Tính toán thiết kế mô hình mạch khởi động Sao Tam giác (Y) động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha có đảo chiều trực tiếp

Trờng Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Đồ áN TốT NGHIệP
Họ và tên sv : Vũ thành trung
Lớp Điện _ BK55
Khoa : Điện
Giáo viên hớng dẫn : TRầN KIM THàNH
Đề tài:
Tính toán thiết kế mô hình mạch khởi động Sao - Tam giác (Y/)
động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha có đảo chiều trực tiếp
Yêu cầu:
1) Bản vẽ :
+) Sơ đồ nguyên lý
+) Sơ đồ trải day động cơ ( với Z= 36 ; 2P = 4 kiểu xếp kép )
+) Sơ đồ láp ráp mạch
2) Nội dung phần thuyết mimh :
+) Nêu khái quát trung về động cơ KĐB xoay chiều 3 pha
+) Lựa chọn phơng án tiết kế
+) Tính toán và lựa chọn thiết kế cho mô hình
+) Phân tích mô hình chế tạo
+) ứng dụng thực tế của đề tài
3) Nội dung phần thực hành :
a) Số liệu của từng sinh viên :
+) Công suất động cơ : P = 7,5 KW
+) Điện áp định mức Y / : 220 / 380 V
+) Tốc độ N = 1450 V/P
+) Hệ số công suất cos = 0,88
+) Hiệu suất của động cơ : = 0,9
Ngày giao đề: 28/01/2012

Giáo viên hớng dẫn

Ngày hoàn thành: 20/02/2012
Hiệu trởng

Trần Kim Thành

Đồ án tốt nghiệp

1

Lớp: TH Điện B/K55


Trêng §¹i häc C«ng NghiÖp Hµ Néi

Khoa §iÖn

Môc lôc

§å ¸n tèt nghiÖp

2

Líp: TH §iÖn B/K55


Trờng Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Lời nói đầu
Trong điều kiện công cuộc kiến thiết nớc nhà đang bớc vào thời kỳ
công nghiệp hoá - hiện đại hoá với những cơ hội thuận lợi và những khó khăn
thách thức lớn. Điều này đặt ra cho thế hệ trẻ, những ngời chủ tơng lai của đất
nớc những nhiệm vụ nặng nề. Đất nớc đang cần sức lực và trí tuệ cũng nh lòng
nhiệt huyết của những trí thức trẻ, trong đó có những kỹ s tơng lai.
Sự phát triển nhanh chóng của cuộc cách mạng khoa học kỹ thuật nói
chung và trong lĩnh vực điện nói riêng làm cho bộ mặt của xã hội thay đổi
từng ngày. Trong hoàn cảnh đó, để đáp ứng đợc những điều kiện thực tiễn sản
xuất đòi hỏi ngời kỹ s điện tơng lai phải đợc trang bị kiến thức chuyên ngành
một cách sâu rộng.
Trong thời gian đợc học tập và nghiên cứu tại trờng đã giúp nhóm em
hiểu rõ hơn về ngành mà mình đang học là cần thiết và cấp bách trong thời kỳ
mà đất nớc đang tiến hành công nghiệp hoá - hiện đại hoá.
Đối với nhóm em là học sinh điện của trờng, qua 3,5 năm học tập dới sự
hớng dẫn và dìu dắt của các thầy cô trong ngành điện đã giúp chúng em có đợc một lợng kiến thức cơ bản về ngành điện mà đó là một lợng kiến thức
không nhỏ giúp chúng em làm đồ án và công việc ở ngoài thực tiễn sau này.
Đồ án môn học là một cơ hội để các sinh viên có thể áp dụng những
kiến thức đã học. Với việc làm đồ án đã giúp chúng em giải quyết một vấn đề
tổng hợp về ngành mình học. Làm quen với những tài liệu, sổ tay, tiêu chuẩn
và khả năng kết hợp, so sánh những kiến thức lý thuyết với thực tế công việc.
Mặt khác, khi làm đồ án đã giúp chúng em phát huy tối đa tính độc lập
sáng tạo để giải quyết vấn đề công nghệ cụ thể.
Đề tài mà chúng em làm là Tính toấn thiết kế mô hình Mạch khởi
dộng sao tam giác Động cơ không đồng bộ xoay chiều 3pha có Đảo chiều
trợc tiếp. Mặc dù đã có rất nhiều phơng án điều khiển nhng riêng đối với
chúng em. Chúng em muốn đa ra một phơng án điều khiển khả thi phù hợp
mọi điều kiện vận hành máy và xí nghiệp đang hoạt động.
Để hoàn thành nhiệm vụ này chúng em đã nghiên cứu kỹ các giáo trình

giáo án trong và ngoài nhà trờng:
- Máy điện I, II
- Trang bị điện I, II
- Truyền động điện
- Khí cụ điện
- Điện tử công suất
Đồ án tốt nghiệp

3

Lớp: TH Điện B/K55


Trờng Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Và các tài liệu khác có liên quan đến ngành điện
Trong quá trình thiết kế và lập quy trình công nghệ mặc dù em đã rất cố
gắng nhng không tránh khỏi những thiếu sót, em rất mong đợc sự đóng góp ý
kiến của các thầy cô trong bộ môn và trong khoa và đặc biệt là cô Trần Kim
Thành.
Cuối cùng chúng em xin chân thành cảm ơn cô giáo Trần Kim Thành
đã hớng dẫn chúng em để làm đề tài này.
Hà Nộ ngày 20 tháng 2 năm 2012
Sinh viên thực hiện
Vũ Thành Trung

