Nghiên cứu hệ thống tưới nước theo thời gian kết hợp cảm biến độ ẩm đất không dây

ĐẠI HỌC CƠNG NGHIỆP TP.HCM
KHOA CƠNG NGHỆ ĐIỆN

KHĨA LUẬN TỐT NGHIỆP
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG
TƯỚI NƯỚC THEO THỜI GIAN
KẾT HỢP BỘ CẢM BIẾN ĐỘ ẨM ĐẤT
KHƠNG DÂY
SINH VIÊN : TRẦN HỒI NAM
MSSV

: 15021901

LỚP

: DHDI11A

GVHD

: THS. PHẠM QUỐC NGHIỆP

TP. HCM, NĂM 2019


PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP
1.

Họ và tên sinh viên/ nhóm sinh viên được giao đề tài
(1): Trần Hoài Nam, MSSV: 15021901

2.

Tên đề tài
NGHIÊN CỨU HỆ THỐNG TƯỚI NƯỚC THEO THỜI GIAN KẾT HỢP
BỘ CẢM BIẾN ĐỘ ẨM ĐẤT KHƠNG DÂY

3.

Nội dung
Tìm hiểu các thiết bị đóng mở theo thời gian.
Tìm hiểu Timer 24H, cảm biến độ ẩm, mạch thu phát RF 433Mhz.
Thiết kế tủ bơm nước theo thời gian và bộ thu phát không dây độ ẩm đất.
Tìm hiểu cơ chế an tồn khi sự cố xảy ra.
Tìm hiểu nhu cầu tưới cây thanh long.

4.

Kết quả
Mơ hình hồn thiện có thể đưa vào thực tế, giá cả hợp lí.

Giảng viên hướng dẫn

Tp. HCM, ngày

tháng

Sinh viên

Trưởng bộ mơn

i

năm 2019


NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN
--------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ii


MỤC LỤC
PHIẾU GIAO ĐỀ TÀI ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP ......................................................... i
NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN....................................................ii
MỤC LỤC ............................................................................................................... iii
DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ ................................................................................. v
DANH SÁCH CÁC BẢNG ....................................................................................vii
CHƯƠNG 1: THỰC TRẠNG ................................................................................... 1
CHƯƠNG 2: TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ...................................................... 2
CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP – NỘI DUNG ĐỀ TÀI ................................................... 3
3.1 Sơ đồ nguyên lí ............................................................................................. 3
3.1.1 Sơ đồ tủ ..................................................................................................... 3
3.1.2 Sơ đồ bộ thu RF 433Mhz ......................................................................... 5
3.1.3 Sơ đồ bộ cảm biến độ ẩm đất không dây.................................................. 7
3.2 Các vật tư thiết bị............................................................................................. 8
3.2.1 Circuit Breaker (CB) ................................................................................ 8
3.2.2 Contactor ................................................................................................ 10
3.2.3 Rơ le trung gian ...................................................................................... 14
3.2.4 Arduino ................................................................................................... 18
3.2.5 Timer 24H............................................................................................... 22
3.2.6 Cảm biến độ ẩm đất ................................................................................ 26
3.2.7 Mạch thu phát RF 433Mhz ..................................................................... 28
3.2.8 Phần mềm vẽ mạch easyEDA ................................................................ 34

CHƯƠNG 4: TÍNH TỐN LỰA CHỌN THIẾT BỊ .............................................. 37
iii


4.1 Tính tính tốn chọn contactor và CB ............................................................. 37
4.2 Chọn rơ le trung gian ..................................................................................... 38
4.3 Chọn Arduino ................................................................................................ 38
4.4 Chọn Timer 24H ............................................................................................ 39
4.5 Mạch thu phát RF .......................................................................................... 39
4.6 Cảm biến độ ẩm đất ....................................................................................... 40
4.7 Bộ thu RF....................................................................................................... 40
4.8 Bộ cảm biến độ ẩm không dây ...................................................................... 42
4.9 Pin dự phòng .................................................................................................. 45
4.10 Bảng vật tư ................................................................................................... 47
Chương 5: KẾT QUẢ ĐẠT ĐƯỢC ........................................................................ 48
5.1 Ưu điểm ......................................................................................................... 48
5.2 Khuyết điểm .................................................................................................. 48
5.3 Kết luận.......................................................................................................... 48
TÀI LIỆU THAM KHẢO ....................................................................................... 49
LỜI CẢM ƠN .......................................................................................................... 50

