Giáo trình nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí

BỘ CÔNG THƯƠNG

TRƯỜNG CĐ CÔNG NGHIỆP VÀ THƯƠNG MẠI

GIÁO TRÌNH

KHÍ CỤ ĐIỆN MÁY ĐIỆN

NGHỀ: KỸ THUẬT MÁY LẠNH VÀ

ĐIỀU HÒA KHÔNG KHÍ

TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP

Ban hành kèm theo Quyết định số: /QĐ-CĐCN&TM, Ngày tháng năm2018

Của hiệu trưởng trường Cao đẳng Công nghiệp và Thương mại

Vĩnh phúc, 2018

a

MỤC LỤC

Chương 1 ....................................................................................................................................1

LÝ THUYẾT CƠ SỞ KHÍ CỤ ĐIỆN ........................................................................................1

1.1. Khái niệm chung về thiết bị điệ n .....................................................................................1

1.1.1. Định nghĩa .................................................................................................................1

1.1.2. Phân loại ...................................................................................................................1

1.1.3. Các yêu cầu cơ bản của thiết bị điện .........................................................................1

1.2. Lực điện động ..................................................................................................................2

1.2.1. Khái niệm chun g .......................................................................................................2

1.2.2. Ổn định lực điện động ..............................................................................................2

1.3. Sự phát nóng của khí cụ điện (KCĐ)...............................................................................2

1.3.1. Khái niệm chun g .......................................................................................................2

1.3.2. Phân loại ...................................................................................................................3

1.4. Tiếp xúc điện ...................................................................................................................4

1.4.1. Khái niệm ..................................................................................................................4

1.4.2. Các yêu cầu cơ bản của tiếp xúc điệ n .......................................................................4

1.4.3. Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm .................................................................................4

1.5. Hồ quang điệ n ..................................................................................................................5

1.5.1. Khái niệm ..................................................................................................................5

1.5.2. Quá trình phát sinh và dập hồ quang ........................................................................5

Câu hỏi ôn tập chương 1 .....................................................................................................6

Chương 2 ....................................................................................................................................7

KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY ...............................................................................7

2.1. Cầu dao ............................................................................................................................7

2.1.1.Công dụng ..................................................................................................................7

2.1.2. Cấu tạ o ......................................................................................................................7

2.1.3. Nguyên lý làm việ c ...................................................................................................7

2.1.4. Phân loại ...................................................................................................................8

2.1.5. Các thông số định mức của cầu dao ..........................................................................8

2.2. Công tắc ...........................................................................................................................8

2.2 .1. Khái niệm ..................................................................................................................8

2.2 .2. Công tắc đổi nối kiểu hộ p .........................................................................................9

2.2.3. Công tắc hành trình .................................................................................................10

2.3. Nút ấn .............................................................................................................................11

2.3.1. Khái quát và công dụng ..........................................................................................11

2.3.2. Cấu tạo và phân loại ................................................................................................11

Câu hỏi ôn tập chương 2 ...................................................................................................12

Ch ương 3 ..................................................................................................................................13

KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ ............................................................................13

3.1. Cầu chì ...........................................................................................................................13

3.1.1. Khái niệm chun g .....................................................................................................13

3.1.2. Nguyên lý làm việ c .................................................................................................13

3.1.3. Kết cấu cầu chì ........................................................................................................14

3.2. Áp tô mát .......................................................................................................................14

3.2.1. Khái quát và yêu cầu kỹ thuật .................................................................................14

3.2.2. Cấu tạo chung .........................................................................................................16

3.2.3. Nguyên lý làm việ c .................................................................................................17

3.3. Công tắc t ơ .....................................................................................................................18

3.3.1. Khái niệm chun g .....................................................................................................18

3.3.2. Công tắc tơ kiểu điện từ ..........................................................................................19

3.4. Khởi động t ừ ..................................................................................................................20

b

3.4.1. Khái niệm chun g .....................................................................................................20

3.4.2. Các yêu cầu kỹ thuậ t ...............................................................................................21

3.4.3. Sơ đồ nguyên lý dùng khởi động từ ........................................................................21

Câu hỏi ôn tập chương 3 ...................................................................................................23

Chương 4 ..................................................................................................................................24

MỘT SỐ LOẠI RƠ LE THÔNG DỤN G .................................................................................24

4.1. Khái quát chun g .............................................................................................................24

4.1.1. Công dụng ...............................................................................................................24

4.1.2. Cấu tạo chung .........................................................................................................24

4.1.3. Phân loại .................................................................................................................24

4.2. Rơle điện từ ....................................................................................................................25

4.2.1. Khái niệm ................................................................................................................25

4.2.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơ le điện từ..................................................25

4.3. Rơle từ điện ....................................................................................................................26

4.3.1. Khái niệm ................................................................................................................26

4.3.2. Nguyên lý cấu tạo ..................................................................................................26

4.4. Rơle cảm ứn g .................................................................................................................27

4.4.1. Khái niệm ................................................................................................................27

4.4.2. Rơ le cảm ứng dòng cực đại ...................................................................................28

4.5. Rơle điện động ...............................................................................................................29

4.5.1. Khái niệm ................................................................................................................29

4.5.2. Nguyên lý cấu tạo ...................................................................................................30

4.6. Rơle trung gian ..............................................................................................................30

4.6.1. Khái niệm ................................................................................................................30

4.6.2. Nguyên lý cấu tạo ...................................................................................................31

4.7. Rơ le thời gian ................................................................................................................31

4.7.1. Khái niệm ................................................................................................................31

4.7.2. Một số loại rơ le thời gian thông dụng ....................................................................32

4.8. Rơle dòng điệ n ...............................................................................................................33

4.8.1. Khái niệm ................................................................................................................33

4.8.2. Rơ le dòng điện cực đại điện từ ..............................................................................33

4.9. Rơle điện áp ...................................................................................................................34

4.10. Rơle nhiệt .....................................................................................................................35

4.10.1. Khái niệm ..............................................................................................................35