Đồ án tốt nghiệp

4

Lớp: TH Điện B/K55


Trờng Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Phần I
Giới thiệu đề tài
1.1. Giới thiệu chung
Nớc ta là một nớc đi lên từ nền nông nghiệp, công nghiệp kém phát
triển và lạc hậu. Tuy nhiên, những năm gần đây ngành công nghiệp nớc ta đã
thay đổi tích cực, nhanh chóng và hiện đại hoá mạnh mẽ. Nhng so với những
nớc công nghiệp phát triển khác và các nớc công nghiệp trong khu vực thì nền
công nghiệp nớc ta còn một khoảng cách khá xa. Để đảm bảo chất lợng phát
triển công nghiệp nh thời buổi hiện nay thì việc nâng cao tính năng hoạt động
và năng suất của các thiết bị máy móc là yêu cầu chủ yếu, thiết thực nhất. Đó
là đa thiết bị máy móc vào dây truyền tự động và bán tự động bằng các mạch
điều khiển điện công nghiệp hiện nay. Trong đó, mạch khởi động đông cơ sao
- tam giác (Y/) là rất quan trọng và cần thiết. Vì vậy, việc tìm hiểu vận hành
và kiểm tra thử nghiệm thực tế các thiết bị công nghiệp là kiến thức không thể
thiếu cho sinh viên ngành điện. Do đây là một vấn đề chủ yếu và cần thiết cho
việc vận hành bảo dỡng kinh tế các thiết bị công nghiệp nhằm nâng cao năng
suất sản xuất của các xí nghiệp vừa và nhỏ hiện tại.
Về cấu tạo các mạch điều khiển công nghiệp nói chung và mạch khởi
động động cơ sao - tam giác (Y/) nói riêng thực chất là tổ hợp của các thiết
bị điện cơ bản đơn giản. Nhng việc tìm hiểu và nắm bắt phơng pháp vận hành
các thiết bị công nghiệp có hiệu quả là một sự trải nghiệm không thể xem nhẹ,

coi thờng.
1.2. Mục đích của đề tài
Nhằm tìm hiểu sâu cơ sở lý thuyết và nắm bắt đợc phơng pháp vận hành
thực tế mạch điều khiển động cơ bằng mạch khởi động động cơ đổi nối sao
tam giác (Y/). Từ kết quả đạt đợc có thể tìm ra hớng khắc phục hoặc hạn
chế sự sai lệch giữa cơ sở lý thuyết và thực tập thực tế nhằm để vận hành bảo
dỡng các thiết bị công nghiệp làm việc ổn định, lâu dài và kinh tế.
1.3. Phơng pháp thực hiện đề tài
Tham khảo tài liệu, nghiên cứu thực tế và kết hợp với vốn kiến thức đã
học để vận hành kiểm tra thử nghiệm đem đến kết quả xác thực trên các thiết
bị điện công nghiệp và mạch khởi động động cơ đổi nối sao tam giác
(Y/).

Đồ án tốt nghiệp

5

Lớp: TH Điện B/K55


Trờng Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Phần II
Tìm hiểu phơng pháp mở máy sao tam giác (Y/)
2. Giới thiệu về phơng pháp khởi động động cơ nối sao tam giác
2.1. Khởi động động cơ sao tam giác
Khởi động động cơ sao - tam giác là một trong các biện pháp khởi động
của động cơ có công suất trung bình. Chỉ áp dụng đợc với động cơ hoạt động

với sơ đồ tam giác. Khi khởi động, động cơ đợc nối sao, lúc này điện áp trên
mỗi cuộn dây là U pha (220V với lới điện hạ áp của Việt Nam). Sau một
khoảng thời gian thì chuyển sang đấu tam giác, lúc này điện áp trên mỗi cuộn
dây là U dây. Bằng cách này giúp cho dòng khởi động nhỏ xuống, nhng có nhợc điểm là moment khởi động cũng giảm theo. Về sơ đồ đấu dây thì chúng ta
có thể dễ dàng tìm kiếm, thiết bị sử dụng cũng đơn giản.
Tuy nhiên đòi hỏi ngời vận hành phải đợc hớng dẫn cẩn thận. Đối với
động cơ nhỏ tới 7.5KW thì khởi động trực tiếp. Đối với động cơ từ 11KW tới
45KW thì khởi động sao tam giác (Y/) và thờng là các loại động cơ không
đồng bộ ba pha nh động cơ rotor dây quấn, động cơ lồng sócv.v
Ta có mạch khởi động động cơ đổi nối sao tam giác nh sau:

A

X

B

Y

C

Z
Y

Hình 1. Mạch khởi động động cơ đổi nối sao tam giác (Y/)
* Khái niệm chung về động cơ không đồng bộ xoay chiều 3 pha

Đồ án tốt nghiệp

6

Lớp: TH Điện B/K55


Trờng Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

- Động cơ không đồng bộ 3 pha là máy điện xoay chiều làm việc theo
nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ của roto khác với tốc độ từ trờng quay
trong máy.
+ Động cơ không đồng bộ 3 pha đợc dùng nhiều trong sản xuất và sinh
hoạt vì chế độ đơn giản, giá rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất
cao, và gần nh không cần bảo trì, dải công suất rất rộng, từ vài W đến
10.000hp. Các động cơ từ 5hp trở lên hầu hết là 3 pha còn động cơ nhỏ hơn
1hp thờng là một pha.
2.2. Dòng điện khởi động động cơ đổi nối sao / tam giác (Y/ )
2.2.1. Dòng điện khởi động động cơ khi đấu sao (Y)
Gọi UdY là điện áp dây của lới điện
ZN là trở kháng của một cuộn dây pha
Lúc này điện áp đặt lên mỗi cuộn dây pha của động cơ là:
U pY =