iv


DANH SÁCH CÁC HÌNH VẼ
Hình 3.1 Mạch điều khiển ......................................................................................... 3
Hình 3.2 Mạch động lực ............................................................................................ 4
Hình 3.3 Sơ đồ bộ thu RF 433Mhz ........................................................................... 6
Hình 3.4 Mạch in ....................................................................................................... 6
Hình 3.5 Sơ đồ bộ cảm biến độ ẩm khơng dây.......................................................... 7

Hình 3.6 Sơ đồ mạch in ............................................................................................. 7
Hình 3.7 Circuit Breaker (CB) .................................................................................. 8
Hình 3.8 Cấu tạo CB.................................................................................................. 9
Hình 3.9 Contactor .................................................................................................. 11
Hình 3.10 Cấu tạo contactor .................................................................................... 12
Hình 3.11 Rơ le trung gian ...................................................................................... 15
Hình 3.12 Cấu tạo rơ le............................................................................................ 16
Hình 3.13 Ngun lí hoạt động ............................................................................... 17
Hình 3.14 Arduino ................................................................................................... 18
Hình 3.15 Sơ đồ ngun lí arduino .......................................................................... 19
Hình 3.16 Sơ đồ chân ATMEGA 328 ..................................................................... 20
Hình 3.17 Giao diện IDE ......................................................................................... 22
Hình 3.18 Cấu tạo Timer 24H ................................................................................. 23
Hình 3.19 Timer cơ.................................................................................................. 24
Hình 3.20 Timer điện tử .......................................................................................... 25
Hình 3.21 Module cảm biến độ ẩm ......................................................................... 26
Hình 3.22 Cảm biến độ ẩm ...................................................................................... 27
Hình 3.23 Bộ chuyển đổi ......................................................................................... 27
Hình 3.24 Cấu tạo cảm biến độ ẩm ......................................................................... 28
Hình 3.25 Bộ thu phát RF 433 Mhz ........................................................................ 29
Hình 3.26 Sơ đồ khối ............................................................................................... 30
v


Hình 3.27 Bộ thu ..................................................................................................... 31
Hình 3.28 Bộ phát .................................................................................................... 31
Hình 3.29 Sơ đồ kết nối ........................................................................................... 32
Hình 3.30 Giao diện easyEDA ................................................................................ 35
Hình 3.31 Thư viện easyEDA ................................................................................. 35
Hình 3.32 Thiết kế PCB .......................................................................................... 36

Hình 4.1 Thơng số động cơ ..................................................................................... 37
Hình 4.2 Sơ đồ linh kiện .......................................................................................... 38
Hình 4.3 Sơ đồ mạch in ........................................................................................... 39
Hình 4.4 Sơ đồ bố trí linh kiện và mạch in.............................................................. 40
Hình 4.5 Mạch in ..................................................................................................... 41
Hình 4.6 Mạch thực tế ............................................................................................. 41
Hình 4.7 Sơ đồ bố trí linh kiện ................................................................................ 43
Hình 4.8 Mạch in ..................................................................................................... 43
Hình 4.9 Mạch thực tế ............................................................................................. 44
Hình 4.10 Pin dự phòng ........................................................................................... 45

vi


DANH SÁCH CÁC BẢNG
Bảng 3.1 Hàm chức năng......................................................................................... 33
Bảng 3.2 Hàm dùng cho truyền dữ liệu ................................................................... 33
Bảng 3.3 Hàm dùng cho nhận dữ liệu ..................................................................... 34
Bảng 4.1 Vật tư thiết bị ........................................................................................... 47

vii


Khóa luận tốt nghiệp

SV: Trần Hồi Nam

CHƯƠNG 1: THỰC TRẠNG
Với nền kinh tế đi lên từ một nước nông nghiệp, đến nay nước ta vẫn còn gần
68.25% dân cư sống ở vùng nông thôn và 41.86% lực lượng lao động của cả nước đang

