bÀi giẢng khÍ cỤ ĐiỆn · contactor có thể điều khiển mạch điện từ xa có...

BÀI GIẢNG KHÍ CỤ ĐIỆN

CONTAC TOR , KHỞI ĐỘNG TỪ

BỘ CÔNG THƢƠNG

TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM

KHOA ĐIỆN

2

CÔNG TẮC TƠ:

Là khí cụ điện dùng đóng ngắt các tiếp điểm, tạo liên lạc

trong mạch điện bằng nút nhấn.

Contactor có thể điều khiển mạch điện từ xa có phụ tải với

điện áp đến 500V và dòng là 600A ( vị trí điều khiển, trạng

thái hoạt động của contactor rất xa vị trí các tiếp điểm đóng

ngắt mạch điện).

Khái Niệm

Phân loại

Phân loại contactor tùy theo các đặc điểm sau:

Theo nguyên lý truyền động: contactor kiểu điện từ

(truyền điện bằng lực hút điện từ), kiểu hơi ép, kiểu

thủy lực

Theo dạng dòng điện: contactor một chiều và contactor

xoay chiều (contactor 1 pha và 3 pha).

CÔNG TẮC TƠ:

Cấu tạo

Cấu tạo : cơ cấu điện từ (nam châm điện), hệ thống dập hồ

quang, hệ thống tiếp điểm (tiếp điểm chính và tiếp điểm phụ)

Nam châm điện:

Cuộn dây dùng tạo ra lực hút nam châm.

Lõi sắt ( mạch từ) gồm 2 phần: phần cố định, và phần nắp di

động

Lò xo phản lực có tác dụng đẩy phần nắp di động trở về vị trí

ban đầu khi ngừng cung cấp điện vào cuộn dây.

CẤU TẠO

CẤU TẠO

TIẾP ĐIỂM

CHÍNH

MẠCH TỪ CỐ

ĐỊNH

CUỘN DÂY

MẠCH

TỪ DI

ĐỘNG

Hệ thống dập hồ quang điện:

Khi contactor chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện

làm các tiếp điểm bị cháy, mòn dần.

Hệ thống dập hồ quang gồm nhiều vách ngăn làm bằng

kim loại đặt cạnh bên hai tiếp điểm tiếp xúc nhau, nhất là ở

các tiếp điểm chính của contactor.

Hồ quang được thổi vào khe hở co sát vào vách và bị dập tắt.

Hồ quang càng được kéo dài, tốc độ lớn thì càng dễ bị dập tắt.

CẤU TẠO

Hệ thống tiếp điểm của contactor:

Các tiếp điểm của contactor phải chịu được độ mài mòn về

điện và cơ trong các chế độ làm việc có tần số thao tác lớn

(tiếp xúc đường, tiếp điểm có dạng hình nón và dạng bắc

cầu)

Hệ thống tiếp điểm liên hệ với phần lõi từ di động qua bộ

phận liên động về cơ, tiếp điểm có hai dạng:

• Tiếp điểm chính: có khả năng cho dòng điện lớn đi qua

(từ 10A đến vài nghìn A).

CẤU TẠO

• Tiếp điểm phụ: có khả năng cho dòng điện đi qua các tiếp

điểm nhỏ hơn 5A.

Hệ thống tiếp điểm chính được lắp trong mạch điện động

lực, các tiếp điểm phụ lắp trong mạch điều khiển

Các tiếp điểm phụ có thể được liên kết cố định về số lượng

trong mỗi bộ contactor

Các tiếp điểm chính trên contactor được bố trí cố định, các

tiếp điểm phụ được chế tạo thành những khối rời riêng lẻ.

Hệ thống tiếp điểm của contactor:

CẤU TẠO

CONTACTOR

TIẾP ĐIỂM PHỤ

ĐẦU RA CỦA CUỘN

DÂY

TIẾP ĐIỂM CHÍNH

CẤU TẠO

Một số hình ảnh contactor.

Contactor của hãng Merlin Gerlin

Cấp nguồn điện bằng giá trị điện áp định mức của

contactor vào hai đầu của cuộn dây quấn trên phần lõi từ

cố định thì lực từ tạo ra hút phần lõi từ di động hình

thành mạch từ kín (lực từ lớn hơn phản lực của lò xo),

contactor ở trạng thái hoạt động.

