Bài giảng Chương 1: Khí cụ điện

TÊN BÀI GIẢNG: CHƯƠNG 1: KHÍ CỤ ĐIỆNII. MỤC TIÊU:III. ĐỒ DÙNG VÀ PHƯƠNG TIỆN DẠY HỌC: Giúp sinh viên nắm bắt được các khái niệm cơ bản về các khí cụ điện điều khiển và bảo vệ trong mạch điện. Ngoài ra, SV hiểu được nguyên lý hoạt động của từng loại khí cụ Giáo trình Trang Bị Điện Trong Máy Cắt Kim Loại –Trung Tâm Công Nghệ Cơ Khí Phấn, bảng, máy chiếuBÀI GIẢNG SỐ: 01 Số tiết: 04*IV. NỘI DUNG BÀI GIẢNG: Phân loại khí cụ và các yêu cầu cơ bản Phân loại theo công dụng Khái niệm Khí cụ điện là các thiết bị dùng để đóng-cắt, điều chỉnh, điều khiển, bảo vệ các lưới điện, mạch điện.. và các máy sản xuất khác. - Khí cụ điện dùng để đóng-cắt lưới điện, mạch điện. Khí cụ điện dùng để mở máy, điều chỉnh tốc độ, điều chỉnh điện áp- Khí cụ điện dùng để duy trì các tham số điện ở các giá trị không đổi.- Khí cụ điện dùng để bảo vệ lưới điện, máy điện.- Khí cụ điện dùng để đo lường.* Phân loại theo dòng điện Khí cụ điện dùng trong mạch điện một chiều và xoay chiều.Điện tử, cảm ứngloại có tiếp điểm và không có tiếp điểm Phân loại theo nguyên lý làm việc Theo điều kiện làm việc và dạng bảo vệ Khí cụ điện làm việc ở môi trường ăn mòn hóa học, loại để hở, loại đóng kín.* Phân loại theo điện áp- Khí cụ điện cao áp được chế tạo dùng để sử dụng điện áp từ 1000V trở lên.- Khí cụ điện hạ áp được chế tạo dùng để ở < 1000V thông thường là 500V.- Khí cụ điện phải làm việc lâu dài với thông số định mức. Khí cụ điện phải ổn định về nhiệt độ và ổn định lực điện động. - Vật liệu phải chịu được nóng tốt có cường độ cơ khí cao.- Vật liệu cách điện tốt, để khi xảy ra quá điện áp trong phạm vi cho phép thì khí cụ điện không chọc thủng.- Khí cụ điện làm việc phải đảm bảo chính xác.- Khí cụ điện làm việc ổn định ở các điều kiện môi trường khí hậu. * Các yêu cầu cơ bản đối với khí cụ điệnKhí cụ điện phải thỏa mãn những yêu cầu sau Dòng điện chạy trong mạch làm cho khí cụ điện nóng lên, nếu nhiệt độ vượt quá giá trị cho phép thì khí cụ điện cháy hỏng, dẫn đến độ bền cơ khí kém, kim loại già đi nhanh chóng Các chế độ làm việc của khí cụ điện Chế độ làm việc mà nhiệt độ tăng lên nhưng chưa đến giá trị ổn định, thì khí cụ điện ngưng hoạt động, lúc đó nhiệt độ giảm xuống gần tới giá trị ban đầu, trong lần làm việc kế tiếp thì nhiệt độ lại tăng hoặc giảm xuống. * Chế độ làm việc mà nhiệt độ của khí cụ điện tăng lên đạt đến một nhiệt độ ổn định.Chế độ làm việc ngắn hạnChế độ làm việc dài hạn Sự phát nóng của khí cụ điện Nhiệt độ khí cụ điện tăng lên trong thời gian làm việc và giảm xuống trong thời gian nghỉ, nhưng chưa đạt tới trị số ban đầu thì khí cụ điện tiếp tục làm việc trở lại, nhiệt độ lại tăng lên cứ thế lặp đi lặp lại nhiệt độ của khí cụ điện có thể vượt quá giá trị nhiệt độ ổn định của khí cụ điện. Tiếp xúc điện Tiếp xúc điện là nơi tập trung của hai hay nhiều vật để dòng điện đi qua, bề mặt tiếp xúc của các mặt này gọi là mặt tiếp xúc điện.