làm việc trong lĩnh vực nông – lâm - thủy sản [1]. Hiện nay nhiều nông dân đã tích cực
học hỏi kinh nghiệm, tham khảo các quy trình trồng trọt khoa học tiến bộ nhằm chuyển
đổi các loại cây trồng có hiệu quả kinh tế thấp sang những loại cho năng suất và hiệu quả
kinh tế cao, trong đó có cây thanh long. Thanh long hiện được trồng ở 30 tỉnh thành nước
ta nhưng tập trung chủ yếu tại ba tỉnh: Bình Thuận, Tiền Giang và Long An; chiếm 93,6%
diện tích và 95,5 % sản lượng cả nước. Giá trị xuất khẩu tăng hàng năm từ 70-80%. Tính
đến tháng 10 năm 2018 kim ngạch xuất khẩu thanh long đạt gần 400 triệu USD [2]. Tuy
nhiên, để đạt được mức sản lượng cao như trên thì người dân phải tiêu hao rất nhiều sức
lao động, chi phí và thời gian chăm sóc vì họ vẫn áp dụng phương pháp truyền thống
trong quá trình canh tác.
Đặt biệt, việc chăm sóc cho cây thanh long tiêu hao rất nhiều thời gian nhất là
khâu tưới tiêu theo định kỳ. Ví dụ, trong một nơng trại thanh long với diện tích 2000 m2
tương đương với 400 gốc thanh long thì phải mất 4.5-5h để cung cấp đầy đủ lượng nước
cho từng gốc thanh long theo phương pháp thủ công, định kỳ 3 ngày tưới 1 lần [3]. Về
khâu chuẩn bị và thực hiện lại thêm lãng phí thời gian và sức lao động vì người nơng dân
phải di chuyển vịi nước tới từng gốc thanh long trong khi diện tích trồng trọt rộng lớn và
người lao động thì hạn chế. Ngồi ra, việc tưới thủ cơng như vậy sẽ làm lãng phí nước,
không cung cấp đều đặn cho từng cây nên năng suất đạt giá trị không cao, đặc biệt là
không thể chủ động về thời gian tưới…
Vì vậy, để giảm bớt thời gian nước tiêu thì nhiều hệ thống tưới nước phun sương ra
đời, hệ thống này gồm hệ thống ống nối đến từng trụ, các van thủy lực và máy bơm [4].
Tuy nhiên các hệ thống này vẫn còn nhược điểm khá lớn là phụ thuộc nhiều vào sự vận
hành và quản lí của con người trong việc đóng mở động cơ bơm nước. [5]

1


Khóa luận tốt nghiệp

SV: Trần Hồi Nam

CHƯƠNG 2: TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI
Với cơng cuộc cơng nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước, ngày nay các thiết bị tự
động hóa ra đời dần dần thay thế con người trực tiếp thực hiện các công việc trong các
khâu sản xuất, trong đó ngành nơng nghiệp đang được chú trọng nghiên cứu và đưa vào
sử dụng phổ biến. Nhiều thiết bị tự động được đưa vào để thay thế dần con người trong
việc chăm sóc, quản lí và tưới tiêu. Đặt biệt là hệ thống tưới cho thanh long.
Với 2000 m2 tương đương với 400 gốc thanh long kết hợp với hệ thống tưới phun
sương thì chỉ cần mất khoảng 15-30 phút tưới và thời gian tưới thích hợp nhất là khoảng 6
giờ đến 10 giờ [6]. Để vận hành đúng thời gian, người lao đông cần phải canh thời gian
bật tắt hệ thống bơm nước cho hệ thống phun sương. Việc này cũng gây khó khăn và bất
tiện cho người nông dân cũng như là việc tưới nước cho cây thanh long bị gián đoạn.
Chính vì vậy, tủ bơm nước theo thời gian kết hợp với cảm biến độ ẩm đất không
dây sẽ tiết kiệm thời gian và sức lao động cũng như tiết kiệm chi phí cho người nơng dân
trong việc quản lí và vận hành hệ thống tưới nước. Với thiết kế bộ điều khiển tưới cây tự
động có khả năng hẹn giờ tưới nhiều lần, sẽ giúp thời gian tưới trong ngày giảm bớt,
không phải quan tâm đến thời gian tưới vì sau khi cài đặt hệ thống sẽ tự động tưới khi đến
giờ. Kết hợp với cảm biến độ ẩm đất, khi trời mưa hoặc độ ẩm trong đất cao thì hệ thống
tưới cây sẽ khơng hoạt động đảm bảo tiết kiệm nước và chi phí vận hành. Tủ cịn có chế
độ vận hành bằng tay để đảm bảo sự can thiệp của con người khi cần thiết.
Việc lắp đặt tủ tưới tự động sẽ giúp cho người dân có nhiều thời gian hơn trong
việc chăm sóc cho cây. Có thời gian để nghiên cứu nhằm phòng trừ sâu bệnh, giúp tăng
năng suất và thêm thu nhập cho các hộ canh tác thanh long hiện nay.

