Giáo trình điện máy công cụ (ngành cắt gọt kim loại trình độ cao đẳng)

UBND THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH
TRƯỜNG CAO ĐẲNG KỸ THUẬT NGUYỄN TRƯỜNG TỘ

GIÁO TRÌNH
MƠN HỌC: ĐIỆN MÁY CƠNG CỤ
NGÀNH: CẮT GỌT KIM LOẠI
TRÌNH ĐỘ: CAO ĐẲNG
(Ban hành kèm theo Quyết định số 387/QĐ-CĐKTNTT ngày 31 tháng 12 năm 2022
của Hiệu trưởng Trường Cao đẳng Kỹ thuật Nguyễn Trường Tộ

(LƯU HÀNH NỘI BỘ)

Tp. Hồ Chí Minh, 10/2022


LỜI NÓI ĐẦU
Nhằm đổi mới phương pháp giảng dạy, nâng cao chất lượng đào tạo và đào tạo theo
nhu cầu xã hội. Trường Cao đẳng Kỹ thuật Nguyễn Trường Tộ tổ chức biên soạn giáo trình
trình độ Trung cấp, Cao đẳng cho tất cả các môn học thuộc các ngành, nghề đào tạo tại
trường. Từ đó giúp cho học sinh – sinh viên có điều kiện học tập, nâng cao tính tự học và
sáng tạo.
Giáo trình mơn học Điện máy công cụ thuộc các môn chuyên ngành của ngành đào
tạo Cắt gọt kim loại và là tài liệu tham khảo cho ngành Cắt gọt kim loạ
• Vị trí mơn học: được bố trí ở học kỳ 3 của chương trình đào tạo cao đẳng và học
kỳ 3 của chương trình trung cấp.
• Mục tiêu mơn học:
Sau khi học xong mơn học này người học có khả năng:
* Kiến thức:
- Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động động cơ điện 1 pha, 3 pha khơng đồng
bộ rotor lồng sóc.
- Trình bày cấu tạo và nguyên lý hoạt động của các loại khí cụ điện.

- Trình bày được ngun lý làm việc của các mạch điều khiển máy cắt gọt kim loại.
* Kỹ năng:
- Nhận dạng và phân loại các động cơ điện không đồng bộ.
- Nhận dạng và phân loại khí cụ điện.
- Lắp được mạch điều khiển và sửa chữa được một số hư hỏng thông thường mạch
điện máy cắt gọt kim loại.
* Năng lực tự chủ và trách nhiệm:
- Nhận thức được tầm quan trọng của môn học đối với nghề nghiệp.
- Hình thành ý thức học tập, sai mê nghề nghiệp qua từng bài học.
- Có tác phong cơng nghiệp, an tồn lao động trong q trình làm thí nghiệm và
thực tập.
• Thời lượng và nội dung mơn học:
Thời lượng: 45 giờ; trong đó: Lý thuyết 08, Thực hành 29, kiểm tra: 08 giờ.
Nội dung giáo trình gồm các chương/ bài:
- Bài 1: trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động, các phương pháp khởi động và thay
đổi tốc độ của đồng cơ không đồng bộ 3 pha, 1 pha.

1/106


- Bài 2: Trình bày cấu tạo, nguyên lý hoạt động các khí cụ điện và các mạch máy
cơng nghiệp.
- Bài 3: Trình bày nguyên lý hoạt động của các trang bị điện máy cắt gọt kim loại.
Trong quá trình biên soạn giáo trình này tác giả đã chọn lọc những kiến thức cơ bản,
bổ ích nhất, có chất lượng nhằm đáp ứng tốt nhu cầu giảng dạy của giáo viên và học tập
của học sinh – sinh viên bậc cao đẳng, trung cấp tại trường.
Tuy nhiên, quá trình thực hiện khơng thể tránh những thiếu sót, tác giả rất mong
nhận được sự đóng góp của q thầy cơ đồng nghiệp và các em học sinh – sinh viên để
hiệu chỉnh giáo trình ngày càng hiệu quả hơn.
Trân trọng cảm ơn.

Tác giả
Đoàn Thanh Long

2/106


MỤC LỤC

TRANG
Lời mở đầu

1

BÀI 1: MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ

5

Giới thiệu

5

1.1. Khái niệm chung và cấu tạo

5

1.1.1. Khái niệm chung

5

1.1.2. Cấu tạo

5

1.2. Nguyên lý hoạt động

9

1.2.1. Nguyên lý hoạt động tạo động cơ khơng đồng bộ ro to lồng
sóc một pha

9

1.2.2. Nguyên lý hoạt động tạo động cơ không đồng bộ ro to lồng
sóc ba pha

10

1.3. Các phương pháp khởi động, thay đổi tốc độ quay của động cơ

10

1.3.1. Các phương pháp khởi động động cơ không đồng bộ

10

1.3.2. Các phương pháp thay đổi tốc độ quay của động cơ

15

BÀI 2: KHÁI NIỆM VÀ CƠNG DỤNG CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN

21

Giới thiệu

21

2.1. Cấu tạo và cơng dụng của khí cụ điện hạ áp

21

2.1.1. Cầu chì

21

2.1.2. Cầu dao

27

2.1.3. Cơng tắc, nút ấn

32

2.1.4. Áp tô mát

37

2.1.5. Công tắc tơ

42

2.1.6. Timer

50

2.2. Mạch máy công nghiệp

55

2.2.1. Mạch khởi động động cơ ba pha không đồng bộ roto lồng sóc

55

2.2.2. Mạch đảo chiều động cơ ba pha khơng đồng bộ roto lồng sóc

59

2.2.3. Mạch khởi động động cơ khơng đồng bộ rotor lồng sóc theo
phương pháp sao – tam giác.

63

2.2.4. Mạch khởi động tuần tự 2 động cơ.
3/106

68


2.2.5. Mạch khởi động động cơ hai tốc độ.

72

BÀI 3: TRANG BỊ ĐIỆN MÁY CẮT GỌT KIM LOẠI

79

Giới thiệu

79

3.1. Khái niệm chung về máy cắt gọt kim loại.

79

3.1.1. Khái niệm, phân loại

79

3.1.2. Đặc điểm, yêu cầu trang bị điện

80

3.2. Trang bị điện nhóm máy tiện.

81

3.2.1. Đặc điểm, yêu cầu trang bị điện

81

3.2.2. Trang bị điện máy tiện T616

83

3.3. Trang bị điện nhóm máy phay.

89

3.3.1. Đặc điểm, yêu cầu trang bị điện

89

3.3.2. Trang bị điện máy phay

90

3.4. Trang bị điện nhóm máy doa.

96

3.4.1. Đặc điểm, yêu cầu trang bị điện

96

3.4.2. Trang bị điện máy doa

97

TÀI LIỆU THAM KHẢO

106

4/106


BÀI 1:
MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ
Giới thiệu:
Trong các mày cắt gọt kim loại ngoài các chi tiết, bộ phận cơ khí, cịn có các máy điện
khơng đồng bộ chủ yếu là động cơ điện xoay chiều trong các nguồn động lực.
Kỹ thuật ngành cắt gọt kim loại ngồi cơng ciệc chính, cịn phải có kiến thức và kỹ
năng về một số loại động cơ điện sử dụng làm nguồn động lực trong máy cắt gọt kim loại.
Hiểu biết quá trình hoạt động và có thẻ xử lý một số hư hỏng nhỏ của các động cơ điện.
Mục tiêu:
- Kiến thức:
Trình bày được cấu tạo và nguyên lý hoạt động của động cơ không đồng bộ một và
ba pha.
- Kỹ năng:
Xác định được khác phương pháp khởi động và thay đổi tốc độ quay của động cơ
không đồng bộ một pha và ba pha.
- Năng lực tực chủ và trách nhiệm:
Rèn luyện tính nghiêm túc trong học tập và trong thực hiện công việc.
Nội dung:
1.1. KHÁI NIỆM VÀ CẤU TẠO.
1.1.1. khái niệm chung.
Máy điện không đồng bộ là loại máy điện xoay chiều chủ yếu dùng làm động cơ
điện. Do kết cấu đơn giản, làm việc chắc chắn, hiệu suất cao, giá thành hạ nên động cơ
không đồng bộ là loại máy được sử dụng rộng rãi nhất trong các ngành kinh tế quốc dân.
Trong công nghiệp thường dùng máy điện không đồng bộ làm nguồn động lực cho các máy
công cụ… Trong hầm mỏ dùng làm máy tời hay quạt gió. Trong nơng nghiệp dùng làm

máy bơm hay máy gia công nông sản phẩm. Trong đời sống hàng ngày máy điện khơng
đồng bộ cũng dần dần chiếm một vị trí quan trọng: quạt gió, động cơ tủ lạnh...Tóm lại
phạm vi ứng dụng của máy điện không đồng bộ ngày càng rộng rãi.
Tuy vậy máy điện khơng đồng bộ có những nhược điểm sau: cosϕ của máy thường
không cao lắm, đặc tính điều chỉnh tốc độ khơng tốt nên ứng dụng của nó có phần bị hạn
chế.
1.1.2. Cấu tạo.
1.1.2.1. Cấu tạo động cơ khơng đồng bộ rơtor lồng sóc một pha.
Động cơ một pha thường được sử dụng trong các thiết bị điện gia dụng và công nghiệp,
công suất thường nhỏ, từ vài W (Watt) đến một vài kW, thường được sử dụng nguồn điện
5/106


xoay chiều một pha. So với động cơ không đồng bộ ba pha cùng kích thước thì cơng suất
của động cơ không đồng bộ một pha chỉ bằng khoảng 50% công suất động cơ không đồng
bộ ba pha. Do nguyên lý khởi động khác nhau và yêu cầu về tính năng kỹ thuật khác nhau,
nên kết cấu động cơ cũng có nhiều đặc điểm khác nhau, nhưng cấu tạo chính cũng gầm hai
phần là stator và rơtor.

a)

b)

Hình 1.1-1: a- Động cơ lồng sóc; b- Động cơ một pha
1. Stator (phần tĩnh):
Stator bao gồm: lõi thép, cuộn dây và võ máy.
- Lõi thép chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện (thép silic) có chiều dày (0,35 ÷
0,5)mm hình trịn được đập rãnh phía trong theo hướng tâm (hình 1.1-3), sau đó ghép cách
điện với nhau tạo thành hình trụ rỗng với các rãnh đặt dây quấn. Lõi thép được ép vào trong
vỏ máy.

