Bài giảng Khí cụ bảo vệ: Cầu chì, Rơle nhiệt, Circuit Breaker, Áptômát

Khí cụ bảo vệ: Cầu chì, Rơle nhiệt, Circuit Breaker, Áptômát*TS. Leâ Ngoïc BíchKhoa Cô KhíBoä moân Cô Ñieän TöûRơle nhiệt Khái niệm và công dụng:Rơle nhiệt là một loại thiết bị điện dùng để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi bị quá tải. Thường dùng kèm với khởi động từ, công tắc tơ. Dùng ở điện áp xoay chiều đến 500V, tần số 50 Hz, loại mới Iđm đến 150A điện áp một chiều tới 400V. Rơle không tác động tức thời theo trị dòng điện vì có quán tính nhiệt lớn phải có thời gian để phát nóng. Thời gian làm việc khoảng vài giây đến vài phút, nên không dùng để bảo vệ ngắn mạch đợc. Muốn bảo vệ ngắn mạch thường dùng kèm cầu chì. Rơle nhiệtNguyên lý làm việc :Dựa trên tác dụng nhiệt của dòng điện, ngày nay sử dụng phổ biến rơle nhiệt có phiến kim loại kép, nguyên lý làm việc dựa trên sự giãn nở dài của hai kim loại khi bị đốt nóng.Phần tử cơ bản của rơle nhiệt là phiến kim loại kép cấu tạo từ hai tấm kim loại, một tấmhệ số giãn nở bé, một tấm có hệ số giãn nở lớn hơn. Hai tấm kim loại đợc ghép lại với nhau thành một tấm bằng phơng pháp cán nóng hoặc hàn.Khi đốt nóng do dòng điện phiến kim loại cong về phía kim loại có hệ số giãn nở nhỏ hơn, có thể dùng trực tiếp cho dòng điện qua hay dây điện trở bao quanh. Để độ uốn cong lớn yêu cầu phiến kim loại phải có chiều dài lớn và mỏng. Nếu cần lực đẩy mạnh thì chế tạo tấm phiến rộng, dày và ngắn.Circuit Breaker Là thiết bị đóng cắt mạch điện hoạt động tự động để bảo vệ mạch điện khỏi sự cố quá tải hay ngắn mạch. Chức năng chính là phát hiện các điều kiện bất thường và ngắt mạch ngay lập tức để bảo vệ mạch điện. Cấu tạo và nguyên lý Áptômát Khi aptomat đang ở vị trí đóng, tiếp xúc động 2 đóng chặt lên tiếp xúc tĩnh 1, dòng điện từ nguồn chạy qua tiếp xúc tĩnh , qua tiếp xúc động, qua Rơle dòng điện 10, qua Rơle nhiệt 7, đi về tải. ở chế độ làm việc bình thừơng thì lực điện từ Rơle dòng điện sinh ra nhỏ hơn lực căng lò xo 8 nên aptomat luôn giữ ở trạng thái đóng.1234, 6578, 13910111214Tieáp xuùc tónh Tieáp xuùc ñoäng Goái höôùng daãn Thanh truyeàn ñoäng Moùc haõm Rôø le nhieät Loø xo keùo Goái ñôõ Rôø le doøng ñieän Choát quay Tay thao taùc ñoùng caét Caùch töû daäp hoà quang ÁptômátNếu đường dây hoặc thiết bị điện sau áptomát bị ngắn mạch thì dòng điện chạy qua áptomát sẽ lớn hơn rất nhiều so với dòng điện định mức. Vì vậy dòng điện ở rơle 10 sinh ra sẽ lớn hơn lực căng lò xo 8, cho nên thanh truyền động 6 bị lực điện từ kéo tụt xuống lỡm cho móc hãm 5 mở ra, khi đó lò xo 13 sẽ kéo thanh truyền động 4 sang trái đa tiếp xúc động 2 rời khỏi tiếp xúc