2


Khóa luận tốt nghiệp

SV: Trần Hồi Nam

CHƯƠNG 3: GIẢI PHÁP – NỘI DUNG ĐỀ TÀI
3.1 Sơ đồ nguyên lí
3.1.1 Sơ đồ tủ
Yêu cầu tủ:
 Bật tắt theo thời gian.
 Có thể điều chỉnh thời gian.
 Có bộ cảm biến độ ẩm khi trời mưa động cơ sẽ không hoạt động.
 Bộ cảm biến độ ẩm đất giúp việc thay đổi vị trí khảo sát dễ dàng.

Hình 3.1 Mạch điều khiển

3


Khóa luận tốt nghiệp

SV: Trần Hồi Nam

Hình 3.2 Mạch động lực

Khi CB1 ở trạng thái ON D1 sẽ sáng lên (báo hiệu đã cấp nguồn cho tủ). Đồng thời
sẽ cấp nguồn cho Timer 24H. Timer 24H phải được cấp nguồn liên tục để đảm bảo thời
gian chạy chính xác và khơng cần phải cài đặt thời gian nhiều lần.
Khi có nguồn Timer có thể cài đặt thời gian theo ý muốn. Trên Timer có 24 số
tương ứng với 24h trong ngày, mỗi số cách nhau 4 khoảng trống tương ứng với thời gian
15 phút. Ta chỉ cần xoay các số trên mặt Timer trùng với mũi tên màu trắng ở giữa timer
đúng theo thời gian thực.
Để cài đặt thời gian đóng mở, trên Timer có các chốt màu cam (cài đặt thời gian
ON) và chốt trắng (thời gian OFF). Ta đặt các chốt vào các rãnh trên Timer để đặt thời

gian đóng mở.
Tiếp đến, khi cơng tắt S ở vị trí (1) là chế độ tự động (AUTO), TIMER (bạn đã cài
đặt ở trên) sẽ tự động đóng cắt theo thời gian đã cài đặt trước. Khi Timer quay đến chốt
màu cam tiếp điểm thời gian bên trong Timer sẽ đóng lại cấp nguồn cho Rơ le trung gian,
tiếp điểm của rơ le thời gian sẽ chuyển trạng thái từ thường hở sang đóng cấp nguồn cho
4


