TRANG THIẾT BỊ ĐIỆN Tài liệu học tập

TRƯỜNG ĐẠI HỌC KINH TẾ KỸ THUẬT CÔNG NGHIỆP
KHOA ĐIỆN

TÀI LIỆU HỌC TẬP

TRANG BỊ ĐIỆN
SV Nghành Cơ điện tử

Năm 2020
1


LỜI NÓI ĐẦU
Tài liệu học tập Trang bị điện được biên soạn theo kế hoạch đào tạo và chương trình
mơn học Trang bị điện của sinh viên ngành Cơ điện tử thuộc khối kỹ thuật, Trường Đại
học Kinh tế - Kỹ thuật công nghiệp. Tài liệu cung cấp cho đọc giả kiến thức về các Khí
cụ điện thông dụng sử dụng trong sơ đồ mạch điện, cấu trúc trong hệ truyền động điện,
các phương pháp khởi động, điều chỉnh tốc độ, phương pháp hãm động cơ trong các hệ
truyền động từ đó phân tích cấu trúc, nguyên lý làm việc một số mạch điều khiển các
máy cắt kim loại điển hình.
Nhóm tác giả chân thành cảm ơn Ban Giám hiệu trường Đại học Kinh tế - Kỹ thuật
công nghiêp, Khoa Điện, Bộ môn Điện công nghiệp đã động viên và tạo mọi điều kiện
thuận lợi để nhóm tác giả hoàn thiện liệu học tập. Trong quá trình biên soạn khơng tránh
khỏi còn nhiều sai sót, nhóm tác giả mong nhận được ý kiến đóng góp của các bạn đồng
nghiệp và đọc giả để ćn sách được hồn thiện hơn.
Địa chỉ: Khoa Điện, Trường Đại học Kinh tế Kỹ thuật Công nghiệp, 456 Minh Khai, Hai
Bà Trưng, Hà nội.
Website: khoadien.uneti.edu.vn.
Email:
Ngày tháng

năm 2020

2


CHƯƠNG 1: CÁC PHẦN TỬ ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ ĐIỂN HÌNH
MỤC TIÊU CỦA CHƯƠNG
Mục tiêu chương 1 nhằm trang bị cho sinh viên:
- Khái niệm về các khí cụ điều khiển, đóng cắt bảo vệ, biết cấu tạo, nguyên lý hoạt đợng,
hình ảnh thực tế và ứng dụng của các loại khí cụ điện hạ áp.
- Nắm được phép toán logic và một số phương pháp tối thiểu hàm logic, phương pháp
mạch tổ hợp dựa vào mạch số và rơ le.
1.1. Các phần tử bảo vệ
1.1.1. Cầu chì
a. Khái niệm, đặc điểm, các yêu cầu cơ bản
- Khái niệm
Cầu chì (Cầu chảy) là loại khí cụ điện dùng để bảo vệ thiết bị điện và lưới điện khi bị sự
cớ ngắn mạch.
- Đặc điểm
Cầu chì có đặc điểm là đơn giản, kích thứớc nhỏ, khả năng cắt lớn và giá thành hạ nên
ngày nay nó vẫn được sử dụng rộng rãi.
- Các yêu cầu cơ bản
Các phần tử cơ bản của cầu chì là dây chảy dùng để cắt mạch điện cần bảo vệ, và thiết bị
dập hồ quang để dập tắt hồ quang sau khi dây chảy đứt. Các yêu cầu cơ bản như sau.
+ Đặc tuyến ampe - giây của cầu chì cần phải thấp hơn đặc tính của thiết bị được bảo vệ.
+ Khi có ngắn mạch cầu chì phải làm việc có chọn lọc theo trình tự.Đặc tính cầu chì phải
ổn định
+ Cơng śt của thiết bị bảo vệ càng tăng, cầu chì phải có khả năng cắt cao hơn.
+ Việc thay thế dây chảy phải dễ dàng và tớn ít thời gian.
b. Cầu chì hạ áp

Dựa vào kết cấu có thể chia cầu chì thành các loại sau:
- Loại hở: Loại này không có vỏ bọc kín, thường chỉ gồm dây chảy, dập tắt hờ
quang bằng khơng khí nên khơng an tồn. Loại này đi liền với cầu dao dùng cho mạch
điện có công suất nhỏ. Có các cỡ định mức sau: 5A, 10A, 15A, 30A.
- Loại vặn: Dây chảy nối với nắp. Nắp có dạng răng vít để vặn chặt vào đế. Có các
cỡ định mức sau: 5A, 10A, 15A, 20A, 25A, 30A, 60A, 100A ở điện áp 500V.
- Loại hộp: Hộp và nắp đều làm bằng sứ cách điện và bắt chặt các tiếp xúc bằng
đồng. Tiếp xúc có kết cấu đơn hoặc kép.
+ Loại kín khơng có chất nhồi: Vỏ làm chất hữu cơ (mợt loại xenlulơ) có dạng hình ớng
mà ta thường gọi cầu chì ớng phíp. Dây chảy được đặt trong ống kín bằng phíp, hai đầu
3


có nắp bằng đồng, có răng vít để vặn chặt kín, dây chảy được nối chặt với các cực tiếp
xúc bằng các vịng đệm đờng
+ Loại kín có chất nhồi: vỏ của cầu chì làm bằng sứ có dạng hình chữ nhật. Trong vỏ có
trụ tròn rỗng để đặt dây chảy, sau đó đổ đầy thạch anh, dây chảy được hàn vào vịng đệm
đờng và được bắt chặt vào phiến có cực tiếp xúc.
c. Cầu chì cao áp
- Cầu chì có chất nhời (Cầu chì ớng)
- Cầu chì bắn (cầu chì tự rơi cầu chì cao áp )