U dY
3

Ta có dòng điện dây khi động cơ đấu sao là:
I pY = I dP

2.2.2. Dòng điện khởi động của động cơ khi đấu tam giác ( )

Kết thúc quá trình khởi động sao, động cơ đợc chuyển sang đấu tam
giác. Khi đó, điện áp đặt lên mỗi cuộn dây pha của động cơ là:
Up = Ud
Và dòng điện khi động cơ đấu tam giác là:
Ip = Id
2.2.3. Dòng điện khởi động cần tìm của động cơ
Lấy tỷ lệ giữa dòng điện khởi động của động cơ khí đấu (Y) và dòng
điện khởi động của động cơ khi đấu tam giác (), ta có kết quả nh sau:
I pY
I dY
=
I d
3.I p
=

U pY
1 U pY
Zn
=
=
.
=
U p
3 U p
3.
Zn

1 U dY
1
.

=
3 3.U p 3

I dY =

Với: UdY = Up

I d
3

Vậy dòng điện khởi động động cơ đổi nối sao tam giác là:
Đồ án tốt nghiệp

7

Lớp: TH Điện B/K55


Trờng Đại học Công Nghiệp Hà Nội
I kd = I dY =

Khoa Điện

I d
3

I d = 3 .I p

2.3. Moment khởi động động cơ đổi nối sao tam giác (Y/ )
ở chế độ động cơ điện, moment điện từ đóng vai trò

moment quay, đợc tính theo công thức sau:
M = M dt =

Pdt
=
1

3 pU12 .R2'
2

R2'
s R1 + + X 1 + X 2'
s


(



)
2



R2'
là công suất điện từ
Pdt = 3I .
S

Trong đó:

'2
2

I 2' =

1 =

3 pU12 .R2'
2

R2'
R1 + + X 1 + X 2'
s


(

là dòng điện pha lúc mở máy

)
2




là tần số góc của từ trờng quay.
p

là tần số góc của dòng điện stator

P là số đôi cực từ
R1 là điện trở dây quấn stator
R2 là điện trở dây quấn rotor quy đổi về stator
X1 là điện kháng tản dây quấn stator
X2 là điện kháng tản dây quấn rotor quy đổi về stator
n1 là tốc độ từ trờng quay
n là tốc độ động cơ
s=

n1 n
là hệ số trợt
n1

Với s = 1 ta có moment mở máy động cơ là:
M mm =

[

3 pU12 R2'

. ( R1 + R2' ) + ( X 1 + X 2' )
2

2

]

2.3.2. Moment khởi động của động cơ khi đấu sao (Y)
Động cơ không đồng bộ ba pha có moment khởi động. Để khởi động đợc, moment khởi động động cơ phải lớn hơn moment cản của tải lúc khởi

Đồ án tốt nghiệp

8

Lớp: TH Điện B/K55


Trờng Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

động, đồng thời moment động cơ phải đủ lớn để thời gian khởi động trong
phạm vi cho phép.
Với hệ số trợt s = 1, ta có moment khởi động của động cơ khi đấu sao
là:
M kdY =

[

2
3 pU pY
R2'

. ( R1 + R2' ) + ( X 1 + X 2' )
2

2

]

2
Do dòng khởi động IkdY nhỏ nên điện áp U pY
cũng nhỏ và moment khởi

động MkđY giảm xuống. Vì moment khởi động tỷ lệ với bình phơng điện áp đặt
vào động cơ.
2.3.3. Moment khởi động của động cơ khi chuyển sang đấu tam giác ( )
Kết thúc quá trình khởi động thì động cơ chuyển sang đấu tam giác
ngay tức thì. Lúc này, dòng điện đi vào cuộn dây động cơ tăng lên tơng đơng
với dòng điện định mức và điện áp cũng tăng theo. Từ đó, moment động cơ
tăng lên rất nhanh và đợc tính theo công thức sau:
M kd =

[

3 pU p2 R2'

. ( R1 + R2' ) + ( X 1 + X 2' )
2

2

]

2.3.4. Moment khởi động của động cơ cần tìm là:
Lấy moment khởi động của động cơ khi đấu sao (Y) và moment khởi
động của động cơ khi đấu tam giác ().
Ta đợc kết quả nh sau:
2
M kdY U pY

= 2
M kd U p

Mà:

U pY =

U dY
3

Up = Ud


2
M kdY U pY
U2
1
= 2 = dY2 =
M kd U p 3.U d 3

Suy ra: M kdY =

M kd
3

Vậy moment khởi động động cơ đổi nối sao tam giác là:
M kd = M kdY =

M kd
3

2.4. Đặc tính cơ khởi động động cơ đổi nối sao tam giác (Y/)
Đồ án tốt nghiệp

9

Lớp: TH Điện B/K55


Trờng Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

2.4.1. Đặc tính cơ khởi động động cơ không đồng bộ ba pha
Ta có hàm quan hệ moment theo hệ số trợt là:
M = f(s)
Thay: s =

n1 n
ta sẽ có quan hệ n = f(M)
n1

Và đây là đờng đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ nh giản đồ sau:

M

M
M
Mmo2

M

Mmax

MC

MC
Động cơ làm việc

0

0,2

0,4

0,6

a)

S

S

0,8 1,0

0
Động cơ bắt đầu khởi động

Mmo2

b)

Hình 3. Đờng đặc tính cơ của động cơ không đồng bộ
Từ hình vẽ a) ta thấy động cơ sẽ làm việc khi moment mở máy (M mở máy)
lớn hơn hoặc bằng moment cản (M c). Vì khi động cơ đợc cấp điện thì xuất
hiện moment mở máy và moment động cơ (M đc) xuất hiện sau đó, nhng đến
khi hệ số trợt s = 1 thì động cơ bắt đầu khởi động. Khi động cơ khởi động thì
moment mở máy và moment động cơ giảm vì xuất hiện moment cản, do đó
chúng ta cần xác định thời gian phù hợp để moment cản không lớn hơn
moment động cơ.
2.4.2. Đặc tính cơ khởi động động cơ đổi nối sao tam giác (Y/ )
Do đây là phơng pháp dùng cho những động cơ không đồng bộ ba pha
khi làm việc bình thờng dây quấn stator nối hình tam giác nên cũng có đặc
tính cơ tơng tự. Nhng chúng ta cần xem xét quá trình khởi động động cơ cũng
nh mối liên hệ mật thiết giữa các moment xuất hiện trong động cơ cùng với
việc điều chỉnh thời gian.
Để hiểu rõ hơn, chúng ta có thể xem xét giản đồ biểu thị đờng đặc tính
cơ khởi động sao tam giác nh sau:
Đồ án tốt nghiệp

10

Lớp: TH Điện B/K55


Trờng Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

T

I

rpm

rpm

Current curve at Star-Delta start

Torque/seed curve at Star-Delta start

Hình b

Hình a

Hình 4. Giản đồ biểu thị đờng đặc tính cơ khởi động sao tam giác
Khi mở máy ta nối cuộn dây hình sao để điện áp đặt vào giảm xuống.
Khi đó, moment mở máy (Mmở máy), moment động cơ (Mđc) và moment cản
(Mc) lần lợt xuất hiện. ở hình a ta thấy rằng, nếu để thời gian chạy lúc các
cuộn dây nối sao (Y) quá lâu thì momnt cản (M c) sẽ lớn hơn moment mở máy
(Mmở máy). Vì khi đó, động cơ bắt đầu khởi động thì hệ số trợt giảm xuống từ s
=1 đến còn khoảng s = (0,02 ữ 0,06). Trong trờng hợp này dòng điện khởi
động sẽ giảm nhng không có lợi về moment động cơ do moment cản sẽ tăng
lên.
Còn ở hình b ta thấy rằng nếu chuyển các cuộn dây của động cơ từ đấu
sao (Y) sang đấu tam giác () sớm thì dòng điện khởi động sẽ tăng lên rất cao
gây ra hiện tợng sụt áp của mạng điện.
Từ đó, ta có thể kết luận rằng không nên để thời gian chạy sao lâu quá
và cũng không nên chuyển sang tam giác sớm. Chính vì vậy, ta cần xác định
và tính toán thời gian phù hợp của quá trình khởi động động cơ đổi nối sao

tam giác (Y/).
2.5. Thời gian khởi động động cơ đổi nối sao sang tam giác (Y/ )
Nếu ta khởi động động cơ bằng phơng pháp trực tiếp thì dòng điện khởi
động rất cao sẽ gây ra hiện tợng sụt áp trên mạng điện. Do đó, ta phải khởi
động động cơ bằng cách đổi nối sao tam giác. Nh vậy, dòng điện khởi động

Đồ án tốt nghiệp

11

Lớp: TH Điện B/K55


Trờng Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

sẽ giảm xuống nhng không thể thiếu đến việc điều chỉnh thời gian khởi động
hợp lý và khả thi.
Khi ta bắt đầu khởi động động cơ, dòng điện đi vào các cuộn dây stator
đợc đấu sao (Y). Lúc này, moment quay trong lòng stator xuất hiện và có
moment cản cũng xuất hiện chống lại nó, do động cơ trong quá trình làm việc
thì kéo tải theo. Nhng ta tính toán khả năng mà động cơ kéo tải phải đảm bảo
yêu cầu sau:
Mđc Mc max
Mđc là moment quay chủ động của động cơ và phụ thuộc vào giá trị
công suất điện từ, đợc tính nh sau:
M dc = M dt =

Pdt

1

Mc là moment cản xuất hiện trong lúc động cơ kéo tải hay không tải và
thờng thì nó phụ thuộc vào trọng lợng của tải. Khi tải lớn thì công suất P2 trên
rotor lớn tổn hao PY ở dây quấn rotor tăng lên và moment cản M C cũng tăng
lên cao. Cụ thể nh sau:
Pr = s . Mth . 1
Ta thấy moment cản Mth tỷ lệ thuận với tổn hao trên trục rotor PY nên
chúng có quan hệ tuyến tính với nhau.
M th =

Pr
s.1

Khi đó, moment cản ban đầu Mcb của phụ tải bằng tổng moment cản
trên trục rotor Mcr, moment tổn hao Mck và moment quán tính Mqt nh sau:
Mcb = Mr + Mth + Mqt
Với:
Mqt = m. d2 = 4J
J = m. r2 là moment quán tính phụ thuộc vào khối lợng tải và khoảng
cách đặt tải gần hay xa trục quay.
Mặt khác giá trị moment cản Mr trên trục rotor theo thông số cho sẵn
trên mỗi động cơ mà nhà chế tạo đó tính.
Khi đó moment gia tốc (Ma) đợc tính:
Ma = Mđc - Mcb
Vậy công thức tính thời gian khởi động động cơ đổi nối sao tam giác là:
t = 2,67.10 3.

