thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp
đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.s. Nguyễn Ngọc Dũng,
người đã tận tình, chu đáo hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm
đồ án tốt nghiệp vừa qua.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường ĐH
Quảng Bình nói chung, các thầy cô trong Khoa kỹ thuật – công nghệ nói
riêng đã dạy dỗ, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu
trong thời gian hoc tập vừa qua, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững
vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo
điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và
hoàn thành khoá luận tốt nghiệp.

Sinh viên thực hiện

Lê Văn Cường

SVTH: Lê Văn Cường

1

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

MỤC LỤC

A. MỞ ĐẦU ............................................................................................. 2
1. Lý do chọn đề tài .............................................................................. 2
2. Mục tiêu nghiên cứu ......................................................................... 2
3. Nội dung đề tài .................................................................................. 3
4. Đối tượng, phạm vi, phương pháp nghiên cứu ................................. 3
5. Kế hoạch nghiên cứu ........................................................................ 3
6. Dự kiến kết quả đạt được của đề tài và khả năng ứng dụng ............. 3
B. NỘI DUNG .......................................................................................... 4
CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ .............. 4
1.1. Giới thiệu chung ............................................................................ 4
1.2. Cấu tạo ........................................................................................... 4
1.2.1. Phần tĩnh (Stato) ..................................................................... 5
1.2.2. Phần quay (Rôto) .................................................................... 6
1.2.3. Các bộ phận khác .................................................................... 7
1.3. Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ .......................... 8
1.4. Các phương pháp mở máy của động cơ không đồng bộ ............... 9
1.4.1. Mở máy trực tiếp .................................................................... 9
1.4.2. Mở máy bằng phương pháp giảm điện áp đặt vào dây quấn
stator ............................................................................................. 10
1.4.3. Mở máy bằng cách đưa điện trở phụ vào roto ...................... 13
CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU TỔNG QUÁT MỘT SỐ KHÍ CỤ ĐIỆN CÓ
TRONG MẠCH ...................................................................................... 15
2.1.Tổng quan về khí cụ điện.............................................................. 15
2.1.1. Khái niệm .............................................................................. 15
2.1.2. Phân loại ............................................................................... 15
2.1.3. Các yêu cầu cơ bản của khí cụ điện ...................................... 15
2.2. Aptomát (CB – Circuit breaker)................................................... 16
2.3. Công tắc tơ (Contactor) ................................................................ 18
2.4. Rơle nhiệt (OLR – Overload relay) ............................................. 21
2.5. Rơle thời gian (TR – Timer relay) ............................................... 24

2.6. Bộ nút ấn (PB –Pushbutton)......................................................... 27
2.7. Cầu chì (Fuse) .............................................................................. 28
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ TỦ ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG PHƯƠNG
PHÁP SAO TAM GIÁC ........................................................................ 30
3.1. Giới thiệu tổng quan .................................................................... 30
3.2.Thiết kế mạch khởi động động cơ KĐB ba pha sử dụng phương
pháp đổi nối sao - tam giác ................................................................. 31
3.2.1. Mạch khởi động động cơ ...................................................... 31
3.2.2. Nguyên lý hoạt động ............................................................. 32
3.2.3. Nhận xét ................................................................................ 32

SVTH: Lê Văn Cường

2

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

3.3. Lắp đặt tủ điều khiển đổi nối sao – tam giác ............................... 33
3.3.1. Thông số động cơ ................................................................. 33
3.3.2. Tính chọn các các thiết bị ..................................................... 33
3.3.3. Hình ảnh mô hình thực tế ..................................................... 36
C. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................... 37
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 38