Hình 1.1. Hình ảnh thực cầu chì hạ áp

Hình 1.2. Hình ảnh thực cầu chì tự rơi (cao áp)
d. Lựa chọn cầu chì
Chọn cầu chì theo điều kiện làm việc dài hạn và điều kiện mở máy:
- Cầu chì được chọn sao cho khi làm việc ở chế đợ dài hạn thì nhiệt độ phát nóng
của nó phải nhỏ hơn giá trị cho phép và khi mở máy cầu chì khơng được cắt mạch điện.
- Dịng điện định mức của cầu chì I cc, được định nghĩa là dòng điện cực đại lâu dài

đi qua dây chảy mà không làm dây chảy bị đứt, đó cũng là giá trị lớn nhất cho phép của
cầu chì..
- Cầu chì được chọn sao cho Icc của cầu chì thỏa mãn hai điều kiện sau:
F 1tb =F 2 tb
I cc ≥ I tt
I kd
I cc ≥
C

(1-1)
(1-2)
(1-3)

Trong đó: Ikđ là dịng điện khởi đợng lớn nhất của phụ tải đợng cơ điện
Itt:là dịng điện tính toán tương đương với công suất Ptt của thiết bị tiêu thụ điện
- Đối với một động cơ điện
I kđ =K mm . I đm

(1-4)
4


Kmm là hệ sớ dịng điện khởi đợng
Iđm là dịng điện định mức của động cơ điện
- Đối với nhiều động cơ điện đặt trên cùng một tuyến, nhưng khởi động riêng lẻ:
I đm=∑ I đm+ ( k – 1 ) . I đmmax

(1-5)

∑Iđm .là tổng dòng điện định mức của tất cả đợng cơ

Iđmmax là dịng điện định mức của đợng cơ có dịng điện mở máy lớn nhất
C là bợi sớ dịng điện mở máy của đợng cơ có dòng điện mở máy lớn nhất. Chọn C với
giá trị như sau:
+ C = 2,5 đối với những động cơ có thời gian khởi động ngắn (3 đến 10s), khởi
động nhẹ nhàng và sau một thời gian dài mới khởi đợng lại.
+ C = 1,6 ÷2,0 đới với những động cơ khởi động dài (đến 40s), khởi động khó
khăn và sau một thời gian ngắn lại khởi động trở lại.
Khi đợng cơ khởi đợng nhẹ nhàng, cầu chì có quán tính nhiệt lớn, dịng điện định
mức của cầu chì Icc được xác định đúng bằng dòng điện tính toán (Icc = Itt).
1.1.2. Aptomat (Circuit Breaker)
a. Khái niệm chung
Áptômát là khí cụ điện tự động cắt mạch điện khi có sự cố: quá tải, ngắn mạch, sụt
áp, truyền công suất ngược…trong các mạch điện hạ áp có điện áp định mức đến 660V
xoay chiều và 330V điện một chiều, có dòng điện định mức tới 6000A. Những máy cắt
hạ áp hiện đại có thể cắt được dòng điện tới 300kA.
Aptomat là tên thường gọi của thiết bị đóng cắt tự động (cầu dao tự động). Trong
tiếng Anh thiết bị đóng cắt là Circuit Breaker (viết tắt là CB). Aptomat có chức năng bảo
vệ quá tải và ngắn mạch trong hệ thớng điện. Mợt sớ dịng Aptomat có thêm chức năng
bảo vệ chớng dịng rị được gọi là aptomat chớng rị hay aptomat chớng giật. Aptomat đơi
khi cịn được gọi theo cách ngắn gọn là Át
b. Phân loại Aptomat
Phân loại theo cấu tạo:
- Aptomat dạng tép MCB (Miniature Circuit Breaker): bảo vệ quá tải và ngắn
mạch.

Hình 1.3. Aptomat dạng tép MCB của hãng LS

5

- Aptomat dạng khối MCCB (Moulded Case Circuit Breaker): bảo vệ quá tải và
ngắn mạch.