M at .n
Ma

2.6. Nhận xét
Đồ án tốt nghiệp

12

Lớp: TH Điện B/K55


Trờng Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

* Ưu điểm
Giảm dòng khởi động giảm đi một phần ba lần so với phơng pháp khởi
động trực tiếp. Chi phí không đắt hơn khi so sánh với các phơng pháp khởi
động làm giảm dòng điện khác. Đơn giản và tiết kiệm điện năng.
* Nhợc điểm
Làm giảm moment khởi động một phần ba lần so với moment đủ tải,
điều này cho phép sử dụng phơng pháp này khởi động động cơ với chế độ tải
trọng nhỏ. Xuất hiện nhiều trên đờng dây khi chỉnh lại từ chế độ sao sang tam
giác (Loại chuyển hở). Do xuất hiện hồ quang điện trong quá trình chuyển
mạch sao tam giác. Chỉ làm việc với động cơ nối tam giác, tốn công tắc tơ khi
chuyển từ sao sang tam giác, động cơ bị giật do xung dòng điện lớn.
* ứng dụng
Sử dụng phơng pháp này để khởi động động cơ dới chế độ không tải nh
là bơm, các máy trong ngành gỗ. Ngoài ra nếu có tải thì phải sử dụng phù hợp
với tải không yên mô ment khởi động lới.

Đồ án tốt nghiệp

13

Lớp: TH Điện B/K55


Trờng Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Phần III
Tính toán chọn thiết bị
Tính chọn thiết bị của một số khí cụ điện trong mạch khởi động động
cơ đổi nối sao - tam giác (Y/)
Khi tính toán lựa chọn thiết bị làm việc lâu dài cần đảm bảo sự tin cậy
an toàn và kinh tế. Ta phải dựa vào các thông số có sẵn trên mặt động cơ.
Thông số:
Pđm = 7,5 (KW)
Uđm = 380 (V)
Cos = 0,88
n = 1450 (v/p)
3.1. áp to mát (CB Circuit breaker)
áp to mát là loại khí cụ điện dùng để đóng, ngắt điện bằng tay nhng có
thể tự ngắt mạch điện khi có sự cố quá tải, ngắn mạch, sụt áp và truyền công
suất ngợc.

Hình 5. áp to mát (CB - Circuit breaker)
Theo cơ cấu tác động tự ngắt có 3 loại: CB nhiệt, CB điện từ và CB từ
điện.
Theo kết cấu có 3 loại: CB 1 cực, CB 2 cực và CB 3 cực.

Theo điện áp sử dụng có 2 loại: CB 1 pha (có cực hoặc không có cực) và
CB 3 pha (có 3 cực).
Theo công dụng có nhiều loại: CB dòng cực đại, CB điện áp thấp, CB
chống giật, CB đa năng ... .
Đồ án tốt nghiệp

14

Lớp: TH Điện B/K55


Trờng Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Dòng điện ngắn mạch của CB: Inm > Ikd
Dòng điện bảo vệ quá tải của CB thờng là: Iqt = (1,1 ữ 1,2) Itt
Điện áp làm việc của CB phải là: UCB > U lới điện
3.1.1. Nguyên lý hoạt động chung
ở trạng thái bình thờng sau khi đóng điện, CB đợc giữ ở trạng thái đóng
tiếp điểm nhờ móc 2 khớp với móc 3 cùng một điểm với tiếp điểm động. Bật
CB ở trạng thái ON, với dòng điện định mức nam châm điện 5 và phần ứng 4
không hút. Nếu mạch bị quá tải hay ngắn mạch, lực điện từ ở nam châm điện
5 lớn hơn lò xo 6 làm cho nam châm điện sẽ hút phần ứng 4 xuống làm nhả
móc 3, móc 5 đợc thả tự do, lò xo 1 đợc thả lỏng. Kết quả các tiếp điểm CB
mở ra và mạch điện bị ngắt ra.

6

2

fLX

3

4

fdt
1

Hình 7. Sơ đồ nguyên lý của áp to mát (CB - Circuit breaker)
Bật CB ở trạng thái ON, với điện áp cùng phần ứng nam châm điện 11
và phần ứng 10 hút lại với nhau. Khi sụt áp định mức nam châm điện sẽ nhả
phần ứng 10 ra, lò xo 9 kéo móc 8 bật lên, thả lỏng và lò xo 1 thả lỏng. Kết
quả các tiếp điểm của CB mở ra và mạch điện bị ngắt ra.

6

2

fLX

3

4
fdt
1

Đồ án tốt nghiệp

15

Lớp: TH Điện B/K55


Trờng Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Hình 8. Sơ đồ nguyên lý làm việc của aptomát ngợc
3.1.2. Tính toán lựa chọn aptomat bảo vệ mạch lực và mạch điều khiển
Chọn aptomat phải dựa vào hai yếu tố
- Dòng điện tính toán trong mạch
- Dòng điện quá tải
Ta có:
Dòng điện định mức:
P = 3UICos .

