thường sử dụng nguồn điện xoay chiều 220VAC hoặc
nguồn một chiều 24VDC. Mạch điều khiển là sự kết hợp có tổ chức của các tiếp điểm phụ
(tiếp điểm điều khiển) và cuộn dây của các khí cụ điện. Mạch điều khiển được bảo vệ bảo
áptômát 1 pha. Mạch động lực là mạch điện dùng để cấp nguồn cho động cơ điện, nó là sự
kết hợp của các tiếp điểm động lực của các khí cụ điện. Mạch động lực luôn được bảo vệ bởi áptômát 3 pha.
Khi sử dụng mạch điện công nghiệp, người vận hành chỉ tiếp xúc với mạch điều khiển
mà không trực tiếp với mạch động lực. Điều này rất an toàn cho người vận hành. Khi sử
dụng mạch điện công nghiệp, áptômát được đóng ngắt bằng tay ở trạng thái không tải.
5.1. Lắp đặt khí cụ điện
5.1.1. Một số phụ kiện
Đế cắm rờ le: Là thiết bị dùng để cắm rờle hoặc công tắc tơ sau đó cài lên thanh cài.
Sử dụng đế cắm rất thuận tiện cho việc thay thế và sửa chữa.
Thanh cài: Dùng để gá lắp và cố định các thiết bị điện công nghiệp trong các tủ điện.
sử dụng thanh cài sẽ giúp cho việc thay thế, sửa chữa các thiết bị điện được thuận tiện.
Bót đấu dây: Được dùng làm các “trạm” tiếp điện giữa hai đầu một tuyến dây nào đó.
Máng lồng dây: Dùng để đặt dây dẫn trên những tuyến cố định, có khỏang cách không
vượt xa (thường chỉ trong phạm vi của một tủ điện) và có yêu cầu về mức độ bảo vệ, hoặc chống ẩm không cao.
Ống lồng dây PVC: Dùng để đặt dây dẫn trên những tuyến cố định, có khỏang cách xa
(thường dùng trên những tuyến từ tủ điện đến các thiết bị tiêu thụ hoặc điều khiển dặt bên
ngoài tủ điện) và có yêu cầu về mức độ bảo vệ, hoặc chống ẩm cao.
Đánh số đầu dây: Được lồng vào dây dẫn nhằm mục đích xác định 2 đầu dây của một
dây dẫn được nhanh chóng và thuận tiện.
Thít dây: Dùng để nẹp (bó) các sợi dây trên tuyến dây di động.
Băng dán dây: Dùng để có định các bó dây thông qua thít dây
Xoắn dây: Có công dụng như thít dây nhưng dùng xắn dây cho ta các bó dây gọn hơn.
Tuy nhiên việc bó dây lâu hơn và chỉ dùng trong trường hợp bó dây ít phải thay thế
Đầu cos: Dùng để kẹp đầu dây, sau đó nối vào vít điện hoặc bó đấu dây. Các loại đầu
cos thường dùng là: Đầu cos trần (không bọc nhựa cách điện), loại này thường được dùng
để kẹp các đầu dây không tháo lắp thường xuyên, ở những vị trí có không gian hẹp, kín và
ít va chạm vào thợ vận hành khi mạch điện làm việc. Trang 87
Bài giảng Khí cụ điện
5.1.2. Lắp đặt và kiểm tra khí cụ điện trong bảng điện 5.1.2.1. Lắp đặt
Các bảng điện kiểu hở có kích thước không lớn nên trọng lượng cũng nhẹ, bốn góc bảng
khoan 4 lỗ tròn để bắt bu lông hoặc vít qua các lỗ vào tường hoặc cột nhà. Những bảng nặng
hơn phải bắt vào khung thép chôn vào tường hay cột. Các bảng điện của mạch thắp sáng đặt
ở khu nhà dân dụng thường đặt trên tường cách mặt đất từ 1,5 – 1,8 m.
Các bảng điện động lực có cầu dao đặt cách mặt đất từ 1,6 – 1,8 m. Ở những nơi sản xuất,
trong mọi trường hợp các bảng điện đều phải đặt trong tủ kim loại hoặc trong hộp kín bằng kim loại.
Các bảng điện phải được đặt thăng bằng để chúng có vị trí thẳng đứng. Khi đặt các thiết
bị phân phối điện năng cho những nơi tiêu thụ nhiều ta dùng tủ phân phối. Nếu 2 tủ đối diện,
khỏang cách bé nhất giữa chúng nên để từ 1,0 – 1,6 m để cho người ta đi lại phục vụ dễ dàng.
Những khí cụ đo điện được lắp sao cho đường trục ngang của nó nằm giữa 1,5 – 2,0 m
kể từ mặt nền. Công tơ điện và máy ghi có thể đặt thắp hơn, chiều cao từ mặt nền có thể là 0,8 m.
Khí cụ điện đóng mở hạ áp được lắp ở chiều cao thích hợp để thao tác nhẹ nhàng và
thường tính từ mặt nền là 1,4 – 1,8 m. Cầu chì nên lắp phía trước bảng để thay thế dễ dàng.
Khi lắp đặt các thiết bị điều chỉnh, biến trở, côngtắctơ, …phải kiểm tra xem xét các cuộn
dây bên trong có bị đứt hay không. Nếu cách điện không đạt, phải đem sấy bằng dòng điện
hay trong tủ sấy. Yêu cầu chính đối với việc lắp đặt các thiết bị khởi động là làm sao bắt chặt và thẳng. 5.1.2.2. Kiểm tra
Việc kiểm tra bảng điện, tủ điện, từng thiết bị tự động và điều khiển nhờ “cái dò mạch”
hay chuông theo sơ lắp đặt đã được kiểm tra trước.
Trước khi kiểm tra cần phải tháo cáp liên lạc với bên ngoài và để hở mạch những liên hệ
bên trong bảng mà có thể tạo thành mạch vòng với đèn thử.
Sơ đồ lắp pahỉ chính xác, việc lắp và kí hiệu thực tế pahỉ phù hợp nhau. Khi kiểm tra lắp
cần phải chú ý đến vị trí khối tiếp điểm của thiết bị: tiếp điểm thường đóng, thường mở của
rờle. Vị trí các tiếp điểm phải tương ứng với sơ đồ ở trạng thái không có điện của thiết bị hoặc rờle.
Sau khi kiểm tra việc lắp, phải đo điện trở cách điện các phần dẫn điện với mạch và giữa
mạch điều khiển, tín hiệu đo lường và bảo vệ. Các đầu ra của tụ điện và các dụng cụ bán dẫn
cần đấu tắt trước khi đo.
Sau khi kiểm tra việc lắp các bảng điện và từng thiết bị, ta chuyển sang kiểm tra hệ thống
cáp và các phần tử khác. Trang 88
Bài giảng Khí cụ điện
Khi kiêm tra lắp ráp nếu thấy chỗ nào chưa thật đúng, nhưng vẫn trong phạm vi cho phép
so với thiết kế thì cũng cần ghi vào sơ đồ lắp, cần trao cho người vận hành những số liệu đó
với các tài liệu, văn bản thử nghiệm.
5.1.2.3. Một vài hiện tượng hư hỏng thông thường và cách sửa chữa
* Điều kiện để đảm bảo cho khí cụ điện làm việc bình thường là:
Phải lựa chọn đúng khí cụ điện theo dòng điện và điện áp.
Chất lượng kết cấu và đặc tính kỹ thuật của khí cụ điện phải tốt.
Phải lắp ráp và điều chỉnh khí cụ điện theo đúng qui phạm lắp đặt điện.
Phải định kỳ bảo dưỡng, làm sạch và thay thế các chi tiết mau mòn trong quá trình sử dụng.