Hình 1.4. Aptomat dạng khối MCCB của hãng Mitsubishi
Phân loại theo chức năng:
- Aptomat thường (bảo vệ quá tải, ngắn mạch): MCB, MCCB
- Aptomat chớng rị: RCCB (Residual Current Circuit Breaker – aptomat chớng
dịng rị dạng tép), RCBO (Residual Current Circuit Breaker with Overcurrent Protection
– aptomat chớng dịng rị và bảo vệ quá tải dạng tép), ELCB (Earth Leakage Circuit
Breaker – aptomat chớng dịng rị và bảo vệ quá tải dạng khối).
Phân loại theo số pha / số cực:
- Aptomat 1 pha: 1 cực
- Aptomat 1 pha + trung tính (1P+N): 2 cực
- Aptomat 2 pha: 2 cực
- Aptomat 3 pha: 3 cực
- Aptomat 3 pha + trung tính (3P+N): 4 cực
- Aptomat 4 pha: 4 cực
Phân loại theo dòng cắt ngắn mạch:
- Dòng cắt thấp: thường dùng trong dân dụng.
Ví dụ: MCCB NF125-CV 3P 100A của Mitsubishi có dòng cắt 10kA.
- Dòng cắt tiêu chuẩn: thường dùng trong công nghiệp.
Ví dụ: MCCB NF125-SV 3P 100A của Mitsubishi có dòng cắt 30kA.
- Dòng cắt cao: thường dùng trong công nghiệp và các ứng dụng đặc biệt.
Ví dụ: MCCB NF125-HV 3P 100A của Mitsubishi có dòng cắt 50kA.
Phân loại theo khả năng chỉnh dòng:
- Aptomat có dòng định mức không đổi. Ví dụ MCCB NF400-SW 3P 400A của
Mitsubishi có dịng định mức 400A khơng thay đổi được.
- Aptomat chỉnh dòng định mức. Ví dụ MCCB NF400-SEW 3P 400A của
Mitsubishi có dòng định mức điều chỉnh được từ 200A - 400A.
c. Cấu tạo

6


Hình 1.5. Cấu tạo của Aptomat
Cấu tạo của Aptơmát: gờm 4 bộ phận
- Hệ thống tiếp điểm
- Hệ thống dập hồ quang
- Cơ cấu truyền động đóng cắt
- Phần tử bảo vệ
- Hệ thống tiếp điểm:
+ Yêu cầu ở trạng thái đóng, điện trở tiếp xúc phải nhỏ để giảm tổn hao do tiếp xúc
+ Chế tạo có 2 dạng:
 2 cấp tiếp điểm: Tiếp điểm làm việc + Tiếp điểm hồ quang
 3 cấp tiếp điểm : Tiếp điểm làm việc + Tiếp điểm trung gian + Tiếp điểm hồ
quang
+ Hoạt động:
 Khi đóng mạch: Tiếp điểm hồ quang đóng trước sau đó đến Tiếp điểm trung gian
đến Tiếp điểm làm việc
 Khi ngắt mạch: Quy trình ngược lại so với đóng mạch Tiếp điểm làm việc ngắt
trước đến Tiếp điểm trung gian đến Tiếp điểm hồ quang
+ Yêu cầu đối với vật liệu chế tạo tiếp điểm:
 Phải chịu được nhiệt độ do hồ quang sinh ra
 Thường làm bằng hợp kim gốm như: Bạc – vonfram; đồng – vonfram; bạc – niken
– graphit...
- Hệ thống dập hồ quang: Dập tắt hồ quang khi ngắt, không cho nó cháy lặp lại
+ Cấu tạo:
 Đối với aptômát xoay chiều: Buồng dập hồ quang có cấu tạo kiểu dàn dập (như
hình vẽ 1.5)
 Đới với aptơmát mợt chiều: Kết hợp nhiều buồng dập hồ quang có khe hẹp hoặc
khe rộng

7


- Cơ cấu truyền động đóng cắt áptơmát
+ Cơ cấu đóng cắt: Có 2 dạng
 Bằng tay: Dạng núm gạt hoặc núm ấn. Iđm ≤ 600A
 Bằng cơ điện: Nam châm điện, động cơ điện, hệ thống thủy lực. Dùng đóng cắt từ
xa có Iđm> 600A
- Phần tử bảo vệ: gồm có 5 phần tử
+ Bảo vệ quá tải: Kết cấu giống như rơle nhiệt
+ Bảo vệ ngắn mạch: Kết cấu như mợt rơle dịng điện
+ Bảo vệ sụt áp: Kết cấu giớng như rơle điện áp
+ Bảo vệ dịng điện dư
+ Bảo vệ tổng hợp bằng tổ hợp mạch điện tử
d. Nguyên lý hoạt động của Aptomat dòng cực đại

Hình 1.6. Cấu tạo áp tơ mát dịng cực đại
1. Nam châm điện
2. Phần ứng
3. Lò xo cản
4. Mấu thanh
5. Địn
6. Lị xo ngắt
Bật áptơmát hay áptơmát ở trạng thái ON, mấu thanh 4 khớp với đòn 5, nam châm
điện 1 và phần ứng 2 tách rời nhau (hay là khơng hút nhau), lị xo ngắt 6 giữ ngun, tiếp
điểm AB đóng. Áptơmát làm việc bình thường.
Khi quá tải hoặc ngắn mạch, INC1 tăng lên, lực điện từ của nam châm điện 1 lớn hơn
lực cản của lò xo 3, nam châm điện 1 sẽ hút phần ứng 2 xuống làm mấu thanh 4 và đòn 5
bật ra, lò xo ngắt 6 kéo đòn 5 về phía trái làm tiếp điểm AB mở ra, mạch điện bị ngắt.
e. Cách lựa chọn áptơmát

Về cơ sở lựa chọn: Dịng khởi đợng của phần tử nhiệt

8


I kd ≥ I ap =

I mmmax
n−1

(1-6)

α mdt ∑ I n
1

Trong đó:

Kđt- Hệ sớ đờng thời

I mmMax :Dịng điện khởi đợng lớn nhất của mợt đợng cơ
n 1

I
1

:n

Tổng các dịng điện định mức trừ đợng cơ lớn nhất

- Dịng khởi động cắt nhanh cuộn điện từ

I kđcn ≥ ( 1,25 ÷ 1,5 ) I mm

Trong đó:

(1-7)

Ikđcn- Dịng điện khởi động cắt nhanh.
Imm - Dòng điện mở máy (làm việc).