Hình 1.1-2: Lá thép kỹ thuật điện dập định hình các rãnh
- Cuộn dây được làm bằng đồng, phía ngồi có tráng lớp ê may cách điện và được
đặt vào rãnh của lõi thép và cách điện với lõi thép. Số cuộn dây và số vòng dây trong mỗi
cuộn phụ thuộc vào công suất động cơ, điện áp sử dụng và tốc độ quay của rơto. Thường
có hai cuộn dây: cuộn chính và cuộn phụ có kết cầu thường khơng giống nhau, đặt lệch
nhau góc 90o về điện.
- Vỏ máy: Để cố định lõi sắt và dây quấn không dùng làm mạch dẫn từ. Thường làm
bằng gang hay thép tấm hàn lại.
Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ (từ 0,2 đến 1 mm trong máy điện cỡ
nhỏ và vừa), khe hở càng nhỏ càng tốt để hạn chế dịng từ hóa lấy từ lưới điện vào.
6/106


Hình 1.1-3: Cấu tạo stator của động cơ
2. Rơtor (phần động)
Được làm bằng các lá thép kỹ thuật điện ghép lại với nhau thành hình trụ, phía trên có
xẻ rãnh đặt các thanh dẫn bằng đồng hoặc bằng nhôm (rôtor lồng sóc) hoặc dây quấn (rơtor
dây quấn). Hai phía đầu rơtor có hai vịng ngắn mạch bằng đồng hoặc bằng nhơm tạo thành
mạch kín. Các đường rãnh của rơtor động cơ một pha thường được thiết kế lệch xiên so
với trục rơtor, nhằm mục dích cho động cơ dễ dàng khởi động và khi vận hành giảm bới
hiện tượng rung chuyển do lực điện từ tác động lên rôtor không liên tục.
7/106


Hình 1.1-4: Cấu tạo rơtor

Hình 1.1-5: Lõi thép rơtor

Hình 1.1-6: Cấu tạo rơtor lồng sóc

8/106


1.1.2.2. Cấu tạo động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc ba pha
1. Stator (phần tĩnh):
Stator bao gồm: lõi thép, day quấn và vỏ máy
- Lõi thép chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện (thép silic) hình trịn được đập rãnh
phía trong theo hướng tâm, sau đó ghép cách điện với nhau tạo thành hình trụ rỗng với các
rãnh đặt dây quấn (hình 1.1-3). Lõi thép được ép vào trong vỏ máy.
- Dây quấn: Dây quấn của stator được đặt vào các rãnh của lõi thép và cách điện tốt
đối với rãnh. Các pha dây quấn đặt cách nhau 120o về điện và khơng gian (tính trên cùng
một mặt phẳng).
- Vỏ máy: Để cố định lõi sắt và dây quấn không dùng làm mạch dẫn từ. Thường làm
bằng gang hay thép tấm hàn lại.
2. Rotor (phần tĩnh):
Dây quấn của stator được đặt vào các rãnh của lõi thép và cách điện tốt đối với rãnh.
Loại rotor kiểu lồng sóc (hình 1.1-6): Cấu tạo của loại dây quấn này khác với dây quấn
stator. Trong mỗi rãnh của stator đặt vào thanh dẫn bằng đồng hoặc bằng nhôm dài ra khỏi
lõi sắt và được nối tắt ở hai đầu bằng hai vành ngắn mạch bằng đồng hoặc bằng nhôm mà
người ta thường quen gọi là lồng sóc
3. Vỏ máy: Để cố định lõi sắt và dây quấn không dùng làm mạch dẫn từ. Thường làm
bằng gang hay thép tấm hàn lại.
Khe hở trong máy điện không đồng bộ rất nhỏ (từ 0,2 đến 1 mm trong máy điện cỡ
nhỏ và vừa), khe hở càng nhỏ càng tốt để hạn chế dịng từ hóa lấy từ lưới điện vào. Kết cấu
của động cơ điện khơng đồng bộ rotor lồng sóc được trình bày trên hình 4.1-02.
1.2. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG.
1.2.1. Nguyên lý hoạt động động cơ một pha.
Nếu sử dụng nguồn điện 1pha sẽ không tạo ra được từ trường quay. Do đó,sẽ khơng tạo
được momen quay. Vì thế, nếu trên stator của động cơ một pha chỉ có 1 cuộn dây, khi cấp
điện vào, từ trường sinh ra do cuộn dây này là từ trường đập mạch, chỉ nằm trên 1 phương

nhất định, được coi như là từ trường tổng hợp của hai từ trường chuyển động ngược chiều
nahu. Do đo, sinh ra các momen tác động lên rotor có cùng một độ lớn nhưng ngược chiều
nhau. Vì thế rơtor khơng thể quay được.
Nếu ta quay trục rơtor thì trục sẽ được quay theo bất kỳ chiều lực quay.đó là đặc điểm
không tự khởi động được của động cơ không đồng bộ một pha. Vì khi đó từ trường dập
mạch bị mấtcân bằng. để động cơ tự khởi động được, người ta bố trí thêm một cuộn dây
phụ trên stator, cuộn dây phụ được bố trí lệch với cuộn dây chính 1 góc 900 và phải có tổng
trở cuộn dây lớn hơn cuộn chính, thơng thường cuộn phụ được mắc nối tiếp với tụ điện
nhằm mục đích tạo sự chênh lệch dịng điện trong 2 cuộn chính và phụ, như thế động cơ
mới tự khởi động được.
9/106


1.2.2. Nguyên lý hoạt động động cơ ba pha.
Khi đặt điện áp xoay chiều ba pha có tần số f vào ba cuộn dây quấn trên stator, hệ
thống dòng điện xoay chiều ba pha chạy vào dây quấn sẽ sinh ra từ trường quay, quay với
tốc độ n = 60f/p. từ trường quay quét qua các thanh dẫn rôtor, cảm ứng trong rôtor sức ức
điện động E2. Các thanh dẫn trên rôtor nối ngắn mạch nên E2 sẽ sinh ra dịng điện I2 chạy
trong các thanh dẫn trên rơtor. Chiều của E2 và chiều của I2 được xác định theo qui tắc bàn
tay phải. Dòng điện I2 nằm trong từ trường quay sẽ chịu lực tác dụng tương hỗ, tạo thành
momen M tác dụng lên rơtor làm nó qauy với tốc độn n theo chiều từ trường (dùng qui t8ác
bàn tay trái xác định chiều của lực và chiều của momen M tác dụng lên rotor).
Tốc độ n trên trục của động cơ không thể bằng được tốc độ từ trường quay n0, mà
nhỏhơn một ít (nvà các thanh dẫn trên rơtor. Do đó mới có dịng điện I2, có momen M tác dụng lên rơtor
(nếu tốc độ rơtor bằng tốc độ đồng bộ thì rơtor sẽ đứng n đối với từ trường quay, sẽ
khơng có sức điện động cảm ứng ở rơtor, khhơng có dịng điện rơtor và vì thế sẽ khơng
sinh ra momen). Vì tốc độ rôtor khác với tốc độ từ trường quay nên ta gọi là động cơ không
đồng bộ tôtor lồng sóc.
1.3. PHƯƠNG PHÁP KHỞI ĐỘNG VÀ THAY ĐỔI TỐC ĐỘ QUAY CỦA ĐỘNG

CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ.
1.3.1. Phương pháp khởi động.
1.3.1.1 Các phương pháp khởi động động cơ một pha.
1. Khởi động động cơ sử dụng tụ khởi động (tụ hóa).

Cuộn làm việc

Đề tạo moment khởi động lớn, cuộn dây phụ (cuộn khởi động) được mắc nối tiếp với
tụ điện có điện dung lớn và một cái ngắt điện ly tâm. Lúc bắt đầu khởi động ngắt ly tâm
đóng, cả cuộn chính và phụ được cấp điện. Động cơ được khởi động, khi tốc độ động cơ
đạt 2/3 định mức thì ngắt điện li tâm mở, cuộn phụ được ngắt khỏi nguồn điện và động cơ
chỉ làm việc với cuộn chính.

Ngắt điện
ly tâm
CKĐ

Cuộn khởi động

Hình 1.3-1: Sơ đồ đấu dây của động cơ với tụ khởi động.
Bảng 1.3-1: Bảng giá trị tụ hóa sử dụng khởi động cơ 1 pha khơng đồng bộ
Cơng suất
Tụ hóa khởi động

1/4 HP
80÷120

1/2 HP
150÷020

3/4 HP
200÷300

10/106

1 HP
300÷400

11/2 HP
2 HP
600÷700 700÷800


2. Khởi động động cơ sử dụng tụ thường trực (tụ dầu).

Cuộn làm việc

Phương pháp khởi động đối với loại động cơ này dựa vào nguyên lý mắc nối tiếp của
tụ điện với cuộn dây klhởi động. Do đó, tụ này vừa tham gia quá trình khởi động, vừa tham
gia quá trình làm việc vì vậy mới gọi là tụ thường trực hay tụ làm việc.

Ngắt điện
ly tâm
CTT

Cuộn khởi động

Hình 1.3-2: Sơ đồ đấu dây của động cơ với tụ thường trực.
3. Khởi động động cơ sử dụng tụ khởi động và tụ thường trực.
Một trong các phương pháp khởi động 1 pha là sử dụng kết hợp cả hai loại tụ thường

trực và tụ khởi động. Việc kết hợp này tạo ra mô men khởi động lớn. Khi khởi động, điện
dung nối tiếp với dây quấn phụ do đó mô men khởi động lớn với thời gian khởi động được
rút ngắn đáng kể.

Cuộn làm việc

Ngắt điện
ly tâm

CTT

CKĐ

Cuộn khởi động

Hình 1.3-3: Sơ đồ đấu dây của động cơ với tụ thường trực và tụ khởi động.
4. Khởi động động cơ không sử dụng tụ khởi động
Phương pháp khởi động này khá đặc biệt và được áp dụng với động cơ cơng suất bé
khoảng ¼, 1/3 HP. Việc khởi động có thể dùng chính trở kháng của dây quấn phụ để tạo
sự lệch pha của dịng điện trong dây quấn chính và dây phụ. Loại này cho mô men khởi
động lớn hơn tụ thường trực nhưng bé hơn tụ khởi động.
1.3.1.2 Các phương pháp khởi động động cơ ba pha.
Trong quá trình vận hành động cơ điện khi khởi động chúng ta cần quan tâm đến hai
vấn đề:
- Giảm thấp dòng điện khởi động (qua hệ thống dây dẫn chính vào dây quấn stato động
cơ) ngay thời điểm khởi động.
11/106


- Phương pháp giảm thấp dòng điện khởi động thực chất là giảm thấp điện áp cung cấp

vào động cơ tại thời điểm khởi động. Theo lý thuyết chúng ta có được quan hệ moment
(hay ngẫu lực) khởi động tỷ lệ thuận với bình phương giá trị điện áp hiệu dụng cấp vào
động cơ,như vậy giảm giá trị dòng điện khởi động dẫn tới hậu quả giảm thấp giá trị của
moment khởi động.
Trong thực tế các biện pháp giảm dòng khởi động có thể chia làm hai dạng như sau:
- Giảm điện áp nguồn cấp vào dây quấn stato bằng phương pháp: biến áp giảm áp ,hay
lắp đặt các phần tử hạn áp (cầu phân áp) dùng điện trở hay điện cảm.
- Sử dụng bộ biến đổi điện áp xoay chiều 3 pha,dùng linh kiện điện tử điều chỉnh thay
đổi điện áp hiệu dụng nguồn áp 3 pha cấp vào động cơ. Hệ thống khởi động này được gọi
là phương pháp khởi động mền (soft start) cho động cơ.
Khi lựa chọn các phương pháp điều khiển khởi động động cơ cần xem xét công suất
của đường dây điện, công suất động cơ và tải nặng hay tải nhẹ mà ta có phương pháp khởi
động phù hợp:
1. Khởi động trực tiếp.
Phương pháp khởi động trực tiếp thì các cuộn dây trên stato của động cơ sẽ được nối
trực tiếp với nguồn 3 pha. Động cơ sẽ khởi động với dòng điện từ 5 – 7 lần dòng điện định
mức trong thời gian ngắn.
Dòng điện khởi động phụ thuộc vào thiết kế và kích thước, cơng suất của động cơ.
Dịng điện này hầu như khơng ảnh hưởng đến động cơ, nhưng có khả năng làm sụt áp trên
áp nguồn và ảnh hưởng đến các thiết bị khác.