tĩnh 1, mạch điện được cắt, hồ quang điện phát sinh giữa hai đầu tiếp xúc động vỡ tĩnh được cách tử 14 dập tắt. ÁptômátSau khi kiểm tra khắc phục xong sự cố ngắn mạch ta đóng lại áptomát qua tay thao tác đóng cắt 12. Trường hợp đường dây hoặc thiết bị điện sau khi áptomát bị quá tải sau thời gian t (khoảng 1-2 phút) rơle nhiệt sẽ tác động lên thanh truyền 6 làm cho móc hãm 5 mở ra. Khi đó lò xo 13 sẽ kéo thanh truyền động 4 sang trái đưa tiếp xúc động rời khỏi tiếp xúc tĩnh, nên mạch điện được cắt ra. Muốn đóng, cắt mạch thì tác động vào tay thao tác 12 (đẩy lên đóng, đẩy xuống cắt như hình vẽ). áptomát bảo vệ kém áp và mất điện Nhiệm vụ: Đóng, cắt và tự động bảo vệ kém áp cho mạch điện hạ áp. Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc: a.Cấu tạo: 1. Loø xo keùo2. Goái ñôõ tröôït3. Caùch töû daäp hoà quang4. Loõi theùp non5. Rôø le ñieän aùp6. Tieáp xuùc tónh7. Tieáp xuùc ñoäng8. Thanh truyeàn ñoäng9. Choát quayáptomát bảo vệ kém áp và mất điện Hoaït ñoäng:Khi ñoùng maïch baèng tay thao taùc ñoùng caét thì doøng ñieän seõ caáp töø nguoàn sang taûi qua caùc tieáp ñieåm cuûa tieáp xuùc ñoäng 7 ñoàng thôøi doøng ñieän cuaõng ñi qua cuoän daây 5 taïo ra löïc ñieän töø keùo giöõ caùc tieáp ñieåm 7 tieáp xuùc vôùi nhau. Löïc Fñt naøy lôùn hôn löïc keùo cuûa loø xo 1. Khi coù söïc coù giaûm aùp hoaëc maát ñieän, doøng ñieän qua cuoän daây 5 giaûm laøm giaûm löïc ñieän töø Fñt nhoû hôn so vôùi löïc keùo cuûa loø xo 1, do ñoù caùc tieáp ñieåm ñoäng bò keùo veà phía loø xo vaø laøm hôû maïch. Neáu muoán ñoùng maïch laïi thì phaûi ñoùng baèng tay thao taùc ñoùng caét 10.*Khí cụ tác động điện cơ Nam châm điện Khái niệm chung :Trong cơ cấu điện từ chấp hành nam châm điện là bộ phận chủ yếu. Nó sinh ra lực điện từ cần thiết để cho các cơ cấu đó làm việc. Nam châm điện một chiều có cuộn dây điện áp đợc dùng rông rãi hơn cả bởi nó có những ưu điểm sau:Khi làm việc không gây ra rung, ồn vì lực điện không thay đổi theo thời gianMạch từ không bị phát nóng do tổn hao sắt gây ra, lực điện từ lớn hơn gấp hai lần so với lực điện từ ở mạch điện từ xoay chiều có cùng kích thướt và cùng mật độ từ cảm.Dòng điện trong cuộn dây không phụ thuộc vào kích thước mạch từ và khe hở không khí của mạch từ.Có thể dùng nguồn ắc quy thay thế khi mất điện lớiCó nhiều dạng, loại cơ cấu điện từ chấp hành khác nhau với những chức năng khác nhau. Nam châm điệnCấu tạo:Cuộn dâyLõi sắtMặt cựcDây dẫn đưa điện vàoVành bảo vệ bằng vật liệu không dẫn từ.Nam châm điệnHoaït ñoäng:Khi doøng ñieän ñi qua cuoän daây thì seõ sinh ra töø tröôøng beân trong loõi saét. Tuøy theo chieàu cuûa doøng ñieän maø söï phaân cöïc