- Tiết diện dây dẫn phải phù hợp với dịng khởi đợng
k lđ . I cp ≥ k bv . I kđ

(1-8)

Trong đó: Icp - Dòng điện cho phép ở điều kiện lắp đặt bình thường.
klđ - Hệ sớ tính đến sự thay đổi của điều kiện lắp đặt.
kbv – Bội số dịng điện cho phép, phụ tḥc vào mạng điện và điều kiện bảo
vệ.
Các thơng số kỹ thuật của Aptomat:
Iđm: Dịng điện định mức. Ví dụ: MCCB 3P 250A 36kA, In = 250A.
Iđc: là dịng hoạt đợng được chỉnh trong phạm vi cho phép của Aptomat. Ví dụ
aptomat chỉnh dòng 250A có thể điều chỉnh từ 125A đến 250A.
Uđm: Điện áp làm việc định mức.
Inm: Dòng cắt ngắn mạch là khả năng chịu đựng dòng điện lớn nhất của tiếp điểm
trong 1 giây.
Icnm: Khả năng chịu dòng ngắn mạch trong 1 đơn vị thời gian.
Ics: khả năng cắt thực tế khi xảy ra sự cố của thiết bị. Khả năng này phụ thuộc vào
từng nhà sản xuất do công nghệ chế tạo khác nhau. Ví dụ cùng một hãng sản xuất nhưng
có 2 loại MCCB là Ics = 50% Icu và Ics = 100% Icu.
AT: Ampe Trip (dịng điện tác đợng)

AF: Ampe Frame (dòng điện khung). Ví dụ NF250A 3P 200A và NF250A 3P
250A đều có AF = 250A nhưng một cái sẽ tác đợng khi dịng vượt quá AT = 200A, mợt
cái sẽ tác đợng khi dịng vượt quá AT = 250A. Thông số AT/AF cho biết độ bền của tiếp
điểm đóng cắt. Ví dụ Aptomat 250AT/400AF sẽ có độ bền cao hơn Aptomat
250AT/250AF, kích thước aptomat 400AF cũng lớn hơn, giá thành cao hơn.
1.2. Khí cụ điện điều khiển bằng tay
1.2.1. Cầu dao
9


a. Khái niệm chung
Cầu dao là khí cụ điện đóng cắt bằng tay ở lưới điện hạ áp. Cầu dao được dùng rất
phổ biến trong mạch điện dân dụng và công nghiệp ở dải công suất nhỏ và tần suất đóng
cắt bé. Điện áp nguồn cung cấp đến 440V điện một chiều và 660V điện xoay chiều. Với
điện áp cao hơn và cơng śt lớn thì cầu dao chỉ làm nhiệm vụ đóng cắt không tải.
b. Phân loại và cấu tạo
- Phân loại
+ Theo kết cấu: cầu dao chia làm loại 1 cực, 2 cực, 3 cực.
+ Theo cách đóng ngắt, cầu dao được chia làm hai loại: đóng ngắt trực tiếp và đóng
ngắt từ xa.
+ Theo điều kiện bảo vệ có loại không có hộp và có loại có hợp.
+ Theo dịng điện định mức loại: 15, 25, 30, 60, 75, 100, 200, 350, 600, 1000A.
+ Theo vật liệu cách điện: có loại đế sứ, đế nhựa bakêlit, đế đá.
+ Theo khả năng cắt có loại cắt không tải, có loại cắt có tải
+ Theo yêu cầu sử dụng: loại có cầu chì và loại khơng có cầu chì
- Ký hiệu cầu dao

Hình 1.7. Cầu dao
- Cấu tạo
1. Lưỡi dao chính( tiếp điểm động)