* Do điều kiện làm việc nặng các khí cụ điện thường hay bị hư hỏng do các nguyên nhân sau đây:
Việc điều khiển tự động truyền động điện trong hầu hết các máy công cụ được thực hiện
theo hàm thời gian hay hàm hành trình, làm cho các khí cụ điện phải đóng ngắt trong điều
kiện nặng nề và thường xuyên xuất hiện các quá trình quá độ trong chúng.
Tần số đóng ngắt các khí cụ điện lớn làm chấn động và mau hỏng các cơ cấu điện và lắp ghép.
Môi trường xung quanh thường có bụi gang, bụi than, dầu mỡ, hơi nước, … làm ảnh
hưởng đáng kể đến chất lượng làm việc và tuổi thọ của khí cụ điện. Để giảm ảnh hưởng này,
ngày nay người ta thường đặt các khí cụ điện trong tủ ngay trong thành máy hoặc trong tủ để ở ngoài máy.
Do lựa chọn khí cụ điện không đúng với công suất phụ tải, hoặc khi lắp khí cụ điện không
đúng làm cho giá đỡ tiếp điểm không bảng phẳng, công vênh, hoặc khí cụ điện sử dụng lâu
ngày, đóng ngắt nhiều lần làm cho bề mặt viền tiếp điểm bị ôxy hóa. Chính những nguyên
nhân trên làm cho tiếp điểm của khí cụ điện bị hư hỏng.
Bên cạnh đó, do những nguyên nhân như bị ngắn mạch cục bộ, điện áp tăng quá cao, do
nước, muối, dầu, hóa chất, … của môi trường xung quanh xâm thực chọc thủng cách điện
vòng dây, làm cho cách điện của cuộn dây khí cụ điện bị phá hủy, dẫn đến cuộn dây bị cháy, bị đứt dây. * Biện pháp sửa chữa
Kiểm tra và sửa chữa nắn thẳng độ bằng phẳng của giá đỡ tiếp điểm.
Kiểm tra lò xo của tiếp điểm động xem có bị méo, biến dạng, hay đặt lệch khỏi cốt giữ
hay không. Phải điều chỉnh lò xo đúng lực ép lên tiếp điểm và kiểm tra bằng lực kế.
Thay thế bằng tiếp điểm dự phòng khi kiểm tra tiếp điểm bị mòn gần hết hoặc cháy hỏng nặng. Trang 89
Bài giảng Khí cụ điện
Kiểm tra và loại trừ các nguyên nhân bên ngoài gay hư hỏng cuộn dây và quấn lại cuộn
dây theo mẫu hoặc tính toán lại dây đúng điện áp và công suất tiêu thụ yêu cầu. Khi quấn
lại cuộn dây, cần đảm bảo công nghệ sửa chữa đúng kỹ thuật.
5.2. Các mạch điện khởi động động cơ
5.2.1. Mạch khởi động động cơ điện ba pha bằng khởi động từ đơn
Để khởi động, điều khiển và khống chế động cơ điện ba pha (hay một pha), ta có thể
sử dụng cầu dao hoặc áp tô mát thao tác đóng cắt trực tiếp nguồn điện cung cấp cho động
cơ. Nhưng việc thao tác đóng cắt bằng các thiết bị trên có một số nhược điểm sau:
Tần số đóng cắt thấp.
Vận hành nặng nề, tốn sức lao động, năng suất thấp.
Khả năng bảo vệ an toàn cho người và động cơ khi có sự cố rất thấp.
Khó tự động hoá quá trình vận hành động cơ.
Phương pháp khởi động động cơ điện xoay chiều bằng khởi động từ sẽ khắc phục được
những nhược điểm trên.
* Trang bị điện của mạch L Áp tô mát ba pha (CB). 1 L2 Bộ nút ấn (ON, OFF). L3 N Bộ công tắc tơ (K). CB Rơle nhiệt (OLR).
Động cơ xoay chiều 3 pha rôto lồng sóc (M). K 11 220V AC L N OLR OFF ON K OLR 1 CB K12 M
Hình 5.1a: Mạch khởi động từ đơn (mạch điều khiển).
Hình 5.1b: Mạch khởi động từ đơn (mạch động lực).
* Nguyên lý hoạt động
Nhìn vào sơ đồ mạch động lực trên ta thấy để động cơ không đồng bộ ba pha M hoạt
động được thì tiếp điếp của átômát 3 pha và tiếp điểm thường mở chính của công tắc tơ
K11 phải đóng lại, khi đó nguồn điện 3 pha (380/220 VAC) được cấp vào động cơ, động cơ sẽ hoạt động.
Để tiếp điểm của CB đóng lại thì ta sẽ đóng CB về vị trí On bằng tay, còn tiếp điểm
K11 đóng lại phụ thuộc vào cuộn dây của công tắc tơ K1. Khi cuộn dây K1 có điện thì các Trang 90
Bài giảng Khí cụ điện
tiếp điểm của nó sẽ tác động. Vậy để khởi động động cơ M theo mạch điện trên thì ta phải
thực hiện theo quy trình kỹ thuật sau: Mở máy:
Đóng áp tô mát CB nguồn ở mạch động lực và điều khiển về vị trí ON.
Ấn nút ON, mạch điện khiển sẽ kín, cuộn hút của công tắc tơ K1 có điện, khi cuộn hút
có điện thì hệ thông tiếp điểm của nó sẽ tác động. Tiếp điểm thường mở động lực K11 của
công tắc tơ ở mạch động lực và K12 ở mạch điều khiển sẽ đóng lại.
Tiếp điểm K11 đóng lại, nguồn 3 pha sẽ được cấp vào động cơ M, động cơ sẽ được khởi động.
Tiếp điểm K12 đóng lại, khi đó nguồn điện cấp vào K1 sẽ được đi qua tiếp điểm điểm
K12 và nó có nhiệm vụ là duy trì nguồn điện cho mạch điều khiển khi ta thôi tác động vào
nút ON. Với chức năng trên, tiếp điểm K12 được gọi là tiếp điểm tự giữ. Tắt máy:
Để động cơ ngừng hoạt động, ta ấn nút OFF, khi đó cuộn hút K1 công tắt tơ sẽ mất
điện, tiếp điểm của nó sẽ trở về trạng thái ban đầu, tiếp điểm K11 và K12 mở ra. Tiếp điểm
K11 mở ra sẽ ngắt nguồn 3 pha cấp vào động cơ, động cơ sẽ ngừng hoạt động. Bảo vệ động cơ:
Khi động cơ bị sự cố (quá tải, mất pha…) sẽ làm cho dòng điện đi qua phần tử đốt nóng
của rơ le nhiệt tăng cao, rờ le nhiệt tác động nhả tiếp điểm thường đóng OLR ở mạch điều
khiển làm cho mạch điều khiển mất điện, bảo vệ an toàn cho động cơ. * Nhận xét
Mạch khởi động từ đơn là một trong những mạch điều khiển đơn giản dùng để khởi
động động cơ điện. Mạch điện không có nhiều thiết bị nên những sự cố xảy ra với mạch là rất ít.
Đối với mạch khởi động từ đơn sự cố thường xảy ra nhất là nguồn không tự duy trì
được sau khi ấn nút ON. Nguyên nhân do xác định các tiếp điểm thường đóng và thường
mở của công tắc tơ sai. Do đó khi lắp mạch cần chú ý phân biệt rõ tiếp điểm thường đóng
và thường mở của công tắc tơ bằng cách đo đạt để xác định hoặc xem kỹ các hướng dẫn
của nhà sản xuất kèm theo sản phẩm.
Các bước kiểm tra lại mạch khi mạch không hoạt động:
Kiểm tra nguồn cung cấp cho cả hai mạch điều khiển và động lực xem có hoạt động tốt không.
