Thiết kế mạch sử dụng rơ le bảo vệ thấp điện áp

BÁO CÁO BÀI TẬP LỚN
[Môn Điện tử tương t]

Đề
tài:
Thiết kế mạch
sử dụng rơ le
bảo vệ thấp
điện áp


Lời mở đầu
Mục lục
I. Giới thiệu đề tài................................................................2
II. Những vấn đề chung.......................................................3
1.Cấu tạo của rơ le............................................................3
2.Nguyên lý hoạt động của rơ le.......................................3
3.Tại
sao
phải
sử
dụng
le……………………………………………………………………4

rơ

4.Các
yêu
cầu
cơ
bản

le………………………………………………………….4

rơ

đối

với

5.Phân
loại
rơ
le…………………………………………………………………………………….
.5
III.Ý tưởng thiết kế mạch.....................................................7
IV. Thiết kế và mô phỏng mạch trên phần mềm Proteus....8
1. Chọn nguồn và cài đặt MBA..........................................8
2.Lựa chọn linh kiện và cài đặt thông số..........................8
3.Cách thức hoạt động mạch………………………………………………………………
4.Mô phỏng………………………………………………………………………………………
6. Kết luận.........................................................................13
7. Tài liệu tham khảo.........................................................13

1


Lời mở đầu
Điện năng là nguồn năng lượng rất quan trọng đối với cuộc sống con người.
Nó được sử dụng trong hầu hết các lĩnh vực của nền kinh tế quốc dân như: công
nghiệp, nông nghiệp, giao thông vận tải, sinh hoạt, dịch vụ ... Chính vì thế khi thiết
kế hay vận hành bất cứ một hệ thống điện nào cũng cần phải quan tâm đến khả

năng phát sinh hư hỏng và tình trạng làm việc bình thường của chúng. Hệ thống
điện là một mạng lưới phức tạp gồm rất nhiều phần tử cùng vận hành nên hiện
tượng sự cố xảy ra rất khó có thể biết trước. Vì vậy, để đảm bảo cho lưới điện vận
hành an toàn, ổn định thì không thể thiếu các thiết bị bảo vệ. Hệ thống bảo vệ
rơle có nhiệm vụ ngăn ngừa sự cố hạn chế tối đa các thiệt hại do sự cố gây nên và
duy trì khả năng làm việc liên tục của hệ thống. Nhưng rơ le có rất nhiều loại như:
rơ le nhiệt, rơ le từ, rơ le kỹ thuật số,… chúng đều được thế kế cho nhiệm vụ:
Giám sát thấp áp( Tụt áp), quá áp, ngắn mạch, mất cân bằng pha, mất pha,..

2


I.Giới thiệu đề tài:
Thiết kế mạch sử dụng Rơ le bảo vệ thấp áp ( Tụt áp ).

II.Những vấn đề chung:
1.Cấu tạo của rơ le:

Cấu trúc Rơle
Dạng phổ biến nhất của rơle cơ điện gồm một cuộn dây điện được cuốn trên
một lõi sắt từ. Bộ phận này có cả một phần tĩnh được gọi là Ách từ (Yoke)và một
phần động được gọi là Phần ứng (Armature).Phần ứng được liên kết cơ học với
một tiếp điểm động.
Khi cuộn dây được cấp điện, từ trường được tạo ra xung quanh cuộn và được lõi
tập trung lại Nam châm điện này hút phần ứng động để mở hoặc đóng trực tiếp
các tiếp điểm điện.
Khi rơle bị ngắt điện (TẮT) từ trường biến mất và phần ứng, được lò xo phản hồi
hỗ trợ, đưa tiếp điểm trở lại vị trí “bình thường” của nó.
2. Nguyên lý cơ bản của rơ le:
Các Rơ le bảo vệ cơ điện hoạt động bằng một trong hai nguyên lý hoặc là

dùng lực từ để hút, hoặc là cảm ứng từ. Không giống như các rơle điện cơ loại
chuyển mạch với các ngưỡng điện áp hoạt động và thời gian hoạt động cố định và
thường không rõ ràng, các rơ le bảo vệ thường có tuổi thọ dài, có thể điều chỉnh
và lựa chọn được các thông số thời gian/dòng điện (hoặc các tham số hoạt động
khác). Rơ le bảo vệ có thể sử dụng các mảng đĩa cảm ứng, nam châm có cực từ bị
3