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

Bộ phận liên động về cơ giữa lõi từ di động và hệ thống

tiếp điểm làm cho tiếp điểm chính đóng lại, tiếp điểm phụ

chuyển đổi trạng thái và duy trì trạng thái này.

Khi ngưng cấp nguồn cho cuộn dây thì contactor ở trạng

thái nghỉ, các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu

NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG

ĐẠI

LƢỢNG

KÝ HIỆU THEO TIÊU CHUẨN

CHÂU ÂU MỸ LIÊN XÔ

Mạch

điều khiển

Mạch

động lực

Mạch

điều khiển

Mạch

động lực

Mạch

điều khiển

Mạch

động lực

CUỘN

DÂY

( CHÂM

ĐIỆN)

TIẾP

ĐIỂM

THƢỜNG

ĐÓNG

TIẾP

ĐIỂM

THƢỜNG

HỞ

Chú ý:

Trong một sơ đồ mạch sử dụng nhiều contactor, muốn phân

biệt các cuộn dây và tiếp điểm của contactor ta qui ước :

Ghi ký hiệu, hay mã số cho cuộn dây của contactor ( M, R,

S…)

Các tiếp điểm thuộc về contactor nào thì mang cùng mã số

cuộn dây contactor đó. Với ký hiệu cuộn dây của MỸ, ta ghi

mã số cuộn dây ngay tâm vòng tròn ký hiệu của cuộn dây,

với các ký hiệu khác, ta ghi liền ngay cạnh ký hiệu.

Điện áp định mức

Là điện áp của mạch điện tương ứng mà tiếp điểm chính

đóng ngắt

Cuộn dây hút có thể làm việc bình thường ở điện áp (85-

105)% điện áp định mức của cuộn dây.

Điện áp định mức của contactor có các cấp : 110V, 220V,

440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều.

CÁC THÔNG SỐ CƠ BẢN CỦA CONTACTOR:

Dòng Điện Định Mức:

Là dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính trong chế độ

làm việc gián đoạn- lâu dài (thời gian contactor ở trạng thái

đóng không quá 8 giờ)

Dòng điện định mức của contactor hạ áp các cấp: 10A, 20A,

25A, 40A, 60A, 75A, 100A, 150A, 250A, 300A, 600A.

Contactor đặt trong tủ điện thì dòng điện định mức phải

thấp hơn 10% vì làm kém mát,

Trong chế độ làm việc dài hạn, dòng điện qua contactor

phải lấy thấp hơn nữa so với dòng điện định mức

Khả năng cắt và khả năng đóng

Là dòng điện cho phép đi qua tiếp điểm chính khi cắt hoặc

khi đóng mạch.

Khả năng cắt của contactor điện xoay chiều đạt bội số đến

10 lần dòng điện định mức với phụ tải điện cảm.

Contactor điện xoay chiều dùng để khởi động động cơ điện

cần phải có khả năng đóng từ 4 đến 7 lần Iđm .

Tuổi thọ của contactor:

Tuổi thọ của contactor được tính bằng số lần đóng mở, sau

số lần đóng mở ấy thì contactor sẽ bị hỏng và không dùng

được.

Độ bền cơ khí được xác định bởi số lần đóng cắt không tải

của contactor (contactor hiện đại đạt độ bền cơ khí 10_20

triệu lần).

Độ bền điện được xác định bởi số lần đóng cắt các tiếp có

tải định mức (hiện tại có contactor đạt tuổi thọ về điện tới 3

triệu lần thao tác ).

Tần số thao tác

Là số lần đóng cắt contactor trong một giờ. Có các cấp: 30,

100, 120, 150, 300, 600, 1200, 1500 lần / h.

Tính ổn định lực điện động

Là tiếp điểm chính của contactor cho phép một dòng điện lớn

nhất đi qua mà lực điện động sinh ra không làm tách rời tiếp

điểm( thường thử bằng 10 lần dòng định mức )

Tính ổn định nhiệt

Khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua trong khoảng thời gian

cho phép, các tiếp điểm không bị nóng chảy và hàn dính lại.