Ngắt nguồn điện cung cấp cho mạch điều khiển để tiến hành kiểm tra mạch.
Quan sát các dây nối kỹ càng để phát hiện chổ hở hoặc bị đứt.
Kiểm tra rơle quá nhiệt xem đã tác động chưa. Trang 91
Bài giảng Khí cụ điện
Dùng đồng hồ đo vạn năng ở giai đo Ohm xác định điện trở của cuộn hút của công
tắc tơ xem có bị đứt không, xác định lại các tiếp điểm điều khiển của công tắc tơ và kiển tra các nút ấn.
Lắp lại mạch nếu phát hiện sai xót hoặc hư hỏng thiết bị.
Vận hành kiểm tra mạch điều khiển trước khi đóng điện cho mạch động lực hoạt động.
* Ưu và nhược điểm của mạch khởi động động cơ bằng khởi động từ đơn
Đây là mạch điện chỉ áp dung cho việc khởi động động cơ không đồng bộ công suất
nhỏ, vì mạch điện chưa đề cập đến việc giảm dòng điện khởi động cho động cơ.
Là mạch điện khởi động động cơ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành thấp.
Đảm bảo an toàn cho người vận hành và cho mạch điện
5.2.2. Mạch điện mở máy động cơ điện ba pha có thử nháp (hay còn gọi là mạch nhấp máy)
Trước khi đưa các động cơ vào làm việc lâu dài theo yêu cầu của công việc, để đảm
bảo an toàn ta cần phải hoạt động thử (thử nháp) trong thời gian ngắn. Quá trình thử thường
lặp lại vài lần (ấn nhả liên tục theo kiểu xung nhịp) bằng cách sử dụng nút ấn có phục hồi
nhưng không duy trì. Nếu mạch hoạt động tốt thì quá trình thử kết thúc, động cơ được đưa
vào làm việc lâu dài. Điều này có thể được thực hiện bằng mạch thử nháp cho ở hình 3.2.
Ngoài việc dùng để thử hoạt động máy trước khi đưa động cơ vào hoạt động trong dây
chuyền. Mạch điều khiển này còn có thể được dùng trong các công đoạn gia công nhưng
không cần động cơ hoạt động trong thời gian dài mà chỉ hoạt động trong thời gian ngắn
chạy dừng liên tục. Vì vậy nên mạch còn có tên gọi khác là mạch nhấp máy. Trang 92
Bài giảng Khí cụ điện
* Trang bị điện của mạch Áp tô mát ba pha (CB). L1 L2
Bộ nút ấn hai tầng tiếp điểm (ON, OFF). L3 N Bộ công tắc tơ (K). CB
Động cơ xoay chiều ba pha rôto lồng sóc (M). Rơle OFF JOG ON K OLR K11 1 nhiệt CB (OLR). OLR K12 M
Hình 5.2: Mạch khởi động có thử nháp
(mạch điều khiển và động lực).
* Nguyên lý hoạt động Thử máy:
Đóng áp tô mát nguồn cấp điện cho mạch động lực và mạch điều khiển. Lúc này động
cơ chưa hoạt động do các tiếp điểm động lực K11 của công tắc tơ mở. Ấn nút JOG (để thử
nháp) cuộn hút công tắc tơ K1 có điện sẽ tác động cấp nguồn cho động cơ qua các tiếp điểm
động lực K11. Lúc cuộn hút có điện mặc dù tiếp điểm K12 đóng nhưng do tiếp điểm thường
đóng phía trên của nút JOG đã mở (do ta ấn xuốn) nên nguồn điện sẽ không có nguồn đi
qua tiếp điểm K12. Khi tay ta không còn ấn vào nút JOG nữa thì động cơ sẽ ngừng hoạt động. Mở máy:
Ấn nút ON, mạch điện khiển sẽ kín, cuộn hút của công tắc tơ K1 có điện, khi cuộn hút
có điện thì hệ thông tiếp điểm của nó sẽ tác động. Tiếp điểm thường mở động lực K11 của
công tắc tơ ở mạch động lực và K12 ở mạch điều khiển sẽ đóng lại.
Tiếp điểm K11 đóng lại, nguồn 3 pha sẽ được cấp vào động cơ M, động cơ sẽ được khởi động.
Tiếp điểm K12 đóng lại, khi đó nguồn điện cấp vào K1 sẽ được đi qua tiếp điểm điểm
K12 và nó có nhiệm vụ là duy trì nguồn điện cho mạch điều khiển khi ta thôi tác động vào
nút ON. Với chức năng trên, tiếp điểm K12 được gọi là tiếp điểm tự giữ. Trang 93
Bài giảng Khí cụ điện Tắt máy:
Để động cơ ngừng hoạt động, ta ấn nút OFF, khi đó cuộn hút K1 công tắt tơ sẽ mất
điện, tiếp điểm của nó sẽ trở về trạng thái ban đầu, tiếp điểm K11 và K12 mở ra. Tiếp điểm
K11 mở ra sẽ ngắt nguồn 3 pha cấp vào động cơ, động cơ sẽ ngừng hoạt động. Bảo vệ động cơ:
Khi động cơ bị sự cố (quá tải, mất pha…) sẽ làm cho dòng điện đi qua phần tử đốt nóng
của rơ le nhiệt tăng cao, rờ le nhiệt tác động nhả tiếp điểm thường đóng OLR ở mạch điều
khiển làm cho mạch điều khiển mất điện, bảo vệ an toàn cho động cơ. * Nhận xét
Tương tự như mạch khởi động từ đơn mạch khởi động có thử nháp là mạch tương đối
đơn giản nên sự cố của nó cũng rất ít. Phương pháp tiến hành kiểm tra của mạch này được
thực hiện giống như mạch khởi động từ đơn đã nêu ở trên.
* Ưu và nhược điểm của mạch khởi động động cơ bằng khởi động từ đơn
Đây là mạch điện chỉ áp dung cho việc khởi động động cơ không đồng bộ công suất
nhỏ, vì mạch điện chưa đề cập đến việc giảm dòng điện khởi động cho động cơ.
Mạch điện trên chỉ đúng nguyên lý khi người vận hành ấn nút Jog trước khi ấn On.
Trong quá trình động cơ đang hoạt động thì động cơ ngừng hoạt động. Đây là nhược điểm
lớn nhất của mạch điện trên.
Là mạch điện khởi động động cơ đơn giản, chi phí đầu tư ban đầu và chi phí vận hành thấp.
Đảm bảo an toàn cho người vận hành và cho mạch điện
5.2.3. Mạch mở máy động cơ xoay chiều ba pha tại 2 vị trí
Trong thực tế vận hành một số động cơ điện ba pha cần phải được điều khiển ở hai hay
nhiều vị trí khác nhau để thuận tiện cho việc vận hành hoặc sữa chữa.
* Trang bị điện của mạch Trang 94
Bài giảng Khí cụ điện Áp tô mát (CB) Nút ấn (ON L1 1, ON2, OFF1, OFF2). L2 Công tắc tơ (K). L3
Động cơ xoay chiều ba pha rôto lồng sóc (M). N CB 220V AC ON1 K11 OFF K 1 OFF2 1 OLR CB OLR ON Rơle nhiệ 2 t (OLR). K12 M
Hình 5.3: Mạch mở máy động cơ xoay chiều ba pha tại 2 vị trí
* Nguyên lý hoạt động
Mở máy tại vị trí 1:
Đóng áp tô mát nguồn, ấn nút ON1 cuộn hút công tắc tơ có điện đóng tiếp điểm động
lực K11 động cơ hoạt động. Nguồn điện của mạch được duy trì bằng tiếp điểm thường mở K12 của công tắc tơ.