SVTH: Lê Văn Cường

3

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Cấu tạo động cơ không đồng bộ ........................................................ 4
Hình 1.2. a) Lá thép kỹ thuật điện của lõi thép stato; b) Lõi thép stato ............ 5
Hình 1.3. Dây quấn stato ................................................................................... 5
Hình 1.4. Lá thép roto........................................................................................ 6
Hình 1.5. Rôto kiểu dây quấn ............................................................................ 7
Hình 1.6. Rôto kiểu lồng sóc ............................................................................. 7
Hình 1.7. Từ trường quay của động cơ không đồng bộ……………………….9
Hình 1.8. Mở máy trực tiếp ............................................................................... 9
Hình 1.9. Giảm điện áp mở máy bằng điện kháng. ......................................... 10
Hình 1.10. Hạ áp mở máy bằng biến áp tự ngẫu ............................................. 11
Hình 1.11. Mở máy bằng phương pháp sao - tam giác ................................... 12
Hình 1.12. Mở máy động cơ không đồng bộ roto dây quấn ........................... 13
Hình 2.1. Các loại aptomat .............................................................................. 16
Hình 2.2. Cấu tạo aptomat ............................................................................... 17
Hình 2.3. Nguyên lý làm việc của aptomat 1pha ............................................ 18
Hình 2.4. Contator .......................................................................................... 19
Hình 2.5. Cấu tạo của contator ........................................................................ 20
Hình 2.6. Nguyên lý hoạt động của contator ................................................... 21
Hình 2.7. Role nhiệt......................................................................................... 21
Hình 2.8. Cấu tạo của Role nhiệt ..................................................................... 22
Hình 2.9. Nguyên lý hoạt động của Rơle nhiệt ............................................... 23
Hình 2.10. Rơle thời gian ................................................................................ 25
Hình 2.11. Cấu tạo của Rơle thời gian ............................................................ 25

Hình 2.12. Nguyên lý hoạt động của Rơle ON DELAY ................................. 26
Hình 2.13. Nguyên lý hoạt động của rơle OFF DELAY ................................ 26
Hình 2.14. Bộ nút ấn........................................................................................ 27
Hinh 2.15. Kí hiệu bộ nút ấn ........................................................................... 28
Hình 2.16. Các loại cầu chì ............................................................................. 29
Hình 3.1. Mạch khởi động đổi nối sao – tam giác .......................................... 30
Hình 3.2. Mạch động lực ................................................................................. 31
Hình 3.3. Mạch điều khiển .............................................................................. 31
Hình 3.4.Mô hình mạch động cơ sao – tam giác trong thực tế ....................... 36

SVTH: Lê Văn Cường

1

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

A. MỞ ĐẦU
1.

Lý do chọn đề tài
Ngày nay, điện năng đã đi vào hầu hết trong các ngành kinh tế quốc

dân. Trong hầu hết các nhà máy, xí nghiệp đều sử dụng động cơ để truyền
động, hay dùng trong các thiết bị dân dụng. Do đó, việc sử dụng, vận hành
các loại động cơ vào các lĩnh vực kinh tế là vô cùng quan trọng. Với mục
đích nâng cao hiệu quả, năng suất lao động, hạn chế sử dụng sức người
trong lao động đặc biệt là trong các ngành công nghiệp then chốt.

Hiện nay trong công nghiệp có rất nhiều loại động cơ. Tùy thuộc vào
yêu cầu sử dụng, đặc tính mà mỗi loại động cơ được áp dụng trong một
giới hạn riêng. Động cơ điện không đồng bộ được sử dụng phổ biến và
rộng rãi trong hầu hết các lĩnh vực đời sống cũng như sản xuất bởi những
ưu điểm vượt trội của nó so với những loại động cơ khác. Tuy nhiên, một
hạn chế của loại động cơ này là dòng điện khi khởi động lớn làm ảnh
hưởng đến thiết bị và lưới điện. Vỳ vậy, em muốn tìm hiểu và thiết kế một
phương án khởi động cho động cơ không đồng bộ đảm bảo các tiêu chí đơn
giản, dễ lắp đặt, sửa chữa. Đó là lí do em chọn đề tài “ thiết kế tủ điều
khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác ”.
2.