Khóa luận tốt nghiệp

SV: Trần Hồi Nam

contactor K và động cơ sẽ hoạt động. Tiếp điểm thường mở K sẽ chuyển đổi trạng thái và
đèn D2 sẽ sáng lên báo hiệu cho động cơ hoạt động hoạt động. Khi Timer chạy đến chốt
trắng tiếp điểm thời gian sẽ được ngắt ra, nguồn rơ le trung gian bị mất làm ngắt contactor
K và D2 sẽ tắt.
Tiếp điểm RF là tiếp điểm thường đóng. Khi độ ẩm cao hoặc trời mưa thì tiếp điểm
RF sẽ hở mạch không cho động cơ hoạt động. Đảm bảo tiết kiệm chi phí.
Khi S ở vị trí (2) là chế độ hoạt động bằng tay (MAIN): khi nhấn ON thì K sẽ được
cấp nguồn động cơ hoạt động, tiếp điểp K chuyển trạng thái D2 sẽ sáng báo hiệu động cơ
hoạt động. Khi nhấn OFF, K sẽ mất nguồn D2 sẽ tắt. Trạng thái này cần sự tác động của
con người.
3.1.2 Sơ đồ bộ thu RF 433Mhz
Bộ thu RF 433 sẽ được đặt trên tủ để thu sóng từ cảm biến độ ẩm. Module gồm 3
thành phần chính là arduino, bộ thu RF và mạch re lay (là tiếp điểm RF).
Khi trời mưa hoặc độ ẩm trong đất cao thì cảm biến độ ẩm sẽ gửi tín hiệu về bộ thu
RF bộ thu sẽ truyền về arduino để xử lí nếu độ ẩm cao hoặc quá ngưỡng cho phép (có thể
lập trình được trong code) arduino sẽ tác động lên relay làm cho tiếp điểm RF chuyển từ
thường đóng sang thường hở. Lúc này khi timer thời gian tác động thì cũng khơng thể cấp
nguồn cho rơ le trung gian, làm động cơ không hoạt động.

5


Khóa luận tốt nghiệp

SV: Trần Hồi Nam

Hình 3.3 Sơ đồ bộ thu RF 433Mhz

Hình 3.4 Mạch in

6


Khóa luận tốt nghiệp

SV: Trần Hồi Nam

3.1.3 Sơ đồ bộ cảm biến độ ẩm đất không dây
Bộ cảm biến độ ẩm đất không dây gồm 4 phần: cảm biến độ ẩm, mạch phát RF
433, arduino và 1 pin dự phòng 5VDC (có thể sạc được). Khi cảm biến độ ẩm nhận và gửi
tín hiệu về arduino. Arduino sẽ xử lí sao đó điều khiển cho mạch phát RF phát tính hiệu
đến bộ thu.

Hình 3.5 Sơ đồ bộ cảm biến độ ẩm khơng dây

Hình 3.6 Sơ đồ mạch in

7

Khóa luận tốt nghiệp

SV: Trần Hồi Nam

3.2 Các vật tư thiết bị
3.2.1 Circuit Breaker (CB)
3.2.1.1 Giới thiệu
Aptomat (CB) là khí cụ điện có chức năng tự động ngắt mạch và bảo vệ quả tải cho
toàn bộ hệ thống điện trước các sự cố như ngắn mạch hay sụt áp…. trong kỹ thuật thì nó
được sử dụng để đóng cắt khơng thường xuyên các mạch làm việc ở chế độ bình thường.

Hình 3.7 Circuit Breaker (CB)

3.2.1.2 Cấu tạo
CB được cấu tạo bởi các bộ phận: tiếp điểm, hồ dập quang điện, cơ cấu truyền
động cắt CB, móc bảo vệ.
Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, sau
cùng là tiếp điểm 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.
Hộp dập hồ quang: CB hộp dập hồ quang thường sử dụng hai kiểu thiết bị dập hồ
quang: kiểu nửa kín và kiểu hở. Kiểu nửa kín của CB thường được đặt trong vỏ kín của
CB và có lỗ thốt khí được dùng cho dịng điện có giới hạn khơng q 50KA. Cịn đối với
loại kiểu hở thì dịng điện lớn hơn 50KA hoặc điện áp lớn hơn 1000V.
8

Khóa luận tốt nghiệp

SV: Trần Hồi Nam

Hình 3.8 Cấu tạo CB

3.2.1.3 Cơ cấu truyền động cắt của CB
Truyền động cắt thường có 2 cách: Bằng tay và bằng cơ điện (điện từ, đóng cơ
điện).
Điều khiển bằng tay được thực hiện với các CB có dịng điện định mức khơng lớn hơn
600A. Điều khiển bằng điện tử (nam châm điện) được ứng dụng ở các CB có dịng điện
lớn hơn (đến 1000A)
Để tang lực điều khiển bằng tay dùng một tay dài phụ theo ngun lý địn bẩy. Ngồi ra
cịn có cách điều khiển bằng động cơ điện hoặc bằng khí nén.
3.2.1.4 Phân loại
CB có loại sau:MCB, MCCB, ACB…
MCB viết tắt miniature circuit breaker. có dịng đóng cắt nhỏ, thường 5A-100A.
MCCB viết tắt Moulded case Circuit Breaker. Dịng thường đóng căt 63-500A.
ACB viết tắt Air Cicuit Breaker. Dịng đóng căt trên 500A.
9