Mở máy tại vị trí 2:
Đóng áp tô mát nguồn, ấn nút ON2 cuộn hút công tắc tơ có điện đóng tiếp điểm động
lực K11 động cơ hoạt động. Nguồn điện của mạch được duy trì bằng tiếp điểm thường mở K12 của công tắc tơ.
Tắt máy tại vị trí 1:
Ấn nút OFF1 cuộn hút công tắc tơ mất điện sẽ nhả các tiếp điểm K11 và K12 động cơ bị
mất điện ngừng hoạt động.
Tắt máy tại vị trí 2:
Ấn nút OFF2 cuộn hút công tắc tơ mất điện sẽ nhả các tiếp điểm K11 và K12 động cơ bị
mất điện ngừng hoạt động.
Sơ đồ của mạch mở máy động cơ tại hai vị trí cũng giống như mạch khởi động từ đơn
nên những sự cố và hư hỏng của mạch này có thể dễ dàng được phát hiện và khắc phục.
Các bước kiểm tra cũng giống như ở mạch khởi động từ đơn. Trang 95
Bài giảng Khí cụ điện
5.2.4. Mạch khởi động động cơ điện một pha
* Trang bị điện của mạch
Mạch điện khởi động động cơ một pha được trang bị tương tự như mạch khởi động
động cơ không đồng bộ ba pha, bao gồm áptômát 1 pha và 3 pha (CB), bộ khởi động từ,
hệ thống nút ấn ON, OFF và một động cơ không đồng bộ một pha.
Mạch điện khởi động động cơ không đoòng bộ một pha được trình bày như hình 5.4: 220V AC L1 L OFF ON 2 OLR K1 L3 CB N K CB 12 FUSE K11 OLR
Hình 5.4: Mạch khởi động động cơ điện một pha M
* Nguyên lý hoạt động
Nguyên lý hoạt động của mạch khởi động cơ điện một pha cũng giống như của mạch
khởi động động cơ điện ba pha. Mở máy:
Ấn nút ON, mạch điện khiển sẽ kín, cuộn hút của công tắc tơ K1 có điện, khi cuộn hút
có điện thì hệ thông tiếp điểm của nó sẽ tác động. Tiếp điểm thường mở động lực K11 của
công tắc tơ ở mạch động lực và K12 ở mạch điều khiển sẽ đóng lại.
Tiếp điểm K11 đóng lại, nguồn 3 pha sẽ được cấp vào động cơ M, động cơ sẽ được khởi động.
Tiếp điểm K12 đóng lại, khi đó nguồn điện cấp vào K1 sẽ được đi qua tiếp điểm điểm
K12 và nó có nhiệm vụ là duy trì nguồn điện cho mạch điều khiển khi ta thôi tác động vào
nút ON. Với chức năng trên, tiếp điểm K12 được gọi là tiếp điểm tự giữ. Tắt máy:
Để động cơ ngừng hoạt động, ta ấn nút OFF, khi đó cuộn hút K1 công tắt tơ sẽ mất
điện, tiếp điểm của nó sẽ trở về trạng thái ban đầu, tiếp điểm K11 và K12 mở ra. Tiếp điểm
K11 mở ra sẽ ngắt nguồn 3 pha cấp vào động cơ, động cơ sẽ ngừng hoạt động. Trang 96
Bài giảng Khí cụ điện
Bảo vệ động cơ: Khi động cơ bị sự cố (quá tải, mất pha…) sẽ làm cho dòng điện đi
qua phần tử đốt nóng của rơ le nhiệt tăng cao, rờ le nhiệt tác động nhả tiếp điểm thường
đóng OLR ở mạch điều khiển làm cho mạch điều khiển mất điện, bảo vệ an toàn cho động cơ.
5.2.5. Mạch mở máy động cơ lồng sóc qua cuộn cảm kháng
Ta biết rằng khi mở máy động cơ điện, dòng điện mở máy tăng lên 4 đến 7 lần (đối với
rôto lồng sóc) và tăng từ 2 đến 4 lần (đối với rôto dây quấn) so với dòng điện định mức.
Hiện tượng này làm giảm đáng kể điện áp nguồn và gây ảnh hưởng đến các thiết bị điện
trong cùng tuyến tiêu thụ với động cơ. Đặc biệt là khi mở máy các động cơ công suất lớn,
tải nặng nề thì ảnh hưởng càng rõ rệt thậm chí có thể làm tắt bóng đèn huỳnh quang hoặc
làm cho máy điều hoà ngưng hoạt động …
Đối với động cơ công suất lớn cỡ hàng chục kW, để làm giảm những ảnh hưởng này ta
có thể đấu nối tiếp cuộn dây stato với cuộn kháng hoặc điện trở phụ nhằm làm giảm điện
áp đặt vào các cuộn dây stato khi động cơ khởi động như vậy sẽ làm giảm dòng điện mở
máy. Sau khi kết thúc quá trình mở máy, các cuộn kháng hoặc điện trở này sẽ được ngắt
ra và lúc này động cơ sẽ được nối trực tiếp với nguồn. Lúc này động cơ sẽ làm việc ở chế độ định mức.
* Trang bị điện của mạch
Với mục đích là khởi động động cơ không đồng bộ có xét đến việc có giảm dòng điện
khi khởi động, mạch điện được trang bị một bộ khởi động từ đơn K1, một công tắc tơ K2,
bộ nút ấn đơn ON, OFF, áptômát 1 pha, 3 pha CB, cuộn kháng L, rờ le thời gian ON-
DELAY và một động cơ M.
Sơ đồ mạch mạch điện khởi động động cơ qua cuộn kháng được trình bày ở hình 3.5:
* Nguyên lý hoạt động
Mở máy động cơ:
Chỉnh định thừoi gian trên rờ le T1 là thời gian khởi động 2 ÷ 3 giây.
Đóng áp tô mát nguồn cho mạch điều khiển và mạch động lực.
Ấn nút ON, cuộn hút công tắc tơ K1, rơle thời gian T1 có nguồn đóng các tiếp điểm
động lực K11 cấp nguồn cho động cơ quay. Khi đó có một phần của điện áp nguồn rơi trên
cuộn kháng làm cho điện áp đặt vào động cơ giảm so với định mức, do đó dòng điện khởi
động cũng giảm theo. Sau một khoảng thời gian t (đã chỉnh định trước đó) khi động cơ đạt
khoảng 70 – 75% tốc độ định mức, tiếp điểm thường mở đóng chậm T12 đóng lại cấp điện
cho cuộn hút công tắc tơ K2 đồng thời cuộn K1 mất điện do tiếp điểm thường đóng mở
chậm T11 mở ra. Khi đó điện áp nguồn đặt trực tiếp vào động cơ qua các tiếp điểm động
lực của công tắc tơ K2, chuyển động cơ sang hoạt động ở chế độ định mức. Lúc này nguồn
của mạch điều khiển được duy trì bởi tiếp điểm K22 của công tắc tơ K2. Trang 97
Bài giảng Khí cụ điện 220 V AC L1 OFF ON K OLR 1 L2 T11 L 3 K12 N T12 K2 K22 CB T FUSE 1
H ình 5.5: Mạch mở máy động cơ lồng sóc qua K11 K21 cuộn kháng OLR M Dừng động cơ:
Ấn nút OFF cuộn hút công tắc tơ K1 (nếu động cơ đang khởi động), K2 mất nguồn
ngừng hoạt động. Các tiếp điểm thường đóng K11 và K21 ở mạch động lực mở ra, động
cơ mất nguồn ngừng hoạt động. * Nhận xét
Trong thực tế vận hành đôi khi rơle thời gian tác động không chính xác có thể sớm
hoặc trễ so với thời điểm động cơ khởi động xong. Điều này có thể dẫn đến dòng khởi
động vẫn còn cao khi chuyển động cơ sang chế độ hoạt động bình thường hoặc chậm
chuyển sang chế độ vận hành bình thường khi động cơ đã khởi động xong gây tiêu tốn điện
năng không có ích. Do đó để đạt hiệu quả cao khi vận hành ta phải tìm hiểu thật kỹ đặc
tính khởi động của động cơ được vận hành để có thể ước lượng thời gian tác động của rơle thời gian cho chính xác.