Thông số kỹ thuật

Các thông số kỹ thuật chính của công tắc tơ như sau:

Điện áp định mức Un hay (Uđm): có các cấp điện áp là

110, 200, 440 VDC và 127, 200, 380, 440

Khả năng cắt và khả năng đóng

Tần số thao tác

Tính ổn định nhiệt

Tính ổn định lực điện động

Tuổi thọ được tính cả độ bền cơ và điện

Điều kiện lựa chọn

Chọn loại và cỡ của công tắc tơ được xác định như sau

Loại sử dụng

Cường độ dòng điện ngắt

Tần số thao tác là số lần thao tác trong một giờ mà công

tắc phải thực hiện.

Tuổi thọ yêu cầu của người sử dụng.

Loại sử dụng với công tắc tơ theo tiêu chuẩn IEC 947-4

Các Chế Độ Sử Dụng Contactor

Tùy theo giá trị dòng điện mà contactor phải làm việc

trong lúc bình thường hay khi cắt mà ta chọn lựa khác

nhau.

Vd: đối với loại hộ tiêu thụ cần được kiểm tra, động cơ

kdb roto lồng sóc hay roto dây quấn.

Các yêu cầu khi thực hiện đóng mở contactor như: quá

trình khởi động, đảo chiều, hãm,...

Ký hiệu AC1:( Uđm <440)

Dùng cho thiết bị và khí cụ điện xoay có hệ số công suất

ít nhất phải bằng 0,95 (cos 0,95).

Ví dụ: dùng cho những điện trở ở dạng sưởi ấm, lưới phân

phối có hệ số công suất lớn hơn 0,95.

• Ký hiệu AC2 và AC4:

Dùng cho hộ tiêu thụ mà động cơ dùng dòng ngược để hãm

hay có phụ tải làm việc gián đoạn sử dụng động cơ không

đồng bộ rotor dây quấn hay lồng sóc.

Contactor này được đóng lại tại điểm mà cường độ có thể

đạt 5 đến 7 lần dòng điện định mức với điện áp bằng điện

áp lưới nên việc cắt tương đối khó khăn.

Ví dụ như: động cơ ở máy in, nâng hàng, công nghiệp

luyện kim…

Ký hiệu AC3:

Dùng động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc

Khi đóng contactor dòng điện khởi động, có giá trị bằng

khỏang 5 đến 7 lần giá trị dòng điện định mức của động cơ.

Khi mở contactor sẽ cắt dòng điện định mức cung cấp cho

động cơ

Ví dụ như: các động cơ lồng sóc thông dụng, động cơ

thang máy, băng chuyền, cần cẩu, máy nén, máy điều hòa

nhiệt độ…

Ký hiệu DC 1:

Dùng cho tất cả các thiết bị và khí cụ điện hoặc các hộ tiêu

thụ điện có sử dụng nguồn một chiều mà hằng số thời gian

nhỏ hơn 1ms

Ký hiệu DC2:

Được sử dụng với động cơ một chiều kích từ song song.

Hằng số thời gian khoảng 7,5 ms.

Khi đóng, contactor này hình thành dòng điện khởi động có

giá trị khoảng 2,5 lần dòng điện định mức của động cơ.

Khi mở, contactor sẽ đóng cắt dòng điện định mức động cơ,

nên việc cắt của contactor xảy ra nhẹ nhàng.

Ký hiệu DC3:

Contactor này sử dụng khởi động, phanh nhấp nhả, hay

phanh ngược các động cơ một chiều kích từ song song.

Thời hằng của mạch tải nhỏ hơn 2ms.

Khi đóng, contactor hình thành dòng điện khởi động có


Khi mở,nó phải cắt dòng điện gấp 2,5 lần dòng điện định

mức qua mạch của động cơ ở một điện áp tối đa bằng điện

áp lưới.

Ký hiệu DC4:

Contactor này dùng khởi động động cơ một chiều kích từ

nối tiếp. Hằng số thời gian 10ms.

Khi đóng, contactor hình thành dòng điện khởi động có


Khi mở, nó cắt dòng điện khoảng 1/3 lần dòng điện định

mức của động cơ; lúc đó điện áp xuất hiện giữa hai cực

của tiếp điểm khoảng 20% điện áp lưới.

Ở loại DC4 số lần thao tác có thể cao hơn nên việc cắt

mạch tương đối đơn giản hơn.