Mục tiêu nghiên cứu
Nghiên cứu, đề xuất phương án lắp đặt mô hình mạch điều khiển đổi

nối sao – tam giác hướng tới các tiêu chí sau:
- Đảm bảo các tiêu chuẩn kỹ thuật, quy trình, máy móc hiện đại hóa
công nghiệp.
- Nâng cao tính năng hoạt động và năng suất của thiết bị máy móc.
Trên cơ sở việc nghiên cứu, giúp sinh viên chúng em biết liên hệ,
vận dụng thực tiễn các kiến thức đã học. Từ đó trang bị thêm cho mình

SVTH: Lê Văn Cường

2

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

những kỹ năng nghề nghiệp trong tương lai.
3.

Nội dung đề tài
Tìm hiểu về động cơ không đồng bộ ba pha, một số khí cụ điện cần

thiết được sử dụng để thiết kế mạch điều khiển.
Thiết kế được mô hình mạch điều khiển đổi nối sao – tam giác và lắp
đặt mô hình thực nghiệm.
4.

Đối tượng, phạm vi, phương pháp nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Mạch điều khiển đổi nối sao – tam giác, động

cơ không đồng bộ ba pha.
Phạm vi nghiên cứu: thiết kế được mạch điều khiển sao - tam giác và
lắp đặt mô hình thực tế.
Phương pháp nghiên cứu: Lý thuyết  Mô hình thực tế.
5.

Kế hoạch nghiên cứu
Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài: 1/2016
Tính toán chọn thiết bị và xây dựng mô hình mạch sao tam giác trên

lý thuyết: 2/2016
Lắp đặt mô hình thực nghiệm: 3/2016
Viết báo cáo: 4/2016
Hoàn thiện và bảo vệ đề tài: 5/2016
6.

Dự kiến kết quả đạt được của đề tài và khả năng ứng dụng
Giúp sinh viên có kinh nghiệm từ các kiến thức nhận được và ứng

dụng từ lý thuyết học được để vận dụng vào thực tế.
Áp dụng mô hình mạch điều khiển đổi nối sao – tam giác để có thể
áp dụng cho việc khởi động động cơ không đồng bộ ba pha.

SVTH: Lê Văn Cường

3

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

B. NỘI DUNG
CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ ĐỘNG CƠ KHÔNG ĐỒNG BỘ
1.1.

Giới thiệu chung
Động cơ không đồng bộ là máy điện xoay chiều, làm việc theo

nguyên lý cảm ứng điện từ, có tốc độ rôto n khác tốc độ từ trường quay
trong máy n1.
Động cơ không đồng bộ được sử dụng nhiều trong sản xuất và sinh
hoạt vì chế tạo đơn giản, giá thành rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản,
hiệu suất cao và gần như không bảo trì. Gần đây do kỹ thuật điện tử phát
triển, nên động cơ không đồng bộ đã đáp ứng được yêu cầu điều chỉnh tốc

độ vì vậy động cơ càng sử dụng rộng rãi hơn. Dãy công suất của nó rất
rộng từ vài W đến hàng ngàn kW. Hầu hết là động cơ ba pha, có một số
động cơ công suất nhỏ là một pha.
1.2.

Cấu tạo

Hình 1.1. Cấu tạo động cơ không đồng bộ

Cấu tạo động cơ không đồng bộ gồm hai bộ phận chủ yếu là stato và
roto, ngoài ra còn có các bộ phận khác như vỏ máy, nắp máy và trục máy.

SVTH: Lê Văn Cường

4

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

1.2.1. Phần tĩnh (Stato)
Trên stato có lõi thép và dây quấn, ngoài ra còn có vỏ máy và nắp
máy.
1.2.1.1. Lõi thép
Lõi thép stato có dạng hình trụ làm bằng các lá thép kỹ thuật điện,
được dập rãnh bên trong rồi được ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo
hướng trục. Lõi thép được ép vào trong vỏ máy (Hình 1.2).

a)

b)

Hình 1.2. a) Lá thép kỹ thuật điện của lõi thép stato; b) Lõi thép stato

1.2.1.2. Dây quấn

Hình 1.3. Dây quấn stato

Dây quấn stato thường được làm bằng dây đồng có bọc cách điện và
đặt trong rãnh các lõi thép (hình 1.3). Dòng điện xoay chiều ba pha chạy
trong dây quấn ba pha stato sẽ tạo nên từ trường quay.