4.10.2. Rơle nhiệt kiểu kim loại kép................................................................................36

4.11. Rơle tốc độ ...................................................................................................................37

4.11.1. Khái niệm ..............................................................................................................37

4.11.2. Một số loại Rơ le thông dụng. ..............................................................................37

Câu hỏi ôn tập chương 4 ...................................................................................................38

Chương 5 ..................................................................................................................................39

MÁY BIẾN ÁP .........................................................................................................................39

5.1. Khái niện chun g .............................................................................................................39

5.1.1. Định nghĩa ...............................................................................................................39

5.1.2. Vai trò và công dụng ...............................................................................................39

5.1.3. Các đại lượng định mức ..........................................................................................40

5.2. Tổ nối dây và mạch từ của Máy biến á p ........................................................................40

5.2.1. Cách ký hiệu đầu dây ..............................................................................................40

5.2.2. Tổ nối dâ y ..............................................................................................................41

5.3. Các quan hệ điện từ trong máy biến áp ..........................................................................43

5.3.1. Các hiện tượng xảy ra khi từ hoá lõi thép của máy biến áp một pha......................43

5.3.2. Các hiện tượng xảy ra trong lõi thép máy biến áp ba pha ......................................44

5.3.3. Các quan hệ điện từ trong máy biến áp ...................................................................46

c

Câu hỏi ôn tập chương 5 ...................................................................................................47

Chương 6 ..................................................................................................................................48

MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG B Ộ ............................................................................................48

6.1. Khái niệm .......................................................................................................................48

6.2. Cấu tạo chung ................................................................................................................48

6.3. Nguyên lý làm việ c ........................................................................................................50

Câu hỏi ôn tập chương 6 ...................................................................................................53

Chương 7 ..................................................................................................................................54

MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ ...........................................................................................................54

7.1. Khái niệm .......................................................................................................................54

7.2. Cấu tạ o ...........................................................................................................................55

7.3. Nguyên lý làm việ c ........................................................................................................58

Câu hỏi ôn tập chương 7 ...................................................................................................59

Chương 8 ..................................................................................................................................60

MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU .......................................................................................................60

8.1. Khái niệm .......................................................................................................................60

8.2. Cấu tạo chung ................................................................................................................60

8.3. Nguyên lý làm việ c ........................................................................................................63

Câu hỏi ôn tập chương 8 ...................................................................................................65

TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................66

d

Chương 1

LÝ THUYẾT CƠ SỞ KHÍ CỤ ĐIỆN

Trong chương này chủ yếu cung cấp phần cơ sở lý thuyết về khí cụ điện như

một số khái niệm, hiện tượng thường gặp trong khí cụ điện.

1.1. Khái niệm chung về thiết bị điện

1.1.1. Định nghĩa

Thiết bị điện hay còn gọi là khí cụ điện (KCĐ) là các loại thiết bị làm nhiệm vụ

đóng cắt. điều chỉnh, chuyển đổi, khống chế và kiểm tra mọi hoạt động của hệ thống

lưới điện và các loại máy điện. Ngoài ra thiết bị điện còn được sử dụng để kiểm tra,

điều chỉnh và biến đổi đo lường nhiều quá trình không điện khác.

1.1.2. Phân loại

Để thuận lợi cho việc nghiên cứu, vận hành, sử dụng và sử chữa thiết bị điện

người ta phân loại như sau:

1.1.2.1.Theo công dụng :

+ Thiết bị điện đóng cắt: Chức năng chính là đóng cắt tự động hoặc bằng tay

mạch điện ở chế độ làm việc khác nhau. VD: Cầu dao, dao cách ly, áp tô mát, cầu chì.

Đặc điểm của nhóm này là tần số thao tác thấp (thỉnh thoảng mới phải thao tác), do đó

tuổi thọ của chúng thường không cao (đến hàng chục ngàn lần đóng cắt).

+ Thiết bị điện hạn chế dòng điện, điện áp: Chức năng là hạn chế dòng điện,

điện áp trong mạch không tăng quá cao khi bị sự cố. VD: Kháng điện dùng để hạn chế

dòng điện ngắn mạch, van chống sét dùng để hạn chế điện áp.

+ Thiết bị điện mở máy, điều khiển: Gồm các loại KCĐ như các bộ mở máy,

khống chế, điện trở mở máy, công tắc tơ, khởi động từ…Đặc điểm của các thiết bị này

là tần số thao tác cao, có thể tới 1500 lần/giờ, vì vậy tuổi thọ của nó có thể tới hàng

triệu lần đóng cắt.

+ Thiết bị điện kiểm tra, theo dõi: Các thiết bị điện này có chức năng kiểm tra,

theo dõi sự làm việc của các đối tượng và biến đổi tín hiệu không điện thành tín hiệu

điện. Các KCĐ này gồm các loại rơle, các bộ cảm biến…Đặc điểm của thiết bị điện

này là công suất thấp, thường được nối mạch ở thứ cấp để biến đổi, truyền tín hiệu.

+ Thiết bị điện tự động điều chỉnh, khống chế, duy trì chế độ làm việc và các

tham số của đối tượng như các bộ ổn định điện áp, ổn định tốc độ, ổn định nhiệt độ…

+ Thiết bị điện biến đổi dòng điện, điện áp gồm máy biến dòng điện, máy biến

điện áp. Chúng có chức năng biến đổi dòng điện lớn, điện áp cao thành dòng điện và

điện áp có trị số thích hợp, an toàn cho việc đo lường, điều khiển, bảo vệ.

1.1.2.2. Theo nguyên lý làm việc

Thiết bị điện được chia theo các nhóm với nguyên lý điện cơ, điện từ, từ điện,

điện động, nhiệt, có tiếp điểm và không có tiếp điểm.

1.1.2.3. Theo tính chất dòng điện

+ Thiết bị điện dùng trong mạch một chiều

+ Thiết bị điện dùng trong mạch xoay chiều.

1.1.2.4. Theo cấp điện áp làm việc

+ Thiết bị điện hạ áp (có điện áp đến 1000V).