Khóa luận tốt nghiệp

SV: Trần Hồi Nam

3.2.1.5 Lựa chọn CB
U đmCB > U đmLĐ (luôn được sản xuất với điện áp lớn hơn điện áp nhà máy);
I đmCB >= I tính tốn (lựa chọn giống như tính kích thước dây điện, tức chọn I đmCB >=
1,4 I tt);

I cđmCB >= I ngắn mạch (Tính từ điểm ngắn mạch trở về nguồn).
Ví dụ: Chọn Aptomat cho một máy giặt có cơng suất tiêu thụ là 2kW, cosphi =
0,85 sử dụng trong hộ gia đình
Ta có: Itt = Ptt/Uđm*cos(phi) = 2000/(220*0,85) = 10,69
Iap = (1,2-1,5) Itt
Ta tính được: Ict = 1,2*10,96 = 13,152A
Do đó ta chon loại Aptomat có dịng định mức là 14A
3.2.1.6 Yêu cầu chọn CB
Chế độ làm việc định mức của CB phải là chế độ dài hạn.
CB phải cắt được trị số dịng ngắn mạch lớn có thể lên đến hàng chục kA. Sau
khi cắt vẫn phải đảm bảo làm việc tốt ở trị số dòng điện định mức .
CB phải có thời gian cắt bé.
3.2.2 Contactor
3.2.2.1 Giới thiệu
Contactor là một khí cụ điện dùng để đóng ngắt các tiếp điểm, khi sử dụng contactor ta có
thể điều khiển mạch điện từ xa có phụ tải với điện áp định mức lên đến 500V, dòng định
mức 780A.

10


Khóa luận tốt nghiệp

SV: Trần Hồi Nam

Hình 3.9 Contactor

3.2.2.2 Cấu tạo
Contactor được cấu tạo gồm các thành phần: nam châm điện, hệ thống dập hồ
quang, hệ thông tiếp điểm (tiếp điểm chính, tiếp điểm phụ).

 Nam Châm điện
Gồm 4 thành phần: Cuộn dây dùng tạo ra lực hút nam châm, Lõi sắt, Lò xo tác
dụng đẩy phần nắp trở về vị trí ban đầu.
 Hệ thống dập hồ quang
Khi chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm các tiếp điểm bị cháy và mịn
dần, vì vậy cần hệ thống dập hồ quang.
 Hệ thống tiếp điểm
Hệ thống tiếp điểm của contactor trong tủ điện liên hệ với phần lõi từ di động qua
bộ phận liên động về cơ. Tuỳ theo khả năng tải dẫn qua các tiếp điểm, ta có thể chia các
tiếp điểm thành hai loại:
Tiếp điểm chính: Có khả năng cho dịng điện lớn đi qua (từ 10A đến vài nghìn A,
thí dụ khoảng 1600A hay 2250A). Tiếp điểm chính là tiếp điểm thường hở đóng lại khi
cấp nguồn vào mạch từ của contactor trong tủ điện làm mạch từ hút lại.
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 hở.
11


Khóa luận tốt nghiệp

SV: Trần Hồi Nam

Tiếp điểm thường đóng là loại tiếp điểm ở trạng thái đóng (có liên lạc với nhau
giữa hai tiếp điểm) khi cuộn dây nam châm trong contactor ở trạng thái nghỉ (không được
cung cấp điện). Tiếp điểm này hở ra khi contactor ở trạng thái hoạt động. Ngược lại là
tiếp điểm thường hở.
Như vậy, hệ thống tiếp điểm chính tủ điện điều khiển thường được lắp trong mạch
điện động lực, còn các tiếp điểm phụ sẽ lắp trong hệ thống mạch điều khiển của
Contactor.