SVTH: Lê Văn Cường

5

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

1.2.2. Phần quay (Rôto)
Có 2 bộ phận chính: Lõi thép, dây quấn.
1.2.2.1. Lõi thép
Lõi thép rôto gồm các lá thép kỹ thuật điện được lấy từ phần bên
trong của lõi thép stato ghép lại, mặt ngoài dập rãnh để đặt dây quấn, ở
giữa có dập lỗ để lắp trục (hình 1.4).

Hình 1.4. Lá thép roto.

1.2.2.2. Dây quấn rôto
Phân làm 2 loại chính: Loại rôto kiểu dây quấn và loại roto kiểu lồng
sóc.
- Loại rôto kiểu dây quấn (hình 1.5): Rôto có dây quấn giống dây
quấn ba pha của stato và có số cực từ như dây quấn stato. Dây quấn kiểu
này luôn đấu sao (Y) và có ba đầu ra đấu vào ba vành trượt, gắn vào trục
quay của roto và cách điện với truc. Ba chổi than cố định và luôn tỳ trên
vành trượt này để dẫn điện vào một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động
cơ để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ.

SVTH: Lê Văn Cường

6

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

Hình 1.5. Rôto kiểu dây quấn

- Loại rôto kiểu lồng sóc (hình 1.6): Gồm các thanh đồng hoặc thanh
nhôm đặt trong rãnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đấu.
Với động cơ nhỏ, dây quấn rôto được đúc nguyên khối gồm thanh dẫn,
vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt và cánh quạt làm mát. Các động cơ công
suất trên 100kW thanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh rôto và
gắn chặt vành ngắn mạch.

Hình 1.6. Rôto kiểu lồng sóc

1.2.3. Các bộ phận khác
- Vỏ máy: có tác dụng cố định lõi sắt và dây quấn, không dùng để
làm mạch dẫn từ. Thân vỏ máy làm bằng gang. Đối với máy có công suất
tương đối lớn (1000kW) thường dùng tấm kim loại làm thành vỏ.
- Nắp máy: có tác dụng kết cấu đồng thời làm giá đỡ ổ bi.

SVTH: Lê Văn Cường

7

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

- Trục làm bằng thép, trên đó gắn rôto, ổ bi và phía cuối trục có gắn
một quạt gió để làm mát máy dọc truc.
- Ngoài ra, có các bộ phận khác như ổ bi, quạt gió…
1.3.

Nguyên lý làm việc của động cơ không đồng bộ
Sau khi nối thông cuộn dây stato với nguồn điện 3 pha, thì sẽ sản

sinh ra từ trường quay.
Nếu từ trường quay theo chiều kim đồng hồ thì theo quy tắc bàn tay
phải dây dẫn của rôto ở phía cực N cắt từ trường, dòng điện cảm ứng đi
theo chiều xuyên từ mặt giấy ra. Dây dẫn này chịu tác dụng của lực đó sẽ
làm cho rôto quay theo chiều kim đồng hồ. Tương tự như vậy ở phía cực S,
rôto chịu tác dụng của lực cũng quay theo chiều kim đồng hồ. Các lực điện

từ đó tạo thành một mômen điện từ đối với trục quay, do đó làm cho rôto
quay theo chiều quay của từ trường quay.(Hình 1.7)

Hình 1.7. Từ trường quay của động cơ không đồng bộ

Tốc độ quay của n2 của rôto luôn luôn nhỏ hơn tốc độ quay của n1
của từ trường quay (tốc độ quay đồng bộ). Nếu tốc độ quay của rôto đạt
đến tốc độ quay đồng bộ thì không còn có sự chuyển động tương đối giữa
nó và từ trường nữa. Dây điện của rôto sẽ không cắt đường sức do đó sức
điện động cảm ứng , dòng điện và momen điện từ của nó đều bằng 0. Do
đó ta thấy rôto luôn quay theo từ trường quay với tốc độ n2 < n1.