cöûa töø tröôøng laø khaùc nhau ñöôïc xaùc ñònh baèng quy taét baøn tay phaûi. Vôùi quy taéc naøy vaø töôûng töôïng raèng , ñoaïn daây thaèng baây giôø ñöôïc uoán thaønh moät voøng daây ,ta xaùc ñònh ñöôïc töø tröôøng cuûa voøng daây . Khi töø tröôøng cuûa nhieàu voøng daây keát hôïp laïi vôùi nhau seõ taïo thaønh töø tröôøng cuûa cuoän daây . Töø tröôøng ñeàu vaø maïnh nhaát trong loøng cuoän daây .Chieàu töø tröôøng cuûa cuoän daây cuõng töông öùng vôùi chieàu töø tröôøng cuûa caùc voøng daây.ÔÛ voøng daây ngoaøi cuøng , nôi caùc ñöôøng söùc töø coù höôùng ñi ra khoûi cuoän daây laø cöïc baéc cuûa nam chaâm .Voøng daây ngoaøi cuøng coøn laïi , nôi caùc ñöôøng söùc töø ñi vaøo cuoän daây laø cöïc nam cuûa nam chaâm (töông töï nam chaâm vónh cöûu)*Ly hợp điện từ Khái niệm :Khớp ly hợp điện từ là cơ cấu giúp quá trình truyền lực từ trục này sang trục kia bằng lực điện từ. Hiện nay vẫn còn dùng nhiều trong tự động hoá và điều khiển từ xa để thay đổi tốc độ của trục dẫn. Khớp ly hợp điện từ gồm :Khớp ly hợp điện từ kiểu ma sát.Khớp ly hợp điện từ kiểu bám.Khớp ly hợp điện từ kiểu từ trễ.Ly hợp điện từKhớp ly hợp điện từ kiểu ma sát : Mo men được truyền từ trục dẫn sang trục bị dẫn nhờ các đĩa ma sát khi chúng bị ép chặt vào nhau. Còn ly và hợp thì đợc điều khiển bằng thao tác “ngắt” và “đóng” của cuộn dây nam châm.Nhược điểm của loại ly hợp này là không điều chỉnh đợc tốc độ trục bị dẫn vì nếu giảm lực hút điện từ thì đĩa sẽ bị trượt dài phá hỏng bề mặt ma sát.Ly hợp điện từKhớp ly hợp điện từ kiểu bám : moment truyền lực nhờ lực bám giữa hai mặt quay của trục dẫn và trục bị dẫn có trộn bột sắn và bột than, dầu nhờn để giảm ma sát. Khi có từ trường do cuộn dây sinh ra một lớp bột này sẽ trở nên “cứng” và ‘nổi” hai mặt quay của trục dẫn. Khi không có dòng bột dạng lỏng trượt (cho phép điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi dòng điện cuộn dây nam châm điện). Nếu môment cản của trục bị dẫn lớn sẽ dẫn đến trợt so với trục dẫn nhưng không sợ hỏng mặt quay.1 trục dẫn 2. tang trống 3. cuộn dây4. mạch từ 5. trục bị dẫn 6. mạt sắtLy hợp điện từLy hợp điện từPhanh ñieän từ Phanh ñieän từPhanh hãm điện từ là cơ cấu điện từ dùng để hãm các thiết bị đang quay. Nó là bộ phận không thể thiếu của cần cẩu, thang máy hay tài điện.Thông thường nhất là loại phanh hãm bằng má và bằng đai, ở các loại này lực hãm và nhả được khuếch đại qua hệ thống đòn bẩy. Ngoài ra còn bộ đếm và bọ chọn bước điện từ 1. mạch từ2. cuộn dây3. phần ứng4. lò xo5. má phanh6. đĩa hãm7. trục quay8. đệm daVan điện từ Dùng để đóng mở các ống dẫn chất lỏng hoặc khí, phần động mạch từ gắn với cơ cấu làm việc của van. Khi đa điện vào cuộn dây NCĐ lực hút điện từ làm phần động cơ cấu chuyển động làm van đóng hoặc mở.Cần thiết kế sao cho áp lực của chất lỏng dẫn cùng chiều lực điện từ để điều khiển van được dễ dàng.1. Đế lắp ống dẫn khí2. Ống vào3. Ống dẫn ra4. Võ bao phần điện từ5. Cuộn dây6. Mạch từ7. Nam châm 8. Lò xo9. Cổng vanVan điện từ Các dạng thức tế thường gặp: Van điện từ Mạch khí ứng dụng: Khí cụ điều khiển lập trình được: PLC Phöông phaùp thieát keá heä thoáng töï ñoäng vôùi PLCKhaùi nieäm PLC:PLC laø thuaät ngöõ vieát taét töø danh töø : PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER.Caáu truùc toång quaùt cuûa moät PLC bao goàm caùc thaønh phaàn sau:Boä nguoàn.Bus (Traïm).Boä nhôù.Boä vi xöû lyù CPU.Caùc ngoû vaøo vaø ra.*Caáu truùc cuûa heä thoáng töï ñoäng duøng PLC*Caùc öùng duïng cuûa PLC Heä thoáng baêng taûiDaây chuyeàn ñoùng goùiRobot caáp phoâiHeä thoáng bôm vaø töôùi tieâuHeä thoáng söû lyù nöôùcSaûn xuaát thuûy tinhNhaø maùy xi maêngCoâng nghieäp in aánDaây chuyeàn xi maïXöû lyù thöïc phaåmCaùc maùy coâng cuïCoâng nghieäp thuoác laùCoâng nghieäp saûn xuaát chaát baùn daãnNhaø maùy ñöôøngNhaø maùy saûn xuaát daàu aênÑieàu khieån nhieät ñoäHeä thoáng ñeøn giao thoângDaây chuyeàn saûn xuaát xe hôiCoâng nghieäp luyeän kimÖÙng duïng töï ñoäng hoùa thieát bò gia duïng (nhaø thoâng minh) Caáu truùc cô baûn cuûa PLC Caáu truùc cô baûn cuûa PLCPLC goàm coù 4 thaønh phaàn cô baûn sau:1. Vuøng ñeäm ngoõ vaøo (Input Area) : Caùc tí n hieäu nhaän vaøo töø caùc thieát bò ñaàu vaøo beân ngoaøi (Input Devices) seõ ñöôïc löu trong vuøng nhôù naøy.2. Vuøng ñeäm ngoõ ra (Output Area) : Caùc leänh ñieàu khieån ñaàu ra seõ ñöôïc löu taïm trong vuøng nhôù naøy. Caùc maïch ñieän töû trong PLC seõ xöû lyù leänh vaø ñöa ra tín hieäu ñieàu khieån thieát bò ngoaøi (Output Devices).3. Boä xöû lyù trung taâm (CPU) laø nôi xöû lyù moïi hoaït ñoäng cuûa PLC, bao goàm vieäc thöïc hieän chöông trình.4. Boä nhôù (Memory) laø nôi löu chöông trình ñieàu khieån vaø caùc traïng thaùi nhôù trung gian trong quaù trình thöïc hieän.Ưu điểm: Dễ thay đổi chương trình khi có yêu cầu thay đổi hệ thốngChịu được môi trường làm việc công nghiệp khắc nghiệtCấu tạo dạng mô đun nên dễ thay đổi, mở rộng và thay thế.Phöông phaùp ñaáu daây ngoõ vaøo/ngoõ ra.Ngoõ vaøo tín hieäu rôøi raïc*Phöông phaùp ñaáu daây ngoõ vaøo/ngoõ ra.Caùc ngoõ vaøo daïng rôøi raïc vaø caùch ly*Phöông phaùp ñaáu daây ngoõ vaøo/ngoõ ra.Caùc ngoõ ra daïng rôøi raïc*Phöông phaùp ñaáu daây ngoõ vaøo/ngoõ ra.Caùc ngoõ vaøo daïng töông töï*Phöông phaùp ñaáu daây ngoõ vaøo/ngoõ ra.Caùc ngoõ ra daïng töông töï*Thank You !