Hình 3.10 Cấu tạo contactor

3.2.2.3 Nguyên lí hoạt động
Khi cấp nguồn trong tủ điện điều khiển bằng giá trị điện áp định mức của
Contactor vào hai đầu của cuộn dây quấn trên phần lõi từ cố định thì lực từ tạo ra hút
phần lõi từ di động hình thành mạch từ kín (lực từ lớn hơn phản lực của lị xo), Contactor
ở trạng thái hoạt động. Lúc này nhờ vào bộ phận liên động về cơ giữa lõi từ di động và hệ
thống tiếp điểm làm cho tiếp điểm chính đóng lại, tiếp điểm phụ chuyển đổi trạng thái
(thường đóng sẽ mở ra, thường hở sẽ đóng lại) và duy trì trạng thái này. Khi ngưng cấp
nguồn cho cuộn dây thì Contactor ở trạng thái nghỉ, các tiếp điểm trở về trạng thái ban
đầu.
12


Khóa luận tốt nghiệp

SV: Trần Hồi Nam

3.2.2.4 Các thơng số cơ bản
 Điện áp Ui: là điện áp chịu được khi làm việc của contactor, nếu vượt quá
điện áp thì contactor sẽ bị phá hủy, hỏng.
 Điện áp xung chịu đựng: Uimp, khả năng chịu đựng điện áp xung của
contactor
 Điện áp Ue: giải điện áp mà contactor chịu được, trên mỗi contactor thời ghi
rõ dải dòng và áp làm việc mà nó chịu đựng được
 Dịng điện In: là dịng điện chạy qua tiếp điểm chính của contactor khi làm
việc (tải định mức và điện áp định mức)
 Dòng điện ngắn mạch Icu: dòng điện mà contactor chịu đựng được trong
vòng 1s, thường nhà sản xuất cung cấp theo loại contactor.
 Điện áp cuộn hút Uax: theo mạch điều khiển ta chọn, có thể là DC, AC,

110V hay 220V
3.2.2.5 Phân loại
Có nhiều cách phân loại contactor:
 Theo nguyên lý truyền động : Ta có contactor kiểu điện từ, kiểu hơi ép, kiểu
thủy lực … Thường thì ta gặp contactor kiểu điện từ.
 Theo dạng dòng điện : Contactor điện một chiều và contactor điện xoay
chiều.
 Theo kết cấu : Người ta phân contactor dùng ở nơi hạn chế chiều cao ( như
bảng điện ở gầm xe ) và ở nơi hạn chế chiều rộng ( ví dụ buồng tàu điện ).

 Phân loại tiếp điểm contactor.
Theo khả năng tải dịng : Tiếp điểm chính ( cho dịng điện lớn đi qua từ 10A đến
1600A hay 2250A ), tiếp điểm phụ ( cho dịng điện đi qua có giá trị từ 1A đến 5A )
Theo trạng thái hoạt động : Tiếp điểm thường đóng ( là loại tiếp điểm ở trạng
thái kín mạch khi cuộn dây nam châm trong contactor ở trạng thái nghỉ khơng có điện ),
tiếp điểm thường mở ( là tiếp điểm ở trạng thái hở mạch khi cuộn dây nam châm trong
contactor ở trạng thái nghỉ khơng có điện ).

13


Khóa luận tốt nghiệp

SV: Trần Hồi Nam

3.2.2.6 Lựa chọn contactor
Để lựa chọn Contactor phù hợp cho động cơ ta phải dựa vào những thông số cơ
bản như Uđm, P , Cosphi.
Iđm = Itt x 2
Iccb = Iđm x 2