+ Thiết bị điện cao áp (điện áp từ 1000 V trở lên).

1.1.3. Các yêu cầu cơ bản của thiết bị điện

Để đảm bảo an toàn cho thiết bị điện và đảm bảo độ tin cậy của thiết bị điện thì

thiết bị điện phải đảm bảo một số yêu cầu sau:

1

- Thiết bị điện đảm bảo làm việc lâu dài với các thông số kỳ thuật ở trạng thái

làm việc định mức: U_đm, I_đm.

- Thiết bị điện phải đảm bảo ổn định nhiệt, lực điện động, có cường độ cơ khí cao

khi quá tải, khi ngắn mạch. Vật liệu cách điện tốt, không bị chọc thủng khi quá

dòng.

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

ráp, kiểm tra và sửa chữa.

1.2. Lực điện động

1.2.1. Khái niệm chung

Một vật dẫn đặt trong từ trường, có dòng điện chạy qua sẽ chịu tác dụng 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 là lực điện động (LĐĐ).

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

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

(có lúc lên tới hàng chục lần dòng định mức) do đó LĐĐ sẽ rất lớn, LĐĐ sẽ làm biến

dạng, đôi khi còn phá vỡ kết cấu thiết bị điện.

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

như rơ le điện động, cơ cấu đo điện động.

1.2.2. Ổn định lực điện động

Ổn định lực điện động là khả năng chịu đựng tác động cơ khí do LĐĐ sinh ra

khi ngắn mạch.

Để đảm bảo điều kiện cần là: I_m> I_xkvới:

- I_mlà dòng điện cho phép lớn nhất của thiết bị.

- I_xklà dòng xung kích tính toán khi ngắn mạch ba pha.

1.3. Sự phát nóng của khí cụ điện (KCĐ)

1.3.1. 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 ra hiện tượng phát nóng. Ngoài ra trong các 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 nhanh bị

hư hỏng, vật liệu cách điện nhanh bị già hóa, độ bền kim loại bị giảm sút.

Nhiệt độ cho phép của các bộ phận thiết bị điện có thể tham khảo trong bảng

1.1 và 1.2.

Bảng 1.1. Nhiệt độ cho phép của vật liệu làm khí cụ điện

2

Bảng 1.2. Nhiệt độ cho phép của vật liệu cách điện

1.3.2. Phân loại

Tùy theo chế độ làm việc khác nhau, mỗi KCĐ sẽ có sự phát nóng khác nhau

- Chế độ làm việc lâu dài của KCĐ

KCĐ làm việc lâu dài, nhiệt độ trong KCĐ bắt đầu tăng và đến nhiệt độ ổn định

thì không tăng nữa, lúc này sẽ tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh.

Hình 1- 1. Nhiệt độ của KCĐ ở chế độ làm việc dài hạn

- Chế độ làm việc ngắn hạn của KCĐ

Chế độ làm việc ngắn hạn của KCĐ là chế độ khi đóng điện nhiệt độ của nó

không đạt tới nhiệt độ ổn định, sau khi phát nóng ngắn hạn, KCĐ được ngắt nhiệt độ

của nó sụt xuống mức không so sánh được với môi trường xung quanh.

Hình 1- 2. Nhiệt độ của KCĐ ở chế độ làm việc ngắn hạn

3

- Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại của KCĐ

Nhiệt độ của KCĐ tăng lên trong khoảng thời gian KCĐ làm việc, nhiệt độ

giảm xuống trong khoảng thời gian KCĐ nghỉ, nhiệt độ giảm chưa đạt đến giá trị ban

đầu thì KCĐ làm việc lặp lại. Sau khoảng thời gian, nhiệt độ tăng lên lớn nhất gần

bằng nhiệt độ giảm nhỏ nhất thì KCĐ đạt được chế độ dừng.

Hình 1- 3. Nhiệt độ của KCĐ ở chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại

1.4. Tiếp xúc điện

1.4.1. Khái niệm

Chỗ tiếp giáp giữa hai 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 giữa các vật dẫn điện gọi là bề

mặt tiếp xúc điện.

Tiếp xúc điện chia làm ba dạng chính:

- Tiếp xúc cố định: Các tiếp điểm được nối cố định với các chi tiết dẫn dòng

điện như là: thanh cái, cáp điện, chỗ nối KCĐ vào mạch. Trong quá trình sử dụng, cả

hai tiếp điểm được gắn chặt vào nhau nhờ các bu lông, hàn nóng hay nguội.

- Tiếp xúc đóng mở: Là tiếp xúc để đóng ngắt mchj điện. Trong trường hợp này

phát sinh hồ quang điện, cần xác định khoảng cách giữa tiếp điểm tĩnh và động dựa

vào dòng điện định mức, điện áp định mức và chế độ làm việc của KCĐ.

- Tiếp xúc trượt: Là tiếp xúc ở cố góp và vành trượt, tiếp xúc này cũng dễ phát

sinh hồ quang điện.

1.4.2. Các yêu cầu cơ bản của tiếp xúc điện

Tiếp xúc điện là một phần rất quan trọng của KCĐ. Trong thời gian hoạt động

đóng mở, chỗ tiếp xúc sẽ phát nóng cao, mài mòn lớn do va đập và ma sát, đặc biệt do

sự hoạt động có tính chất hủy hoại của hồ quang. Vì vậy tiếp xúc điện cần đảm bảo các

yêu cầu cơ bản sau:

- Nơi tiếp xúc điện phải chắc chắn, đảm bảo.

- Nơi tiếp xúc phải có độ bền cơ khí cao.

- Không phát nóng quá giá trị cho phép đối với dòng điện định mức.

- Ổn định nhiệt và lực điện động khi có dòng ngắn mạch cực đại đi qua.

- Chịu được tác dụng của môi trường xung quanh, nhiệt độ cao ít bị oxi hóa..