* Tiếp xúc điện là một phần rất quan trọng của khí cụ điện, trong thời gian hoạt động đóng-mở, nơi tiếp xúc thường phát nóng cao, mài mòn lớn do va chạm, ma sát và đặc biệt có sự hoạt động của tính chất hủy hoại hồ quang.Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lạiTiếp xúc điện phải thỏa mãn các yêu cầu sau:- Thực hiện tiếp xúc phải chắc chắn đảm bảo.- Có độ bền cơ khí cao.- Không được phát nóng quá giá trị cho phép đối với dòng điện định mức.- Phải ổn định nhiệt độ và lực điện động khi có dòng ngắn mạch cực đại đi qua.* Các loại tiếp xúc điện Tiếp xúc trượt: Là tiếp xúc của chổi than trượt trên cổ góp, vành trượt của động cơ điện, máy phát điện.Lực ép lên bề mặt tiếp xúc có thể là bulông hoặc lò xo. Tiếp xúc cố định: Là tiếp xúc của hai vật không rời nhau, thường được bắt bằng bulông, đinh tán Tiếp xúc đóng-mở: Là tiếp xúc của các tiếp điểm các khí cụ điện dùng để đóng mở mạch điện. Bề mặt tiếp xúc Khi phóng to bề mặt tiếp xúc ta thấy chỉ có một vài điểm tiếp xúc tại các đỉnh nhọn và khi có 2 lực ép thì nó tạo nên các tiếp điểm tiếp xúc mới. Nếu lực ép càng lớn thì tạo ra nhiều điểm tiếp xúc mới và tiếp xúc được tốt hơn, điện trở tiếp xúc nhỏ.*Nếu chia theo bề mặt tiếp xúcTiếp xúc mặt: Là tiếp xúc của mặt phẳng với mặt phẳng Tiếp xúc điểm: Là tiếp xúc của mặt cầu với mặt phẳng, tiếp xúc của hình nón với mặt phẳng Tiếp xúc đường: Là tiếp xúc của hình trụ với mặt phẳng.Vật liệu Vật liệu làm tiếp điểm càng mềm thì tiếp xúc càng tốt.Kim loại dùng làm tiếp điểm - Được làm bằng kim loại không bị oxi hóa - Diện tích tiếp xúc ảnh hưởng rất lớn đến điện trở tiếp xúc - Nhiệt độ của tiếp điểm thường 200oC, khi nhiệt độ tiếp điểm tăng thì điện trở tiếp xúc cũng tăng Các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở tiếp xúc* Đối với khí cụ điện như: cầu dao, rơle, cầu chì, contactor.khi ta đóng và cắt mạch điện, đều có hồ quang phát sinh trên các tiếp điểm. Nếu hồ quang cháy lâu, thì khí cụ điện có thể hư hỏng. Do đó, phải nhanh chóng dập tắt hồ quang. Hồ quang điện Hồ quang điện: là hiện tượng phóng điện trong không khí hoặc hơi. Hồ quang điện có mật độ dòng điện lớn có thể đạt từ 10.000 ÷ 100.000A/cm21.1. Khí cụ điện bảo vệ1.1.1. Cầu chì (Fuse)- Cầu chì là khí cụ điện dùng để bảo vệ thiết bị điện, lưới điện trách khỏi tình trạng ngắn mạch. Cầu chì có đặc điểm đơn giản, kích thước bé, khả năng cắt mạch lớn và giá thành hạ. Bộ phận chính của nó là một dây hay lá kim loại mỏng, gọi là dây chảy. *Để dập tắt hồ quang người ta phải dùng các biện pháp - Tăng độ dài của hồ quang. Dùng dầu để dập tắt hồ quang.- Tạo thành chân không ở khu vực hồ quang.