Hình 1.3-4: Sơ đồ đấu dây khởi động trực tiếp động cơ 3 pha không đồng bộ.
12/106


2. Khởi động sao – tam giác (Y-Δ).
Phương pháp này được thiết kế cho động cơ chạy mặc định ở chế độ tam giác. Khi
khởi động mạch sẽ điều khiển động cơ chạy với đấu nối sao, lúc này dòng điện của động
cơ giảm đi 3 lần so với dòng định mức. Khi động cơ chạy đến 75% tốc độ định mức thì
chuyển sang chế độ tam giác, động cơ làm việc đúng với thông số định mức.

Ưu điểm của mạch khởi động sao tam giác là đơn giản dễ thực hiện, tuy nhiên hạn chế
là moment khởi động cũng giảm đi 3 lần.
Các phương pháp ra dây trên stato của động cơ không đồng bộ 3 pha:
- Động cơ 3 pha 6 đầu dây ra (đấu vận hành theo một trong hai cấp điện áp nguồn 3
pha tương ứng so với sơ đồ đấu sao hay tam giác).
- Động cơ 3 pha 9 đầu dây ra (đấu vận hành theo một trong hai phương pháp: đấu Y
nối tiếp – Y song song , tam giác nối tiếp -tam giác song song)
- Động cơ 3 pha 12 đầu dây (đấu vận hành theo một trong bốn cấp điện áp nguồn 3 pha
tương ứng với một trong sơ đồ đấu dây Y nối tiếp, Y song song ,tam giác nối tiếp ,tam giác
song song)
L1
L2
L3
1

3

5

2

4

6

1

3

5

Q1

1

3

5

2

4

6

1

3

5

2

4

6

KM ∆

KM1

KMY
2

4

6

1

3

5

2

4

6

U1

V1

W1

F1

M
3~

W2

U2

V2

Hình 1.3-5: Mạch động lực khởi động sao – tam giác.

13/106


12

11

48V

F1

11

S1
12

13

13

KM1

S2
14

14

13

11

KA1

KA1
12

14

11

KY

K∆

A1

KM1
0V

A2

A1

12

12

A1

A1

KY

KA1
A2

11

A2

K∆
A2

Hình 1.3-6: Mạch điều khiển khởi động sao – tam giác.
3. Phương pháp khởi động bằng điện cảm.
Khi khởi động động cơ 3 pha thì cuộn dây stato mắc nối tiếp với điện kháng. Khi đó
điện áp rơi trên cuộn dây stato giảm, nhưng moment sẽ giảm theo vì moment tỉ lệ với bình
phương điện áp.
Hình bên dưới là ví dụ về mạch khởi động động cơ 3 pha bằng điện kháng, sử dụng
hai cầu dao D1 và D2. Khi khởi động thì đóng cầu dao D1, khi động cơ khởi động xong
thì đóng cầu dao D2 để động cơ hoạt động đúng định mức.

Trường hợp này để giảm áp cấp vào dây quấn stator tại lúc khởi động. Chúng ta đấu
nối tiếp điện cảm ( có giá trị điện kháng ) Xmm với dây quấn stator .
Do tính chất moment tỉ lệ bình thường điện áp cấp vào động cơ, thường chúng ta chọn
các cấp giảm áp : 80%, 64%, và 50% cho động cơ .Tương ứng với các cấp giảm áp này ,
moment mở máy chỉ còn khoảng 65%, 50%, và 25% giá trị moment mở máy khi cấp nguồn
trực tiếp bằng đúng định mức vào dây quấn stator .

14/106


Hình 1.3-7: Khởi động động cơ ba pha khơng đồng bộ bằng điện cảm.
5. Phương pháp khởi động bằng bộ khởi động mềm.
Đặc điểm của phương pháp này là thiết bị khởi động mềm sử dụng công cụ thyristors
để điều khiển dòng điện áp được cấp cho động cơ. Do vậy nó sẽ làm giảm dịng khởi động,
đồng thời làm gia tốc của động cơ cũng không bị tăng đột ngột, do đó hạn chế được hiện
tượng sụt áp của máy biến áp trong khi động cơ đang khởi động.
Ưu điểm của phương pháp khởi động này là hạn chế được dòng khởi động, đồng thời
điều chỉnh các momen lực mở máy 1 cách hợp lý. Hiện nay, hầu như tất cả các phương
pháp khởi động mềm đều được tích hợp sẵn các chức năng để bảo vệ động cơ là vì vậy.
Phương pháp này cịn có chức năng dừng mềm, chẳng hạn như biến tần, nó loại trừ
được các hiện tượng xấu cho dòng điện như xung áp lực nước, hạn chế tình trạng tăng vọt
áp suất trong hệ thống bơm và tránh được các hư hỏng cho các vật liệu dễ vỡ khi chúng
được tải trên băng chuyền, từ đó làm tăng tuổi thọ cho các chi tiết truyền dẫn lực.
Đặc biệt, khởi động mềm điều chỉnh tốc độ động cơ khi khởi động hoạt động rất mịn
mượt và êm. Tuy nhiên, đối với nhiều trường hợp, chức năng điều tốc như vậy vẫn chưa
đủ. Khi đó, người ta sẽ phải dùng 1 bộ khởi động mềm để điều khiển được mô men nhằm
làm giảm lực, đồng thời giúp dừng động cơ theo cách tối ưu nhất để có thể tránh được hiện
tượng búa nước.
1.3.2. Các phương pháp thay đổi tốc độ quay của động cơ không đồng bộ 3 pha.
1.3.2.1 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi tần số.