I dm =

Pdm
3.UCos .

=

7,5.10 3
3.380.0,88.0,9

= 14,3 (A)

Iaptomat Itt
UAtomat Ulvc
Iat (1,25 1,5). Iđm
Suy ra:Iđmđc = 1,5 x 14,3 = 21,45 (A)
Tra bảng phụ lục IV ta chọn aptomát 3 pha kiểu Cb có các thông số sau:
Uđm = 380V
Iđm = 25(A)
3.2. Công tắc tơ (Contactor)
Công tắc tơ là một khí cụ điện dùng để đóng cắt từ xa, tự động hoặc
bằng nút ấn các mạch điện lực có phụ tải điện áp trên 500V, dòng điện đến
600A.
Công tắc tơ có hai vị trí là đóng và cắt, tần số đóng có thể tới 1500 lần
một giờ.
Công tắc tơ han áp thờng là kiểu không khí đợc phân ra các loại sau:
Phần theo nguyên lý truyền động.
Công tắc tơ điện từ (truyền động bằng lực hút điện từ).
Công tắc tơ kiểu hơi ép
Công tắc tơ kiểu thuỷ lực
Phân theo dạng dòng điện
Công tắc tơ một chiều
Công tắc tơ xoay chiều

Đồ án tốt nghiệp

16

Lớp: TH Điện B/K55


Trờng Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Phân theo kiểu kết cấu
Công tắc tơ hạn chế chiều cao (dùng ở gầm xe,)
Công tắc tơ hạn chế chiều rộng (nh lắp ở buồng tàu điện,)
Dòng định mức trên contactor thờng chọn: Iđm = (1,25 ữ 1,5). Itt
Điện áp định mức trên contactor thờng chọn theo mạch điều khiển
U=220V xoay chiều.
3.2.1. Cấu tạo
Công tắc tơ điện từ có các bộ phận chính nh sau:
+ Hệ thống tiếp điểm
+ Hệ thống dập hồ quang
+ Cơ cấu điện từ
+Hệ thống tiếp điểm phụ.
3.2.2. Nguyên lý hoạt động

Hình 10. Nguyên lý làm việc của công tắc tơ
Khi cuộn hút của công tắc tơ cha đợc cấp điện, lò xo 5 đẩy lõi thép
động số 4 tách ra khỏi lõi thép tĩnh. Các cặp tiếp điểm chính 1 và tiếp điểm
phụ 3 ở trạng thái mở, cặp tiếp điểm ở trạng thái đóng. Vì vậy tiếp điểm 1 và 3
gọi là tiếp điểm thờng mở.
Khi cấp điện cho cuộn hút, trong cuộn hút sẽ có dòng điện chạy qua.
Dòng điện này sẽ sinh ra từ thông móc vòng qua cả hai lõi thép và khép làm
kín mạch tự. Chiều và trị số của từ thông sẽ biến thiên theo chiều và trị số của
dòng điện sinh ra nó, nhng xét tại một thời điểm nhất định thì từ thông đi qua
Đồ án tốt nghiệp

17

Lớp: TH Điện B/K55


Trờng Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

bề mặt tiếp xúc của hai lõi thép là cùng chiều lên sẽ tạo thành ơt hai bề mặt
này hai cực N S trái dấu nhau. Kết quả là lõi thép sẽ bị hút về phía lõi thép
tĩnh, kéo theo tay đòn 2 làm cho các tiếp điểm chính 1 và tiếp điểm phụ 3
đóng lại, tiếp điểm phụ 2 mở ra. Khi cắt điện vào cuộn hút, lò xo hồi vị đẩy lõi
thép động 4 về trở lại vị trí ban đầu.
3.2.3. Tính toán và lựa chọn công tắc tơ
Ta có dòng định mức của động cơ Iđm = 14,3 A nh vậy ta chọn contactor nh
sau :
Ictt = ( 1,25 1,5 ). Iđmđc = 1,5 . 14,3 = 21,45 (A)
Vậy ta chọn contactor cho mạch lực của hãng Simen có dòng định mức đi qua
tiếp điểm chính là 25A.( Iđm = 25 A, Uđm = 380V) và chọn điện áp định mức
đi qua quận dây công tắc tơ là 220V.
3.3. Rơ le nhiệt (OLR / Overload relay)
Rơ le nhiệt là loại khí cụ điện tự động đóng, cắt tiếp điểm nhờ sự co dãn
vì nhiệt của các thanh kim loại. Trong mạch điện công nghiệp, nó thờng đợc
dùng để bảo vệ quá tải cho các động cơ điện. Khi đó, rơ le nhiệt đợc lắp kèm
với công tắc tơ và đợc gọi là khởi động từ.
Dòng điện tác động thờng đợc chọn để bảo vệ động cơ:
Itđ = (1,1 ữ 1,2). Iđm
Thông thờng chọn dòng tác động nh trên, ở nhiệt độ môi trờng là 250C và
dòng quá tải tăng 20% thì rơle nhiệt sẽ tác độgn làm ngắt mạch sau khoảng 20
phút. Nếu nhiệt độ môi trờng cao hơn thì rơ le tác động nhanh hơn.