Ict = ( 1,2 – 1,5 ) Iđm
Ví Dụ: Tải động cơ 3P, 380V, 3KW, tính tốn dịng định mức theo cơng thức như
sau:
Iđm = P / (1.73 x 380 x 0.85 ) ở đây hệ số cosphi là 0.85.
Ta tính được: Iđm = 3000 / (1.73 x 380 x 0.85 ) = 5.4 A.
Ict = ( 1,2 -1,4 ) Iđm.
Ta tính được: Ict = 1,4 x 5.4 = 7.56 A.
Nên chọn Contactor có dịng lớn hơn dịng tính tốn. Chọn loại có dịng 8A.
3.2.2.7 Ứng dụng
 Contactor: là thiết bị điều khiển để đóng mở cung cấp nguồn cho một thiết
bị công suất tải lớn: Máy Lạnh lớn, động cơ kéo tải lớn. Thường là loại 3
pha, nên ít thấy loại 1 pha. Khác với Relay nguồn điều khiển là một chiều
điện áp thấp. Contactor nguồn điều khiển là loại xoay chiều điện áp cao.
 Trong công nghiệp Contactor 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
q trình phức tạp nhưng nó đơn giản và ổn định cao dễ sửa chữa.
 Trong ngành tự động hóa ngày nay địi hỏi xử lý những cơng 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 q trình đóng gói
sản phẩm, ép nhựa. Contactor vẫn là thiết bị sử dụng nhiều trong ngành
cơng nghiệp tự động hóa việc sản xuất.
3.2.3 Rơ le trung gian
3.2.3.1 Giới thiệu
14


Khóa luận tốt nghiệp

SV: Trần Hồi Nam

Rơ le trung gian là một kiểu nam châm điện có tích hợp thêm hệ thống tiếp
điểm. Rơle trung gian còn gọi là rơ le kiếng là một công tắc chuyển đổi hoạt động bằng
điện. Gọi là một cơng tắc vì rơ le có hai trạng thái ON và OFF. Rơ le ở trạng thái ON hay
OFF phụ thuộc vào có dịng điện chạy qua rơ le hay khơng.

Hình 3.11 Rơ le trung gian

3.2.3.2 Cấu tạo
Gồm hai phần:
Cuộn hút (nam châm điện) có tác dụng khi cấp nguồn vào thì hút thanh tiếp điểm
lại để đảo trạng thái chân NO và NC.
Phần mạch tiếp điểm (mạch lực) để dóng cắt tín hiều các thiết bị với dòng nhỏ và
được cách ly với cuộn hút.

15


Khóa luận tốt nghiệp

SV: Trần Hồi Nam

Hình 3.12 Cấu tạo rơ le

3.2.3.3 Nguyên lí hoạt động
Khi cấp nguồn điện định mức vào thì cuộn hút sẽ trở thành nam châm điện và hút
lấy tiếp điểm, khi đó tiếp điểm thường mở NO sẽ đóng lại, cho dịng điện chạy qua tải
(bóng đèn) sẽ hoạt động (sáng lên).
Nhờ sự cách ly giữa mạch điều khiển (cuộn hút) và mạch lực (hệ tiếp điểm) mà tín
hiệu điều khiển và nguồn điện có thể khác nhau. Ở đây nói đến là chúng ta có thể dùng

nguồn điện DC rất nhỏ để điều khiển thiết bị điện AC ở điện thế lớn, với mục đích an tồn
cho người sử dụng và tránh gây hiện tượng cháy nổ do hoạt động ở điện áp cao.

16


Khóa luận tốt nghiệp

SV: Trần Hồi Nam

Hình 3.13 Ngun lí hoạt động

3.2.3.4 Lựa chọn rơ le trung gian
Tùy theo nhu cầu sử dụng mà có thể chọn:
Mức điện áp hoạt động phổ biến trong môi trường công nghiệp là: 5V, 12V,
24VDC và 220VDC.
Với 1 tiếp điểm, 2 tiếp điểm, 4 tiếp điểm người ta thường quy chuẩn ra như rơ le 8
chân, 14 chân vv…
3.2.3.5 Ứng dụng
Công dụng của Rơle trung gian là làm nhiệm vụ "trung gian" chuyển tiếp mạch
điện cho một thiết bị khác, ví như bộ bảo vệ tủ lạnh chẳng hạn-khi điện yếu thì rơle sẽ
ngắt điện ko cho tủ làm việc còn khi điện hoẻ thì nóp lại cấp điện bình thường.Trong bộ
nạp ắc quy xe máy, ơ tơ thì khi máy phát điện đủ khoẻ thì rơ le trung gian sẽ đóng mạch
nạp cho ác quy...
Được tích hợp trong các bảng mạch điều kiển điện tử dân dụng cũng như trong
công nghiệp, với ưu điểm là nhỏ gọn và dễ dàng lắp đặt thay thế.

17