giáo trình khí cụ điện và máy điện

LỜI NÓI ĐẦU
Giáo trình Khí cụ điện và máy điện được biên soạn làm tài liệu học tập cho sinh
viên nghành Kỹ thuật điện – Điện tử của trường Cao đẳng công nghiệp Phúc Yên.
Nội dung chính trình bày về lý thuyết cơ bản về cấu tạo, nguyên lý làm việc của
một số thiết bị điện thông dụng theo đúng nội dung đề cương chi tiết của chương trình
môn học đã ban hành.
Toàn bộ giáo trình gồm 8 chương. Thời gian dành cho học phần là 2 tín chỉ (27
tiết lý thuyết, 3 tiết bài tập). Trong quá trình biên soạn nhóm tác giả cố gắng nêu vấn
đề thật ngắn gọn dễ hiểu và cơ bản nhất của các nội dung cần thiết trong từng chương.
Sau mỗi chương đều có các câu hỏi hướng dẫn ôn tập về lý thuyết.
Lần đầu biên soạn giáo trình nên không thể tránh những thiếu sót về nội dung
và bố cục, chúng tôi rất mong được sự góp ý về mọi mặt của các bạn đọc để sau này
sẽ có được giáo trình tái bản với chất lượng tốt hơn.
Nhóm tác giả

a


MỤC LỤC
LỜI NÓI ĐẦU ............................................................................................................................ a
MỤC LỤC ..................................................................................................................................b
Chương 1 ....................................................................................................................................1
LÝ THUYẾT CƠ SỞ KHÍ CỤ ĐIỆN ........................................................................................1
1.1. Khái niệm chung về thiết bị điện .....................................................................................1
1.1.1. Định nghĩa.................................................................................................................1
1.1.2. Phân loại ...................................................................................................................1
1.1.3. Các yêu cầu cơ bản của thiết bị điện.........................................................................1
1.2. Lực điện động ..................................................................................................................2
1.2.1. Khái niệm chung .......................................................................................................2
1.2.2. Ổn định lực điện động ..............................................................................................2
1.3. Sự phát nóng của khí cụ điện (KCĐ) ...............................................................................2

1.3.1. Khái niệm chung .......................................................................................................2
1.3.2. Phân loại ...................................................................................................................3
1.4. Tiếp xúc điện ...................................................................................................................4
1.4.1. Khái niệm ..................................................................................................................4
1.4.2. Các yêu cầu cơ bản của tiếp xúc điện .......................................................................4
1.4.3. Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm .................................................................................4
1.5. Hồ quang điện ..................................................................................................................5
1.5.1. Khái niệm ..................................................................................................................5
1.5.2. Quá trình phát sinh và dập hồ quang ........................................................................5
Câu hỏi ôn tập chương 1. ....................................................................................................6
Chương 2 ....................................................................................................................................7
KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY ...............................................................................7
2.1. Cầu dao ............................................................................................................................7
2.1.1.Công dụng ..................................................................................................................7
2.1.2. Cấu tạo ......................................................................................................................7
2.1.3. Nguyên lý làm việc ...................................................................................................7
2.1.4. Phân loại ...................................................................................................................8
2.1.5. Các thông số định mức của cầu dao..........................................................................8
2.2. Công tắc ...........................................................................................................................8
2.2.1. Khái niệm ..................................................................................................................8
2.2.2. Công tắc đổi nối kiểu hộp .........................................................................................9
2.2.3. Công tắc hành trình .................................................................................................10
2.3. Nút ấn .............................................................................................................................11
2.3.1. Khái quát và công dụng ..........................................................................................11
2.3.2. Cấu tạo và phân loại................................................................................................11
Câu hỏi ôn tập chương 2. ..................................................................................................12
Chương 3 ..................................................................................................................................13
KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ ............................................................................13
3.1. Cầu chì ...........................................................................................................................13
3.1.1. Khái niệm chung .....................................................................................................13

3.1.2. Nguyên lý làm việc .................................................................................................13
3.1.3. Kết cấu cầu chì ........................................................................................................14
3.2. Áp tô mát .......................................................................................................................14
3.2.1. Khái quát và yêu cầu kỹ thuật .................................................................................14
3.2.2. Cấu tạo chung .........................................................................................................16
3.2.3. Nguyên lý làm việc .................................................................................................17
3.3. Công tắc tơ .....................................................................................................................18
3.3.1. Khái niệm chung .....................................................................................................18
3.3.2. Công tắc tơ kiểu điện từ ..........................................................................................19
b


3.4. Khởi động từ ..................................................................................................................20
3.4.1. Khái niệm chung .....................................................................................................20
3.4.2. Các yêu cầu kỹ thuật ...............................................................................................21
3.4.3. Sơ đồ nguyên lý dùng khởi động từ ........................................................................21
Câu hỏi ôn tập chương 3 ...................................................................................................23
Chương 4 ..................................................................................................................................24
MỘT SỐ LOẠI RƠ LE THÔNG DỤNG .................................................................................24
4.1. Khái quát chung .............................................................................................................24
4.1.1. Công dụng ...............................................................................................................24
4.1.2. Cấu tạo chung .........................................................................................................24
4.1.3. Phân loại .................................................................................................................24
4.2. Rơle điện từ....................................................................................................................25
4.2.1. Khái niệm ................................................................................................................25
4.2.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của rơ le điện từ..................................................25
4.3. Rơle từ điện....................................................................................................................26
4.3.1. Khái niệm ................................................................................................................26
4.3.2. Nguyên lý cấu tạo ..................................................................................................26
4.4. Rơle cảm ứng .................................................................................................................27

4.4.1. Khái niệm ................................................................................................................27
4.4.2. Rơ le cảm ứng dòng cực đại ...................................................................................28
4.5. Rơle điện động ...............................................................................................................29
4.5.1. Khái niệm ................................................................................................................29
4.5.2. Nguyên lý cấu tạo ...................................................................................................30
4.6. Rơle trung gian ..............................................................................................................30
4.6.1. Khái niệm ................................................................................................................30
4.6.2. Nguyên lý cấu tạo ...................................................................................................31
4.7. Rơ le thời gian................................................................................................................31
4.7.1. Khái niệm ................................................................................................................31
4.7.2. Một số loại rơ le thời gian thông dụng....................................................................32
4.8. Rơle dòng điện ...............................................................................................................33
4.8.1. Khái niệm ................................................................................................................33
4.8.2. Rơ le dòng điện cực đại điện từ ..............................................................................33
4.9. Rơle điện áp ...................................................................................................................34
4.10. Rơle nhiệt .....................................................................................................................35
4.10.1. Khái niệm ..............................................................................................................35
4.10.2. Rơle nhiệt kiểu kim loại kép. ...............................................................................36
4.11. Rơle tốc độ ...................................................................................................................37
4.11.1. Khái niệm ..............................................................................................................37
4.11.2. Một số loại Rơ le thông dụng. ..............................................................................37
Câu hỏi ôn tập chương 4. ..................................................................................................38
Chương 5 ..................................................................................................................................39
MÁY BIẾN ÁP .........................................................................................................................39
5.1. Khái niện chung .............................................................................................................39
5.1.1. Định nghĩa...............................................................................................................39
5.1.2. Vai trò và công dụng ...............................................................................................39
5.1.3. Các đại lượng định mức ..........................................................................................40
5.2. Tổ nối dây và mạch từ của Máy biến áp ........................................................................40
5.2.1. Cách ký hiệu đầu dây ..............................................................................................40

5.2.2. Tổ nối dây ..............................................................................................................41
5.3. Các quan hệ điện từ trong máy biến áp..........................................................................43
5.3.1. Các hiện tượng xảy ra khi từ hoá lõi thép của máy biến áp một pha. .....................43
5.3.2. Các hiện tượng xảy ra trong lõi thép máy biến áp ba pha ......................................44
c