Đồ án tốt nghiệp

18

Lớp: TH Điện B/K55


Trờng Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Hình 1.1. Rơ le nhiệt
3.3.1. Cấu tạo
Gồm các bộ phận sau:
+ Thanh lỡng kim gồm hai lá kim loại có hệ số dãn nở vì nhiệt khác
nhau đợc gắn chặt và ép sát vào nhau.
+ Dây đốt nóng làm nhiệm vụ tăng cờng nhiệt độ cho thanh lỡng kim
+ Cơ cấu đóng ngắt nhận năng lợng trực tiếp từ sự co dãn của thanh lỡng kim để đóng ngắt tiếp điểm.

Hình 12. Cấu tạo của rơ le nhiệt
3.3.2. Nguyên lý hoạt động
ấn nút điều khiển PB1, cuộn hút công tắc tơ có điện. Nó đóng các tiếp
điểm cho động cơ hoạt động, ở chế độ định mức hoặc không tải thì dòng điện
qua động cơ không vợt quá dòng định mức nên nhiệt lợng trên dây đồng nóng
mức bình thờng và nhiệt độ trên thanh lỡng kim 5 bình thờng. Thanh lỡng kim
cha bị cong, các tiếp điểm thờng đóng 2 và thờng mở 3 của rơ le nhiệt cha tác
động động cơ vẫn hoạt động bình thờng.

Đồ án tốt nghiệp

19

Lớp: TH Điện B/K55


Trêng §¹i häc C«ng NghiÖp Hµ Néi

Khoa §iÖn

H×nh 13. Nguyªn lý lµm viÖc cña r¬ le nhiÖt

§å ¸n tèt nghiÖp

20

Líp: TH §iÖn B/K55


Trờng Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Khi động cơ M bị quá tải, dòng điện qua động cơ vợt dòng điện định
mức làm cho nhiệt lợng trên dây đốt nóng 7 tăng lên, nhiệt độ trên thanh lỡng
kim cũng tăng lên cao. Do thanh lỡng kim đợc làm từ hai vật liệu có hệ số dãn
nở vì nhiệt khác nhau và đợc ép sát vào nhau. Lá kim loại bên phải có hệ số
dãn nở vì nhiệt lớn hơn nên làm thanh lỡng kim cong về bên trái. Khi thanh lỡng kim cong về phía bên trái sẽ đẩy cần gạt 8 sang trái tác động vào đòn bẩy
1 mở tiếp điểm thờng đóng 2 ngắt điện mạch điều khiển, cuộn hút công tắc tơ
bị ngắt điện, các tiếp điểm K1 mở ra, bảo vệ an toàn cho động cơ.
Muốn điều chỉnh tiếp điểm đóng cắt ở các mức độ tải khác nhau ta điều

chỉnh vít 4 để tăng hay giảm lực căng của lò xo ép vào đòn bẩy 1.
3.3.3. Tính toán và chọn lựa rơ le nhiệt
Lựa chọn đúng đắn của rơle nhiệt là phải hợp lý. Nếu chọn quá thấp sẽ
không tận dụng đợc công suất của động cơ, chọn quá cao sẽ làm giảm tuổi thọ
của thiết bị.
Trong thực tế ta sử dụng, cách lựa chọn phù hợp là chọn dòng điện định
mức của rơle dòng điện bằng dòng điện định mức của rơle điện cần bảo vệ và
rơle tác động với giá trị tác động Itđ = (1,25 ữ 1,5). Iđm
Tức là: Irơle Iđm = 14,3 (A)
Itđ = (1,2 ữ 1,3). 14,3 = 18,59(A)
Tra bảng ta đợc rơle nhiệt LRD09510 có dải điều chỉnh đợc từ 15
ữ20A. Khi làm việc chọn giá trị phù hợp.
3.4. Rơ le thời gian (TR Timer relay)
Rơle thời gian đợc dùng nhiều trong các mạch tự động điều khiển. Nó
có tác dụng làm trễ quá trình đóng, mở các tiếp điểm sau một thời gian chỉ
định nào đó.
Thông thờng rơle thời gian không có tác động trực tiếp trên mạch động
lực mà nó tác động gián tiếp qua mạch điều khiển. Vì vậy, dòng điện định
mức của các tiếp điểm trên rơle thời gian không lớn, chỉ có vài ampe. Bộ phận
chính của rơle thời gian là cơ cấu tác động trễ và hệ thống tiếp điểm.
Theo thời điểm trễ thì có 3 loại sau:
+ Trễ vào thời điểm cuộn hút đợc đóng điện (ON DELAY). Loại này
chỉ có tiếp điểm thờng đóng, mở chậm TS11 hoặc thờng mở, đóng chậm TS12.
+ Trễ vào thời điểm cuộn hút đợc mất điện (OFF DELAY). Loại này chỉ
có tiếp điểm thờng đóng, đóng chậm TS21 hoặc thờng mở, đóng chậm TS22.

Đồ án tốt nghiệp

21

Lớp: TH Điện B/K55


Trờng Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

+ Trễ vào thời điểm cuộn hút đợc đóng điện (ON/OFF DELAY). Loại
này chỉ có tiếp điểm thờng đóng, mở đóng chậm TS31 hoặc thờng mở đóng mở
chậm TS32.
Ngoài ra trên rơle thời gian còn bố trí các thêm các tiếp điểm tác động
tức thời thờng đóng và thờng mở.
Theo cơ cấu tác động trễ thì có 4 loại sau:
+ Rơ le thời gian kiểu con lắc
+ Rơ le thời gian kiểu khí nén
+ Rơ le thời gian kiểu điện từ
+ Rơ le thời gian kiểu điện tử

Khi rle

cm

3.4.1. Cấu tạo
Theo nh hình cấu tạo của rơle điện tử :
3.4.2. Nguyên lý hoạt động
Các rơle điện tử thông thờng hoạt động trên cơ sở mạch RC nh hình
sau:

Đồ án tốt nghiệp

22

Lớp: TH Điện B/K55


Trờng Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

_

U

+

C

R

K1

K2

R1

Hình 16. Mạch rơle điện tử
Khi K2 đang ở trạng thái ngắt, đóng K1, tụ điện C đợc nạp cho đến khi
bằng điện áp nguồn EC thì quá trình nạp kết thúc. Hằng số = RC sẽ quyết
định thời gian nạp của tụ điện. Sau đo, nếu ta ngắt K1 và đóng K2 thì tụ C sẽ
phóng điện qua R1.

* Nguyên lý hoạt động của rơle ON DELAY
+

R

C

VR

K

RL

K2
Hình 17. Nguyên lý
K1hoạt động của rơ le ON DELAY
Khi khoá SW cha đóng, rơle cha có điện và T1 mở, T2 đóng lại. Khoá
SW đóng, rơle sẽ tác động khi tụ C đợc nạp đầy. Khi đó, T1 chuyển sang đóng
và T2 mở. Tụ C phóng điện qua R, do lúc này công tắc 2 vị trí đã chuyển lên
trên nên trạng thái của các tiếp điểm đợc duy trì. Ngắt khoá SW, rơle ngng
hoạt
vậy, Tdõy
1 và T2 đều tác động
+ động và hệ thống trở lại trạng thái
R ban -đầu. Nh Cun
trễ ở thời điểm khoá SW đóng. Tơng ứng T1 là tiếp điểm thờng mở, đóng chậm
và T2 là tiếp điểm thờng đóng, mở chậm.
C
Thng úng m chm
* Đặc tính

của rơle ON DELAY
VR
K
RL
Đồ án tốt nghiệp

K2
K1

23

Thng m úng chm

Lớp: TH Điện B/K55


Trờng Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

Hình 18. Đặc tính của Rơle ON DELAY
* Nguyên lý hoạt động của rơle OFF DELAY
Cun hỳt
+

_

K2
K1

Tip im ph
RL

K
C

VR

Thng m m chm

Thng úng úng chm
Hình 19. Nguyên lý hoạt động của Rơle OFF DELAY
Khi khoá SW cha đóng, rơle cha có điện và T1 mở, T2 đóng lại. Khoá
SW đóng rơle sẽ tác động. Khi đó, T1 chuyển sang đóng và T2 mở ra. Bây giờ
ngắt khoá SW, tụ C phóng điện qua RL và duy trì trạng thái hiện tại của các
tiếp điểm thêm một thời gian nữa. Cho đến khi điện áp trên tụ C nhỏ hơn điện
áp định mức của rơle thì rơle ngừng hoạt động và hệ thống trở lại trạng thái
ban đầu. Nh vậy, T1 và T2 đều tác động trễ ở thời điểm khoá SW mở. Tơng ứng
T1 là tiếp điểm thờng mở, mở chậm và T2 là tiếp điểm thờng đóng, đóng chậm.
* Đặc tính của rơle ON / OFF DELAY
Hình 20. Đặc tính của rơle ON / OFF DELAY

Đồ án tốt nghiệp

24

Lớp: TH Điện B/K55


Trờng Đại học Công Nghiệp Hà Nội

Khoa Điện

3.4.3. Tính toán và chọn lựa OFF DELAY
Chọn Rơle thời gian có giá trị điều chỉnh theo dây.
UR1 = Uđk = 220V
IR1 Iđmđc = 14,3 (A)
Ta chọn Rơle thời gian CKC do hãng SIEMENS sản xuất có:
Uđm = 220V
Iđm = 20 (A)
3.5. Bộ nút ấn (PB / Pushbutton)
Nút ấn là loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt các thiết bị điện bằng tay.
Các cặp tiếp điểm trong nút ấn sẽ chuyển trạng thái khi có ngoại lực tác động,
còn khi bỏ lực tác động thì nút ấn sẽ trở lại trạng thái cũ. Đó chính là điểm
khác biệt cơ bản giữa nút ấn và công tắc.

Hình 21. Nút ấn
Trong mạch điện công nghiệp, nút ấn thờng đợc dùng để khởi động,
dùng đảo chiều quay động cơ thông qua công tắc tơ hoặc rơle trung gian.
Theo kết cấu ngời ta chia làm các loại sau:
+ Nút ấn đơn (một tầng tiếp điểm)
+ Nút ấn kép (hai tầng tiếp điểm)
Theo phơng thức kết nối mạch ngời ta chia thành các loại sau:
+ Nút ấn đơn thờng mở
+ Nút ấn đơn thờng đóng
+ Nút ấn kép sẽ tông tai đồng thời hai tiếp điểm ở trạng thái trên.
Khi lựa chọn nút ấn, ta cần chú ý đến các thông số kỹ thuật sau:
+ Dòng định mức
+ Điện áp định mức
Nỳt n thng m

+ Trạng thái của các cặp tiếp điểm khi có ngoại lực tác động và khi
không có ngoại lực tác động.
Trên sơ đồ nguyên lý, nút ấn
đợc úng
ký hiệu nh sau:
Nỳtthờng
n thng

Đồ án tốt nghiệp

25
Nỳt n liờn ng

Lớp: TH Điện B/K55