CHƯƠNG 2: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN

1/23/2015

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI
VIỆN ĐIỆN
Bộ môn Thiết bị điện - điện tử

THIẾT KẾ KHÍ CỤ ĐIỆN

Giảng viên: Đặng Chí Dũng
Email:
Điện thoại: 0903-178-663

PHẦN 1:
CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN HẠ ÁP VÀ CAO ÁP

CHƯƠNG 2:
KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN

Copyright by dchdung.hust

1


1/23/2015

MỤC ĐÍCH
1. Trang bị kiến thức cơ bản về nguyên lý làm việc, đặc
điểm cấu tạo CÔNGTẮCTƠ, KHỞI ĐỘNG TỪ, CÁC LOẠI
RƠLE sử dụng trong hệ thống điều khiển.
2. Có kiến thức và kỹ năng tính toán, lựa chọn
CÔNGTẮCTƠ, KHỞI ĐỘNG TỪ, CÁC LOẠI RƠLE sử

dụng trong hệ thống điều khiển.

I. CÔNG TẮC TƠ
1. Định nghĩa
Côngtắctơ là một loại KCĐ đóng cắt mạch điện, sử dụng
trong các mạch động lực, cho phép điều khiển bằng tay, tự
động, từ xa, với tần số thao tác lớn (đến 1800 lần/giờ).
2. Đặc điểm
- Phần lớn các CTT đang có trên thị trường là các CTT có tiếp
điểm  hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, sử
dụng lực điện từ của NCĐ để thực hiện thao tác đóng CTT,
còn cắt CTT là dựa trên phản lực của lò xo nhả.
- Phần ít còn lại là các CTT điện tử  các van bán dẫn như
Tranzitor, Thyristor, Triac, với ưu điểm về tần số thao tác cao,
không có hồ quang khi đóng cắt nhưng vì giới hạn về mặt
kích cỡ, công suất lắp đặt và khả năng chịu quá tải kém nên
CTT loại này chiếm rất ít trên thị trường.

Copyright by dchdung.hust

2


1/23/2015

3. Cấu tạo CTT điện từ
1) Thanh dẫn, đầu nối,
tiếp điểm chính – phụ;
2)

Hệ

thống

dập

hồ

quang;
3) Hệ thống nam châm

điện;
4) Hệ thống các lò xo nhả,
lò xo ép tiếp điểm chính –
phụ;
5) Vỏ nhựa và các cơ cấu
kết cấu khác.

Hình ảnh CTT và phụ
kiện lắp kèm

Block tiếp điểm
phụ lắp kèm

Copyright by dchdung.hust

3


1/23/2015

Hình ảnh CTT 3pha 3cực và 3pha 4 cực

4. Ký hiệu kỹ thuật Côngtắctơ
A
B
C

A

Stop

CTT

Start
CTT
CTT

N

Mạch điều khiển CTT

Copyright by dchdung.hust

Đ
3~

Mạch lực của CTT

4

1/23/2015

5. Lựa chọn côngtắctơ xoay chiều
Loại tải ?
Động cơ
KĐB

Rôto
dây quấn

Tải kiểu
đèn sợi đốt?

Rôto
lồng sóc

Hãm, đảo chiều
hoặc Inching?

Tải
điện trở

đúng

sai

Đèn phóng điện
có tụ bù?

đúng
LƯU Ý
khi đóng mạch

sai

sai

đúng

AC2

AC4

AC3

Tải AC1
Dòng điện

AC1

AC1
Ngắt mạch

- Là tất cả các loại
tải điện trở: Tải
nhiệt, tải đèn thắp
sáng (trừ các loại
đèn phóng

điện
chưa có tụ bù), tải
điện phân phối.

Copyright by dchdung.hust

Ie
Thời gian

Tải điện trở 3 pha, 3 kW,
220V Id = 8 A, Ie = 8 A

- Là tất cả các loại
tải xoay chiều có hệ
số công suất lớn
hơn hoặc bằng 0,95.

5


1/23/2015

Tải AC3
AC3

Dòng điện

- Là tải tương ứng là các
động cơ KĐB rôto lồng
sóc.

Id
Ngắt mạch
Ie

- Quá trình ngắt mạch dễ
dàng (so với tải AC2,
AC4).

Thời gian khởi động

Động cơ 3 HP, 220V, đấu Y
Id = 49 A, Ie = 8 A

- Khi đóng mạch, dòng
điện qua CTT đến 7Iđm.
Khi ngắt mạch, dòng điện
qua CTT bằng Iđm; lúc đó,
điện áp giữa các tiếp
điểm của CTT bằng
khoảng 20% Unguồn.

Thời gian

Tải AC4

Tải AC2
Trường hợp đảo chiều,
hãm, hoặc Inching của
động cơ KĐB rôto dây

quấn.
Đóng, cắt giống như tải
AC4, nhưng với dòng điện
đóng và cắt đến 4Iđm.

Copyright by dchdung.hust

Dòng điện

Ngắt mạch

Id

AC4
AC2

Ie
Thời gian khởi động

Thời gian

Inching động cơ 3 HP,
220V, Id = 49 A, Ie = 8 A

Trường hợp đảo chiều,
hãm, hoặc Inching của
động cơ KĐB rôto lồng
sóc.
Khi đóng mạch, dòng điện
đến 7Iđm. Khi ngắt, dòng

điện lớn gần 7Iđm.

Thời gian

6


1/23/2015

6. Lựa chọn côngtắctơ 1 chiều

- Loại DC1: sử dụng đối với các TBĐ và KCĐ một chiều, có
hằng số thời gian (L/R)  1ms, là những tải không có tính cảm
hoặc tính cảm nhỏ. Ví dụ như lò điện trở.
- Loại DC2: sử dụng với động cơ 1 chiều kích từ song song,
L/R khoảng 7,5ms. Dòng điện khởi động đóng khoảng 2,5 Iđm,
còn dòng điện cắt bằng Iđm của động cơ. Điều kiện cắt tương
đối dễ dàng.

- Loại DC3: sử dụng cho các loại động cơ 1 chiều phanh kiểu
hãm ngược hoặc có chế độ làm việc gián đoạn, với L/R 
2ms. Dòng điện khi đóng khoảng 2,5 Iđm, khi cắt với dòng
khoảng 2,5 Iđm, với điện áp cắt tối đa bằng điện áp lưới 
cắt tương đối khó khăn hơn.
- Loại này được sử dụng với với động cơ 1 chiều kích từ
song song, với phụ tải làm việc gián đoạn và dùng cho việc
đổi chiều quay động cơ.

Copyright by dchdung.hust

7


1/23/2015

- Loại DC4: sử dụng cho các loại động cơ 1 chiều kích từ
nối tiếp, với L/R khoảng 10ms. Dòng điện khi đóng khoảng
2,5 Iđm, dòng cắt khoảng 1/3 Iđm động cơ, với điện áp trên
tiếp điểm khi cắt là 20% UđmL nên việc đóng cắt dễ dàng
hơn. Ở loại DC4 cho phép làm việc với tần số thao tác cao
hơn.
- Loại DC5: sử dụng để khởi động động cơ điện 1 chiều kích
từ nối tiếp, phụ tải làm việc gián đoạn hoặc hoạt động ở chế
độ hãm ngược, với L/R  7,5ms. Dòng điện đóng có thể đạt
tới 2,5 Iđm, còn dòng cắt bằng Iđm động cơ, với điện áp trên
tiếp điểm khi cắt có thể bằng UđmL nên việc cắt khó khăn
hơn. Ví dụ như sử dụng để đảo chiều quay của động cơ.

7. Thông số chính lựa chọn côngtắctơ:
-

Loại CTT: 1 chiều hay xoay chiều 3 pha.
Điện áp và dòng điện định mức trên pha chính.
Điện áp và dòng điện định mức trên pha phụ.
Điện áp điều khiển (1chiều hay xoay chiều).
Loại tải mà CTT sử dụng đóng cắt (AC hay DC 1, 2, 3, 4).
Giá trị dòng điện đóng và dòng điện cắt.
Tần số đóng cắt.
Tuổi thọ điện, cơ khí.
Có yêu cầu phòng nổ hay không.

Nếu là 2 CTT liên động thì cần lựa chọn thêm khóa liên
động cơ khí.

Copyright by dchdung.hust

8


1/23/2015

II. KHỞI ĐỘNG TỪ
1. Định nghĩa
Khởi động từ là một loại KCĐ đóng cắt, bảo vệ quá tải mạch
điện động lực, cho phép điều khiển bằng tay hoặc tự động, từ
xa với tần số thao tác lớn (đến 1800 lần/giờ).
2. Đặc điểm
- KĐT đơn = 1CTT + 1RN  sử dụng để khởi động, dừng và
bảo vệ quá tải cho động cơ.
- KĐT kép = 2CTT + 1RN  sử dụng để khởi động, dừng,
bảo vệ quá tải cho động cơ và đảo chiều quay động cơ.

Chú ý đối với KĐT kép: để đảm bảo an toàn cho hệ thống
hoạt động cần sử dụng khóa liên điện và liên động cơ khí.

3. Ký hiệu kỹ thuật Khởi động từ
A
B
C

A

Stop

CTT
Start

CTT

CTT
KĐT

KĐT

RN

RN

N

Mạch điều khiển KĐT

Copyright by dchdung.hust

M
3~

Mạch lực của KĐT

9

1/23/2015

4. Mạch điện đủ ApT - CTT - RN
A
B
C

L1

Stop
ApT
CTT

I I I

Start

CTT

CTT
RN

RN
M
3~

N

Mạch điều khiển

Mạch lực

5. Lựa chọn KĐT
• Làm việc dài hạn  nhiệt độ phát nóng ≤ cho phép.
• Làm việc ở chế độ ngắn hạn  cho phép hoạt động với tần
số thao tác lớn, quá tải.

CTT
Rơle
nhiệt

Copyright by dchdung.hust

10


1/23/2015

Khởi động từ kép
và các phụ kiện
kèm theo

KHÓA LIÊN ĐỘNG CƠ KHÍ

Copyright by dchdung.hust

11

1/23/2015

5. Thông số chính lựa chọn Khởi động từ:

• Công tắc tơ

• Rơle nhiệt 3 pha

Cách thức đấu nối các bộ khởi động động cơ

Copyright by dchdung.hust

12


1/23/2015

Công dụng của các thiết bị đóng cắt, bảo vệ

Switch
(cầu dao)

Cầu dao
tải

Côngtắctơ

Rơ le
nhiệt

Áptômát
kiểu
từ điện

Áptômát Thiết bị
kiểu
tích hợp
từ nhiệt

Cách ly
Đóng cắt
Ngắn mạch
Quá tải
Điều khiển

Bộ khởi động cơ bằng tay – MMS – Manual Motor Starter
L1
L2
L3

L1
L2
L3

ApT

I I I

ApT

I I I
CTT

CTT

RN

Đ

Đ

Loại 2 modul
ApT + CTT

Copyright by dchdung.hust

Loại 3 modul
ApT + CTT + RN

13


1/23/2015

Ưu điểm khi sử dụng (MMS)

Bảo vệ theo nhóm

Bảo vệ riêng lẻ

Bảo vệ tổng hợp
MMS

70%
Không gian tủ
được tiết kiệm

30%
100%

60%

Phối hợp các thiết bị bảo vệ
Đặc tính
rơle nhiệt

Thời gian
2giờ

5 phút

Dòng cắt của
công-tắc-tơ
(IEC 947-4)
Giới hạn nhiệt
của RN

?
Đặc tính
bảo vệ

ngắn mạch

20 giây
Đặc tính
khởi động
động cơ và TBĐ

1 giây
1

4
6
8
10
17 30
Động cơ và các thiết bị được bảo vệ như thế nào?

Copyright by dchdung.hust

Dòng điện
K*Iđm

14


1/23/2015

Biến tần (Inverter)
Bộ khởi động mềm (Soft-Starter)

Cách thức đấu nối các mạch khởi động trực tiếp

Copyright by dchdung.hust

15


1/23/2015

Cách thức đấu nối mạch khởi động, đảo chiều quay động cơ

Cách thức đấu nối khởi động động cơ bằng đổi nối Y/

Copyright by dchdung.hust

16


1/23/2015

Cách thức đấu nối khởi động động cơ bằng đổi nối Y/

CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN ĐÓNG CẮT BẰNG TAY
TRONG ĐIỀU KHIỂN ĐỘNG CƠ
1. Nút nhấn
• Đóng ngắt dòng điện từ xa.
• Dùng trong mạch điều khiển các mạch khởi động, đảo
chiều động cơ.
• Khóa mạch; báo tín hiệu.
• Điện áp 100 VDC đến 500 VAC.

• Tuổi thọ cơ – điện cao (106 lần)
• Cấu tạo:
• Tiếp điểm NO – NC
• Lò xo nhả
• Vỏ và các chi tiết cách điện khác

Copyright by dchdung.hust

17


1/23/2015

• Nút ấn kiểu kín, kiểu hở, bảo vệ chống nước, chống bụi,
phòng nổ
• Có đèn và không đèn
• Không màu hoặc có màu xanh, đỏ, đen (tương ứng với trạng
thái của mạch)

Nút nhấn kiểu ấn

Nút nhấn kiểu ấn
và xoay

Copyright by dchdung.hust

18


1/23/2015

2. Công tắc đổi nối, khóa chuyển mạch kiểu kín
• KCĐ đóng cắt bằng tay không thường xuyên, dòng điện
đến 400A, 220VDC hoặc 380VAC.

• Làm cầu dao tổng cho các máy công cụ.
• Đảo chiều quay, đổi nối tam giác – sao.
• Là loại công tắc có 2 chỗ ngắt  dập hồ quang tốt.
• Nhược điểm: hệ thống tiếp điểm & cơ cấu truyền động
dễ bị ăn mòn. Tuổi thọ thấp : 104 lần đóng cắt.

Khóa chuyển mạch
(Switch-disconnector)

Copyright by dchdung.hust

19


1/23/2015

3. Công tắc hành trình
• KCĐ khống chế quá trình làm việc kiểu tuần tự trước
sau của các cơ cấu cơ khí.
 Mở máy – Đóng tải – Ngắt tải – Cắt mạch.
 Nâng cửa – Dừng (khóa liên động) – Hạ cửa.
• Kiểu ấn – kiểu đòn – kiểu trụ - kiểu quay : phụ thuộc cấu
tạo (tham khảo tài liệu)

4. Điện trở và Biến trở mở máy, điều khiển:

• Là khí cụ điện dùng để hạn chế và (hoặc) điều chỉnh dòng
điện trong mạch điện.
• Phân loại điện trở theo chức năng:
o Điện trở mở máy: hạn chế dòng mở máy của động cơ
có công suất trung bình và lớn
o Điện trở điều chỉnh: dùng để thay đổi giá trị dòng điện
trong mạch kích thích máy điện
o Điện trở hãm: dùng để hạn chế dòng điện động cơ khi
phanh hãm
o Điện trở nối đất: tạo tải phụ cho trung tính của máy
phát hoặc máy biến áp

Copyright by dchdung.hust

20


1/23/2015

4. Điện trở và Biến trở mở máy, điều khiển:

• Phân loại biến trở theo chức năng:
o Biến trở mở máy: hạn chế dòng mở máy của động cơ
có công suất trung bình và lớn.
o Biến trở điều chỉnh: dùng để thay đổi giá trị dòng điện
trong mạch kích thích máy điện.
o Biến trở phụ tải.
o Biến trở kích thích.
• Phân loại biến trở theo cách làm nguội:
o Biến trở không khí.

o Biến trở dầu.

4. Điện trở và Biến trở mở máy, điều khiển:
Yêu cầu đối với vật liệu chế tạo biến trở và điện trở:
• Điện trở suất cao để giảm kích thước của điện trở, biến
trở.
• Điểm nóng chảy cao để chịu được nhiệt độ làm việc
cao.
• Hệ số nhiệt điện trở bé, điện trở ít thay đổi theo nhiệt
độ.
• Chống được ăn mòn.
• Cường độ cơ khí tốt, ở những chỗ rung động ít bị hư
hỏng.
• Gia công dễ và giá thành hạ.

Copyright by dchdung.hust

21


1/23/2015

4. Điện trở và Biến trở mở máy, điều khiển:
Những vật liệu thường được dùng làm biến trở:
• Constantan (Cu60, Ni40)
• Nicrôm A (Ni87, Cr11, Mn2)
• Nicrôm B (Ni61, Cr15, Fe20, Mn4)

• Fecran (Fe80, Cr15, Al15)
• Gang, nikeline, dây thép v.v…

III. BỘ KHỐNG CHẾ, MỞ MÁY
1. Định nghĩa
Bộ khống chế là một loại khí cụ điện chuyển mạch điện bằng
tay gạt hoặc vôlăng quay, điều khiển trực tiếp hoặc gián tiếp
từ xa, thực hiện các chuyển mạch phức tạp để điều khiển,
khởi động, điều chỉnh tốc độ, đảo chiều quay, hãm điện… các
máy điện và thiết bị điện.
2. Phân loại

Tùy theo cấu tạo bộ khống chế có thể chia thành 3 loại:
- Bộ khống chế phẳng.
- Bộ khống chế hình trống.
- Bộ khống chế hình cam.

Copyright by dchdung.hust

22


1/23/2015

IV. CƠ CẤU ĐIỆN TỪ CHẤP HÀNH
1. Định nghĩa
Cơ cấu điện từ chấp hành là một loại thiết bị điện dùng để
thực hiện một công đoạn nhất định trong một quá trình công
nghệ; trong đó NCĐ (1chiều) là một bộ phận chủ yếu sinh ra
lực điện từ cần thiết để các CCĐTCH làm việc.
2. Phân loại
-

Khớp ly hợp điện từ.
Cần cẩu điện từ.
Bàn gá điện từ.
Bộ phân ly điện từ.
Van điện từ.
Phanh điện từ.

Copyright by dchdung.hust

23


1/23/2015

Copyright by dchdung.hust

24