1.4.3. Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm

Tại chỗ tiếp xúc bao giờ cũng có điện trở tiếp xúc (R_tx). Điện trở tiếp xúc của

tiếp điểm ảnh hưởng đến chất lượng của KCĐ, R_txlớn 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.

4

Trong các tiếp điểm KCĐ mong muốn R_txcó giá trị càng nhỏ càng tốt nhưng do

thực tế có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến R_txnên không thể giảm R_txcực nhỏ như mong

muốn. Các yếu tố chính sau ảnh hưởng đến R_tx.

- Vật liệu làm tiếp điểm: Vật liệu mềm tiếp xúc tốt.

- Kim loại làm tiếp diểm không bị oxy hóa: Đồng, thép được dùng làm tiếp

điểm cố định. Ngoài ra các tiếp điểm còn được làm bằng bạc, bạch kim, Vonfram,

niken, có thể là vàng.

- Lực ép tiếp điểm càng lớn thì sẽ tạo nên nhiều tiếp điểm tiếp xúc.

- Nhiệt độ tiếp điểm càng cao thì điện trở tiếp xúc càng lớn.

- Diện tích tiếp xúc.

- Hình dạng tiếp điểm

1.5. Hồ quang điện

1.5.1. Khái niệm

Hồ quang điện là hiện tượng phóng điện trong chất khí với mật độ dòng điện

tương đối lớn (10⁴đến 10⁵A/cm²), điện áp rơi trên catot bé (10÷20V), nhiệt độ rất cao

(5000 đến 6000⁰C), kèm theo hiệu ứng ánh sáng. Hồ quang điện là quá trình điện và

nhiệt liên quan mật thiết với nhau

Hồ quang điện được dùng để hàn, luyện thép.v.v.trong những trường hợp này

hồ quang điện có ích, nên được duy trì cháy ổn định.

Tuy nhiên trong KCĐ như: cầu dao, cầu dao, cầu chì, rơle, công tắc..v.v..khi

đóng hay ngắt mạch điện, hồ quang phát sinh trên tiếp điểm lại có hại. Nếu hồ quang

cháy lâu, KCĐ và hệ thống điện sẽ hư hỏng do đó cần phải có các biện pháp nhanh

chóng dập tắt hồ quang.

1.5.2. Quá trình phát sinh và dập hồ quang

1.5.2.1. Quá trình phát sinh hồ quang điện

Quá trình phát sinh hồ quang bản chất là quá trình ion hóa .

Ở điều kiện bình thường, môi trường khí gồm các phần tử trung hòa nên nó

không dẫn điện. Nếu các phần tử trung hòa đó bị phân tích thành các điện tử tự do, các

ion dương, ion âm thì nó trở thành dẫn điện. Quá trình tạo ra các điện tử tự do và các

ion trong chất khí được gọi là quá trình ion hóa. Quá trình này có thể xảy ra dưới tác

dụng của ánh sáng, nhiệt độ, điện trường, va đập…

Ở các tiếp điểm của KCĐ đóng cắt, trong quá trình cắt, tiếp điểm động rời khỏi

tiếp điểm tĩnh làm điện trở tiếp xúc tăng, tổn hao lớn, nhiệt độ tiếp điểm cao, tạo điều

kiện thuận lợi cho quá trình phát xạ nhiệt điện tử (đây là quá trình xảy ra khi nhiệt độ

catot cao, các điện tử tự do trong điện cực có động năng lớn, có thể thoát ra khỏi bề

mặt kim loại, tạo nên dòng điện trong chất khí).

Tại thời điểm hai tiếp điểm mới tách nhau ra, cường độ điện trường giữa chúng

khá lớn, thuận lợi cho việc tự phát xạ điện tử càng lớn khi nhiệt độ điện cực cao và

điện trường đặt lên nó lớn phát ra hồ quang điện.

1.5.2.2. Các phương pháp dập hồ quang

Yêu cầu hồ quang phải được dập tắt trong khu vực hạn chế với thời gian ngắn

nhất, tốc độ mở tiếp điểm phải lớn mà không làm hư hỏng các bộ phận của KCĐ.

Đồng thời năng lượng hồ quang phải đạt đến giá trị nhỏ nhất, điện trở hồ quang phải

tăng nhanh và việc dập tắt cũng không được kéo dài theo quá điện áp nguy hiểm, tiếng

kêu phải nhỏ và ánh sáng không quá lớn.

Để dập tắt hồ quang ta dùng những biện pháp tăng cường quá trình phản ion ở

khu vực hồ quang (Quá trình phản ion là quá trình ngược lại với quá trình ion hóa, tức

là quá trình suy giảm số lượng ion trong vùng hồ quang.

5

Trong hồ quang điện, tồn tại song song hai quá trình ion hóa và phản ion. Nếu

quá trình ion hóa lớn hơn quá trình phản ion, hồ quang sẽ phát sinh và phát triển mạnh,

dòng điện hồ quang sẽ tăng. Nếu quá trình ion hóa cân bằng với quá trình phản ion,

dòng điện hồ quang không tăng và hồ quang cháy ổn định. Nếu quá trình ion hóa bé

hơn quá trình phản ion thì dòng điện hồ quang sẽ suy giảm và hồ quang sẽ tắt) đó là:

- Tăng độ dài hồ quang

- Dùng từ trường để tạo lực thổi hồ quang chuyển động nhanh

- Dùng dòng khí hay dầu để thổi dập tắt hồ quang

- Dùng khe hở hẹp để hồ quang cọ sát vào vách của khe hẹp này

- Tạo thành chân không ở khu vực hồ quang

- Chia hồ quang thành nhiều hồ quang ngắn nhờ vách ngăn

- Cho hồ quang tiếp xúc với một chất cách điện làm nguội

Theo nguyên tắc dập hồ quang có các loại:

- Kéo dài hồ quang

- Hồ quang tự sinh năng lượng để dập tắt dùng năng lượng ngoài để dập tắt.

- Dùng tiếp điểm bắc cầu: Áp dụng trong hệ thống công tắc tơ, phân chia hồ

quang làm 2 đoạn và nhờ lực đẩy hồ quang về hai phía.