SVTH: Lê Văn Cường

8

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

Ta gọi động cơ không đồng bộ vì tốc độ quay n2 của rôto không bằng
tốc độ quay đồng bộ của trường quay của rôto.
Trong đó: n1 - n2 là hiệu số tốc độ quay của động cơ KĐB.
Tỷ số giữa hiệu số tốc độ quay với tốc độ quay đồng bộ gọi là độ
trượt . Ký hiệu là s: s =

n1  n2
n1

Khi động cơ KĐB 3 pha ở trạng thái phụ tải định mức thì độ trượt
của nó rất bé (0,02 ÷ 0,06).
1.4.

Các phương pháp mở máy của động cơ không đồng bộ

1.4.1. Mở máy trực tiếp
Đóng trực tiếp động cơ vào lưới điện nhờ cầu dao. Đây là phương
pháp mở máy đơn giản nhất nhưng lúc mở máy trực tiếp, dòng điện mở
máy lớn, thời gian mở máy quá tải thì có thể làm cho máy nóng và ảnh
hưởng đến điện áp lưới. Nếu nguồn điện tương đối lớn thì nên dùng
phương pháp mở máy này vì mở máy nhanh, đơn giản. Phương pháp này
chỉ dùng trong những động cơ có công suất nhỏ hoặc công suất động cơ vô
cùng nhỏ so với công suất lưới điện.

Hình 1.8. Mở máy trực tiếp

SVTH: Lê Văn Cường

9

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

1.4.2. Mở máy bằng phương pháp giảm điện áp đặt vào dây quấn stator
1.4.2.1. Nối điện kháng nối tiếp vào mạch điện stato

Hình 1.9. Giảm điện áp mở máy bằng điện kháng.

Khi mở máy trong mạch điện stato đặt nối tiếp một điện kháng ta
hoàn tất việc mở máy bằng cách đóng cầu dao D2 thì điện kháng trên sẽ bị
ngắn mạch. Có thể điều chỉnh trị số mà điện kháng để có được dòng
điệnmở máy cần thiết. Do có sụt áp trên điện kháng nên điện áp đặt vào
động cơ Ut sẽ giảm đi và nhỏ hơn điện áp lưới UL.
Giả sử: Udc = Error! Reference source not found.

U1
( kck > 1)
k ck

Gọi dòng điện mở máy và mômen mở máy trực tiếp là Im và Mm sau
khi thêm điện kháng vào, dòng điện mở máy còn lại Imđ

Imđ =Error!

Reference source not found. =

U1
K ck . Z đc

Vì mômen mở máy tỷ lệ với bình phương của điện áp nên:

SVTH: Lê Văn Cường

10

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng

Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

Mmck =

Mm
k ck2

1.4.2.2. Dùng điện áp tự ngẫu giảm điện áp mở máy

Hình 1.10. Hạ áp mở máy bằng biến áp tự ngẫu

Trong sơ đồ: T là biến áp tự ngẫu, bên cao áp nối với lưới điện, bên
hạ áp nối với động cơ. Sau khi mở máy xong thì ta cắt T ra bằng cách đóng
cầu dao D2 và mở D3.
Máy biến áp tự ngẫu nối Y – Y có điểm trung bình tính nối đất.
Trong máy biến áp thì

found. UU

1
2

Error! Reference source not

I1

= I = Error! Reference source not found.
2

Mặt khác dựa vào sơ đồ ta thấy:
U1 Error! Reference source not found.Ue ; Error! Reference source not found.
Uđc

=

U1
kba

Error!