- Chia hồ quang thành nhiều hồ quang ngắn Cầu chì bao gồm các thành phần sau: + Phần tử ngắt mạch: Đây chính là thành phần chính của cầu chì, phần tử này phải có khả năng cảm nhận được giá trị hiệu dụng của dòng điện qua nó. Phần tử này có giá trị điện trở suất rất bé (thường bằng bạc, đồng hay các vật liệu dẫn có giá trị điện trở suất nhỏ lân cận với các giá trị nêu trên..). Hình dạng của phần tử có thể ở dạng là một dây (tiết diện tròn), dạng băng mỏng.+ Thân của cầu chì: Thường bằng thủy tinh, ceramic (sứ gốm) hay các vật liệu khác tương đương. Vật liệu tạo thành thân của cầu chì phải đảm bảo được hai tính chất : - Có độ bền cơ khí. - Có độ bền về điều kiện dẫn nhiệt và chịu đựng được các sự thay đổi nhiệt độ đột ngột mà không hư hỏng.* Yêu cầu và tính chất đối với cầu chì Cầu chì được mắc nối tiếp trong mạch cần bảo vệ, nó là khâu yếu nhất của mạch.- Cầu chì cho phép dòng điện có trị số xác định đi qua. Khi xảy ra quá tải hoặc ngắn mạch, nó sẽ bị dòng điện tăng cao nung nóng làm chảy ra, cắt đứt mạch điện.. Cầu chì có đặc tính làm việc ổn định, không tác động khi có dòng điện mở máy và dòng điện định mức lâu dài đi qua.- Để cầu chì bảo vệ được mạch điện với một dòng điện nào đó thì dây chì phải đứt trước khi đối tượng bị phá huỷ.  Trị số dòng điện mà dây chảy bị chì đứt được gọi là dòng điện giới hạn* Điện áp định mức (Uđm): Là giá trị điện áp hiệu dụng xoay chiều xuất hiện ở 2 đầu cầu chì (khi cầu chì ngắt mạch), tần số của nguồn điện trong phạm vi 48Hz đến 62 Hz. Dòng điện định múc (Iđm): Giá trị hiệu dụng của dòng điện xoay chiều mà cầu chì có thể tải liên tục thường xuyên. Giá trị dòng điện tối thiểu để ngắt mạch: Giá trị tối thiểu của dòng điện sự cố có khả năng ngắt mạch một cách chắc chắn. Giá trị dòng điện ngắt mạch danh định: Giá trị tối đa ước đóan cho dòng điện ngắn mạch có thể làm cầu chì ngắt mạch.*Dây chì thì:Dây chảy hợp kim chì thiết: Dây chảy đồng:*Dây chảy của cầu chì có thể làm bằng: Chì, hợp kim chì-thiết đồng hoặc bạc Người ta phân thành hai giai đọan khi xảy ra sự phá hủy cầu chìQuá trình tiền hồ quang (tp).Quá trình sinh ra hồ quang (ta)Phân loại và công dụng Có hai dạng cơ bản và tùy thuộc vào nhiệm vụ + Cầu chì lọai a: cầu chì dạng này chỉ có khả năng bảo vệ duy nhất trạng thái ngắn mạch trên tải. + Cầu chì lọai g: cầu chì dạng này có khả năng ngắt mạch, khi có sự cố quá tải hay ngắn mạch xảy ra trên phụ tải.*Một số loại cầu chì 1.1.2 Role nhiệt (Overload) Role nhiệt là một loại khí cụ để bảo vệ động cơ điện khi có sự cố quá tải. Role nhiệt không tác động tức thời theo trị số dòng điện vì nó có quán tính nhiệt lớn, phải có thời gian phát nóng. *Chú ý Role nhiệt có quán tính nhiệt lớn vì khi dòng điện qua phần tử đốt nóng tăng lên thì cần phải mất một thời gian để nhiệt truyền tới thanh lưỡng kim, làm thanh lưỡng kim cong lên. Vì thế, role nhiệt không