2. Tiếp điểm tĩnh( má dao)
3 . Lưỡi dao phụ.
4. Lò xo bật nhanh
5. Tay cầm bằng vật liệu cách điện
6. Đế cách điện

Hình 1.8. Cấu tạo của cầu dao

10


Hình 1.9. Hình ảnh thực tế cầu dao
c. Nguyên lý làm việc của cầu dao
Muốn đóng điện ta đưa tay nắm cầu dao lên phía trên, lưỡi dao chính số 1 và lưỡi
dao phụ số 3 tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh số 2 của các pha tương ứng, nối thông mạch giữa
nguồn với mạch phía sau cầu dao.
Muốn cắt điện ta đưa tay nắm cầu dao xuống dưới, ban đầu lưỡi dao chính sớ 1 mở
ra kéo lị xo bật nhanh sớ 4 dãn ra, lị xo sớ 4 dãn dài đến một mức độ nào đó, lực kéo của
lị xo sớ 4 thắng lực ma sát giữa tiếp điểm phụ số 3 và tiếp điểm tĩnh số 2 làm cho lưỡi
dao phụ số 3 bật nhanh tách khỏi tiếp điểm tĩnh số 2 làm cắt điện mạch giữa ngờn với
mạch phía sau cầu dao.
d. Tính chọn cầu dao
- Chọn cầu dao theo dòng điện định mức và điện áp định mức.
+ Gọi Itt là dòng điện tính toán của mạch điện.
+ Unguồn là điện áp nguồn của lưới điện sử dụng.
 Dòng điện định mức (A): I đm=( 1,2 1,5 ) . I tt
 Điện áp làm việc (V): Uđm > Ulướiđiện
Ví dụ: Chọn cầu dao dùng để đóng cắt cho động cơ 3 pha có công suất tương ứng là 12
Kw, điện áp 400V, hệ số công śt là 0,8 và hiệu śt là 0,85.
Giải:

Cường đợ dịng điện tiêu thụ bởi động cơ là:
I tt =

P
12000
=
=31,8 ( A )
√3 . U . c os φ . n0 √ 3 .400 .0,8.0,85

Dòng điện định mức là: Iđm = (1,2 1,5).31,8. Chọn cầu dao có dòng điện là 45A,
điện áp là 600V.
1.2.2. Công tắc
a. Khái niệm chung
Công tắc là khí cụ đóng cắt dịng điện bằng tay kiểu hợp, dùng để đóng ngắt
mạch điện công suất bé.
Công tắc hộp thường được dùng làm cầu dao tổng cho các máy công cụ, dùng
đóng mở trực tiếp cho các động cơ điện công suất bé, hoặc dùng để đổi nối, khống chế
trong các mạch điện tự động, hoặc cách nối cuộn dây stato động cơ từ () sang ().
b. Phân loại
- Theo hình dạng bên ngồi, người ta chia ra làm ba loại:
 Loại hở
 Loại bảo vệ
11


 Loại kín
- Theo công dụng người ta chia công tắc ra các loại
 Công tắc đóng ngắt trực tiếp.
 Công tắc chuyển mạch (hay công tắc vạn năng)
 Công tắc hành trình và ći hành trình.

* Cơng tắc vạn năng dùng để đóng, ngắt, chuyển đổi mạch điện các cuộn dây hút
của công tắc tơ, khởi động từ vv.., chuyển đổi các mạnh điện ở các dụng cụ đo lường vv..
Nó thường được dùng trên các mạch điện điều khiển có điện áp đến 440V một chiều và
đến 500V xoay chiều, 50Hz.
* Cơng tác hành trình dùng để đóng, ngắt ở mạch điện điều khiển trong truyền
động điện tự động hóa, tùy thuộc vị trí cữ gạt ở cơ cấu chuyển động cơ khí nhằm tự động
điều khiển hành trình làm việc hay tự đợngngắt điện ở ći hành trình để đảm bảo an
tồn.
c. Cấu tạo.
Hình 1.10 mơ tả hình dáng của cơng tắc dổi nói kiểu họp có dòng điện định mức vài trục
ampe. Khi núm xoay 4, nhờ hệ thống lo xo nằm trong 5 xoắn lại sẽ làm xoay trục 7, các
tiếp điểm động 2 gắn trên trục 7 sẽ 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 bằng 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 dể dàng.
1.Lực ép tiếp điểm
2. Tiếp điểm đợng
3. Cam quay
4. Núm xoay
5. Hệ lị xo (lị xo khơng biểu hiện trên sơ đờ)
6. Các tấm cách điện
7. Trục xoay

Hình 1.10. Hình dáng của cơng tắc đổi nối kiểu hộp
Loại công tắc này mỗi pha có 2 chỗ ngắt. Tốc độ đóng cắt nhanh, kích thức nhỏ gọn. Hồ
quang chảy trong môi trường kín. Nhược điểm chính của nó là hệ thống tiếp điểm và cơ
cấu trủn đợng chóng bị mịn, tuổi thọ đến 2.104 lần đóng ngắt.
d. Cơng tắc hành trình.
12

Cơng tắc hành trình là thiết bị điều khiển tự động được tác động nhờ vào chủ
thểđiều khiển như trong các máy công cụ và trong buồng thang máy, hành trình làm
việc của cánh cổng.v.v.
Cơng tắc hành trình bao gờm có: cần tác động, chân COM, chân thường đóng (NC),
chân thường hở (NO). Ở điều kiện bình thường, tiếp điểm giữa chân COM và chân NC
sẽ được đấu với nhau. Khi có lực tác đợng lên cần tác đợng thì tiếp điểm giữa chân
COM và chân NC sẽ hở và chuyển qua chân COM và chân NO. Do đó, khi đấu điện
chúng ta cần xác định chính xác 3 chân này, chúng ta cũng có thể kiểm tra bằng cách
sử dụng VOM đo ngắn mạch để xác định. Hình ảnh thực của cơng tắc hành trình:

Hình 1.11. Hình dáng của cơng tắc hành trình
1.2.3. Nút ấn
a. Khái niệm
Nút ấn cịn 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 (DC) điện áp tới 440V và
mạch điện xoay chiều (AC) điện áp đến 500V tần số (50-60) Hz.
b. Công dụng
Nút ấn dùng để khởi động, dừng và đảo chiều quay của động cơ điện bằng cách
đóng và ngắt các mạch cuộn dây hút của các công tắc tơ, khởi động từ ở mạch động lực
của động cơ.
Khả năng ngắt của nút ấn từ 80 đến 100W một chiều và 1500V xoay chiều. Tuổi
thọ về điện không dưới 200.000 lần ngắt và tuổi thọ về cơ khơng dưới 106 lần
c. Phân loại
- Theo hình dạng bên ngoài người ta chia nút ấn ra làm các loại:
+ Loại hở: nó được đặt trên bề mặt một giá đặt trong bảng điện, hộp nút ấn hay tủ điện.
+ Loại bảo vệ: nó được đặt trong một vỏ nhựa hay sắt có hình hợp
+ Loại bảo vệ chống nước: được đặt trong một vỏ kín khít để tránh khỏi nước lọt vào
+ Loại bảo vệ chống bụi, nước được đặt trong một vỏ cacbua đúc kín để chống ẩm và bụi

lọt vào
+ Loại bảo vệ chống nổ: có cấu tạo đặc biệt kín khít để không lọt được tia lửa ra ngoài và
đặc biệt vững chắc để không bị phá vỡ khi nổ. Nó được dùng trong các hầm lò hoặc nơi
có các khí nổ lẫn trong không khí.
13


- Theo yêu cầu điều khiển ta có: loại 1 nút, 2 nút, 3 nút.
- Theo kết cấu bên trong: có loại đèn bên trong, loại không có đèn báo, loại nút ấn
tự giữ.
d. Cấu tạo:
- Nút ấn thường mở

Hình 1.12. Ký hiệu nút ấn thường mở
Nút ấn thường đóng

Hình 1.13. Ký hiệu nút ấn thường đóng
Hình dạng nút ấn

Hình 1.14. Hình ảnh thực nút ấn
1.2.4. Bộ khống chế
a. Khái niệm chung
Bộ khống chế là khí cụ điện dùng để chuyển mạch điện bằng tay gạt hay vô lăng
quay, điều khiển trực tiếp hoặc gián tiếp từ xa, thực hiện các chuyển đổi mạch phức tạp
để điều khiển, khởi động, điều chỉnh tốc độ, đảo chiều quay, hãm điện vv ... các máy điện
và thiết bị điện.
b. Phân loại
Bộ khống chế được chia ra theo dịng điện mợt chiều hoặc xoay chiều và tuỳ theo
cấu tạo cịn có bợ khớng chế hình trớng hay bợ khớng chế hình cam.
Cấu tạo bộ khống chế hình trống

14


Trên trục quay 1 đã bọc cách điện, người ta bắt chặt các đoạn vành trượt bằng
đồng 2 có cung dài làm việc khác nhau. Các cung nay được làm vành tiếp điểm động sắp
sếp ở các góc độ khác nhau. Một vài đoạn vành được nối điện với nhau sẵn ở bên trong.
Các tiếp điểm tĩnh 3 có lo xo đàn hồi, kẹp chặt trên một cán cố địnhđã bọc cách điện 4,
mỗi tiếp điểm tương ứng với một đoạn vành trượt ở bộ phận quay. Các tiếp điểm được
cách điện với nhau và được nối trực tiếp với mạch điện bên ngoài. Khi trục quay 1 các
đoạn vành trượt 2 tiếp xúc mặt với các tiếp điểm tinhx3 và do đó thực hiện chuyển đổi
mạch cần thiết trong mạch điều khiển.

Hình 1.15. Bộ khống chế hình trống:
4
3

a. Hình dạng chung: b bộ phận chính bên
Bợ khớng chế hình trống đảm bảo đóng và ngắt chắc chắn hơn. Do đó nó thường
được dùng cho các bộ truyền động yêu cầu đóng ngắt các dòng điện lớn và có tần số thao
tác cao. Cách lắp ghép các tiếp điểm cho phép thay thế nhanh chóng những tiếp điểm bị
mịn cháy

Hình 1.16. Hình ảnh và ký hiệu bộ khống chế hình trống
a: Hình ảnh bộ khống chế đồ điện: b. Sơ đồ tiếp điểm
Lựa chọn một bộ khống chế phải căn cứ vào điện áp định mức của mạch thao tác và
quan trọng hơn là dòng điện cho phép đi qua các tiếp điểm ở chế độ làm việc liên tục và
ngắn hạn lặp lại (liên quan đến tần số đóng - cắt/giờ).
15

Trị sớ dịng điện của tiếp điểm bợ khớng chế động lực thường được chọn với hệ số
dự trữ là 1, 2 đới với dịng điện mợt chiều:
I =1,2

P 3
10 , ( A )
U

và 1, 3 đới với dịng xoay chiều:
I =1,3

trong đó:

P
U √3

1 03 , ( A )

P – công suất động cơ điện (kW);
U – điện áp định mức ng̀n cung cấp.