Ta biết tốc độ của động cơ điện không đồng bộ được tính theo cơng thức:
n = n1 ( 1 - s ) =

60f1
(1-s)
p

Khi hệ số trượt thay đổi ít thì n tỉ lệ thuận với f1. Phương pháp thay đổi tần số điều
chỉnh tốc độ là một phương pháp điều chỉnh bằng phẳng, động cơ có thể quay với bất cứ
tốc độ nào. Muốn vậy phải sử dụng một thiết bị đặc biệt đó là máy biến tần.
15/106


Khi thay đổi tần số để điều chỉnh tốc độ ta phải đồng thời điều chỉnh cả điện áp đưa
vào động cơ điện để đảm bảo điều kiện năng lực quá tải không đổi.
Thay đổi tần số để điều chỉnh tốc độ, đặc tính cơ như (hình 2-20).
n
f >f
n
đm

f

đm

đm

f
đm

M

Hình 1.3-8: Đặc tính cơ khi điều chỉnh tần số
1.3.2.2 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi số đơi cực từ.
Nói chung khi làm việc bình thường động cơ khơng đồng bộ có hệ số trượt s nhỏ do
đó: n ≈ n1 = 60f/p
Khi tần số không thay đổi, tốc độ tỉ lệ nghịch với số đơi cực; do đó thay đổi số đôi cực
của dây quấn Stato nghĩa là ta đã thay đổi được tốc độ của động cơ.
Dây quấn stato có thể nối thành bao nhiêu số đơi cực khác nhau thì có bấy nhiêu cấp
tốc độ, vì vậy thay đổi tốc độ chỉ có thể thay đổi từng cấp một khơng bằng phảng.Thường
có hai cấp tốc độ gọi là động cơ hai tốc độ. Cũng có loại ba bốn tốc độ. Có nhiều cách thay
đổi số đơi cực của dây quấn stato.
- Đổi cách nối dây để có số đôi cực khác nhau. Dùng trong động cơ điện hai tốc độ
theo tỉ lệ 2:1;
- Đặt hai dây quấn độc lập có số đơi cực khác nhau. Thường để đạt tốc độ theo tỉ lệ 4:3
hay 6:5;
- Đặt hai dây quấn độc lập có số đơi cực khác nhau mỗi dây quấn lại có thể đổi nối để
có số đôi cực khác nhau. Dùng trong động cơ điện ba bốn tốc độ.
* Động cơ rôto dây quấn số đôi cực của rôto bằng số đôi cực của Stato, do đó nếu
thay đổi p1 thì ta phải thay đổi p2 nghĩa là phải thay đổi cả cách đấu dây rô to như vậy
khơng tiện lợi. Do đó phương pháp này ít được dùng.
* Xét động cơ không đồng bộ rôto lồng sóc:
Dây quấn rơto trong động cơ khơng đồng bộ rơto lồng sóc có thể thích ứng với bất cứ
số đơi cực nào của dây quấn stato do đó thích hợp cho động cơ điện thay đổi số đôi cực để
điều chỉnh tốc độ. Sơ đồ thay đổi số đôi cực (hình 1.3-8).
So sánh hình 1.3-8a và 1.3-8b ta thấy bằng cách đấu thuận hay đấu nghịch mà được
bước cực khác nhau, nghĩa là số đôi cực khác nhau theo tỷ lệ 2 : 1. Hai dây quấn có thể
đấu nối tiếp hay song song theo yêu cầu của điện áp và dịng điện như (hình 1.3-8b, c).

16/106


τ

a

τ

A1

τ

X1

τ

A2

X2

A

τ
b

c

τ

A1

X1

A

X

A2

X

τ

A1

X1

A2

A

X

X2

τ

X2

Hình 1.3-9: Sơ đồ ngun lý thay đổi số đơi cực
Tùy theo cách đấu Y hay ∆ và cách đấu dây quấn pha song song hay nối tiếp mà có
động cơ hai tốc độ thành loại có mơ men khơng đổi và cơng suất khơng đổi hình 1.3-9.
A

B

I 12

C

A

B

C

I 12

If

If

If

If

( P1 )

( P2 = 2 P1 )

Hình 1.3-10. Sơ đồ đấu dây quấn khi đổi tốc độ theo tỷ lệ 2:1
và mô men không đổi (Y/YY)

17/106


Gọi công suất động cơ điện hai cấp tốc độ, ứng với đơi cực ít là P1 và số cực gấp đơi
là P2 , theo hình 2-13 với cách đấu Y/ YY, ta có:

P2 = 3U1I1 cos ϕ1

(W - kW)

P1 = 3U12 2I1 cos ϕ1 (W - kW)
Giả thiết khi tốc độ, hiệu suất η và cosϕ không đổi, ta có:

P1
=2
P2

( 1.3-1)

Như vậy, khi thay đổi cách đấu từ Y  YY, công suất đã tăng 2 lần và n tăng 2 lần.
Với quan hệ: Như vậy, khi thay đổi cách đấu từ Y  YY, công suất đã tăng hai lần và tốc
độ tăng hai lần. Với quan hệ:
P = ω. M
Ta có:

P1 ω1M1 2M1

=
=
=2
P2 ω2 M 2 M 2
Từ đó ta được: M1 = M2, nghĩa là động cơ được chế tạo theo loại mô men không đổi.
* Trường hợp đấu ∆/ YY (hình 1.3-10):
A

B

I 12

C

A

B

C

I 12

If

If

If

If

( P1 )

( P2 = 2 P1 )