có tác dụng cắt mạch tức thời khi dòng tăng lên nghĩa là nó thể không bảo vệ được sự cố ngắn mạch.Hình 1.8 Giới thiệu sơ đồ kết cấu của role nhiệt Phần tử đốt nóngThanh lưỡng kimĐòn xoayTiếp điểmNút ResetLò xo phục hồiThanh kéo*Phân loại role nhiệt■ Đốt nóng trực tiếp: Dòng điện đi qua trực tiếp tấm kim loại kép. - Ưu điểm: Loại này có cấu tạo đơn giản - Nhược điểm: Khi thay đổi dòng điện định mức ta phải thay đổi tấm kim loại kép, loại này không tiện dụng.*■ Đốt nóng gián tiếp: Dòng điện đi qua phần tử đốt nóng độc lập, nhiệt lượng toả ra gián tiếp đốt nóng tấm kim loại. - Ưu điểm: Là muốn thay đổi dòng điện định mức ta chỉ cần thay đổi phần tử đốt nóng. - Nhược điểm: Khi có quá tải lớn, phần tử đốt nóng có thể đạt đến nhiệt độ khá cao nhưng vì không khí truyền nhiệt kém, nên tấm kim loại chưa kịp tác động mà phần tử đốt nóng đã bị cháy đứt.Lựa chọn role nhiệt Đặc tính cơ bản của role nhiệt là quan hệ giữa dòng điện phụ tải chạy qua và thời gian tác động của nó (gọi là đặc tính thời gian-dòng điện A-S) * Lựa chọn đúng rờ le nhiệt - Sao cho đường đặc tính A-S của role nhiệt gần sát đường đặc tính A-S của đối tượng cần bảo vệ. Nếu chọn thấp quá sẽ không tận dụng được công suất của động cơ điện, chọn cao quá sẽ làm giảm tuổi thọ của thiết bị cần bảo vệ. - Trong sử dụng thực tế, dòng định mức của rơle nhiệt thường được chọn bằng dòng điện định mức của động cơ điện cần được bảo vệ quá tải, sau đó chỉnh giá trị của dòng điện tác động là: 1.2 Các phần tử điều khiển có tiếp điểm1.2.1. Công tắc (Switch) Công tắc là khí cụ đóng-cắt mạch ở lưới điện hạ điện hạ áp bằng tay hoặc bằng tác động cơ khí. @ Phân loại Công tắc có loại hở, loại kín, loại ON-OFF, 2ngã, 3 ngã, có loại dùng để đóng-cắt trực tiếp mạch chiếu sáng hay mạch động lực có công suất nhỏ Mạch điện được nối thông khi tiếp điểm động tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh. Lúc này điện trở ở công tắc rất nhỏ (≈ 0). + Khi tiếp xúc càng tốt, điện trở càng nhỏ. + Khi mạch điện bị hở khi hai tiếp điểm rời xa nhau. Điện trở ở công tắc lúc này rất lớn (≈∞) và chính là điện trở không khí giữa 2 tiếp điểm (hở mạch). *Công tắc hành trình (Limit Switch) - Là công tắc được đặt trên đường đi của bộ phận máy công tác ở những vị trí thích hợp, công tắc được đóng mở bằng sự tác động cơ học của bộ phận máy di động. - Tiếp điểm của công tắc được đặt trên mạch điều khiển có tiếp điểm thường hở, thường đóng và tiếp điểm kép. - Về kết cấu có hai lọai : lọai công tắc hành trình kiểu ấn và kiểu quay. *Hình III.1: Các dạng công tắc hành trình**KẾT THÚC BÀI 1* Câu hỏi tại lớp: Nếu trên mạch điện nào đó không có mắc cầu chì thì mạch đó có làm việc có tốt không ? Trường hợp gì sẽ xảy ra? Tại sao Nếu trên động cơ không có mắc role nhiệt thì động cơ đó làm việc có tốt không ? Tại sao ?