xẻ rãnh, các cuộn dây hãm và tác động, các tác nhân loại cuộn dây điện từ, công
tắc rơ le điện thoại, và mạng dịch chuyển pha.
Khi vận hành, có 5 bước cơ bản xảy ra khi rơle cơ điện được cấp điện và bị ngắt
điện:
1. Điện được cung cấp cho cuộn dây tạo ra
từ trường.
2. Từ trường được chuyển thành lực cơ học bằng cách hút phần ứng.
3. Phần ứng động đóng/mở một hoặc nhiều tiếp điểm điện .
4. Các tiếp điểm cho phép chuyển mạch điện sang tải như động cơ, bóng đèn,
v.v
5. Sau khi điện áp cuộn bị loại bỏ, từ trường biến mất, các tiếp điểm tách ra và
trở về vị trí “bình thường” của chúng.
3. Tại sao cần phải sử dụng bảo vệ Rơle:
Trong quá trình vận hành hệ thống điện có thể xuất hiện các tình trạng sự
cố và chế độ làm việc bất thường của các phần tử. Các sự cố thường kèm theo
hiện tượng dòng điện tăng khá cao và điện áp giảm thấp. Các thiết bị có dòng điện
tăng cao chạy qua có thể bị đốt nóng quá mức cho phép và bị hư hỏng. Khi điện
áp giảm thấp, các phụ tải tiêu thụ không thể hoạt động bình thường, tính ổn định
của các máy phát làm việc song song và của toàn hệ thống bị giảm. Các chế độ làm
việc không bình thường làm cho điện áp, dòng điện và tần số lệch khỏi giới hạn
cho phép. Nếu để tình trạng này kéo dài, có thể sẽ xuất hiện các sự cố nghiêm
trọng.

Chỉ có thiết bị tự động bảo vệ mới có thể thực hiện tốt các yêu cầu trên,
thiết bị này gọi là bảo vệ rơle.
Bảo vệ rơle sẽ theo dõi liên tục tình trạng và chế độ làm việc của tất cả các
phần từ trong hệ thống điện. Khi xuất hiện sự cố bảo vệ rơle sẽ phát hiện và tác
động cắt bỏ phần tử hư hỏng nhờ máy cắt điện. Khi xuất hiện chế độ làm việc
không bình thường, bảo vệ rơle sẽ phát tín hiệu và tùy thuộc yêu cầu, có thể tác
4


động khôi phục chế độ làm việc bình thường hoặc báo tín hiệu cho nhân viên
trực.
4. Các yêu cầu cơ bản đối với bảo vệ rơle:
4.1 Tính chọn lọc:
Là khả năng bảo vệ có thể phát hiện và loại trừ đúng phần tử bị sự cố ra
khỏi hệ thống điện. Hệ thống điện càng phức tạp việc đảm bảo tính chọn
lọc càng khó khăn.
Theo nguyên lý làm việc, các bảo vệ được phân ra:
- Bảo vệ có độ chọn lọc tuyệt đối: là bảo vệ chỉ làm việc khi sự cố xảy ra
trong một phạm vi hoàn toàn xác định, không làm nhiệm vụ bảo
vệ dự phòng cho bảo vệ đặt ở phần tử lân cận.
- Bảo vệ có độ chọn lọc tương đối: ngoài nhiệm vụ bảo vệ chính cho đối
tượng được bảo vệcòn có thể thực hiện chức năng dự phòng cho bảo
vệ đặt ở phần tử lân cận.
4.2 Độ tin cậy:
Là tính năng đảm bảo cho thiết bị bảo vệ làm việc đúng, chắc chắn.
Tác động nhanh: Bảo vệ phát hiện và cách ly phần tử bị sự cố càng
nhanh càng tốt. Tuy nhiên khi kết hợp với yêu cầu chọn lọc để thỏa mãn yêu
cầu tác động nhanh cần phải sử dụng những loại bảo vệ phức tạp và đắt tiền.
Độ nhạy: Đặc trưng cho khả năng cảm nhận sự cố của rơle hoặc hệ
thống bảo vệ, nó được biểu diễn bằng hệ số độ nhạy, tức tỷ số giữa trị số của

đại luwongj vật lý đặt vào rơle khi có sự cố với ngưỡng tác động của nó.

5


Tính kinh tế: Đối với lưới trung và hạ áp, số lượng các phần tử được bảo
vệ lớn, yêu cầu bảo vệ không cao bằng lưới truyền tải cao áp nên cần cân nhắc
về kinh tế sao cho thiết bị bảo vệ có thể đảm bảo được các yêu cầu kỹ thuật
với chi phí nhỏ nhất.
5.Phân loại rơ le
Trên thực tế tùy theo từng cách thức mà ta có thể phân loại những chiếc rơ le này.
Có một số cách phân loại phổ biến như sau:
Nguyên lí làm việc theo nhóm:


Rơ le điện cơ, rơ le điện từ, rơ le điện từ phân cực, rơ le cảm ứng,…



Rơ le nhiệt



Rơ le từ



Rơ le điện từ bán dẫn, vi mạch



Rơ le số

Theo nguyên lí tác động:



Rơ le có tiếp điểm: Tác động lên mạch bằng cách đóng mở các tiếp điểm
Rơ le không tiếp điểm, rơ le tĩnh: Tác động qua việc thay đổi đột ngột các
tham số của cơ cấu chấp hành mắc trong mạch điều khiển như điện trở,
điện cảm, điện dung,…

Theo cách mắc cơ cấu:


Rơ le sơ cấp: Mắc trực tiếp vào mạch điện cần bảo vệ



Rơ le thứ cấp: Mắc vào mạch qua biến áp đo lường hay biến dòng điện

Theo đặc tính tham số: rơ le dòng điện, rơ le công suất, rơ le tổng trở,…
6


Theo giá trị, chiều các đại lượng đi vào rơ le: rơ le cực đại, cực tiểu, rơ le cực đại
– cực tiểu, rơ le so lệch, rơ le định hướng,…