Hình 1.3-11. Sơ đồ đấu dây quấn khi đổi tốc độ theo tỷ lệ 2:1
và công suất không đổi(∆/ YY)
18/106


Ta có cơng suất của ĐC là:

P2 = 3U1 3I f cos φη

(W - kW)

P1 = 3U1 2 I1 cos φη
1

(W - kW)

P1
2
=
= 1,15 ≈ 1
P2
3

Ta có

(1.3-2)

Động cơ điện hai cấp độ theo kiểu này có cơng suất khơng thay đổi.
* Đặc tính cơ M = f ( n ) của động cơ điện hai cấp tốc độ đấu theo Y / YY và đấu
∆/ YY được biểu diễn ở (hình 1.3- 11 a.b) .
M

M

0

0

a

n

b

n

Hình 1.3- 12. Đặc tính cơ khi thay đổi số đôi cực
a. Bằng đổi nối Y/YY; b. Bằng đổi nối ∆/ YY
1.3.2.3 Điều chỉnh tốc độ bằng thay đổi điện áp cấp vào stator.
Khi thay đổi điện áp lưới, ví dụ giảm điện áp xuống x lần (x < 1) điện áp định mức
(U1 = x Uđm) thì mơ men sẽ giảm xuống cịn x2 lần: M = x2 Mđm .
Nếu mô men tải không đổi thì tốc độ giảm xuống, hệ số trượt tăng lên. Hệ số trượt
chỉnh tối đa là s = sđm .
Giả thiết

M max

= 2 , sdm = 0, 04 , thì theo biểu thức Klox:
Mdm

M
2
=
s sm
M max
+
sm s
Tính được sm = 0,15 nghĩa là phạm vi điều chỉnh tối đa là 15%.
Khi mơ men tải bằng mơ men định mức thì điện áp thấp nhất là U1 = 0,707 Uđm. Nếu
mô men tải nhỏ hơn tải định mức thì điện áp cịn có thể giảm nhỏ hơn nữa.
19/106


Có thể dùng phương pháp đổi nối Y- Δ hoặc dùng điện kháng nối tiếp với dây quấn
stato để giảm điện áp.
Cũng có thể thay đổi điện áp bằng ba cặp Tiristo đấu song song ngược theo sơ đồ (hình
1.3-8). Ứng với các góc mở α khác nhau của các tiristo, điện áp trung bình đặt vào động
cơ giảm nhỏ khác nhau. Phương pháp điều chỉnh điện áp xoay chiều này dùng thích hợp
khi mơ men tải giảm theo tốc độ, ví dụ tải là quạt gió. Nó cũng cho phép mở máy động cơ
dễ dàng bằng cách điều khiển góc mở α lớn để hạn chế dịng điện mở máy.

Hình 1.3-13: Sơ đồ điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp
và đặc tính cơ khi điều chỉnh.

20/106

Câu hỏi ơn tập
1. Trình bày cấu tạo của động cơ 1 pha khơng đồng bộ rơ to lồng sóc.
2. Trình bày cấu tạo của động cơ 3 pha khơng đồng bộ rơ to lồng sóc
3. Trình bày ngun lý hoạt động của động cơ 1 pha không đồng bộ rơ tor lồng sóc.
4. Trình bày ngun lý hoạt động của động cơ 1 pha không đồng bộ rô tor lồng sóc.
5. Hãy trình bày các phương pháp điều chỉnh tốc độ động cơ 3 pha không đồng bộ rô
to lồng sóc.
6. Trình bày phương pháp khởi động Y – Δ của động cơ 3 pha không đồng bộ rô to
lồng sóc.
7. Trình bày phương pháp khởi động động cơ 1 pha khơng đồng bộ rơ to lốc sóc bằng
tụ khởi động.
8. Trình bày phương pháp khởi động động cơ 1 pha khơng đồng bộ rơ to lốc sóc bằng
tụ thường trực.
9. Trình bày phương pháp khởi động động cơ 1 pha khơng đồng bộ rơ to lốc sóc bằng
tụ khởi động và tụ thường trực.
10. Trình bày phương pháp khởi động động cơ 1 pha không đồng bộ rô to lốc sóc
khơng sử dụng tụ khởi động.

21/106


BÀI 2:
KHÁI NIỆM VÀ CƠNG DỤNG CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN
Giới thiệu
Cùng với sự phát triển của ngành công nghiệp điện năng các thiết bị điện dân dụng,
điện công nghiệp cũng như các khí cụ điện được sử dụng ngày càng tăng lên khơng ngừng.
Vì vậy địi hỏi người kỹ thuật viên làm việc trong các ngành, nghề và đặc biệt trong các
nghề điện phải hiểu rõ về các yêu cầu, nắm vững cơ sở lý thuyết khí cụ điện. Làm cơ sở để
nắm vững cấu tạo, nguyên lý làm việc và ứng dụng của từng loại khí cụ điện để không
ngừng nâng cao hiệu quả kinh tế và tiết kiệm điện năng trong sử dụng.