Câu hỏi ôn tập chương 1.

Câu 1. Nêu khái niệm, phân loại và các yêu cầu của KCĐ.

Câu 2. Nêu khái niệm lực điện động.

Câu 3. Trình bày các chế độ phát nóng của KCĐ.

Câu 4. Nêu khái niệm, phân loại tiếp xúc điện.

Câu 5. Nêu nguyên nhân phát sinh hồ quang điện và nguyên tắc dập hồ quang.

6

Chương 2

KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY

Chương này giúp sinh viên biết được công dụng, cách phân loại, ký hiệu của

một số khí cụ điện điều khiển bằng tay thông dụng như: cầu dao, công tắc, nút ấn.

Đồng thời hình thành thái độ yêu nghề, sự tỷ mỉ của sinh viên.

2.1. Cầu dao

Hình 2 - 2. Nguyên lý cấu tạo cầu dao có

lưỡi dao phụ

1. Lưỡi dao chính (tiếp điểm)

Hình 2 - 1. Hình ảnh cầu dao

2. Tiếp xúc tĩnh (ngàm)

3. Lưỡi dao phụ

4. Lò xo bật nhanh

2.1.1.Công dụng

Cầu dao là một loại KCĐ dùng để đóng ngắt dòng điện bằng tay đơn giản nhất

được sử dụng trong các mạch điện có điện áp nguồn cung cấp đến 220V điện một

chiều và 380V điện xoay chiều.

Cầu dao thường để đóng ngắt mạch điện có công suất nhỏ với tần số đóng cắt

thấp. Nếu điện áp cao hơn hoặc mạch điện có công suất trung bình và lớn thì cầu dao

chỉ làm nhiệm vụ đóng cắt không tải. Vì trong trường hợp này khi ngắt mạch hồ quang

sinh ra sẽ rất lớn, tiếp xúc sẽ bị phá hủy trong một thời gian rất ngắn và khơi mào cho

việc hồ quang giữa các pha; từ đó vật liệu cách điện sẽ bị hỏng, nguy hiểm cho thiết bị

và người thao tác.

2.1.2. Cấu tạo

Phần chính của cầu dao là lưỡi dao (tiếp điểm động) và hệ thống kẹp lưỡi (tiếp

xúc tĩnh) được làm bằng hợp kim của đồng, ngoài ra bộ phận nối dây cũng làm bằng

hợp kim đồng.

2.1.3. Nguyên lý làm việc

Khi thao tác trên cầu dao, nhờ vào lưỡi dao và hệ thống kẹp lưỡi, mạch điện

được đóng ngắt. Trong quá trình ngắt mạch, cầu dao thường xảy ra hồ quang điện tại

đầu lưỡi dao và điểm tiếp xúc trên hệ thống kẹp lưỡi. Người sử dụng cần phải kéo lưỡi

dao ra khỏi kẹp nhanh và dứt khoát để dập tắt hồ quang.

Do tốc độ kéo bằng tay không thể nhanh được nên người ta làm thêm lưỡi dao

phụ. Lúc dẫn điện thì lưỡi dao phụ cùng lưỡi dao chính được kẹp trong ngàm.

Khi ngắt điện, tay kéo lưỡi dao chính trước, lò xo được kéo căng ra và tới một mức

nào đó sẽ bật nhanh kéo lưỡi dao phụ ra khỏi ngàm một cách nhanh chóng. Do đó, hồ

quang được kéo dài nhanh và hồ quang bị dập tắt trong thời gian ngắn.

7

2.1.4. Phân loại

- Theo kết cấu người ta chia cầu dao làm các loại: 1 cực, 2 cực, 3 cực và 4 cực.

Người ta cũng chia cầu dao ra loại có tay nắm ở giữa hay tay nắm ở bên. Ngoài ra có

cầu dao một ngả và cầu dao hai ngả.

- Theo điện áp định mức: 250V và 500 V

- Theo dòng điện định mức: 15, 25, 30, 40, 60, 75, 100, 200, 350, 600, 1000 A.

- Theo vật liệu cách điện có các loại đế sứ, đế nhựa, đế đá.

- Theo điều kiện bảo vệ có loại không có hộp, loại có hộp che chắn (nắp nhựa,

nắp gang, nắp sắt…).

- Theo yêu cầu sử dụng, người ta chế tạo cầu dao có cầu chì bảo vệ và loại,

không có cầu chì bảo vệ.

Ký hiệu cầu dao không có cầu chì bảo vệ.

Hình 2 - 3. Ký hiệu cầu dao không có cầu chì bảo vệ

Ký hiệu cầu dao có cầu chì bảo vệ

Hình 2 - 4. Ký hiệu cầu dao có cầu chì bảo vệ

2.1.5. Các thông số định mức của cầu dao

Chọn cầu dao theo dòng điện định mức và điện áp định mức

I_đm= I_tt(dòng điện tính toán của mạch điện)

U_đm= U_nguồn(điện áp nguồn của lưới điện sử dụng)

Ngoài ra người ta còn chọn số cực (số lưỡi dao chính)

2.2. Công tắc

2.2.1. Khái niệm

2.2.1.1. Công dụng

Công tắc là KCĐ dùng để đóng ngắt mạch điện có công suất nhỏ và có dòng

điện định mức nhỏ hơn 6A. Công tắc thường có hộp bảo vệ để tránh có sự phóng điện

khi đóng mở. Điện áp của công tắc nhỏ hơn hay bằng 500V.

Công tắc hộp làm việc chắc chắn hơn cầu dao, dập tắt hồ quang nhanh hơn vì

thao tác ngắt nhanh và dứt khoát hơn cầu dao.

8

a)

b)

c)

Hình 2 - 5. Hình ảnh một số loại công tắc

a. Công tắc hai cực

b. Công tắc hành trình

c. Công tác hạt

Ký hiệu một số công tắc thường gặp:

Hình 2 - 6. Ký hiệu của một số loại công tắc thông dụng

2.2.1.2 Phân loại

Theo công dụng làm việc có các loại công tắc sau:

- Công tắc đóng ngắt trực tiếp.

- Công tắc chuyển mạch (công tắc xoay, công tắc đảo, công tắc vạn năng), dùng

để đóng ngắt, chuyển đổi mạch điện , đổi nối sao tam giác cho động cơ.

- Công tắc hành trình là loại công tắc được áp dụng trong các máy cắt gọt kim

loại để điều khiển tự động quá trình làm việc của mạch điện.

2.2.2. Công tắc đổi nối kiểu hộp

2.2.2.1. Khái niệm, công dụng

Công tắc đổi nối kiều hộp (công tắc hộp) là loại KCĐ đóng ngắt dòng điện bằng

tay kiểu hộp, dùng để đóng, ngắt, đổi nối không thường xuyên mạch điện có dòng điện

đến 400A, điện áp 220V một chiều và 380V xoay chiều).

Công tắc đổi nối kiểu hộp thường dùng làm cầu dao tổng cho các máy công cụ,

dùng làm đầu nối, khống chế trong các mạch điện tự động. Nó cũng được dùng để mở

máy, đảo chiều quay hoặc đổi nối dây quấn stato động cơ từ sao sang tam giác.

2.2.2.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc như hình 2-7.

9

Khi xoay núm, nhờ hệ thống lò xo xoắn lại sẽ làm xoay trục, chém vào các tiếp

điểm tĩnh. Lực ép tiếp điểm ở đây nhờ lực đàn hồi của má tiếp điểm động. Mỗi pha

được ngăn cách với nhau bởi tấm cách điện 6 . Các tấm cách điện 3 được làm bằng vật

liệu cách điện, mục đích làm cho các tiếp điểm chuyển động dễ dàng.

1 – Các tiếp điểm tĩnh

2 – Các tiếp điểm động

3 – Các tấm cách điện

4 - Núm

5 – Lò xo

6 – Cách điện pha

7 – Trục

Hình 2 - 7. Nguyên lý cấu tạo công tắc đổi nối kiểu hộp

2.2.2.3. Đặc điểm

- Ưu điểm: Tốc độ đóng ngắt nhanh, kích thước nhỏ gọn. Hồ quang cháy trong

môi trường kín.

- Nhược điểm: Hệ thống tiếp điểm và cơ cấu truyền động chóng bị mòn, tuổi

thọ đến 2.10⁴đóng cắt.

2.2.3. Công tắc hành trình

1

2

12

11

3

4

1 – Con lăn

10

9

2 – Đòn

3 – Lò xo

4, 11 – Then khoá

5, 8 – Tiếp điểm tĩnh

6, 7 – Tiếp điểm động

9 – Đĩa quay

10 – Con lăn

12 – Lò xo

5

6

8

7

Hình 2 - 8. Nguyên lý cấu tạo công tắc hành trình

10

2.2.3.1. Công dụng, phân loại

Công tắc hành trình dùng để đóng, ngắt, chuyển đổi mạch điện điều khiển trong

truyền động điện tự động theo tín hiệu “hành trình” ở các cơ cấu chuyển động cơ khí

nhằm tự động điều khiển hành trình làm việc hay tự động ngắt mạch điện ở cuối hành

trình để đảm bảo an toàn.

Tùy theo cấu tạo công tắc hành trình có thể chia thành: kiểu ấn, kiểu trụ,

kiểu quay...

2.2.3.2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc công tắc hành trình kiểu đòn

Khi cần có động tác chuyển đổi chắc chắn trong điều kiện hành trình dài, người

ta dùng công tắc hành trình kiểu đòn. Công tắc này có thể đóng ngắt dòng điện một

chiều 6A, điện áp 220V.

Trên hình 2- 8 biểu diễn vị trí đóng của các tiếp điểm 7,8. Then khóa 6 có tác

dụng định vị giữ chặt tiếp điểm ở vị trí đóng. Khi máy công tác tác động lên con lăn 1,

đòn 2 sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ, con lăn 12 nhờ lò xo 14 sẽ làm cho đĩa 11

quay đi, cặp tiếp điểm 7,8 mở ra, cặp tiếp điểm 9,10 đóng lại.

Lò xo 5 sẽ kéo đòn 2 về vị trí ban đầu khi không có lực tác dụng lên 1 nữa.

2.3. Nút ấn

2.3.1. Khái quát và công dụng

Nút ấn còn gọi là nút điều khiển là một loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt từ xa

các thiết bị điện từ khác nhau; các dụng cụ báo hiệu và cũng để chuyển đổi các mạch

điện điều khiển, tín hiệu liên động bảo vệ …Ở mạch điện một chiều điện áp đến 440V

và mạch điện xoay chiều điện áp 500V, tần số 50HZ; 60HZ, nút ấn thông dụng để khởi

động, đảo chiều quay động cơ điện bằng cách đóng

và ngắt các cuôn dây của nối với động cơ.

Nút ấn thường được đặt trên bảng điều khiển, ở

tủ điện, trên hộp nút nhấn. Nút ấn thường được

nghiên cứu, chếâ tạo làm việc trong môi trường

không ẩm ướt, không có hơi hóa chất và bụi bẩn.

Nút ấn có thể bền tới 1.000.000 lần đóng không

tải và 200.000 lần đóng ngắt có tải. Khi thao tác nhấn

nút cần phải dứt khoát để mở hoặc đóng mạch điện.

2.3.2. Cấu tạo và phân loại

- Cấu tạo:

Nút ấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường hở – thường đóng và

vỏ bảo vệ. Khi tác động vào nút ấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái; khi không còn tác

động, các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu.

- Phân loại

Nút ấn được phân loại theo các yếu tố sau:

- Phân loại theo chức năng trạng thái hoạt động của nút ấn, có các loại:

+ Nút ấn đơn: Mỗi nút nhấn chỉ có một trạng thái (ON hoặc OFF)

+ Nút ấn kép : Mỗi nút ấn có hai trạng thái ON hoặc OFF

ON

OFF

Tiếp điểm

thường đóng

Tiếp điểm

thường hở

Tiếp điểm thường hở liên kết

với tiếp điểm thường đóng.

Hình 2 - 10. Ký hiệu nút ấn đơn

Hình 2 - 11. Ký hiệu nút ấn kép

11

Trong thực tế, để dễ dàng sử dụng và lắp ráp trong quá trình sửa chữa thường

người ta dùng nút ấn kép, ta có thể dùng nó như là nút ấn On hay OFF.

Phân loại theo hình dạng bên ngoài, người ta chia nút ấn ra thành 4 loại : Loại hở ; loại

bảo vệ ; loại bảo vệ chống nước và chống bụi ; Loại bảo vệ khỏi nổ.

Theo yêu cầu điều khiển người ta chia nút ấn ra ba loại : một nút ; hai nút ; ba nút.

Theo kết cấu bên trong : Nút ấn có đèn báo ; Nút ấn không có đèn báo.

Câu hỏi ôn tập chương 2.

Câu 1: Hãy trình bày công dụng, cách phân loại cầu dao và nêu nguyên lý làm việc của

cầu dao có lưỡi dao phụ.

Câu 2: Hãy trình bày công dụng, cách phân loại công tắc.

Câu 3: Hãy trình bày công dụng, cách phân loại nút ấn.

12

Chương 3

KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ

Ở chương này sinh viên được trang bị kiến thức về chức năng, cách phân loại,

cấu tạo và nguyên lý làm việc của một số KCĐ điều khiển và bảo vệ như cầu chì, áp tô

mát, công tắc tơ, khởi động từ. Đồng thời hình thành khả năng tư duy của SV khi phân

tích nguyên lý cấu tạo cũng như nguyên lý làm việc của KCĐ.

3.1. Cầu chì

3.1.1. Khái niệm chung

a. Cầu chì ống sứ

Hình 3 - 1. Hình ảnh một số loại cầu chì

3.1.1.1. Chức năng:

b. Cầu chì hộp ba pha

c. Cầu chì 10A – 220V

Cầu chì là một thiết bị bảo vệ trong đó việc chảy của một hay nhiều dây chảy

làm hở mạch và ngắt dòng điện nếu dòng điện vượt quá giá trị đặt trong khoảng thời

gian đã cho. Các cầu chì được phân lọai theo hình thức sử dụng và cấu tạo.

3.1.1.2. Phân lọai cầu chì

- Phân loại theo hình thức sử dụng:

- Cầu chì bảo vệ quá tải (theo tiêu chuẩn IEC, cầu chì bảo vệ quá tải được kí

hiệu bằng chữ g đầu): chỉ cầu chì thông dụng có thể dẫn dòng điện từ tối thiếu đến giá

trị định mức và có thể cắt dòng điện từ giá trị cắt tối thiểu và tới khả năng cắt định

mức của chúng.

- Cầu chì dự phòng (theo tiêu chuẩn IEC cầu chì dự phòng được ký hiệu bằng

chữ a đầu): chúng có thể dẫn dòng tới dòng điện định mức và chỉ có thể cắt khi dòng

điện quá tải nặng nề hoặc ngắn mạch

- Ngoài ra các cầu chì còn được phân loại theo thiết bị được nó bảo vệ:

+ bảo vệ cho cáp và đường dây- L

+ bảo vệ động cơ, máy cắt- M

+ bảo vệ linh kiện bán dẫn- R

+ bảo vệ máy biến áp- Tr

Ví dụ:- Cầu chì gL là cầu chì bảo vệ quá tải cho đường dây

- Cầu chì aM là cầu chì dự phòng bảo vệ ngắn mạch cho động cơ hoặc máy biến

áp.

- Phân loại theo cấu tạo có cầu chì loại hở; cầu chì loại vặn; loại hộp; loại kín trong

ống

3.1.2. Nguyên lý làm việc

Khi làm việc dây chảy của cầu chì được mắc nối tiếp với thiết bị cần được bảo

vệ. Tổn thất công suất trên điện trở của cầu chì theo hiệu ứng jun là w = i²Rt , khi có

quá tải hay ngắn mạch, nhiệt lượng sinh ra tại dây chảy đủ làm tăng nhiệt độ của dây

13

chảy lên đến nhiệt độ nóng chảy của kim loại làm dây chảy, dây chảy đứt loại sự cố

khỏi lưới điện.

t

3

2

1

A

B

I

I_gh

I_đm

Hình 3 - 2. Đường đặc tính Ampe – giây

1- Đường đặc tính Ampe giây của cầu chì không bảo

vệ được phụ tải.

2- Đường đặc tính Ampe giây của phụ tải

3- Đường đặc tính Ampe giây của cầu chì không bảo

vệ được phụ tải.

`

Như vậy đặc tính quan trọng của cầu chì là thời gian tác động phụ thuộc vào giá

trị dòng điện qua dây chảy.

Quan hệ giữa dòng điện tác động và thời gian tác động được biểu diễn bằng đặc

tính amper-giây như hình 3 - 2. Đường cong 1 là đặc tính amper-giây của cầu chì,

đường cong 2 là đặc tính amper-giây của đối tượng (phụ tải).

Trong vùng dòng điện quá tải thấp (vùng A), sự phát nóng của cầu chì diễn ra

chậm và phần lớn nhiệt lượng đều tỏa ra môi trường bên ngoài đối tượng không được

bảo vệ. Trong vùng quá tải lớn, cầu chì bảo vệ được đối tượng. Giá trị dòng điện giới

hạn mà cầu chì có thể chảy gọi là dòng điện giới hạn Igh.

Để bảo vệ được đối tượng thì đặc tính amper-giây của cầu chì phải thấp hơn của

đối tượng đường (3).

3.1.3. Kết cấu cầu chì

Cầu chì thường được cấu tạo bởi hai phần cơ bản là hộp hay đế cầu chì và ống

dây chảy.

Ống dây chảy thường có cấu tạo vỏ ngoài làm bằng nhựa bakelik hoặc sứ cách

điện. Trong vỏ là dây chảy là thành phần chính của cầu chì. Dây chảy thường được

làm bằng các kim lọai có nhiệt độ nóng chảy thấp nhưng có nhiệt độ hóa hơi tương đối

cao. Trên dây chảy nguời ta dập lỗ hoặc rãnh để tạo tiết diện không đồng nhất.

3.2. Áp tô mát

3.2.1. Khái quát và yêu cầu kỹ thuật

3.2.1.1. Khái quát

Áptômát (CB) hay còn gọi là máy cắt là KCĐ tự động cắt mạch điện khi có sự

cố: quá tải, ngắn mạch, điện áp suất, công suất ngược… Trong mạch điện hạ áp có

điện áp đinh mức đến 660V xoay chiều, có dòng điện định tới 6KA.

Đôi khi CB cũng được dùng để đóng, cắt không thường xuyên các mạch điện ở

chế độ bình thường.

14

Theo kết cấu, người ta chia áp tô mát ra làm ba loại: một cực, hai cực và ba cực.

Theo thời gian thao tác, người ta chia áp tô mát ra thành 2 loại: tác động không

tức thời và tác động tức thời (nhanh).

Theo công dụng bảo vệ, người ta chia áp tô mát thành các loại: áp tô mát dòng

cực đại, áp tô mát điện áp thấp, áp tô mát chống giật, áp tô mát đa năng…

3.2.1.2. Yêu cầu kỹ thuật

- Chế độ làm việc ở định mức của CB phải là chế độ làm việc dài hạn, nghĩa là

trị số dòng điện định mức chạy qua CB lâu bao nhiêu cũng được. Mặt khác, mạch

dòng điện của CB phải chịu được dòng điện lớn (khi ngắn mạch) lúc các tiếp điểm của

nó đã đóng hay đang đóng.

- CB phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn, có thể đến vài chục kA.

Sau khi ngắt dòng điện ngắn mạch, CB phải đảm bảo vẫn làm việc tốt ở trị số dòng

điện định mức.

- Để nâng cao tính ổn định nhiệt và điện động của các thiết bị điện, hạn chế sự

phá hoại do dòng điện ngắn mạch gây ra, CB phải có thời gian cắt bé. Muốn vậy

thường phải kết hợp lực thao tác cơ học với thiết bị dập hồ quang bên trong CB.

- Để thực hiện yêu cầu thao tác bảo vệ có chọn lọc, CB cần phải có khả năng

điều chỉnh trị số dòng điện tác động và thời gian tác động.

a. Áp tô mát dùng trong chiếu sáng

b. Áp tô mát dùng trong công nghiệp

Hình 3 - 3. Hình ảnh một số áp tô mát thông dụng

3.2.1.3. Ký hiệu áp tô mát

CB

Áp tô mát ba pha

Áp tô mát một pha

Hình 3 – 13: Ký hiệu Áp tô mát

Hình 3 – 4. Ký hiệu Áp tô mát

15

3.2.2. Cấu tạo chung

3.2.2.1. Tiếp điểm

CB thường được chế tạo có hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và hồ quang),

hoặc ba cấp tiếp điểm (chính, phụ, hồ quanq).

Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, sau

cùng là tiếp điềm chính.

Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính mở trước, sau đến tiếp điểm phụ,

cuối cùng là tiếp điểm hồ quang. Như vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang,

do đó bảo vệ được tiếp điểm chính để dẫn điện. Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ

quang cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm chính.

Trên hình 3 - 5 trình bày hệ thống tiếp điểm trong một kiểu CB. Trong đó 2,3 là

tiếp điểm làm việc, 4 là tiếp điểm trung gian, 5 là tiếp điểm hồ quang.

3.2.2.2. Hộp dập hồ quang

Hệ thống dập hồ quang có nhiệm vụ nhanh chóng dập hồ quang khi ngắt, không

cho nó cháy lặp lại. Đối với CB điện xoay chiều, buồng dập hồ quang thường có cấu

tạo kiểu dàn dập 6 trên hình 3 – 5. Đối với CB điện một chiều, thường kết hợp nhiều

kiểu buồng dập hồ quang có khe hẹp hoặc khe rộng. Kết hợp với cuộn dây tạo từ

trường thổi hồ quang.

1

2

6

3

5

3

5

4

Hình 3 – 5: Cấu tạo cơ cấu điều

6.

khiển bằng nam châm điện

1 – Giá đỡ; 2,6 – Tay đòn; 3 – Các tấm cách

điện; 4 – Nam châm điện; 5 – Phần ứng;

O, O₁, O₂: Các điểm nối

Hình 3 – 5. Cấu tạo Áp tô mát xoay chiều

1 – Hệ thống dập hồ quang; 2 – Các tiếp điểm dập hồ quang;

3,5 – Các tiếp điểm làm việc; 4 – Tiếp điểm trung gian

3.2.2.3. Cơ cấu truyền động cắt CB

Cơ cấu truyền động đóng cắt của CB gồm truyền động đóng cắt và khâu truyền

động trung gian.

- Truyền động cắt CB thường có hai cách : bằng tay và bằng cơ điện (điện từ,

động cơ điện).

Điều khiển bằng tay được thực hiện với các CB có dòng điện định mức không

lớn hơn 600A. Điều khiển bằng điện từ (nam châm điện) được ứng dụng ở các CB có

dòng điện lớn hơn (đến 1000A).

Để tăng lực điều khiển bằng tay người ta dùng một tay dài phụ theo nguyên lý

đòn bẩy. Ngoài ra còn có cách điều khiển bằng động cơ điện hoặc khí nén.

- Khâu truyền động trung gian dùng phổ biến nhất trong áp tô mát là cơ cấu tự

do trượt khớp. Hình 3 - 6 trình bày một khâu truyền động trung gian của CB có cơ cấu

điều khiển bằng nam châm điện.

16

Giáo trình nghề Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí - Khí cụ điện máy điện