1.3. Khí cụ điện điều khiển và bảo vệ mạch điện
1.3.1. Contactor
a. Khái niệm chung
Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng, cắt thường xuyên các mạch điện động
lực, từ xa, bằng tay hay tự động.
Việc đóng cắt côngtắctơ có tiếp điểm có thể được thực hiện bằng nam châm điện,
thủy lực hay khí nén. Thông thường ta hay gặp loại đóng cắt bằng nam châm điện.
Những năm gần đây người ta chế tạo côngtắctơ không tiếp điểm, việc đóng cắt
côngtắctơ loại này được thực hiện bằng cách cho các xung điện để khóa hoặc mở các van

bán dẫn.
Công tắc tơ có hai vị trí: đóng - cắt, được chế tạo có số lần đóng cắt lớn, tần số
đóng cắt có thể tới 1.500 lần trong mợt giờ.
b. Cấu tạo cơng tắc tơ điện từ

Hình 1.17. Cấu tạo công tắc tơ
Công tắc tơ bao gồm 3 bộ phận chính:
- Nam châm điện: Chi tiết cuộn dây dùng để tạo ra lực hút nam châm, lõi sắt và lò xo tác
dụng đẩy phần nắm trở về vị trí ban đầu
- Dập hồ quang: khi chuyển mạch, hồ quang điện xuất hiện làm các tiếp điểm bị cháy và
mịn dẫn, bợ phận này sẻ giúp hạn chế tình trạng đó
- Hệ thớng tiếp điểm. (tiếp điểm chính và phụ)
16


+ Tiếp điểm chính: có khả năng cho dòng điện lớn đi qua. Tiếp điểm chính là tiếp điểm
thường mở. Nó đóng lại khi cấp nguồn vào cuộn dây của công tắc tơ làm hút nắp từ của
công tắc tơ.
+ Tiếp điểm phụ: có khả năng cho dòng điện đi qua các tiếp điểm nhỏ hơn 5A. Tiếp điểm
phụ có hai trạng thái: thường đóng và thường mở.
Như vậy: Hệ thống tiếp điểm chính thường được lắp trong mạch điện đợng lực,
cịn các tiếp điểm phụ sẽ lắp trong hệ thống mạch điều khiển.
Ký hiệu các tiếp điểm của công tắc tơ.

Tiếp điểm thường mở

Tiếp điểm thường đóng

C̣n dây

Hình 1.18. Ký hiệu và hình ảnh thực tế cơng tắc tơ
c. Ngun lý làm việc của cơng tắc tơ

Hình 1.18. Ngun lý làm việc của cơng tắc tơ
1. Tiếp điểm chính, 2-Tay đòn, 3-Tiếp điểm phụ, 4- Lõi thép động, 5- Lò xo, 6- Vòng
chống rung, 7- Lõi thép tĩnh, 8- Cuộn dây
Khi cuộn hút của côngtắctơ chưa được cấp điện, lị xo 5 đẩy lõi thép đợng sớ 4
tách ra xa khỏi lõi thép tĩnh 7. 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.
Khi cấp điện cho cuộn hút của côngtắctơ, trong cuộn hút sẽ có dòng điện chạy
qua. Dòng điện này sẽ sinh ra từ thơng móc vịng qua cả hai lõi thép và khép kín mạch từ.
17


Chiều và trị số của từ thông sẽ biến thiên theo chiều và trị sớ của dịng điện sinh ra nó,
nhưng xét tại mợt 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 hai bề mặt này hai cực N – S trái dấu nhau.
Kết quả lõi thép động 4 sẽ bị hút về lõi thép tĩnh 7, kéo theo tay đòn 2 làm cho các
tiếp điểm chính 1 và tiếp điểm phụ 3 đóng lại. Khi cắt điện c̣n hút, lị xo 5 đẩy lõi thép
động 4 về vị trí ban đầu.
Kết luận
Khi cuộn hút được cấp điện thì hai lõi thép biến thành “nam châm điện” và luôn
có xu thế hút nhau. Thông qua việc đóng cắt điện cho cuộn hút của côngtắctơ mà ta có
thể đóng ngắt hàng loạt các tiếp điểm có khả năng chịu dòng điện lớn và có thể điều
khiển từ xa được. Khi cuộn dây được cấp điện xoay chiều thì cần có vịng ngắn mạch đặt
ở đầu của lõi thép tĩnh.
d. Các yêu cầu kỹ thuật:
- Điện áp định mức Uđm: Các cấp: 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V,
380V, 500V xoay chiều.

- Dòng điện định mức Iđm: Là dòng điện đi qua tiếp điểm chính trong chế độ làm
việc gián đoạn - lâu dài, nghĩa là ở chế độ này thời gian công tắc tơ ở trạng thái đóng
không lâu quá 8 giờ
Công tắc tơ hạ áp có các cấp dịng thơng dụng: 10, 20, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 250, 300,
600A.Nếu đặt công tắc tơ trong tủ điện thì dịng điện định mức phải lấy thấp hơn 10% vì
làm mát kém, khi làm việc dài hạn thì chọn dịng điện định mức nhỏ hơn nữa.
- Tần số thao tác
Số lần đóng cắt trong thời gian một giờ bị hạn chế bởi sự phát nóng của tiếp điểm
chính do hồ quang.
Có các cấp: 30, 100, 120, 150, 300, 600, 1.200 đến 1.500 lần trên một giờ, tùy chế
độ công tác của máy sản xuất mà chọn công tắc tơ có tần số thao tác khác nhau.
1.3.2. Khởi động từ
a. Khái niệm
Khởi động từ (KĐT) là một loại khí cụ điện dùng để điều khiển từ xa việc đóng–
ngắt, đảo chiều và bảo vệ quá tải động cơ xoay chiều 3 pha rô to lồng sóc . Khởi động từ
có một Contactor (CTT) kết hợp với rơ le nhiệt gọi là khởi động từ đơn thường để đóngngắt động cơ điện. Khởi động từ có hai contactor gọi là khởi động từ kép dùng để điều
khiển đảo chiều quay của động cơ gọi là khởi động từ đảo chiều.
Khởi động từ được cấu tạo từ 02 khí cụ điện: Công tắc tơ xoay chiều và rơle nhiệt
nên kết cấu khởi động từ rất đa dạng và phong phú.
Thực chất khởi động từ là sự kết hợp giữa côngtắctơ và rơle nhiệt, tùy thuộc vào
số cuộn dây côngtắctơ chia khởi động từ thành hai loại:
18