Nội dung môn học này nhằm trang bị cho người học những kiến thức cơ bản và cần
thiết về cơ sở lý thuyết khí cụ điện nhằm ứng dụng có hiệu quả trong ngành nghề của mình.
Mục tiêu:
- Kiến thức:
* Mơ tả được cấu tạo, ngun lý hoạt động các loại khí cụ điện hạ thế thơng dụng.
* Phân tích được các sơ đồ mạch điều khiển động cơ
- Kỹ năng:
* Tháo lắp, phán đoán và sửa chữa được hư hỏng các loại khí cụ điện hạ thế thông
dụng.
* Lắp đặt được các mạch điều khiển động cơ.
- Năng lực tực chủ và trách nhiệm.
Rèn luyện tính cẩn thận, tỉ mỉ, nghiêm túc trong cơng việc.
Nội dung:
2.1. CẤU TẠO, CƠNG DỤNG CỦA KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP.
2.1.1. Cầu chì.
2.1.1.1 Cấu tạo:
Cầu chì là khí cụ điện dùng bảo vệ thiết bị điện và lưới điện tránh khỏi dịng điện ngắn
mạch. Cầu chì là loại khí cụ điện bảo vệ phổ biến và đơn giản nhất được dùng bảo vệ cho
đường dây, máy biến áp, động cơ điện, mạng điện gia đình.
Đến tải

Đế cầu chì

Dây chảy
Nắp chận
Kính trong

Bộ phận đệm

Hình 2.1-1: Hình cắt cầu chì.

22/106


Vỏ sứ
cách điện

Đầu tiếp xúc

Lò xo

Chân tiếp xúc

Cát thạch Dây chảy
anh

Báo hiệu
ngắn mạch

Hình 2.1-2: Cấu tạo của cầu chì.
Trường hợp mạch điện bị quá tải lớn và dài hạn cầu chì cũng tác động, nhưng khơng
nên phát huy tính năng này của cầu chì, vì khi đó thiết bị sẽ bị giảm tuổi thọ ảnh hưởng
nghiêm trọng đến đường dây.
2.1.1.2 Nguyên lý hoạt động và phân loại:
1. Nguyên lý hoạt động:
Dòng điện trong mạch đi qua dây chảy sẽ làm dây chảy nóng lên theo định luật JeunleLenx. Nếu dịng điện qua mạch bình thường, nhiệt lượng sinh ra cịn trong phạm vi chịu
đựng của dây chảy thì mạch phải hoạt động bình thường.
Khi ngắn mạch hoặc bị quá tải lớn dòng điện tăng rất cao, nhiệt lượng sinh ra sẽ làm
dây chảy bị đứt và mạch điện bị cắt, thiết bị được bảo vệ.
Đặc tính Ampe - giây của cầu chì
t

3
2
1
A
B
Iđm

I

Igh

Hình 2.1-3: Đường đặc tính Ampe - giây của cầu chì
Đặc tính cơ bản của cầu chì là sự phụ thuộc của thời gian chảy đứt với dòng điện chạy
qua (Đặc tính Ampe - giây).
Để có tác dụng bảo vệ đường đặc tính Ampe-giây của cầu chì (đường 2) tại mọi điểm
phải thấp hơn đường đặc tính của đối tượng được bảo vệ (đường 1). Đường đặc tính thực
tế của cầu chì là (đường 3). Trong miền quá tải lớn (vùng B) cầu chì bảo vệ được đối tượng.
Trong miền q tải nhỏ (vùng A) cầu chì khơng bảo vệ được đối tượng. Trong thực tế khi
23/106


q tải (1,5 ÷ 2)Iđm sự phát nóng của cầu chì xẩy ra chậm và phần lớn nhiệt lượng đều toả
ra mơi trường xung quanh. Do đó cầu chì khơng bảo vệ được quá tải nhỏ.
2. Phân loại:
Trong mạng điện hạ thế và trung thế thường sử dụng các loại cầu chì sau:
a/ Cầu chì loại gG:
Các cầu chì loại này cho phép bảo vệ chống quá tải và ngắn mạch. Các dịng qui ước
được tiêu chuẩn hóa gồm dịng khơng nóng chảy và dịng nóng chảy: dịng qui ước khơng
nóng chảy Inf là giá trị dịng mà cầu chì có thể chịu được khơng bị nóng chảy trong một
khoảng thời gian qui định.

Dịng qui ước nóng chảy If là giá trị dịng gây ra hiện tượng nóng chảy trước khi kết
thúc khoảng thời gian qui định.
Bảng 2.1-1: Dòng chảy và khơng chảy của cầu chì.
Loại

gG
gM

Dịng định mức Iđm
(A)

Dịng quy ước
khơng chảy Inf

Dịng quy ước
chảy If

Thời gian quy
ước (giờ)

Idm ≤ 4A

1.50 Idm

2.1 Idm

1

4

1.50 Idm

1.9 Idm

1

16
1.25 Idm

1.6 Idm

1

63
1.25 Idm

1.6 Idm

2

160
1.25 Idm

1.6 Idm

3

400
1.25 Idm

1.6 Idm

4

b/ Cầu chì loại aM:
Cầu chì loại này chỉ đảm bảo bảo vệ chống ngắn mạch và đặc biệt được sử dụng phối
hợp với các thiết bị khác (contactor, máy cắt) nhằm mục đích bảo vệ chống các loại quá tải
nhỏ hơn 4 Idm vì vậy khơng được sử dụng độc lập. Cầu chì khơng được chế tạo để bảo vệ
chống quá tải thấp.
Điện áp và dòng điện của dây chảy cầu chì hạ áp do hãng ABB chế tạo:
Điện áp xoay chiều (V)

230, 400, 500, 690, 750, 1000

Điện áp một chiều (V)

220, 440, 500, 600, 750, 1200, 1500, 2400, 3000

Dòng định mức (A)

2, 4, 6, 10, 16, 20, 25, 32, 35, 40, 50, 63, 80, 100, 125,
160, 250, 315, 400, 500, 630, 800, 1000, 1250

c/ Cầu chì rơi (FCO: Fure Cut Out) kiểu CC-15 VÀ CC-24:
Cầu chì rơi (FCO) kiểu CC-15 và CC-24 sử dụng để bảo vệ quá tải và ngắn mạch hệ
thống tại các trạm biến thế điện áp 6-15 kV và 22 - 27 kV. Khi tác động, dây chì bị đứt, bộ

24/106