Ký hiệu DC5:

Contactor này sử dụng khởi động, hãm ngược, đảo chiều

quay động cơ một chiều kích từ nối tiếp.Hằng số thời gian

nhỏ hơn hay bằng 7,5 ms.

Khi đóng, Contactor có thể đóng ở những điểm mà dòng

điện có thể đạt 2,5 lần dòng điện định mức của động cơ.

Khi cắt, tiếp điểm contactor sẽ cắt dòng điện có cuong độ

và điện áp có thể bằng điện áp lưới, nên việc cắt tương đối

khó khăn.

Ví dụ 1: Hãy chọn công tắc tơ điều khiển động cơ có đặc

tính và số liệu sau đây

-Động cơ ba pha roto lồng sóc

-Điện áp lưới (3x400)

-Công suất có ích đối với trục (động cơ) Pu =3 KW

- Cos =0.79, =0.81

-Làm việc 16 giờ mỗi ngày

-200 lần thao tác / một giờ

-230 ngày làm việc trong một năm

-Ngắt động cơ theo đồ thị loại AC3

-Chế độ kiểm tra xem xét : một năm một lần

TÍNH TOÁN LỰA CHỌN CONTACTOR

Giải

• Động cơ ba pha lồng sóc và sử dụng ngắt theo đồ thị loại

AC3, do đó dùng công tắc tơ loại AC3

• Số lượng lần thao tác trong năm:

• 200x16x230 =736.000 lần thao tác

• Khi ngắt tiến hành đối với động cơ, cường độ dòng điện

được ngắt là cường độ dòng điện định mức :

• Pu = n Pa = U.I. .Cos

• I = Pu/ .U Cos =3000/ .400.0,81.0,79 =6,76 A

• Dựa vào các thông số như công suất có ích, cường độ

dòng điện ngắt, số lần thao tác nên ta chọn công tắc tơ

loại AC3 LC1-LP1-D09

Ví dụ 2: Hãy chọn công tắc tơ cho máy nén không khí có

đặc tính và số liệu như sau :

-Động cơ ba pha roto lồng sóc


-Công suất có ích đối với trục (động cơ) Pu =5,5 KW

- Cos =0.8, =0.83




-Khoảng thời gian khởi động 3 giây, thừa số vận hành

80%

-Chế độ kiểm tra xem xét : làm việc trong 4 năm mà

không cần kiểm tra.

Giải

• Động cơ ba pha rôtô lồng sóc.

• Thời gian của một chu kỳ : 3600giây/120 = 30giây

• Thời gian vận hành : 30x0.8 =24 giây

• Việc ngắt xảy ra ở đầu mỗi lần 24 giây, thời gian này lớn hơn nhiều

so với khoảng thời gian khởi động 3 giây.Ta thấy việc ngắt thực

hiện với động cơ thuộc công tắc tơ loại AC3.

• Số lần thao tác:

• 120x24x330x4 =3.801.600 lần thao tác

• Cường độ dòng điện ngắt chính là cường độ dòng điện định mức :

• Pu = Pa = UI Cos

• I = Pu/ .U Cos =5500/ x400x0.83x0.8 =11,25A

• Dựa vào các thông số như công suất có ích, cường độ dòng điện

ngắt, số lần thao tác nên ta chọn côpng tắc tơ loại AC3 LC1-LP1-

D25

Khởi động từ là thiết bị điện dùng để đóng cẳt và điều

khiển từ xa các mạch điện động lực hoặc đảo chiều quay

và bảo vệ động cơ

Cấu tạo : gồm

+ Công tắc tơ (đóng cắt )

+ Rơle nhiệt ( bảo vệ )

Phân loại :

+ Khởi động từ đơn : 1 Công tắc tơ và rơle nhiệt

+ Khởi động từ kép : 2 Công tắc tơ và rơle nhiệt

KHỞI ĐỘNG TỪ

Khởi động từ đơn :

Tác dụng : để đóng cắt và bảo vệ mạch điện cũng như động cơ khi

bị quá tải.