Để tránh sự cố xảy ra cho mạch này lúc vận hành khi mắc mạch cần chú ý xác định
chính xác các tiếp điểm của công tắc tơ cũng như của rơle thời gian. Đặc biệt là các tiếp
điểm đóng mở có thời gian của rơle.
Các sự cố thường xảy ra: Trang 98
Bài giảng Khí cụ điện
Động cơ không hoạt động: nguyên nhân có thể do cuộn kháng bị đứt, rơle quá nhiệt đã
tác động trong lần hoạt động trước, động cơ bị cháy, các nút ấn hư.
Dòng khởi động của động cơ không giảm: nguyên nhân do cuộn kháng bị ngắn mạch,
mắc sai các tiếp điểm động lực K11, K22 của công tắc tơ K1 và K2.
Cuộn kháng không được tách ra sau khi động cơ khởi động xong: nguyên nhân do rơle
thời gian không tác động có thể bị hỏng hoặc mắc sai ở tiếp điểm thường mở đóng chậm
cấp nguồn cho công tắc tơ K2 ở mạch điều khiển.
Các bước kiểm tra lại mạch khi mạch không hoạt động:
Kiểm tra nguồn cung cấp cho cả hai mạch điều khiển và động lực xem có hoạt động tốt không.
Ngắt nguồn điện cung cấp cho mạch điều khiển, động lực để tiến hành kiểm tra.
Kiểm tra động cơ xem có bị kẹt không nếu không thì tiến hành kiểm tra mạch điện.
Quan sát các dây nối kỹ càng để phát hiện chổ hở hoặc bị đứt.
Kiểm tra rơle quá nhiệt xem đã tác động chưa.
Dùng đồng hồ đo vạn năng ở giai đo Ohm xác định điện trở của cuộn hút của công tắc
tơ, rơle thời gian xem có bị đứt không, xác định lại các tiếp điểm điều khiển của công tắc
tơ, rơle thời gian và kiểm tra các nút ấn.
Lắp lại mạch, thay thế thiết bị khác nếu phát hiện sai xót hoặc hư hỏng thiết bị.
Vận hành kiểm tra mạch điều khiển trước khi đóng điện cho mạch động lực hoạt động.
5.2.6. Mạch khởi động sao_tam giác
* Phương pháp khởi động sao_tam giác
Phương pháp khởi động động cơ điện ba pha qua cuộn kháng hoặc máy biến áp tự ngẫu
có thể áp dụng cho nhiều loại động cơ nhưng trang bị quá cồng kềnh vì phải bổ sung thiết bị
cho mạch động lực. Tuy nhiên đối với các động cơ ở chế độ định mức mà có cuộn dây đấu
hình tam giác thì có thể dùng phương pháp mở máy sao_tam giác để giảm dòng khởi động.
Tuy nhiên phương pháp này có nhược điểm là mô men khởi động giảm đi 3 lần. Điều này làm
cho thời gian khởi động kéo dài đặc biệt là đối với động cơ làm việc ở chế độ tải nặng nề.
Khi khởi động sao_tam giác điện áp trên mỗi cuộn dây pha giảm đi lần 3 , khi đó dòng
điện vào cuộn dây động cơ giảm đi 3 lần.
* Trang bị điện của mạch Áp tô mát ba pha (CB). Cầu chì (FUSE). Bộ nút ấn (ON, OFF).
Bộ Công tắc tơ (K1, K2, K3).
Động cơ xoay chiều ba pha (M). Rơle thời gian (T). Trang 99
Bài giảng Khí cụ điện Rơle nhiệt (OLR). 220V AC OFF ON K T 2 11 K32 OLR K11 L1 T12 K3 L2 K22 L3 N CB T1 FUSE K K11 1 OLR K31
Hình 5.6: Mạch khởi động sao_tam giác K21 * Nguyên lý hoạt động Mở máy:
Đóng áp tô mát nguồn, ấn nút ON, cuộn hút công tắc tơ K1, K2 và rơle thời gian T có
điện tiếp điểm K11, và K21 đóng điện cho động cơ chạy ở chế độ các cuộn dây stato được đấu sao.
Sau một khoảng thời gian định trước tiếp điểm thường đóng mở chậm T1 của rơle thời
gian T mở ra và tiếp điểm thường mở đóng chậm T2 đóng lại. Cuộn K2 mất điện đồng thời
cuộn dây công tắc tơ K3 có điện. Động cơ chuyển sang chế độ chạy mà các cuộn dây stato đấu tam giác. Tắt máy:
Ấn nút OFF cuộn hút K1, K3 và T mất điện, cắt điện mạch động lực, động cơ ngừng hoạt động. * Nhận xét
Để tránh hư hỏng mạch và thiết bị cần chú ý xem kỹ sơ đồ mạch khi mắc các tiếp điểm
thường đóng mở chậm và thường mở đóng chậm của rơle thời gian. Thông thường hai tiếp
điểm này sẽ có một điểm chung nếu mắc sai có thể làm ngắn mạch mạch điều khiển. Nên xem
các sơ đồ hướng dẫn của nhà sản xuất trước khi mắc các tiếp điểm này. Trang 100
Bài giảng Khí cụ điện
Các sự cố thường gặp:
Hiện tượng ngắn mạch ở mạch điều khiển do mắc sai tiếp điểm thường đóng mở chậm
thường mở đóng chậm của rơle thời gian.
Không đổi được từ nối sao sang nối tam giác do rơle thời gian bị hư.
Động cơ khởi động tam giác_sao thay vì sao_tam giác do mắc sai ở các tiếp điểm động lực.
Các bước kiểm tra lại mạch khi mạch không hoạt động:
Kiểm tra nguồn cung cấp cho cả hai mạch điều khiển và động lực xem có hoạt động tốt không.
Ngắt nguồn điện cung cấp cho mạch điều khiển, động lực để tiến hành kiểm tra.
Quan sát các dây nối kỹ càng để phát hiện chổ hở hoặc bị đứt.
Kiểm tra rơle quá nhiệt xem đã tác động chưa.
Dùng đồng hồ đo vạn năng ở giai đo Ohm xác định điện trở của cuộn hút của công tắc tơ,
rơle thời gian xem có bị đứt không, xác định lại các tiếp điểm của công tắc tơ, rơle thời gian
và kiểm tra các nút ấn.
Lắp lại mạch, thay thế các thiết bị nếu phát hiện sai xót hoặc hư hỏng thiết bị.
Vận hành kiểm tra mạch điều khiển khi đóng điện cho mạch động lực hoạt động.
5.3. Các mạch điện điều khiển động cơ
5.3.1. Mạch đảo chiều động cơ điện ba pha
Trong tiến trình làm việc của một số máy móc trong công nghiệp, sẽ có thời điểm chúng
ta cần phải đảo chiều quay động cơ để chuyển sang một chế độ làm việc khác. Ví dụ như:
việc nâng hạ của thang máy, băng tải, đổi chiều chuyển động của bàn máy tiện ….
Để thay đổi chiều quay của động cơ điện xoay chiều ba pha, về nguyên tắc ta phải thay
đổi chiều của từ trường quay stato bằng cách thay đổi thứ tự hai trong ba đầu dây pha cấp điện cho động cơ.