5.3.3. Các quan hệ điện từ trong máy biến áp...................................................................46
Câu hỏi ôn tập chương 5. ..................................................................................................47
Chương 6 ..................................................................................................................................48
MÁY ĐIỆN KHÔNG ĐỒNG BỘ ............................................................................................48
6.1. Khái niệm .......................................................................................................................48
6.2. Cấu tạo chung ................................................................................................................48
6.3. Nguyên lý làm việc ........................................................................................................50
Câu hỏi ôn tập chương 6. ..................................................................................................53
Chương 7 ..................................................................................................................................54
MÁY ĐIỆN ĐỒNG BỘ ...........................................................................................................54
7.1. Khái niệm .......................................................................................................................54
7.2. Cấu tạo ...........................................................................................................................55
7.3. Nguyên lý làm việc ........................................................................................................58
Câu hỏi ôn tập chương 7. ..................................................................................................59
Chương 8 ..................................................................................................................................60
MÁY ĐIỆN MỘT CHIỀU .......................................................................................................60
8.1. Khái niệm .......................................................................................................................60
8.2. Cấu tạo chung ................................................................................................................60
8.3. Nguyên lý làm việc ........................................................................................................63
Câu hỏi ôn tập chương 8. ..................................................................................................65
TÀI LIỆU THAM KHẢO ........................................................................................................66

d

Chương 1
LÝ THUYẾT CƠ SỞ KHÍ CỤ ĐIỆN
Trong chương này chủ yếu cung cấp phần cơ sở lý thuyết về khí cụ điện như
một số khái niệm, hiện tượng thường gặp trong khí cụ điện.
1.1. Khái niệm chung về thiết bị điện
1.1.1. Định nghĩa
Thiết bị điện hay còn gọi là khí cụ điện (KCĐ) là các loại thiết bị làm nhiệm vụ
đóng cắt. điều chỉnh, chuyển đổi, khống chế và kiểm tra mọi hoạt động của hệ thống
lưới điện và các loại máy điện. Ngoài ra thiết bị điện còn được sử dụng để kiểm tra,
điều chỉnh và biến đổi đo lường nhiều quá trình không điện khác.
1.1.2. Phân loại
Để thuận lợi cho việc nghiên cứu, vận hành, sử dụng và sử chữa thiết bị điện
người ta phân loại như sau:
1.1.2.1.Theo công dụng :
+ Thiết bị điện đóng cắt: Chức năng chính là đóng cắt tự động hoặc bằng tay
mạch điện ở chế độ làm việc khác nhau. VD: Cầu dao, dao cách ly, áp tô mát, cầu chì.
Đặc điểm của nhóm này là tần số thao tác thấp (thỉnh thoảng mới phải thao tác), do đó
tuổi thọ của chúng thường không cao (đến hàng chục ngàn lần đóng cắt).
+ Thiết bị điện hạn chế dòng điện, điện áp: Chức năng là hạn chế dòng điện,
điện áp trong mạch không tăng quá cao khi bị sự cố. VD: Kháng điện dùng để hạn chế
dòng điện ngắn mạch, van chống sét dùng để hạn chế điện áp.
+ Thiết bị điện mở máy, điều khiển: Gồm các loại KCĐ như các bộ mở máy,
khống chế, điện trở mở máy, công tắc tơ, khởi động từ…Đặc điểm của các thiết bị này
là tần số thao tác cao, có thể tới 1500 lần/giờ, vì vậy tuổi thọ của nó có thể tới hàng
triệu lần đóng cắt.
+ Thiết bị điện kiểm tra, theo dõi: Các thiết bị điện này có chức năng kiểm tra,
theo dõi sự làm việc của các đối tượng và biến đổi tín hiệu không điện thành tín hiệu
điện. Các KCĐ này gồm các loại rơle, các bộ cảm biến…Đặc điểm của thiết bị điện

này là công suất thấp, thường được nối mạch ở thứ cấp để biến đổi, truyền tín hiệu.
+ Thiết bị điện tự động điều chỉnh, khống chế, duy trì chế độ làm việc và các
tham số của đối tượng như các bộ ổn định điện áp, ổn định tốc độ, ổn định nhiệt độ…
+ Thiết bị điện biến đổi dòng điện, điện áp gồm máy biến dòng điện, máy biến
điện áp. Chúng có chức năng biến đổi dòng điện lớn, điện áp cao thành dòng điện và
điện áp có trị số thích hợp, an toàn cho việc đo lường, điều khiển, bảo vệ.
1.1.2.2. Theo nguyên lý làm việc
Thiết bị điện được chia theo các nhóm với nguyên lý điện cơ, điện từ, từ điện,
điện động, nhiệt, có tiếp điểm và không có tiếp điểm.
1.1.2.3. Theo tính chất dòng điện
- Thiết bị điện dùng trong mạch một chiều
- Thiết bị điện dùng trong mạch xoay chiều.
1.1.2.4. Theo cấp điện áp làm việc
- Thiết bị điện hạ áp (có điện áp đến 1000V).
- Thiết bị điện cao áp (điện áp từ 1000 V trở lên).
1.1.3. Các yêu cầu cơ bản của thiết bị điện
Để đảm bảo an toàn cho thiết bị điện và đảm bảo độ tin cậy của thiết bị điện thì
thiết bị điện phải đảm bảo một số yêu cầu sau:
1


Thiết bị điện đảm bảo làm việc lâu dài với các thông số kỳ thuật ở trạng thái
làm việc định mức: Uđm, Iđm.
- Thiết bị điện phải đảm bảo ổn định nhiệt, lực 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.
- Thiết bị điện phải đảm bảo làm việc tin cậy, chính xác, an toàn, gọn nhẹ, dễ lắp
ráp, kiểm tra và sửa chữa.
1.2. Lực điện động
1.2.1. Khái niệm chung

Một vật dẫn đặt trong từ trường, có dòng điện chạy qua sẽ chịu tác dụng của
một lực. Lực cơ học này có xu hướng làm biến dạng hoặc chuyển dời vật dẫn để từ
thông xuyên qua nó là lớn nhất. Lực chuyển dời đó là lực điện động (LĐĐ).
Ở trạng thái làm việc bình thường, thiết bị điện được chế tạo để LĐĐ không
làm ảnh hưởng gì đến độ bền vững kết cấu. Khi ngắn mạch dòng điện tăng lên rất lớn
(có lúc lên tới hàng chục lần dòng định mức) do đó LĐĐ sẽ rất lớn, LĐĐ sẽ làm biến
dạng, đôi khi còn phá vỡ kết cấu thiết bị điện.
Ngoài ra người ta còn nghiên cứu ứng dụng LĐĐ để chế tạo các thiết bị điện
như rơ le điện động, cơ cấu đo điện động.
1.2.2. Ổn định lực điện động
Ổn định lực điện động là khả năng chịu đựng tác động cơ khí do LĐĐ sinh ra
khi ngắn mạch.
Để đảm bảo điều kiện cần là: Im > Ixk với:
- Im là dòng điện cho phép lớn nhất của thiết bị.
- Ixk là dòng xung kích tính toán khi ngắn mạch ba pha
1.3. Sự phát nóng của khí cụ điện (KCĐ)
1.3.1. Khái niệm chung
Nhiệt lượng sinh ra do dòng điện chạy qua trong cuộn dây hay vật dẫn điện khi
thiết bị điện làm việc sẽ gây ra hiện tượng phát nóng. Ngoài ra trong các thiết bị điện
xoay chiều còn do tổn hao dòng xoáy và từ trễ trong lõi sắt từ cũng sinh ra nhiệt. Nếu
nhiệt độ phát nóng của thiết bị điện vượt quá trị số cho phép thì thiết bị điện nhanh bị
hư hỏng, vật liệu cách điện nhanh bị gìa hóa, độ bền kim loại bị giảm sút.
Nhiệt độ cho phép của các bộ phận thiết bị điện có thể tham khảo trong bảng
1.1 và 1.2.
-

Bảng 1.1. Nhiệt độ cho phép của vật liệu làm khí cụ điện

2

Bảng 1.2. Nhiệt độ cho phép của vật liệu cách điện

1.3.2. Phân loại
Tùy theo chế độ làm việc khác nhau, mỗi KCĐ sẽ có sự phát nóng khác nhau
- Chế độ làm việc lâu dài của KCĐ
KCĐ làm việc lâu dài, nhiệt độ trong KCĐ bắt đầu tăng và đến nhiệt độ ổn định
thì không tăng nữa, lúc này sẽ tỏa nhiệt ra môi trường xung quanh.

Hình 1- 1. Nhiệt độ của KCĐ ở chế độ làm việc dài hạn
- Chế độ làm việc ngắn hạn của KCĐ
Chế độ làm việc ngắn hạn của KCĐ là chế độ khi đóng điện nhiệt độ của nó
không đạt tới nhiệt độ ổn định, sau khi phát nóng ngắn hạn, KCĐ được ngắt nhiệt độ
của nó sụt xuống mức không so sánh được với môi trường xung quanh.

Hình 1- 2. Nhiệt độ của KCĐ ở chế độ làm việc ngắn hạn

3


- Chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại của KCĐ
Nhiệt độ của KCĐ tăng lên trong khoảng thời gian KCĐ làm việc, nhiệt độ
giảm xuống trong khoảng thời gian KCĐ nghỉ, nhiệt độ giảm chưa đạt đến giá trị ban
đầu thì KCĐ làm việc lặp lại. Sau khoảng thời gian, nhiệt độ tăng lên lớn nhất gần
bằng nhiệt độ giảm nhỏ nhất thì KCĐ đạt được chế độ dừng.

Hình 1- 3. Nhiệt độ của KCĐ ở chế độ làm việc ngắn hạn lặp lại
1.4. Tiếp xúc điện
1.4.1. Khái niệm
Chỗ tiếp giáp giữa hai vật dẫn điện để cho dòng điện chạy từ vật dẫn này sang

vật dẫn kia gọi là tiếp xúc điện. Bề mặt chỗ tiếp giáp giữa các vật dẫn điện gọi là bề
mặt tiếp xúc điện.
Tiếp xúc điện chia làm ba dạng chính:
- Tiếp xúc cố định: Các tiếp điểm được nối cố định với các chi tiết dẫn dòng
điện như là: thanh cái, cáp điện, chỗ nối KCĐ vào mạch. Trong quá trình sử dụng, cả
hai tiếp điểm được gắn chặt vào nhau nhờ các bu lông, hàn nóng hay nguội.
- Tiếp xúc đóng mở: Là tiếp xúc để đóng ngắt mchj điện. Trong trường hợp này
phát sinh hồ quang điện, cần xác định khoảng cách giữa tiếp điểm tĩnh và động dựa
vào dòng điện định mức, điện áp định mức và chế độ làm việc của KCĐ.
- Tiếp xúc trượt: Là tiếp xúc ở cố góp và vành trượt, tiếp xúc này cũng dễ phát
sinh hồ quang điện.
1.4.2. Các yêu cầu cơ bản của tiếp xúc điện
Tiếp xúc điện là một phần rất quan trọng của KCĐ. Trong thời gian hoạt động
đóng mở, chỗ tiếp xúc sẽ phát nóng cao, mài mòn lớn do va đập và ma sát, đặc biệt do
sự hoạt động có tính chất hủy hoại của hồ quang. Vì vậy tiếp xúc điện cần đảm bảo các
yêu cầu cơ bản sau:
- Nơi tiếp xúc điện phải chắc chắn, đảm bảo.
- Nơi tiếp xúc phải có độ bền cơ khí cao.
- Không phát nóng quá giá trị cho phép đối với dòng điện định mức.
- Ổn định nhiệt và lực điện động khi có dòng ngắn mạch cực đại đi qua.
- Chịu được tác dụng của môi trường xung quanh, nhiệt độ cao ít bị oxi hóa..
1.4.3. Điện trở tiếp xúc của tiếp điểm
Tại chỗ tiếp xúc bao giờ cũng có điện trở tiếp xúc (Rtx). Điện trở tiếp xúc của
tiếp điểm ảnh hưởng đến chất lượng của KCĐ, Rtx lớn làm cho tiếp điểm phát nóng.
Nếu phát nóng quá mức cho phép thì tiếp điểm sẽ bị nóng chảy thậm chí bị hàn dính.
4


Trong các tiếp điểm KCĐ mong muốn Rtx có giá trị càng nhỏ càng tốt nhưng do
thực tế có nhiều yếu tố ảnh hưởng đến Rtx nên không thể giảm Rtx cực nhỏ như mong

muốn. Các yếu tố chính sau ảnh hưởng đến Rtx .
- Vật liệu làm tiếp điểm: Vật liệu mềm tiếp xúc tốt.
- Kim loại làm tiếp diểm không bị oxy hóa: Đồng, thép được dùng làm tiếp
điểm cố định. Ngoài ra các tiếp điểm còn được làm bằng bạc, bạch kim, Vonfram,
niken, có thể là vàng.
- Lực ép tiếp điểm càng lớn thì sẽ tạo nên nhiều tiếp điểm tiếp xúc.
- Nhiệt độ tiếp điểm càng cao thì điện trở tiếp xúc càng lớn.
- Diện tích tiếp xúc.
- Hình dạng tiếp điểm
1.5. Hồ quang điện
1.5.1. Khái niệm
Hồ quang điện là hiện tượng phóng điện trong chất khí với mật độ dòng điện
tương đối lớn (104 đến 105 A/cm2), điện áp rơi trên catot bé (10÷20V), nhiệt độ rất cao
(5000 đến 60000C), kèm theo hiệu ứng ánh sáng. Hồ quang điện là quá trình điện và
nhiệt liên quan mật thiết với nhau
Hồ quang điện được dùng để hàn, luyện thép.v.v.trong những trường hợp này
hồ quang điện có ích, nên được duy trì cháy ổn định.
Tuy nhiên trong KCĐ như: cầu dao, cầu dao, cầu chì, rơle, công tắc..v.v..khi
đóng hay ngắt mạch điện, hồ quang phát sinh trên tiếp điểm lại có hại. Nếu hồ quang
cháy lâu, KCĐ và hệ thống điện sẽ hư hỏng do đó cần phải có các biện pháp nhanh
chóng dập tắt hồ quang.
1.5.2. Quá trình phát sinh và dập hồ quang
1.5.2.1. Quá trình phát sinh hồ quang điện
Quá trình phát sinh hồ quang bản chất là quá trình ion hóa .
Ở điều kiện bình thường, môi trường khí gồm các phần tử trung hòa nên nó
không dẫn điện. Nếu các phần tử trung hòa đó bị phân tích thành các điện tử tự do, các
ion dương, ion âm thì nó trở thành dẫn điện. Quá trình tạo ra các điện tử tự do và các
ion trong chất khí được gọi là quá trình ion hóa. Quá trình này có thể xảy ra dưới tác
dụng của ánh sáng, nhiệt độ, điện trường, va đập…
Ở các tiếp điểm của KCĐ đóng cắt, trong quá trình cắt, tiếp điểm động rời khỏi

tiếp điểm tĩnh làm điện trở tiếp xúc tăng, tổn hao lớn, nhiệt độ tiếp điểm cao, tạo điều
kiện thuận lợi cho quá trình phát xạ nhiệt điện tử (đây là quá trình xảy ra khi nhiệt độ
catot cao, các điện tử tự do trong điện cực có động năng lớn, có thể thoát ra khỏi bề
mặt kim loại, tạo nên dòng điện trong chất khí).
Tại thời điểm hai tiếp điểm mới tách nhau ra, cường độ điện trường giữa chúng
khá lớn, thuận lợi cho việc tự phát xạ điện tử càng lớn khi nhiệt độ điện cực cao và
điện trường đặt lên nó lớn phát ra hồ quang điện.
1.5.2.2. Các phương pháp dập hồ quang
Yêu cầu hồ quang phải được dập tắt trong khu vực hạn chế với thời gian ngắn
nhất, tốc độ mở tiếp điểm phải lớn mà không làm hư hỏng các bộ phận của KCĐ.
Đồng thời năng lượng hồ quang phải đạt đến giá trị nhỏ nhất, điện trở hồ quang phải
tăng nhanh và việc dập tắt cũng không được kéo dài theo quá điện áp nguy hiểm, tiếng
kêu phải nhỏ và ánh sáng không quá lớn.
Để dập tắt hồ quang ta dùng những biện pháp tăng cường quá trình phản ion ở
khu vực hồ quang (Quá trình phản ion là quá trình ngược lại với quá trình ion hóa, tức
là quá trình suy giảm số lượng ion trong vùng hồ quang.
5


Trong hồ quang điện, tồn tại song song hai quá trình ion hóa và phản ion. Nếu
quá trình ion hóa lớn hơn quá trình phản ion, hồ quang sẽ phát sinh và phát triển mạnh,
dòng điện hồ quang sẽ tăng. Nếu quá trình ion hóa cân bằng với quá trình phản ion,
dòng điện hồ quang không tăng và hồ quang cháy ổn định. Nếu quá trình ion hóa bé
hơn quá trình phản ion thì dòng điện hồ quang sẽ suy giảm và hồ quang sẽ tắt) đó là:
- Tăng độ dài hồ quang
- Dùng từ trường để tạo lực thổi hồ quang chuyển động nhanh
- Dùng dòng khí hay dầu để thổi dập tắt hồ quang
- Dùng khe hở hẹp để hồ quang cọ sát vào vách của khe hẹp này
- Tạo thành chân không ở khu vực hồ quang
- Chia hồ quang thành nhiều hồ quang ngắn nhờ vách ngăn

- Cho hồ quang tiếp xúc với một chất cách điện làm nguội
Theo nguyên tắc dập hồ quang có các loại:
- Kéo dài hồ quang
- Hồ quang tự sinh năng lượng để dập tắt dùng năng lượng ngoài để dập tắt.
- Dùng tiếp điểm bắc cầu: Áp dụng trong hệ thống công tắc tơ, phân chia hồ
quang làm 2 đoạn và nhờ lực đẩy hồ quang về hai phía.
Câu hỏi ôn tập chương 1.
Câu 1. Nêu khái niệm, phân loại và các yêu cầu của KCĐ.
Câu 2. Nêu khái niệm lực điện động.
Câu 3. Trình bày các chế độ phát nóng của KCĐ.
Câu 4. Nêu khái niệm, phân loại tiếp xúc điện.
Câu 5. Nêu nguyên nhân phát sinh hồ quang điện và nguyên tắc dập hồ quang.

6


Chương 2
KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY
Chương này giúp sinh viên biết được công dụng, cách phân loại, ký hiệu của
một số khí cụ điện điều khiển bằng tay thông dụng như: cầu dao, công tắc, nút ấn.
Đồng thời hình thành thái độ yêu nghề, sự tỷ mỉ của sinh viên.
2.1. Cầu dao

Hình 2 - 1. Hình ảnh cầu dao

Hình 2 - 2. Nguyên lý cấu tạo cầu dao có
lưỡi dao phụ
1. Lưỡi dao chính (tiếp điểm)
2. Tiếp xúc tĩnh (ngàm)
3. Lưỡi dao phụ

4. Lò xo bật nhanh

2.1.1.Công dụng
Cầu dao là một loại KCĐ dùng để đóng ngắt dòng điện bằng tay đơn giản nhất
được sử dụng trong các mạch điện có điện áp nguồn cung cấp đến 220V điện một
chiều và 380V điện xoay chiều.
Cầu dao thường để đóng ngắt mạch điện có công suất nhỏ với tần số đóng cắt
thấp. Nếu điện áp cao hơn hoặc mạch điện có công suất trung bình và lớn thì cầu dao
chỉ làm nhiệm vụ đóng cắt không tải. Vì trong trường hợp này khi ngắt mạch hồ quang
sinh ra sẽ rất lớn, tiếp xúc sẽ bị phá hủy trong một thời gian rất ngắn và khơi mào cho
việc hồ quang giữa các pha; từ đó vật liệu cách điện sẽ bị hỏng, nguy hiểm cho thiết bị
và người thao tác.
2.1.2. Cấu tạo
Phần chính của cầu dao là lưỡi dao (tiếp điểm động) và hệ thống kẹp lưỡi (tiếp
xúc tĩnh) được làm bằng hợp kim của đồng, ngoài ra bộ phận nối dây cũng làm bằng
hợp kim đồng.
2.1.3. Nguyên lý làm việc
Khi thao tác trên cầu dao, nhờ vào lưỡi dao và hệ thống kẹp lưỡi, mạch điện
được đóng ngắt. Trong quá trình ngắt mạch, cầu dao thường xảy ra hồ quang điện tại
đầu lưỡi dao và điểm tiếp xúc trên hệ thống kẹp lưỡi. Người sử dụng cần phải kéo lưỡi
dao ra khỏi kẹp nhanh và dứt khoát để dập tắt hồ quang.
Do tốc độ kéo bằng tay không thể nhanh được nên người ta làm thêm lưỡi dao
phụ. Lúc dẫn điện thì lưỡi dao phụ cùng lưỡi dao chính được kẹp trong ngàm.
Khi ngắt điện, tay kéo lưỡi dao chính trước, lò xo được kéo căng ra và tới một mức
nào đó sẽ bật nhanh kéo lưỡi dao phụ ra khỏi ngàm một cách nhanh chóng. Do đó, hồ
quang được kéo dài nhanh và hồ quang bị dập tắt trong thời gian ngắn.
7


2.1.4. Phân loại

- Theo kết cấu người ta chia cầu dao làm các loại: 1 cực, 2 cực, 3 cực và 4 cực.
Người ta cũng chia cầu dao ra loại có tay nắm ở giữa hay tay nắm ở bên. Ngoài ra có
cầu dao một ngả và cầu dao hai ngả.
- Theo điện áp định mức: 250V và 500 V
- Theo dòng điện định mức: 15, 25, 30, 40, 60, 75, 100, 200, 350, 600, 1000 A.
- Theo vật liệu cách điện có các loại đế sứ, đế nhựa, đế đá.
- Theo điều kiện bảo vệ có loại không có hộp, loại có hộp che chắn (nắp nhựa,
nắp gang, nắp sắt…).
- Theo yêu cầu sử dụng, người ta chế tạo cầu dao có cầu chì bảo vệ và loại,
không có cầu chì bảo vệ.
Ký hiệu cầu dao không có cầu chì bảo vệ.

Hình 2 - 3. Ký hiệu cầu dao không có cầu chì bảo vệ
Ký hiệu cầu dao có cầu chì bảo vệ

Hình 2 - 4. Ký hiệu cầu dao có cầu chì bảo vệ
2.1.5. Các thông số định mức của cầu dao
Chọn cầu dao theo dòng điện định mức và điện áp định mức
Iđm = Itt (dòng điện tính toán của mạch điện)
Uđm = Unguồn (điện áp nguồn của lưới điện sử dụng)
Ngoài ra người ta còn chọn số cực (số lưỡi dao chính)
2.2. Công tắc
2.2.1. Khái niệm
2.2.1.1. Công dụng
Công tắc là KCĐ dùng để đóng ngắt mạch điện có công suất nhỏ và có dòng
điện định mức nhỏ hơn 6A. Công tắc thường có hộp bảo vệ để tránh có sự phóng điện
khi đóng mở. Điện áp của công tắc nhỏ hơn hay bằng 500V.
Công tắc hộp làm việc chắc chắn hơn cầu dao, dập tắt hồ quang nhanh hơn vì
thao tác ngắt nhanh và dứt khoát hơn cầu dao.

8


a)

b)

c)

Hình 2 - 5. Hình ảnh một số loại công tắc
a. Công tắc hai cực
b. Công tắc hành trình
c. Công tác hạt

Ký hiệu một số công tắc thường gặp:

Hình 2 - 6. Ký hiệu của một số loại công tắc thông dụng

2.2.1.2 Phân loại
Theo công dụng làm việc có các loại công tắc sau:
- Công tắc đóng ngắt trực tiếp.
- Công tắc chuyển mạch (công tắc xoay, công tắc đảo, công tắc vạn năng), dùng
để đóng ngắt, chuyển đổi mạch điện , đổi nối sao tam giác cho động cơ.
- Công tắc hành trình là loại công tắc được áp dụng trong các máy cắt gọt kim
loại để điều khiển tự động quá trình làm việc của mạch điện.
2.2.2. Công tắc đổi nối kiểu hộp
2.2.2.1. Khái niệm, công dụng
Công tắc đổi nối kiều hộp (công tắc hộp) là loại KCĐ đóng ngắt dòng điện bằng
tay kiểu hộp, dùng để đóng, ngắt, đổi nối không thường xuyên mạch điện có dòng điện
đến 400A, điện áp 220V một chiều và 380V xoay chiều).

Công tắc đổi nối kiểu hộp thường dùng làm cầu dao tổng cho các máy công cụ,
dùng làm đầu nối, khống chế trong các mạch điện tự động. Nó cũng được dùng để mở
máy, đảo chiều quay hoặc đổi nối dây quấn stato động cơ từ sao sang tam giác.
2.2.2.2. Cấu tạo và nguyên lý làm việc như hình 2-7.

9


Khi xoay núm, nhờ hệ thống lò xo xoắn lại sẽ làm xoay trục, chém vào các tiếp
điểm tĩnh. Lực ép tiếp điểm ở đây nhờ lực đàn hồi của má tiếp điểm động. Mỗi pha
được ngăn cách với nhau bởi tấm cách điện 6 . Các tấm cách điện 3 được làm bằng vật
liệu cách điện, mục đích làm cho các tiếp điểm chuyển động dễ dàng.

1 – Các tiếp điểm tĩnh
2 – Các tiếp điểm động
3 – Các tấm cách điện
4 - Núm
5 – Lò xo
6 – Cách điện pha
7 – Trục

Hình 2 - 7. Nguyên lý cấu tạo công tắc đổi nối kiểu hộp
2.2.2.3. Đặc điểm
- Ưu điểm: Tốc độ đóng ngắt nhanh, kích thước nhỏ gọn. Hồ quang cháy trong
môi trường kín.
- Nhược điểm: Hệ thống tiếp điểm và cơ cấu truyền động chóng bị mòn, tuổi
thọ đến 2.104 đóng cắt.
2.2.3. Công tắc hành trình

1

2

12
11

3
4 1 – Con lăn

10
9

5
8

7

6

2 – Đòn
3 – Lò xo
4, 11 – Then khoá
5, 8 – Tiếp điểm tĩnh
6, 7 – Tiếp điểm động
9 – Đĩa quay
10 – Con lăn
12 – Lò xo

Hình 2 - 8. Nguyên lý cấu tạo công tắc hành trình
10

2.2.3.1. Công dụng, phân loại
Công tắc hành trình dùng để đóng, ngắt, chuyển đổi mạch điện điều khiển trong
truyền động điện tự động theo tín hiệu “hành trình” ở các cơ cấu chuyển động cơ khí
nhằm tự động điều khiển hành trình làm việc hay tự động ngắt mạch điện ở cuối hành
trình để đảm bảo an toàn.
Tùy theo cấu tạo công tắc hành trình có thể chia thành: kiểu ấn, kiểu trụ,
kiểu quay...
2.2.3.2. Cấu tạo, nguyên lý làm việc công tắc hành trình kiểu đòn
Khi cần có động tác chuyển đổi chắc chắn trong điều kiện hành trình dài, người
ta dùng công tắc hành trình kiểu đòn. Công tắc này có thể đóng ngắt dòng điện một
chiều 6A, điện áp 220V.
Trên hình 2- 8 biểu diễn vị trí đóng của các tiếp điểm 7,8. Then khóa 6 có tác
dụng định vị giữ chặt tiếp điểm ở vị trí đóng. Khi máy công tác tác động lên con lăn 1,
đòn 2 sẽ quay ngược chiều kim đồng hồ, con lăn 12 nhờ lò xo 14 sẽ làm cho đĩa 11
quay đi, cặp tiếp điểm 7,8 mở ra, cặp tiếp điểm 9,10 đóng lại.
Lò xo 5 sẽ kéo đòn 2 về vị trí ban đầu khi không có lực tác dụng lên 1 nữa.
2.3. Nút ấn
2.3.1. Khái quát và công dụng
Nút ấn còn gọi là nút điều khiển là một loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt từ xa
các thiết bị điện từ khác nhau; các dụng cụ báo hiệu và cũng để chuyển đổi các mạch
điện điều khiển, tín hiệu liên động bảo vệ …Ở mạch điện một chiều điện áp đến 440V
và mạch điện xoay chiều điện áp 500V, tần số 50HZ; 60HZ, nút ấn thông dụng để khởi
động, đảo chiều quay động cơ điện bằng cách đóng
và ngắt các cuôn dây của nối với động cơ.
Nút ấn thường được đặt trên bảng điều khiển, ở
tủ điện, trên hộp nút nhấn. Nút ấn thường được
nghiên cứu, chếâ tạo làm việc trong môi trường
không ẩm ướt, không có hơi hóa chất và bụi bẩn.
Nút ấn có thể bền tới 1.000.000 lần đóng không

tải và 200.000 lần đóng ngắt có tải. Khi thao tác nhấn
nút cần phải dứt khoát để mở hoặc đóng mạch điện.
2.3.2. Cấu tạo và phân loại
- Cấu tạo:
Nút ấn gồm hệ thống lò xo, hệ thống các tiếp điểm thường hở – thường đóng và
vỏ bảo vệ. Khi tác động vào nút ấn, các tiếp điểm chuyển trạng thái; khi không còn tác
động, các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu.
- Phân loại
Nút ấn được phân loại theo các yếu tố sau:
- Phân loại theo chức năng trạng thái hoạt động của nút ấn, có các loại:
+ Nút ấn đơn: Mỗi nút nhấn chỉ có một trạng thái (ON hoặc OFF)
+ Nút ấn kép : Mỗi nút ấn có hai trạng thái ON hoặc OFF
ON
OFF
Tiếp điểm
thường đóng

Tiếp điểm
thường hở

Hình 2 - 10. Ký hiệu nút ấn đơn

Tiếp điểm thường hở liên kết
với tiếp điểm thường đóng.

Hình 2 - 11. Ký hiệu nút ấn kép
11


Trong thực tế, để dễ dàng sử dụng và lắp ráp trong quá trình sửa chữa thường

người ta dùng nút ấn kép, ta có thể dùng nó như là nút ấn On hay OFF.
Phân loại theo hình dạng bên ngoài, người ta chia nút ấn ra thành 4 loại : Loại hở ; loại
bảo vệ ; loại bảo vệ chống nước và chống bụi ; Loại bảo vệ khỏi nổ.
Theo yêu cầu điều khiển người ta chia nút ấn ra ba loại : một nút ; hai nút ; ba nút.
Theo kết cấu bên trong : Nút ấn có đèn báo ; Nút ấn không có đèn báo.
Câu hỏi ôn tập chương 2.
Câu 1: Hãy trình bày công dụng, cách phân loại cầu dao và nêu nguyên lý làm việc của
cầu dao có lưỡi dao phụ.
Câu 2: Hãy trình bày công dụng, cách phân loại công tắc.
Câu 3: Hãy trình bày công dụng, cách phân loại nút ấn.

12


Chương 3
KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ
Ở chương này sinh viên được trang bị kiến thức về chức năng, cách phân loại,
cấu tạo và nguyên lý làm việc của một số KCĐ điều khiển và bảo vệ như cầu chì, áp tô
mát, công tắc tơ, khởi động từ. Đồng thời hình thành khả năng tư duy của SV khi phân
tích nguyên lý cấu tạo cũng như nguyên lý làm việc của KCĐ.
3.1. Cầu chì
3.1.1. Khái niệm chung

a. Cầu chì ống sứ
b. Cầu chì hộp ba pha
c. Cầu chì 10A – 220V
Hình 3 - 1. Hình ảnh một số loại cầu chì
3.1.1.1. Chức năng:
Cầu chì là một thiết bị bảo vệ trong đó việc chảy của một hay nhiều dây chảy
làm hở mạch và ngắt dòng điện nếu dòng điện vượt quá giá trị đặt trong khoảng thời

gian đã cho. Các cầu chì được phân lọai theo hình thức sử dụng và cấu tạo.
3.1.1.2. Phân lọai cầu chì
- Phân loại theo hình thức sử dụng:
- Cầu chì bảo vệ quá tải (theo tiêu chuẩn IEC, cầu chì bảo vệ quá tải được kí
hiệu bằng chữ g đầu): chỉ cầu chì thông dụng có thể dẫn dòng điện từ tối thiếu đến giá
trị định mức và có thể cắt dòng điện từ giá trị cắt tối thiểu và tới khả năng cắt định
mức của chúng.
- Cầu chì dự phòng (theo tiêu chuẩn IEC cầu chì dự phòng được ký hiệu bằng
chữ a đầu): chúng có thể dẫn dòng tới dòng điện định mức và chỉ có thể cắt khi dòng
điện quá tải nặng nề hoặc ngắn mạch
- Ngoài ra các cầu chì còn được phân loại theo thiết bị được nó bảo vệ:
+ bảo vệ cho cáp và đường dây- L
+ bảo vệ động cơ, máy cắt- M
+ bảo vệ linh kiện bán dẫn- R
+ bảo vệ máy biến áp- Tr
Ví dụ:- Cầu chì gL là cầu chì bảo vệ quá tải cho đường dây
- Cầu chì aM là cầu chì dự phòng bảo vệ ngắn mạch cho động cơ hoặc máy biến
áp.
- Phân loại theo cấu tạo có cầu chì loại hở; cầu chì loại vặn; loại hộp; loại kín trong
ống
3.1.2. Nguyên lý làm việc
Khi làm việc dây chảy của cầu chì được mắc nối tiếp với thiết bị cần được bảo
vệ. Tổn thất công suất trên điện trở của cầu chì theo hiệu ứng jun là w = i2Rt , khi có
quá tải hay ngắn mạch, nhiệt lượng sinh ra tại dây chảy đủ làm tăng nhiệt độ của dây

13


chảy lên đến nhiệt độ nóng chảy của kim loại làm dây chảy, dây chảy đứt loại sự cố
khỏi lưới điện.

t
3
2

1
A

B
I

Iđm Igh
Hình 3 - 2. Đường đặc tính Ampe – giây

1- Đường đặc tính Ampe giây của cầu chì không bảo
vệ được phụ tải.
2- Đường đặc tính Ampe giây của phụ tải
3- Đường đặc tính Ampe giây của cầu chì không bảo
vệ được phụ tải.

`
Như vậy đặc tính quan trọng của cầu chì là thời gian tác động phụ thuộc vào giá
trị dòng điện qua dây chảy.
Quan hệ giữa dòng điện tác động và thời gian tác động được biểu diễn bằng đặc
tính amper-giây như hình 3 - 2. Đường cong 1 là đặc tính amper-giây của cầu chì,
đường cong 2 là đặc tính amper-giây của đối tượng (phụ tải).
Trong vùng dòng điện quá tải thấp (vùng A), sự phát nóng của cầu chì diễn ra
chậm và phần lớn nhiệt lượng đều tỏa ra môi trường bên ngoài đối tượng không được
bảo vệ. Trong vùng quá tải lớn, cầu chì bảo vệ được đối tượng. Giá trị dòng điện giới
hạn mà cầu chì có thể chảy gọi là dòng điện giới hạn Igh.
Để bảo vệ được đối tượng thì đặc tính amper-giây của cầu chì phải thấp hơn của

đối tượng đường (3).
3.1.3. Kết cấu cầu chì
Cầu chì thường được cấu tạo bởi hai phần cơ bản là hộp hay đế cầu chì và ống
dây chảy.
Ống dây chảy thường có cấu tạo vỏ ngoài làm bằng nhựa bakelik hoặc sứ cách
điện. Trong vỏ là dây chảy là thành phần chính của cầu chì. Dây chảy thường được
làm bằng các kim lọai có nhiệt độ nóng chảy thấp nhưng có nhiệt độ hóa hơi tương đối
cao. Trên dây chảy nguời ta dập lỗ hoặc rãnh để tạo tiết diện không đồng nhất.
3.2. Áp tô mát
3.2.1. Khái quát và yêu cầu kỹ thuật
3.2.1.1. Khái quát
Áptômát (CB) hay còn gọi là máy cắt là KCĐ tự động cắt mạch điện khi có sự
cố: quá tải, ngắn mạch, điện áp suất, công suất ngược… Trong mạch điện hạ áp có
điện áp đinh mức đến 660V xoay chiều, có dòng điện định tới 6KA.
Đôi khi CB cũng được dùng để đóng, cắt không thường xuyên các mạch điện ở
chế độ bình thường.
14


Theo kết cấu, người ta chia áp tô mát ra làm ba loại: một cực, hai cực và ba cực.
Theo thời gian thao tác, người ta chia áp tô mát ra thành 2 loại: tác động không
tức thời và tác động tức thời (nhanh).
Theo công dụng bảo vệ, người ta chia áp tô mát thành các loại: áp tô mát dòng
cực đại, áp tô mát điện áp thấp, áp tô mát chống giật, áp tô mát đa năng…
3.2.1.2. Yêu cầu kỹ thuật
- Chế độ làm việc ở định mức của CB phải là chế độ làm việc dài hạn, nghĩa là
trị số dòng điện định mức chạy qua CB lâu bao nhiêu cũng được. Mặt khác, mạch
dòng điện của CB phải chịu được dòng điện lớn (khi ngắn mạch) lúc các tiếp điểm của
nó đã đóng hay đang đóng.
- CB phải ngắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn, có thể đến vài chục kA.

Sau khi ngắt dòng điện ngắn mạch, CB phải đảm bảo vẫn làm việc tốt ở trị số dòng
điện định mức.
- Để nâng cao tính ổn định nhiệt và điện động của các thiết bị điện, hạn chế sự
phá hoại do dòng điện ngắn mạch gây ra, CB phải có thời gian cắt bé. Muốn vậy
thường phải kết hợp lực thao tác cơ học với thiết bị dập hồ quang bên trong CB.
- Để thực hiện yêu cầu thao tác bảo vệ có chọn lọc, CB cần phải có khả năng
điều chỉnh trị số dòng điện tác động và thời gian tác động.

a. Áp tô mát dùng trong chiếu sáng

b. Áp tô mát dùng trong công nghiệp
Hình 3 - 3. Hình ảnh một số áp tô mát thông dụng
3.2.1.3. Ký hiệu áp tô mát
CB

Áp tô mát ba pha

CB

Áp tô mát một pha

Hình 3 – 13: Ký hiệu Áp tô mát
15


3.2.2. Cấu tạo chung
3.2.2.1. Tiếp điểm
CB thường được chế tạo có hai cấp tiếp điểm (tiếp điểm chính và hồ quang),
hoặc ba cấp tiếp điểm (chính, phụ, hồ quanq).
Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ, sau

cùng là tiếp điềm chính.
Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính mở trước, sau đến tiếp điểm phụ,
cuối cùng là tiếp điểm hồ quang. Như vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang,
do đó bảo vệ được tiếp điểm chính để dẫn điện. Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ
quang cháy lan vào làm hư hại tiếp điểm chính.
Trên hình 3 - 4 trình bày hệ thống tiếp điểm trong một kiểu CB. Trong đó 2,3 là
tiếp điểm làm việc, 4 là tiếp điểm trung gian, 5 là tiếp điểm hồ quang.
3.2.2.2. Hộp dập hồ quang
Hệ thống dập hồ quang có nhiệm vụ nhanh chóng dập hồ quang khi ngắt, không
cho nó cháy lặp lại. Đối với CB điện xoay chiều, buồng dập hồ quang thường có cấu
tạo kiểu dàn dập 6 trên hình 3 – 4. Đối với CB điện một chiều, thường kết hợp nhiều
kiểu buồng dập hồ quang có khe hẹp hoặc khe rộng. Kết hợp với cuộn dây tạo từ
trường thổi hồ quang.
1

1
2

2
6

3

5
3
5

4

Hình 3 – 5: Cấu tạo cơ cấu điều

khiển bằng nam châm điện

Hình 3 – 4: Cấu tạo Áp tô mát xoay chiều
1 – Hệ thống dập hồ quang; 2 – Các tiếp điểm dập hồ quang;
3, 5 – Các tiếp điểm làm việc; 4 – Tiếp điểm trung gian

1 – Giá đỡ; 2,6 – Tay đòn; 3 – Các tấm cách
điện; 4 – Nam châm điện; 5 – Phần ứng;
O, O1, O2: Các điểm nối

3.2.2.3. Cơ cấu truyền động cắt CB
Cơ cấu truyền động đóng cắt của CB gồm truyền động đóng cắt và khâu truyền
động trung gian.
- Truyền động cắt CB thường có hai cách : bằng tay và bằng cơ điện (điện từ,
động cơ điện).
Điều khiển bằng tay được thực hiện với các CB có dòng điện định mức không
lớn hơn 600A. Điều khiển bằng điện từ (nam châm điện) được ứng dụng ở các CB có
dòng điện lớn hơn (đến 1000A).
Để tăng lực điều khiển bằng tay người ta dùng một tay dài phụ theo nguyên lý
đòn bẩy. Ngoài ra còn có cách điều khiển bằng động cơ điện hoặc khí nén.
- Khâu truyền động trung gian dùng phổ biến nhất trong áp tô mát là cơ cấu tự
do trượt khớp. Hình 3 -5 trình bày một khâu truyền động trung gian của CB có cơ cấu
điều khiển bằng nam châm điện.
16


Khi bình thường (khơng có sự cố), các tay đòn 2,6 được nối cứng vì tâm O nằm
thấp dưới đường nối hai điểm O1 , O2. Giá đỡ 1làm cho hai đòn này khơng tự gập lại
được. Ta nói điểm O ở vị trí chết.
Khi có sự cố, phần ứng 5 của nam châm điện 4 bị hút dập vào hệ thống tay đòn

làm cho điểm O thốt khỏi vị trí chết. Điểm O cao hơn đường nối hai điểm O 1 , O2.
Lúc này hai tay đòn khơng được nối cứng nữa, các tiếp điểm sẽ nhanh chóng mở
rad]ới tác dụng của lò xo kéo tiếp điểm.
Muốn đóng lại CB, ta phải kéo tay cầm 3 xuống phía dưới để cho hai tay đòn
duỗi thẳng ra, sau đó mới đóng vào được.
3.2.2.4. Móc bảo vệ
CB tự động cắt nhờ các phần tử bảo vệ – gọi là móc bảo vệ, sẽ tác động khi
mạch điện có sự cố q dòng điện (q tải hay ngắn mạch) và sụt áp.
+ Móc bảo vệ q dòng điện (còn gọi là bảo vệ dòng điện cực đại) để bảo vệ
thiết bị điện khơng bị q tải và ngan mạch, đường thời gian – dòng điện của móc bảo
vệ phải nằm dưới đường đặc tính của đối tượng cần bảo vệ. Người ta thường dùng hệ
thống điện từ và rơle nhiệt làm móc bảo vệ, đặt bên trong CB.
Móc kiểu điện từ có cuộn dây mắc nối tiếp với mạch chính, cuộn dây này được
quấn tiết diện lớn chịu dòng tải và ít vòng.
Khi dòng điện vượt q trị số cho phép thì phần ứng bị hút và móc sẽ dập vào
khớp rơi tự do, làm tiếp điểm của CB mở ra. Điều chỉnh vít để thay đổi lực kháng của
lò xo, ta có thể điều chỉnh được trị số dòng điện tác động.
Để giữ thời gian trong bảo vệ q tải kiểu điện từ, người ta thêm một cơ cấugiữ
thời gian (ví dụ bánh xe răng như trong cơ cấu đồng hồ).
Móc kiểu rơle nhiệt đơn giản hơn cả, có kết cấu tương tự như rơle nhiệt có phần
tử phát nóng đấu nối tiếp với mạch điện chính, tấm kim loại kép dãn nở làm nhả khớp
rơi tự do để mở tiếp điểm của CB khi có q tải. Kiểu này có thiếu sót là qn tính
nhiệt lớn nên khơng ngắt nhanh được dòng điện tăng vọt khi có ngắn mạch, do đó chỉ
bảo vệ được dòng điện q tải.
Vì vậy người ta thường sử dụng tổng hợp cả móc kiểu điện từ và móc kiểu rơle
nhiệt trong một CB. Lọai này được dùng ở CB có dòng điện định mức đến 600A.
+ Móc bảo vệ sụt áp (còn gọi là bảo vệ điệân áp thấp) cũng thường dùng kiểu
điện từ. Cuộn dây mắc song song với mạch điện chính, cuộn dây này được quấn ít
vòng với dây tiết diện nhỏ chịu điện áp nguồn .
3.2.3. Ngun lý làm việc

3.2.3.1. Áp tơ mát dòng cực đại
Sơ đồ ngun lý như hình 3- 6.
Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện, CB được giữ ở trạng thái đóng
tiếp điểm nhờ liên kết giữa tay đòn 2 và 3 cùng một cụm với tiếp điểm động.
Bật CB ở trạng thái ON, với dòng điện đònh mức nam châm điện 5 và phần
ứng 4 không hút.
Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, lực hút điện từ ở nam châm điện 5
lớn hơn lực lò xo 6 làm cho nam châm điện 5 sẽ hút phần ứng 4 xuống làm bật nhả
móc liên kết giữa tay đòn 2 và 3 được mở ra, thả tự do, lò xo 1 được thả lỏng, kết
quả các tiếp điểm của CB được mở ra, mạch điện bò ngắt.
Nguồn

17
Cuộn dây


3.2.3.2. Áp tơ mát điện áp thấp
Sơ đồ ngun lý như trên hình 3 - 7.

1

Nguồn

3
2

4

5
6

Cuộn dây
bảo vệ sụt
áp

Tải

Hình 3 – 7: Ngun lý cấu tạo áp tơ mát điện áp thấp
1, 4 – Lò xo hồi vị; 2,3 – Tay đòn; 5 – Phần ứng; 6 – Nam châm điện;

Bật CB ở trạng thái ON, với điện áp đònh mức nam châm điện 6 và phần ứng
5 hút lại với nhau. Khi sụt áp quá mức, nam châm điện 6 sẽ nhả phần ứng 5, lò xo 4
kéo tay đòn 3 bật lên, tay đòn 2 thả tự do, thả lỏng, lò xo 1 được thả lỏng, kết quả
các tiếp điểm của CB được mở ra, mạch điện bò ngắt.
3.3. Cơng tắc tơ
3.3.1. Khái niệm chung
3.3.1.1.Cơng dụng
Cơng tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng, ngắt thường xun các mạch điện
động lực, từ xa, bằng tay (qua hệ thống nút bấm) hoặc tự động. Việc đóng cắt cơng tắc
tơ có tiếp điểm có thể được thực hiện bằng nam châm điện, thủy lực hay khí nén.
Thơng thường ta gặp loại đóng cắt bằng nam châm điện.
Những năm gần đây người ta đã chế tạo loại cơng tắc tơ khơng tiếp điểm, việc
đóng ngắt cơng tắc tơ loại này được thực hiện bằng cách cho các xung điện để khóa
hoặc mở các van bán dẫn (thyristor, triac). Cơng tắc tơ có tần số đóng cắt lớn, có thể
tới 1800 lần trong một giờ.
3.3.1.2. Phân loại
Theo ngun lý truyền động người ta phân ra các loại cơng tắc tơ đóng ngắt
bằng điện từ, bằng thủy lực, bằng khí nén và loại cơng tắc tơ khơng tiếp điểm.
Theo dạng dòng điện đóng cắt có loại cơng tắc tơ một chiều và cơng tăc tơ xoay
chiều.

18


3.3.1.3. Các tham số chủ yếu của công tắc tơ:
- Điện áp định mức Uđm là điện áp của mạch điện tương ứng mà tiếp điểm chính
của công tắc tơ phải đóng ngắt. Điện áp định mức có các cấp: 110V, 220V, 440V một
chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều.
- Dòng điện định mức Iđm là dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính của
công tắc tơ trong chế độ làm việc dài hạn (nghĩa là khi tiếp điểm của công tắc tơ ở
trạng thái đóng lâu hơn 8 giờ thì dòng điện định mức của công tắc tơ lấy thấp hơn
khoảng 20%). Dòng điện định mức của công tắc tơ hạ áp thông dụng có các cấp: 10;
20; 25; 40; 60; 75; 100; 150; 250; 300; 600; 800 A.
- Điện áp cuộn dây Ucd đm là điện áp định mức đặt vào cuộn dây. Khi tính toán,
thiết kế công tắc tơ thường phải đảm bảo lúc điện áp bằng 85% Ucd đm thì phải đủ sức
hút và lúc điện áp bằng 110% Ucd đm thì cuộn dây không nóng quá trị số cho phép.
Ngoài ra, công tắc tơ còn có các tham số như số cực, số cặp tiếp điểm phụ, khả
năng đóng, khả năng ngắt, tuổi thọ, tần số thao tác, tính ổn định nhiệt, tính ổn định
điện động.
3.3.2. Công tắc tơ kiểu điện từ
3.3.2.1. Cấu tạo và ký hiệu
4

5

3
2
6
7

1
8
K

e
~

~

1 – Lõi thép tĩnh;
2 – Lõi thép động;
3 – Các tiếp điểm
chính;
4 - Các tiếp điểm phụ;
5 – Cần tiếp điểm;
6 – Lò xo hồi vị;
7 – Vòng ngắn mạch;
8 – Cuộn hút

Hình 3 – 9: Nguyên lý cấu tạo CTT kiểu điện từ

Công tắc tơ (CTT) xoay chiều kiểu điện từ có nguyên lý cấu tạo như hình 3- 9,
gồm các bộ phận chính như sau:
- Lõi thép tĩnh (1): được cấu tạo bởi các lá thép kỹ thuật điện (có hình chữ E)
ghép lại với nhau và được gắn cố định với thân (vỏ) của CTT.
- Lõi thép động (2): có cấu tạo tương tự như lõi thép tĩnh và nằm ở phần nắp
của CTT.
- Các cặp tiếp điểm chính (3): là các cặp tiếp điểm thường mở, có nhiệm vụ cho
dòng điện của phụ tải chạy qua (thường là dòng điện có trị số lớn).

19


- Các cặp tiếp điểm phụ (4): có hai loại là thường mở và thường đóng, có nhiệm
vụ cho dòng điện của mạch điều khiển chạy qua (thường là dòng điện có trị số nhỏ).
- Cánh tay đòn (5): được gắn với lõi thép động trên đó có gắn hệ thống các tiếp
điểm động.
- Lò so hồi vị (6): có nhiệm vụ đưa lõi thép về vị trí ban đầu khi cuộn dây điện
từ (cuộn hút) mất điện.
- Vòng ngắn mạch bằng đồng (7): được gắn trên lõi thép tĩnh (hoặc động) có tác
dụng chống rung khi CTT làm việc với điện áp xoay chiều.
- Cuộn dây điện từ (cuộn hút) (8): làm việc với điện áp xoay chiều có nhiệm vụ
tạo ra lực điện từ khi có dòng điện chạy qua.
K
3.3.2.2. Ký hiệu:

a. Cuộn dây điện từ

K

Hoặc

b.Tiếp điểm thường mở

Hoặc

c.Tiếp điểm thường đóng

Hoặc

Hình 3 – 10: Ký hiệu một số bộ phận chính của CTT

3.3.2.3. Nguyên lý làm việc
Khi cuộn hút của công tắc tơ chưa được cấp điện, lò so hồi vị (6) đẩy lõi thép
động (2) cách xa khỏi lõi thép tĩnh (1). Các cặp tiếp điểm chính (3) ở trạng thái mở,
cặp tiếp điểm thường mở của tiếp điểm phụ (4) ở trạng thái mở còn cặp tiếp điểm
thường đóng của tiếp điểm phụ (4) ở trạng thái đóng.
Khi đặt vào hai đầu cuộn hút một điện áp xoay chiều có trị số định mức. Dòng
điện xoay chiều trong cuộn hút sẽ sinh ra một từ thông móc vòng qua cả hai lõi thép và
khép 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 trái dấu
của nam châm điện N-S (cực nào có chiều từ thông đi vào là cực Nam còn cực nào có
chiều từ thông đi ra là cực Bắc).
Kết quả là lõi thép động sẽ bị hút về phĩa lõi thép tĩnh và kéo theo tay đòn (5),
làm cho các tiếp điểm chính (3) và tiếp điểm phụ (4) đang ở trạng thái mở sẽ đóng lại,
tiếp phụ (4) còn lại đang ở trạng thái đóng sẽ mở ra.
Khi cắt điện vào cuộn hút, lò xo hồi vị (6) sẽ đẩy lõi thép động (2) về vị trí ban đầu.
3.4. Khởi động từ
3.4.1. Khái niệm chung
Khởi động từ (KĐT) là một loại khí cụ điện dùng để điều khiển từ xa việc
đóng–ngắt, đảo chiều và bảo vệ quá tải (nếu có lắp thêm rơle nhiệt) các động cơ không
đồng bộ ba pha rôto lồng sóc.
Khởi động từ có một CTT gọi là khởi động từ đơn thường để đóng- ngắt động
cơ điện. Khởi động từ có hai contactor gọi là khởi động từ kép dùng để thay đổi chiều
quay của động cơ gọi là khởi động từ đảo chiều. Muốn bảo vệ ngắn mạch phải lắp
thêm cầu chì.
Khởi động từ được cấu tạo từ hai khí cụ điện: công tắc tơ xoay chiều và rơle
nhiệt nên kết cấu khởi động từ rất đa dạng và phong phú.
Khởi động từ thường được phân chia theo:

20


- Điện áp định mức của cuộn dây hút: 36V, 127V, 220V, 380V, 500V.
- Kết cấu bảo vệ chống các tác động bởi môi trường xung quanh: hở, bảo vệ,
chống bụi, nước, nổ…
- Khả năng làm biến đổi chiều quay động cơ điện: không đảo chiều quay và đảo
chiều quay.
- Số lượng và loại tiếp điểm: thường mở, thường đóng.

Hình 3 – 11: Hình ảnh một số bộ khởi động từ đơn giản

3.4.2. Các yêu cầu kỹ thuật
Động cơ điện không đồng bộ ba pha có thể làm việc liên tục được hay không
tuỳ thuộc vào mức độ tin cậy của khởi động từ. Do đó khởi động từ cần phải thỏa mãn
các yêu cầu kỹ thuật sau:
- Tiếp điểm có độ bền chịu mài mòn cao.
- Khả năng đóng – cắt cao.
- Thao tác đóng – cắt dứt khoát.
- Tiêu thụ công suất ít nhất.
- Bảo vệ động cơ không bị quá tải lâu dài (có rơle nhiệt).
- Thỏa điều kiện khởi động (dòng điện khởi động từ 5 đến 7 lần dòng điện định
mức).
3.4.3. Sơ đồ nguyên lý dùng khởi động từ
3.4.3.1. Khởi động từ đơn điều khiển tại một vị trí như hình 3 -12.
Đóng áp tô mát CB cấp điện cho mạch điều khiển.
Để mở máy động cơ M nhấn nút khởi động M trên mạch điều khiển, cuộn dây
công tắc tơ (CTT) K có điện hút lõi thép di động và mạch từ khép kín lại; làm đóng
các tiếp điểm chính ở mạch động lực để khởi động động cơ và đóng tiếp đểm phụ
thường mở ở mạch điều khiển để duy trì mạch điều khiển khi buông tay khỏi nút nhấn

khởi động.
Khi nhấn nút dừng D, khởi động từ bị ngắt điện, dưới tác dụng của lực lò xo
nén làm phần lõi từ di động trở về vị trí ban đầu; các tiếp điểm trở về trạng thái thường
mở. Động cơ dừng hoạt động.
Khi có sự cố quá tải động cơ, rơle nhiệt RN sẽ thao tác làm ngắt mạch điện
cuộn dây, do đó cũng ngắt khởi động từ và dừng động cơ điện.

21