Sơ đồ mạch điện

DC

K

CC

RN

CB

L1

L2L3

KKCC

D M RN N

Nguyên lý :

Mở máy động cơ : đóng CD, ấn D K có điện tiếp điểm

K1,2,3 đóng ĐC quay

Dừng động cơ : ấn N K mất điện K1,2,3 mở ĐC dừng

+ Khi quá tải RN tác động tiếp điểm RN mở K mất điện

K1,2,3 mở ĐC dừng

Thay thế cầu dao ,cầu chì bằng ATM

Khởi động từ kép:

Ngoài chức năng giống KĐT đơn còn thêm chức năng đảo

chiều quay động cơ

Động cơ khởi động thuận : đóng CD ấn DT KT có điện

tác động KT đóng động cơ quay thuận

Muốn động cơ quay ngược ấn nút D động cơ dừng ĐN

KN có điện K~ đóng

Để tránh tình trạng 3 công tắc tơ hoạt động đồng thời gây

ngắn mạch các pha người ta sử dụng tiếp điểm phụ thường

đóng của công tắc tơ này khống chế công tắc tơ kia và

ngược lại

Để bảo đảm an toàn tuyệt đối người ta còn sử dụng khoá

liên động cơ khí giữa các nút ấn.

Công Dụng

Khởi động từ là khí cụ điện dùng 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 contactor 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.

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).

Khởi động từ thường được phân chia theo

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 hở, thường đóng.

Lựa Chọn và Lắp Đặt Khởi Động Từ

Hiện nay, động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc có

công suất từ 0,6 đến 100KW được sử dụng phổ biến.

Để điều khiển vận hành ta thường dùng khởi động từ.

Việc lựa chọn khởi động từ, nhà sản xuất thường không

những chỉ cho cường độ dòng điện định mức mà còn cho

cả công suất của động cơ điện mà khởi động từ phục vụ

ứng với các điện áp khác nhau.

Để khởi động từ làm việc tin cậy, khi lắp đặt cần gắn khởi động từ trên một mặt thẳng đứng ( độ nghiêng cho phép so với trục thẳng đứng 5o), không cho phép bôi mỡ vào các tiếp điểm và các bộ phận động. Sau khi lắp đặt khởi động từ và trước khi vận hành, phải kiểm tra:

Cho các bộ phận động chuyển động bằng tay không bị kẹt, vướng.

Điện áp điều khiển phải phù hợp điện áp định mức của cuộn dây.

Các tiếp điểm phải tiếp xúc đều và tốt.

Các dây đấu điện phải theo đúng sơ đồ điều khiển.

Rơle nhiệt phải đặt ở nấc dòng điện thích hợp.

Khi lắp đặt khởi động từ cần đặt kèm theo cầu chì bảo vệ.

Câu hỏi:

1) Nêu khái quát và phân loại contactor

2) Nêu cấu tạo và nguyên lý hoạt động của contactor.

3) Phân biệt các loại tiếp điểm có trong contactor.

4) Cho biết các chế độ làm việc của cotactor xoay chiều.

5) Cho biết các chế độ làm việc của cotactor 1 chiều.

6) Nêu các thông số kỹ thuật và điều kiện để chọn công tắc tơ

•Bài tập 1: Chọn contactor theo tải là động cơ KĐB 3 pha rotor lồng

sóc 10HP, 220V, cos = 0.75, =0.8, kmm = 4, vận hành dừng

động cơ bình thường.

•Bài tập 2: Một lò nung có công suất 5KW, 1 pha 220V. =0.8,

chọn contactor để đóng ngắt cho tải trên.

CÂU HỎI VÀ BÀI TẬP

Bài tập 3: Hãy chọn công tắc tơ điều khiển động cơ có các

đặc tính và số liệu sau đây:

-Động cơ 3 pha lồng sóc


-Công suất có ích đối với trục (động cơ) Pu =8kw

-Cos =0.8, =0.79




-Ngắt động cơ theo đồ thị loại AC 3

-Chế độ kiểm tra xem xét: một năm một lần

Bài tập 4: Hãy chọn công tắc tơ điều khiển máy nén

không khí các đặc tính và số liệu sau đây:

-Động cơ 3 pha lồng sóc

-Đện áp lưới (3x400)

-Công suất có ích đối với trục (động cơ) Pu =7.5kw

-Cos =0.78, =0.85




-Khoảng thời gian khởi động 3 giây, thừa số vận hành

là 80%

-Chế độ kiểm tra xem xét: Làm việc trong 4 năm mà

không cần kiểm tra

bÀi giẢng khÍ cỤ ĐiỆn · contactor có thể điều khiển mạch điện từ xa có...

Documents