Chúng ta có thể thay đổi thứ tự pha vào động cơ bằng cầu dao hai ngã. Nhưng sử dụng
cách điều khiển này tuy có lợi về mặt kinh tế, dễ đấu lắp nhưng rất bất tiện trong quá trình
vận hành, quá trình đóng ngắt các tiếp điểm diễn ra không dứt khoát dễ phát sinh hồ quang.
Để khắc phục nhược điểm trên chúng ta sẽ sử dụng bộ khởi động từ kép hoặc 2 bộ khởi động
từ đơn để đổi chiều quay động cơ. Tuy nhiên cũng tùy theo yêu cầu vận hành và loại động
cơ sử dụng mà ta có thể áp dụng phương pháp đổi chiều thích hợp.
* Trang bị điện của mạch Áp tô mát ba pha (CB). Cầu chì ba pha (FUSE). Trang 101
Bài giảng Khí cụ điện
Nút ấn (ON1, ON2, OFF1, OFF2). Công tắc tơ (K1, K2).
Động cơ xoay chiều ba pha rôto lồng sóc (M). Rơle nhiệt (OLR). 220V AC ON1 OFF K1 OLR K23 K 12 ON2 K2 K13 K 22
Hình 5.7a: Mạch đảo chiều động cơ điện ba pha (mạch điều khiển). * Nguyên lý hoạt động
Mở máy cho động cơ chạy thuận: L1
Đóng áp tô mát nguồn, ấn nút L2
ON1, cuộn hút công tắc tơ K1 có điện L3
cuộn hút hoạt động đóng các tiếp N
điểm thường mở K11 của công tắc tơ CB
ở mạch động lực và mạch điều khiển
làm cho động cơ hoạt động. Nguồn FUSE
điện cung cấp cho công tắc tơ được
duy trì bởi tiếp điểm thường mở K12
của chính công tắc tơ. Động cơ khởi
động và quay theo chiều thuận (tuỳ K11 K21 theo qui ước). Dừng động cơ:
Ấn nút OFF, cuộn hút công tắc tơ OLR
mất nguồn sẽ nhả các tiếp điểm
thường mở đang ở trạng thái đóng về
vị trí thường mở ban đầu. Động cơ
mất điện ngừng hoạt động. M Đảo chiều động cơ:
Ấn nút ON2 cuộn hút công tắc tơ Hình 5.7b: Mạch đổi chiều động cơ điện ba pha
K2 có điện sẽ đóng các tiếp điểm (mạch động lực).
động lực K21 cấp nguồn cho động cơ
hoạt động và tiếp điểm K22 duy trì Trang 102
Bài giảng Khí cụ điện
nguồn cho công tắc tơ K2 hoạt động. Động cơ quay theo chiều ngược lại với chiều quay ban
đầu do thứ tự của hai trong ba pha cấp điện cho động cơ đã bị đảo.
Trong quá trình hoạt động của mạch điện, 2 công tắc tơ K1 và K2 không thể làm việc
đồng thời, để tránh gây hiện tượng ngắn mạch trong mạch động lực. Vì vậy, khi công tắc tơ
này làm việc thì công tắc tơ kia phải bị “khoá” không hoạt động được. Trong mạch trên việc
khoá chéo này được thực hiện bởi 2 tiếp điểm thường đóng K13, và K23.
Tuy nhiên, trong quá trình làm việc của một số máy móc, việc đổi chiều quay cần phải
được diễn ra tức thì. Chẳng hạn như trong quá trình cắt ren của máy tiện, khi dao cắt đi hết
hành trình thì lập tức trục chính cần phải đổi chiều quay để đưa dao về vị trí xuất phát ban
đầu, chuẩn bị cho quá trình cắt tiếp theo. Việc đổi chiều này cần phải được diễn ra nhanh
chóng người thợ không có thời gian để ấn nút dừng (OFF). Để khắc phục nhược điểm trên
người ta dùng bộ nút ấn 2 tầng tiếp điểm để thay cho bộ nút ấn một tầng tiếp điểm thông
thường. Sơ đồ nguyên lý của mạch động lực không khác so với việc sử dụng nút ấn một tầng
tiếp điểm chỉ khác sẽ có sự liên động cơ khí giữa các nút ấn. Mạch điều khiển được cho bởi hình 5.8. 220V AC OFF ON ON K1 2 1 OLR K23 K12 K2 K13 K22
Hình 5.8: Mạch đảo chiều động cơ điện xoay chiều ba pha.
Mở máy động cơ chạy thuận:
Ấn nút ON1 công tắc tơ K1 có nguồn đóng các tiếp điểm động lực cho động cơ chạy
thuận lúc này bộ nút ấn 2 tầng có nhiệm vụ làm cho mạch điện qua công tắc tơ K2 bị hở nên K2 không hoạt động.
Đảo chiều quay động cơ:
Ấn nút ON2 công tắc tơ K2 có nguồn đóng các tiếp điểm động lực K21 của nó và làm hở
mạch của công tắc tơ K1 làm cho công tắc tơ này mất nguồn ngưng hoạt động. Động cơ
quay theo chiều ngược lại với chiều quay ban đầu ngay lập tức.
Ta có thể lựa chọn chiều quay ban đầu của động cơ bằng cách ấn nút ON2 trước ON1. * Nhận xét Trang 103
Bài giảng Khí cụ điện
Đối với mạch đảo chiều động cơ điện xoay chiều ba pha để tránh gặp sự cố khi vận hành
thì khi lắp mạch cần chú ý đến việc mắc tiếp điểm K13 và K23 vì đây là hai tiếp điểm đóng
vai trò khoá chéo. Nếu ta quên mắc hai tiếp điểm này thì trong một khoảng thời gian ngắn
nào đó cuộn dây stato động cơ sẽ có hai dòng điện khác pha nhau chạy qua điều này rất nguy hiểm.
Vì đây là mạch đơn giản chỉ gồm hai công tắc tơ nên rất ít có sự cố xảy ra. Nếu có sự cố thì có thể là:
Động cơ không hoạt động được sau khi ấn nút ON1
Động cơ không thể đổi chiều quay và dừng lại hẳn sau khi ấn ON2,
Cả hai công tắc tơ đều đóng. Nguyên nhân có thể do:
Công tắc tơ K1, K2 không hoạt động tốt.
Lắp mạch sai ở các tiếp điểm của công tắc tơ.
Không mắc các tiếp điểm K13 và K23 đóng vai trò khoá chéo. Phương pháp kiểm tra:
Kiểm tra nguồn cung cấp cho mạch điều khiển và mạch động lực.
Kiểm tra hoạt động của động cơ.
Kiểm tra mạch điều khiển và động lực xem đã mắc đúng chưa.
Tắt nguồn cung cấp cho mạch, dùng VOM kiểm tra điện trở cuộn hút và các tiếp điểm
của công tắc tơ, hoạt động của các nút ấn.
Thay thế các thiết bị nếu phát hiện hư hỏng.
5.3.2. Mạch điện tự động giới hạn hành trình
Trong vận hành các máy móc, dây chuyền sẽ có không ít các dây chuyền máy móc được
tự động hóa. Trong đó hành trình chuyển động sẽ được vận hành theo một giới hạn, một
chiều nhất định nào đó. Ví dụ hành trình chuyển động của băng tải tải hàng, hành trình
chuyển động của bàn vật liệu trong máy cắt gọt kim loại…
Để thực hiện điều này đối với các máy móc sử dụng động cơ điện, người ta sử dụng công
tắc hành trình gắn vào vị trí cần khống chế. Khoảng cách giữa hai công tắc hành trình chính
là khoảng cách hoạt động của thiết bị công tác.
* Trang bị điện của mạch Áp tô mát ba pha (CB). Cầu chì ba pha (FUSE). Bộ nút ấn (ON, OFF).