+ Khởi động từ đơn: Chỉ gồm một cuộn dây côngtắctơ để điều khiển động cơ quay theo
một chiều nhất định.
+ Khởi động từ kép: Có hai cuộn dây côngtắctơ để điều khiển động cơ quay hai chiều
thuận nghịch.
b. Ưu điểm và ứng dụng của khởi động từ
Ưu điểm của khởi động từ

- Tiếp điểm có độ bền chịu mài mòn cao.
- Khả năng đóng cắt cao.
- Thao tác đóng cắt nhanh.
- Tiêu thụ công suất ít nhất.
Ứng dụng của khởi động từ
- Trong công nghiệp Khởi động từ được sử dụng để điều khiển vận hành các động
cơ hay thiết bị điện, để an toàn khi vận hành. Đây là một giải pháp tự động hóa bằng
phương pháp cơ điện. Phương pháp này khơng xử lý những quá trình phức tạp nhưng nó
đơn giản và ổn định cao dễ sửa chữa.
- Trong ngành tự đợng hóa ngày nay địi hỏi xử lý những công việc có tính chất
phức tạp và khó khăn. Nên cần phải có sự can thiệp của bộ xử lý nên phương pháp cơ
điện tử ra đời để đáp. ứng được những quá trình đóng gói sản phẩm, ép nhựa. khởi động
từ vẫn là thiết bị sử dụng nhiều trong ngành công nghiệp tự động hóa việc sản xuất.
c. Nguyên lý hoạt động và phân loại khởi động từ

Hình 1.19. Hình ảnh thực tế khởi động từ
- Nguyên lý hoạt động của khởi động từ
Khi cung cấp điện áp cho cuộn dây bằng nhấn nút khởi động, cuộn dây khởi động
từ có điện hút lõi thép di động và mạch từ khép kín lại. Làm đóng các tiếp điểm chính để
khởi động động cơ và đóng tiếp điểm phụ thường hở để duy trì mạch điều khiển khi
buông tay khỏi nút nhấn khởi động. Khi nhấn nút dừng, khởi động từ bị ngắt điện, dưới
tác dụng của lị xo nén làm phần lõi di đợng trở về vị trí ban đầu; các tiếp điểm trở về
trạng thái thường hở. Động cơ dừng hoạt động. Khi có sự cố quá tải động cơ, Rơle nhiệt

19


sẽ thao tác làm ngắt mạch điện cuộn dây, do đó cũng ngắt khởi động từ và dừng động cơ
điện.
- Phân loại khởi động từ

+ Theo nguyên lý truyền động: có khởi động từ kiểu điện từ (truyền điện bằng lực hút
điện từ), kiểu hơi ép, kiểu thuỷ lực. Thông thường trong tủ điện sử dụng Contactor kiểu
điện từ.
+ Theo dạng dịng điện: khởi đợng từ mợt chiều và khởi động từ xoay chiều (Contactor 1
pha và contactor 3 pha).
+ Kết cấu bảo vệ chống các tác động bởi môi trường xung quanh: hở, bảo vệ, chống bụi,
nước nổ…
+ Khả năng làm biến đổi chiều quay động cơ điện: Không đảo chiều quay và đảo chiều
quay
d. Thông số kỹ thuật của khởi động từ
- Số cực: 1P, 2P, 3P, 4P
- Điện áp điều khiển (V): Cấp điện áp định mức trong tủ điện: 110V, 220V, 440V
một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều.
- Dải dòng (A): Dòng điện định mức của khởi động từ trong tủ điện hạ áp thông
dụng có các cấp là: 10A, 20A, 25A, 40A, 60A, 75A, 100A, 150A, 250A, 300A, 600A.
e. Ứng dụng khởi động từ trong mạch trang bị điện
1. Mạch điện mở máy động cơ xoay chiều không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc bằng khởi
động từ đơn
a. Sơ đồ nguyên lý
~3fa/380V - 50Hz
L1
L2
L3
N

~ 220 V
AP1

0
N

L1
A1

B1 C1

K
A2

AP2

1

D

K

M

5

3

RN
2

B2 C2
K

RN

A

B

C

M

Hình 1.20. Mạch động lực và mạch điều khiển của mạch khởi động từ đơn
Các thiết bị trong mạch điện:
20