Reference

source

not

found.(Giống ở phương pháp cuộn kháng)

SVTH: Lê Văn Cường

11

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

Imđc =

Im
kba

Error! Reference source not found.Iml

=

I 2 I mđ c I m
 '  2
'
kba
kba kba

→ Mmba =

Mm
2
kba

Phương pháp này thấy dòng điện mở máy lấy từ lưới vào nhỏ hơn rất
nhiều so với phương pháp mở máy trên. Mặt khác khi lấy từ lưới vào 1
dòng điện mở máy bằng dòng điện mở máy của phương pháp trên thì
phương pháp này có mômen mở máy lớn hơn. Đây chính là ưu điểm của
phương pháp dùng biến áp tự ngẫu hạ biến áp mở máy.
1.4.2.3. Mở máy bằng phương pháp Y – Δ

Hình 1.11. Mở máy bằng phương pháp sao - tam giác

Phương pháp này thích ứng với những máy khi làm việc bình thường
đấu tam giác. Lúc mở máy chuyển sang đấu Y. Như vậy điện áp đi vào 2

SVTH: Lê Văn Cường

12

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

đầu mỗi pha chỉ còn Error! Reference source not found. .
Khi mở máy đóng cầu dao D1 còn cầu dao D2 thì đóng xuống dưới
điểm mở máy dấu Y khi máy đã chạy rồi thì đóng cầu dao D2 về phía trên
máy đầu tam giác.
Theo phương pháp này ta có:
- Khi đấu Δ:
I m  I mđ  3I xm  3.

U
U1
 3. đ
Z đc
Z đc

- Khi đấu Y:

→
→

I my

I m



1
1
 I mY  .I m
3
3

M mY 

Mm
3

Error! Reference source not found.

(vì điện áp đặt lên dây quấn giảm Error! Reference source not
found. lần).
1.4.3. Mở máy bằng cách đưa điện trở phụ vào roto

SVTH: Lê Văn Cường

13

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

Hình 1.12. Mở máy động cơ không đồng bộ roto dây quấn

Phương pháp này chỉ dùng với những động cơ roto dây quấn vì đặc
của loại động cơ này là có thể thêm điện trở vào cuộn dây roto.Khi điện trở
roto thay đổi thì M = f(S) cũng thay đổi. Ta điều chỉnh điện trở mạch điện
roto thích hợp thì sẽ được trạng thái mở máy lý tưởng.
Khi có điện trở phụ Rf thì ta có:
Imrf =

Mmrf =

U
( R1  R  R ) 2  ( X 1  X 2' ) 2
'
2

'
f

3. p.U 2 ( R2'  R f )
2. . f1[( R1  R2'  R1' )  ( X 1  X 2' ) 2 ]

Như vậy khi có điện trở phụ thì Error! Reference source not
found. giảm và Error! Reference source not found. lớn.
Sau khi máy đã quay để giữ 1 momen điện từ nhất định trong quá
trình mở máy ta cắt dần điện trở phụ.
Khi ta cắt dần các điện trở phụ thì sẽ làm thay đổi tốc độ động cơ từ
đường M = f(S) này sang M = f(S) khác. Sau khi cắt hết điện trở phụ thì
tốc độ đạt đến điểm làm việc sau 3 cấp điện trở khởi động.
Như vậy dùng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn có thể đạt được

momen mở máy lớn, dòng điện mở máy nhỏ nên ta thường dùng ở những
nơi nào mở máy khó khăn, yêu cầu mở máy cao. Cấu tạo phức tạp, bảo
quản khó khăn, giá thành cao… là những nhược điểm của động cơ không
đồng bộ roto dây quấn.

SVTH: Lê Văn Cường

14

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

CHƯƠNG 2: TÌM HIỂU TỔNG QUÁT MỘT SỐ KHÍ CỤ ĐIỆN CÓ
TRONG MẠCH
2.1.