Bộ Công tắc tơ (K1, K2). Trang 104
Bài giảng Khí cụ điện
Động cơ xoay chiều ba pha rôto lồng sóc (M). Rơle nhiệt (OLR).
Công tắc hành trình (LS). A B LS 2 LS 1 1 2 220V AC ON OFF 1 ON2 K1 OLR K LS 23 11 K12 K2 K13 LS21 K22
Hình 5.9a: Mạch tự giới hạn hành trình. * Nguyên lý hoạt động Trang 105
Bài giảng Khí cụ điện
Mở máy cho động cơ chạy thuận: L1 L
Đóng áp tô mát nguồn, ấn nút ON1 cuộn 2 L3
hút công tắc tơ có điện đóng tiếp điểm động N
lực K11 động cơ chạy theo chiều thuận (qui CB
ước) làm cho băng tải di chuyển về vị trí B.
Nguồn điện của mạch được duy trì bằng tiếp FUSE
điểm K12. Mạch điện qua công tắc tơ K2 bị
hở do Khi ấn ON1 thì tiếp điểm thường đóng
liên động với nút ấn này bị hở. Khi băng tải K11 K21
tới vị trí B sẽ đập vào vấu của công tắc hành
trình làm cho tiếp điểm LS11 của công tắc
hành trình LS1 mở, cuộn hút công tắc tơ K1 OLR
mất điện động cơ ngừng hoạt động băng tải dừng lại. Đảo chiều động cơ: M
Ấn nút ON2 cuộn hút công tắc tơ K2 có Hình 5.9b: Mạch tự giới hạn hành trình
điện sẽ đóng các tiếp điểm K21 cho mạch
động lực và K22 sẽ duy trì nguồn cho công tắc
tơ này hoạt động. Động cơ quay theo chiều
ngược lại làm cho băng tải chuyển động ngược về phía A. Khi băng tải đến vị trí A sẽ đập
vào vấu của công tắc hành trình LS2 làm cho tiếp điểm LS22 mở ra cuộn hút công tắc tơ K2
mất nguồn, băng tải dừng lại.
Trong một số trường hợp người ta có thể ứng dụng hai phương pháp điều khiển động cơ
là giới hạn hành trình và đổi chiều chuyển động để tích hợp thành một mạch điều khiển có
chức năng tự giới hạn hành trình sau đó đổi chiều chuyển động. Mạch điện dạng này thường
được dùng trong các máy công cụ dùng để bào gọt kim loại…. Sơ đồ mạch được trình bày ở hình 5.10. Nguyên lý hoạt động:
Mở máy cho động cơ chạy thuận:
Đóng áp tô mát nguồn, ấn nút ON1 cuộn hút công tắc tơ có điện đóng tiếp điểm động lực
K11 động cơ chạy theo chiều thuận (qui ước) làm cho băng tải di chuyển về vị trí B. Nguồn
điện của mạch được duy trì bằng tiếp điểm K12. Mạch điện qua công tắc tơ K2 bị hở do.
Khi ấn ON1 thì tiếp điểm thường đóng liên động với nút ấn này bị hở, K13 có nhiệm vụ
khống chế không cho K2 hoạt động khi K1 đang hoạt động. Khi băng tải tới vị trí B sẽ đập
vào vấu của công tắc hành trình làm cho tiếp điểm LS11 của công tắc hành trình LS1 mở,
đồng thời lúc này LS12 đóng lại cấp nguồn cho công tắc tơ K2 hoạt động, động cơ ngay lập
tức được đảo chiều quay. Tiếp điểm K22 có nhiệm vụ duy trì nguồn cho công tắc tơ K2 vì
khi băng tải rời khỏi vị trí B các tiếp điểm của LS1 đều trở lại trạng thái ban đầu, K23 có
nhiệm vụ khống chế không cho K1 hoạt động khi K2 đang hoạt động. Trang 106
Bài giảng Khí cụ điện A B LS 2 LS 1 1 2 220V AC OFF ON2 ON1 K1 OLR K23 LS12 K12 LS21 K2 K13 LS22 K22 LS12
Hình 5.10a: Mạch tự giới hạn hành trình và đổi chiều chuyển động.
Động cơ quay theo chiều ngược lại L làm cho băng tả 1
i chuyển động ngược về L phía A. Khi băng tải đế 2 n vị trí A sẽ đập L3
vào vấu của công tắc hành trình LS2 làm N
cho tiếp điểm LS22 mở ra cuộn hút công
tắc tơ K2 mất nguồn, đồng thời LS21 CB
đóng lại cấp nguồn cho K1 hoạt động,
động cơ một lần nữa đổi chiều chuyển FUSE
động về phía vị trí B, tiếp điểm K12 có
nhiệm vụ duy trì nguồn cho công tắc tơ
K1 khi băng tải không còn đập vào vấu K11 K21
của công tắc hành trình LS2 nữa. Chu
trình chuyển động này sẽ được lặp lại một cách tuần hoàn. Tắt máy: OLR
Ấn nút OFF cuộn hút công tắc tơ K1,
hoặc K2 mất nguồn mở các tiếp điểm
thường đóng ở mạch động lực ra, động cơ mấ M
t nguồn ngừng hoạt động.
Ta có thể lựa chọn chiều chuyển động Hình 5.10b: Mạch tự giới hạn hành trình và
ban đầu của băng tải về vị trí A hoặc B
đổi chiều chuyển động.
bằng cách ấn vào ON1 hoặc ON2. * Nhận xét Trang 107
Bài giảng Khí cụ điện
Mạch giới hạn hành trình là một mạch tương đối đơn giản. Về cách mắc mạch không khác
mấy so với mạch đảo chiều bằng nút ấn thông thường nên sự cố xảy ra với mạch cũng rất ít.
Để thực hiện 2 mạch này có hiệu quả cần hiểu rõ nguyên lý hoạt động của công tắc hành
trình nhằm tránh sai sót khi mắc mạch. Sự cố xảy ra ở mạch này do nguyên nhân chủ yếu là
do mắc sai các tiếp điểm của công tắc hành trình. Về nguyên lý hoạt động của công tắc hành
trình cũng giống như các nút ấn ON/OFF có 2 tầng tiếp điểm để trách sai sót khi mắc mạch
ta chỉ cần xác định 2 tiếp điểm này là có thể thực hiện lắp mạch một cách dễ dàng.
5.3.3. Mạch điện mở máy động cơ theo thứ tự
Trong một số máy công tác và các dây chuyền công nghiệp nói chung, một số công việc
đòi hỏi phải được thực hiện theo một trình tự nhất định. Trong đó mỗi động cơ đảm nhiệm
công việc vận hành của một công đoạn nào đó. Nếu mỗi động cơ đảm nhiệm một công việc
nhất định thì động cơ phải được làm việc theo một trình tự cho trước trong dãy công việc đó.
Để thực hiện được cơ chế trên ta có hai phương thức điều khiển:
Điều khiển theo cơ chế khoá: động cơ 1 phải làm việc trước mới cho phép động cơ 2 làm
việc. Động cơ 1 sẽ đảm nhận chức năng khoá động cơ 2. Tuy nhiên động cơ làm việc theo
cơ chế này thì ta cần phải thực hiện nhiều lần điều khiển cho một công việc.
Điều khiển theo cơ chế bắt cầu: động cơ 1 hoạt động sẽ kéo theo sự hoạt động của động
cơ 2, động cơ 2 sau khi hoạt động làm cho động cơ 3 hoạt động. Các động cơ sẽ làm việc
liên hoàn một cách tự động. Nếu động cơ làm việc theo cơ chế này thì chỉ cần một lần điều
khiển cho cả quá trình điều khiển.
5.3.3.1. Mạch điều khiển động cơ hoạt động theo trình tự dùng cơ chế khoá
Sơ đồ nguyên lý của mạch cho bởi hình 5.11: 220V AC ON1 K1 OFF1 OLR1 OLR 2 K12 ON OFF 2 2 K13 K 2 K22
Hình 5.11a: Mạch mở máy động cơ theo trình tự. Trang 108
Bài giảng Khí cụ điện
* Trang bị điện của mạch L1 Áp tô mát (CB). L2 Cầu chì (FUSE). L3 N
Nút ấn (ON1, ON2, OFF1, OFF2). CB Công tắc tơ (K1, K2). FUSE Rơle nhiệt (OLR1, OLR2). * Nguyên lý hoạt động K11 K21 Mở máy động cơ M1: OLR1 OLR2
Đóng áp tô mát nguồn, ấn nút ON1 cuộn
hút công tắc tơ K1 có nguồn đóng điện cho
động cơ M1 hoạt động qua các tiếp điểm động M M 2 2
lực K11, nguồn của mạch điều khiển được
duy trì nhờ tiếp điểm K12 của công tắc tơ.
Lúc này tiếp điểm K13 của K1 đóng lại cho Hình 5.11b: Mạch mở máy động cơ theo
phép đưa động cơ M2 vào hoạt động.
trình tự (mạch động lực). Mở máy động cơ M2:
Ấn nút ON2, cuộn hút công tắc tơ K2 có điện đóng điện cho động cơ M2 hoạt động qua
tiếp điểm K21, nguồn của mạch điều khiển K2 được duy trì bởi tiếp điểm K22. Dừng động cơ M2:
Ấn nút OFF2 cuộn hút công tắc tơ K2 mất điện, động cơ M2 dừng lại.
Dừng cả hai động cơ M1, M2:
Ấn nút OFF1, cuộn hút công tắc tơ mất nguồn nhả các tiếp điểm của K1, K2 về vị trí ban
đầu, 2 động cơ mất nguồn dừng lại. * Nhận xét
Công tắc tơ K1 được dùng trong mạch điều khiển ở trên là loại có hai tiếp điểm thường
mở khác với loại thông thường chỉ có một tiếp điểm thường mở và thường đóng dùng làm
tiếp điểm điều khiển. Do đó khi mắc mạch cần chú ý lựa chọn công tắc tơ thích hợp và xem
kĩ sơ đồ nối dây để tránh nhằm lẫn khi mắc tiếp điểm của công tắc tơ K1. Trang 109
Bài giảng Khí cụ điện
Ngoài phương pháp mắc mạch điều khiển động cơ theo cơ chế khoá như trên ta cũng có
thể mắc mạch điều khiển theo hình 5.12. Việc mắc mạch điều khiển theo sơ đồ này có thể
khắc phục được nhược điểm của mạch hình 5.11 là có thể dùng công tắc tơ thông thường
chỉ có một tiếp điểm điều khiển thường mở trong mạch điều khiển. 220V AC OFF ON1 K1 1 OLR1 K12 ON2 OFF2 K2 OLR2 K22 ON3 OLR OFF3 K 3 3 K32
Hình 5.12: Mạch điều khiển mở máy trình tự
5.3.3.2. Mạch điều khiển động cơ hoạt động theo trình tự dùng cơ chế bắc cầu
Trong thực tế một sản phẩm được tạo ra theo một chu trình hoạt động nhất định. Trong
đó một công đoạn có thể gồm một hay nhiều động cơ dẫn động, mỗi động cơ đảm nhiệm
một công việc nhất định. Các động cơ này sẽ hoạt động liên hoàn một cách hoàn toàn tự
động. Việc này sẽ được thực hiện bởi mạch điều khiển động cơ theo cơ chế bắc cầu được
điều khiển bằng rơle thời gian. Ta có thể tăng, giảm thời gian khởi động trễ hoặc dừng một
động cơ bất kì bằng rơle thời gian này. Mạch điều khiển theo cơ chế bắt cầu đơn giản được cho bởi hình 5.13.
* Trang bị điện của mạch Áp tô mát (CB). Cầu chì (FUSE). Rơle thời gian (T1, T2). Nút ấn (ON, OFF). Công tắc tơ (K1, K2, K3).
Rơle nhiệt (OLR1, OLR2, OLR3). Trang 110
Bài giảng Khí cụ điện
Động cơ xoay chiều ba pha (M1, M2, M3). 220V AC OFF ON K OLR OLR 1 1 OLR2 3 T22 K11 T1 K22 T11 K2 T2 T21 K3
Hình 5.13: Mạch mở máy động cơ theo trình tự dùng cơ chế bắc cầu. * Nguyên lý hoạt động Mở máy:
Ấn nút ON1 cuộn hút công tắc tơ K1 có điện đóng điện cho động cơ M1 hoạt động. Rơle
thời gian T1 và T2 có điện và bắt đầu tính thời gian. Mạch điều khiển được duy trì nguồn
bởi tiếp điểm K12. Sau một khoảng thời gian t1 định trước tiếp điểm thường mở đóng chậm
T11 của rơle T1 đóng lại cấp nguồn cho công tắc tơ K2, các tiếp điểm động lực của K2 đóng
lại cấp nguồn cho động cơ M2 hoạt động. Động cơ M3 vẫn chưa hoạt động.
Hai động cơ M1 và M2 hoạt động trong một thời gian t2 thì tiếp điểm thường đóng mở
chậm T22 của rơle thời gian T2 mở ra động cơ M1 mất nguồn ngừng hoạt động. Đồng thời
lúc này tiếp điểm thường mở đóng chậm T21 của rơle thời gian T2 đóng lại cấp nguồn cho
công tắc tơ K3 đưa động cơ M3 vào hoạt động cùng M2. Lúc này mạch điều khiển được duy
trì nguồn bởi tiếp điểm K22 do tiếp điểm K12 đã mở ra khi công tắc tơ K1 mất điện. Tắt máy:
Ấn nút OFF mạch điều khiển mất điện làm cho các công tắc tơ nhả các tiếp điểm động
lực, các động cơ ngừng hoạt động. Trang 111
Bài giảng Khí cụ điện
Ngoài mạch điều khiển được mắc như trên ta cũng có thể mắc theo sơ đồ hình 5.14. 220V AC ON OLR OFF 1 K1 T1 K12 T11 K2 OLR2 T2 T21 K OLR3 3 K22 Hình 5.14
Về trang bị điện và nguyên lý hoạt động của mạch điều khiển này cơ bản cũng giống như
mạch đã trình bày ở trên. Chỉ khác một điểm là khi động cơ M3 được đưa vào hoạt động bởi
rơle T2 thì động cơ M1 vẫn tiếp tục hoạt động chứ không dừng lại do không có tiếp điểm
thường đóng mở chậm của T2 khống chế. Các động cơ bị khoá chéo lẫn nhau. Nếu M1
không hoạt động thì M2, M3 không hoạt động, nếu M2 không hoạt động thì M3 không hoạt động. Trang 112
Bài giảng Khí cụ điện
TÀI LIỆU THAM KHẢO
1. Phạm Văn Chới, Bùi Tín Hữu, Nguyễn Tiến Tôn, 2006. Giáo trình khí cụ điện. Nhà
xuất bản Đại học Quốc Gia TP. Hồ Chí Minh.
2. Lê Thành Bắc, 2003. Giáo trình Thiết bị điện. Nhà xuất bản Khoa học và Kỹ thuật.
3. Bùi Hồng Huế, 2001. Giáo trình điện công nghiệp. Nhà xuất bản Xây Dựng.
4. Phan Trọng Nghĩa, 2009. Giáo trình điện công nghiệp. Đại học Cần Thơ.
5. Giáo trình Khí cụ điện. Trường Cao đẳng Ngoại ngữ - Công nghệ Việt Nhật. Trang 113