III.Ý tưởng thiết kế mạch:
Đầu tiên nguồn xoay chiều được hạ áp xuống đến điện áp cần thiết sau đó được

chỉnh lưu và ổn định điện áp. Ta dùng hai con tranristor 1 con dùng để kết nối với
đèn led để cảnh báo và 1 con nối với rơ le để điều khiển hoạt động của rơ le.
Có một IC làm bộ so sánh điện áp đầu vào, nó sẽ so sánh điện áp giữa điện áp
tham chiếu của diode zener ZD1 và điện áp đầu vào từ chân 3 của IC, điện áp này
được chia cho điện trở và biến trở.
Trong mạch ta dùng 1 con biến trở VR1 nhằm mục đích điều chỉnh điện áp trong
mạch theo ý muốn. Khi điện áp trong mạch thấp dưới mức cài đặt mạch sẽ ngắt
thì khi đó mạch hở động cơ ngừng hoạt động.

7


IV- Thiết kế:
1.Nguồn:
Nguồn đầu vào 220VAC, 50Hz qua máy biến áp hạ xuống còn 12 VAC.
Cài đặt thông số máy biến áp:

-

Công thức tính điện áp đầu ra MBA:
Primary Inductance = (áp vào/áp ra)^2.

-

Ví dụ: Muốn cài điện áp đầu ra là 12 V thì ta sẽ nhập vào ô thông số là
336.11H.
Primary Inductance = (220/12)^2=336.11H

Sau đó ta sẽ chỉnh lưu dòng điện.
Sờ đồ nguyên lý như sau:

8


2. Lựa chọn linh kiện và cài đặt thông số:
Điện trở :
- R1, R3, R8_________1K
- R2 ______________ 1.2K
- R4_______________10K
- R5_______________47K
- R6, R7 ___________ 4.7K
- Biến trở VR________4.7K
Tụ
- C1_______________470uF
- C2_______________10uF
-C3_______________100uF
- C4_______________ 150pF

9


Diot
- D1-D5 ___ 1N4001__1A 50V Diode
- Zener _____ 3.6V / 0,5 W
TRanristor
Q1, Q2 _____ BC548 ___ 0.4A 40V NPN transistor
IC1---------OAMP________CA3130___
Relay______12V__1C
MBA____Trans 2P2S
Tải

Đèn led
3. Cách thức hoạt động mạch bảo vệ rơ le
Có một op-amp-IC1 làm bộ so sánh điện áp đầu vào, nó sẽ so sánh điện áp giữa
điện áp tham chiếu của diode zener ZD1- 3.6 volt và điện áp đầu vào từ chân 3
của IC1, điện áp này được chia cho điện trở R4 và VR1.
Đặt điện áp này thấp hơn một chút so với điện áp tham chiếu.
Vì vậy, điều này sẽ áp dụng một rơle kéo vào và kết nối dòng điện AC với động cơ
hoặc tải AC.
Chân 3 sẽ kết nối với tụ điện C3 để giảm điện áp dao động xuống mức trơn tru. Nó
có thể gây ra IC1, rơle-RY1 hoạt động với lỗi. Điều này sẽ không tốt cho mạch này.
Nối điện trở R5 qua chân 6 và chân 3 của IC1, để đặt mạch ở dạng kích hoạt
schmitt.
Đây là một tính năng đặc biệt, nó sẽ cắt tải ngay lập tức, khi nguồn điện xoay
chiều dưới điện áp thành giá trị cài đặt.
Chọn điện áp nguồn cung cấp là 15.8 V vì lý do IC không thể chịu được điện áp cao
hơn 16 volt. sau đó chảy qua mạch phân chia của R1 và R2 chỉ có nguồn cung cấp
IC1 8,7 volt.
Transitor Q2 sẽ điều khiển LED để cảnh báo khi dưới điện áp cho đến khi các thiết
bị điện không thể hoạt động.
10


Nhưng trong Q1 bình thường sẽ BẬT khiến điện áp trên Q2 thấp nên hầu hết dòng
điện sẽ chảy xuống đất. Do đó, hầu như không có điện áp để làm sai lệch Q2 Do
đèn LED bị tắt.
4. Mạch mô phỏng:

11

V- Kết luận:
Như vậy mạch tự động ngắt khi điện áp bị tụt do nhóm sinh viên thiết kế,
mô phỏng trên phần mềm Proteus đã có khả năng chạy được như yêu cầu ban
đầu đặt ra.
Tuy nhiên với thiết kế còn đơn giản cùng với tầm hiểu biết còn hạn hẹp,
mạch vẫn còn hạn chế và sai sót. Nhóm sinh viên rất mong được giảng viên hướng
dẫn góp ý thêm để thực hiện những đề tài sau này một cách hoàn thiện hơn.

12


VI- Tài liệu tham khảo:
-

/> /> /> />
-

13