Tổng quan về khí cụ điện

2.1.1. Khái niệm
Khí cụ điện là thiết bị dùng để đóng cắt, bảo vệ, điều khiển, điều
chỉnh các lưới điện, mạch điện, các loại máy điện và các máy trong quá
trình sản xuất.
Khí cụ điện làm việc lâu dài trong các mạch dẫn điện, nhiệt độ của
khí cụ điện tăng lên gây tổn thất điện năng dưới dạng nhiệt năng và đốt
nóng các bộ phận dẫn điện và cách điện của khí cụ. Vì vậy khí cụ điện làm
việc được trong mọi chế độ khi nhiệt độ của các bộ phận phải không quá
những giá trị cho phép làm việc an toàn lâu dài.
2.1.2. Phân loại

Khí cụ điện được phân ra các loại sau:
- Khí cụ điện dùng để đóng cắt các mạch điện: Cầu dao, Máy cắt,
Aptômat…
- Khí cụ điện dùng mở máy: Công tắc tơ, Khởi động từ, Bộ khống
chế chỉ huy…
- Dùng để bảo vệ ngắn mạch của lưới điện: cầu chì, Aptômat, các
loại máy cắt, Rơle nhiệt…

SVTH: Lê Văn Cường

15

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

2.1.3. Các yêu cầu cơ bản của khí cụ điện
Để đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện và đảm bảo độ tin cậy của
khí cụ điện thì Khí cụ điện đảm bảo một số yêu cầu:
- Khí cụ điện đảm vảo làm việc lâu dài với các thông số kỹ thuật ở
trạng thái làm việc định mức: Uđm, Iđm.
- Ổn định nhiệt, điện động, có cường độ cơ khí cao khi quá tải, khi
ngắn mạch, vật liệu cách điện tốt, không bị chọc thủng khi quá dòng.
- Khí cụ điện làm việc chắc chắn, an toàn khi làm việc.
2.2. Aptomát (CB – Circuit breaker)
Áptomát là loại khí cụ điện dùng để đóng, ngắt điện bằng tay nhưng
có thể tự ngắt mạch điện khi có sự cố quá tải hoặc ngắn mạch.

Hình 2.1. Các loại aptomat

Phân loại:
- Theo cơ cấu tắc động tự ngắt có 3 loại: CB nhiệt, CB điện từ và CB
từ - điện.
- Theo kết cấu có loại: CB 1 cực, CB 2 cực, 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)

SVTH: Lê Văn Cường

16

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

- Theo công dụng có nhiều loại: CB dòng cực đại, CB điện áp thấp,
CB chống giật, CB đa năng…
2.2.1. Cấu tạo
Tùy theo chức năng cụ thể mà CB có đầy đủ bộ phận và thường có
các bộ phận chính sau:
- Hệ thống tiếp điểm và bộ phận dập hồ quang
- Cơ cấu tác động nhệt
- Cơ cấu tác động từ.

Hình 2.2. Cấu tạo aptomat
1) Vỏ bên ngoài

7) Tiếp điểm di động

2) Ngõ vào dây điện trên

8) Thanh dẫn hồ quang

3) Bộ phận dập hồ quang

9) Thanh lưỡng kim

4) Cuộn dây nam châm điện

10) Ngõ vào dây điện dưới

5) Cần gạt

11) Kẹp thanh ray ( dùng để gài cầu dao )

6) Tiếp điểm cố định

SVTH: Lê Văn Cường

17

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

Dòng điện bảo vệ ngắn mạch của CB : Inm > Ikd
Dòng điện bảo vệ quá tải của CB thường là : Iqt = (1,1 : 1,2) Itt

Điện áp làm việc của CB phải là : UCB > ULưới điện

2.2.2 . Nguyên lý hoạt động chung
Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện, CB được 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 điện 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 được thả tự do, lò xo 1 được
thả lỏng. Kết quả các tiếp điểm của CB mở ra và mach điện bị ngắt ra.

Hình 2.3. Nguyên lý làm việc của aptomat 1pha
2.3.

Công tắc tơ (Contactor)
Công tắc tơ là một loại khí cụ điện dùng để đóng cắt từ xa, tự động

hoặc bằng nút ấn các mạch điện lực có phụ tải điện áp đến 500V, dòng điện

SVTH: Lê Văn Cường

18

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

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 hạ áp thường là kiểu không khí được phân loại như sau:
- 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 thủy lực.
- Theo dạng dòng điện:
+ Công tắc tơ một chiều.
+ Công tắc tơ xoay chiều
- Theo kiểu kết cấu:
+ Công tắc tơ hạn chế chiều cao (dùng ở gầm xe,...)
+ Công tắc tơ hạn chế chiều rộng (như lắp ở buồng tàu điện,...)

Hình 2.4. Contator

Dòng định mức trên contactor thường chọn : Iđm = (1.2 :1.5).Itt
Điện áp định mức trên contactor thường chọn theo mạch điều khiển
U = 220V AC.
2.3.1. Cấu tạo

SVTH: Lê Văn Cường

19

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

Công tắc tơ điện từ có các bộ phận chính như sau:
- Hệ thống tiếp điểm chính.

- Hệ thống dập hồ quang.
- Cơ cấu điện từ.
- Hệ thống tiếp điểm phụ.

Hình 2.5. Cấu tạo của contator

2.3.2. Nguyên lý hoạt động

Hình 2.6. Nguyên lý hoạt động của contator

Khi cuộn hút của công tắc tơ chưa được 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 phụ ở trạng thái đóng. Vì

SVTH: Lê Văn Cường

20

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

vậy tiếp điểm (1) và (3) gọi là tiếp điểm thường mở (hình 2.6).
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 từ. Chiều và trị số của từ thông sẽ biến thiên theo chiều và trị
số của dòng điện sinh ra nó, nhưng xét tại một thời điểm nhất định thì từ
thông đi qua bề mặt tiếp xúc của hai lõi thép là cùng chiều nên sẽ tạo thành
ở 2 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.
2.4. Rơle nhiệt (OLR – Overload relay)
Rơle 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
thường được dùng để bảo vệ quá tải cho các động cơ điện. Khi đó, rơle
nhiệt được lắp kèm với công tắc tơ và được gọi là “khởi động từ”.
Dòng điện tác động thường chọn để bảo vệ động cơ: Itđ = (1,1-1,2)Iđm
Thông thường chọn dòng tác động như trên, ở nhiệt độ môi trường là
250C và dòng quá tải tăng 20% thì rơle nhiệt sẽ tác động làm ngắt mạch sau
khoảng 20 phút. Nếu nhiệt độ môi trường cao hơn thì rơle tác động nhanh
hơn.

SVTH: Lê Văn Cường

21

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

Hình 2.7. Role nhiệt

2.4.1. Cấu tạo
Gồm các bộ phận sau:
- Thanh lưỡng kim gồm hai lá kim loại có hệ số dãn nở vì nhiệt khác
nhau được gắn chặt và ép sát vào nhau.
- Dây đốt nóng làm nhiệm vụ tăng cường nhiệt độ cho thanh lưỡng

kim.
- Cơ cấu đóng ngắt nhận năng lượng trực tiếp từ sự co dãn của thanh
lưỡng kim để đóng ngắt tiếp điểm.

Hình 2.8. Cấu tạo của Role nhiệt
1) Đòn bẩy; 2) Tiếp điểm thường đóng; 3) Tiếp điểm thường mở; 4) Vít chỉnh dòng điện
tác động; 5) Thanh lưỡng kim; 6) Thanh đốt nóng; 7) Cần gạt; 8) Nút phục hồi

2.4.2. 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 vượt quá dòng định mức nên nhiệt lượng trên
dây đồng nóng mức bình thường và nhiệt độ trên thanh lưỡng kim (5) bình
thường. Thanh lưỡng kim chưa bị cong, các tiếp điểm thường đóng (2) và
thường mở (3) của rơle nhiệt chưa tác động, động cơ vẫn hoạt động bình

SVTH: Lê Văn Cường

22

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng