BÀI 2: KHÍ CỤ ĐIỆN BẢO VỆ Khí cụ điện bảo vệ: M13-02. Giới thiệu : Hiện nay ngành công nghiệp ở Việt nam đang phát triển rất nhanh, nhu cầu sử dụng điện năng cần phải đảm bảo chất lượng và an toàn cho người, thiêt bị ngày càng được quan tâm nhiều. Các nhà sản xuất đã không ngừng cải tiến và nâng cao chất lượng, chủng loại các khí cụ điện điều khiển và bảo vệ nhằm đáp ứng những yêu cầu của thị trường. Do vậy từ việc tìm hiểu về lý thuyết cũng như thực hành tìm hiểu kết cấu, tính toán chọn lựa đến việc sử dụng, vận hành nhóm khí cụ này là cần thiết nhằm điều khiển và bảo vệ an toàn cho mạch điện và hệ thống điện.
Nội dung bài học này nhằm trang bị cho học viên những kiến thức cơ bản về cấu tạo, nguyên lý hoạt động của một số khí cụ điện điều khiển và bảo vệ thường được sử dụng trong mạng hạ thế, trung thế và trong các doanh nghiệp công nghiệp, trang bị cho học viên về kỹ năng lựa chọn được các khí cụ điện để sử dụng cho từng trường hợp cụ thể theo tiêu chuẩn Việt Nam, biết cách kiểm tra, phát hiện và sửa chữa lỗi các khí cụ điện trên theo các thông số kỹ thuật của nhà chế tạo. Nội dung chính: 1. Nam châm điện 1. Cấu tạo: Nam châm điện là một bộ phận rất quan trọng của khí cụ điện.
Nó hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ. Nam châm điện được dùng rất rộng rãi trong nhiều lĩnh vực khác nhau như: tự động hóa, các loại rơle, Contactor,. Trong công nghiệp, nó được dùng ở cần trục để nâng các tấm kim loại. Trong truyền động điện, nó được dùng ở các bộ ly hợp, các van điện từ,.
Trong sinh hoạt hàng ngày, nam châm điện được ứng dụng rộng rãi như: chuông điện, loa điện,. Gồm hai bộ phận chính: - Cuộn dây (phần điện). Trong thực tế, ta thường gặp hai loại sau: Loại có nắp chuyển động: - Cấu tạo: gồm có cuộn dây, lõi sắt từ (phần cố định và phần di động). 61 Loại không có nắp: - Cấu tạo: gồm cuộn dây và lõi sắt từ.
Đối với loại này, các vật liệu sắt thép bị hút được xem như là nắp. Loại có nắp chuyển động 1. Nguyên lý làm việc và phân loại: Sự làm việc của nam châm điện dựa trên nguyên tắc điện từ, khi một cuộn dây có N vòng dây quấn được bố trí trên mạch từ. Cho dòng điện I đi qua cuộn dây sẽ sinh ra từ trường, vật liệu sắt từ đặt trong từ trường đó sẽ bị từ hóa và phân cực tính.
Từ thông xuyên qua vật liệu sắt từ theo đường khép kín. Theo quy định, chỗ từ thông đi ra ở vật liệu sắt từ gọi là cực bắc (N), chỗ từ thông đi vào gọi là cực nam (S). Hình 3-2 ta thấy, cực tính của vật liệu sắt từ khác dấu với cực tính của cuộn dây nên vật liệu sắt từ bị hút về phía cuộn dây bởi lực hút điện từ F. Nam châm điện không có nắp 62 Nếu lực F đạt giá trị ≥ lực phản hồi của lò xo, tức là dòng điện I đạt giá trị dòng điện tác động (I = Itd), nắp từ bắt đầu di chuyển về phía thân từ, quá trình di chuyển của nắp từ 2 sẽ có tốc độ tăng dần do khe hở không khí () bị giảm đi.
Nếu đổi chiều dòng điện trong cuộn dây thì từ trường sẽ đổi chiều, vật liệu sắt từ sau khi từ hóa vẫn có cực tính khác dấu với cực tính của cuộn dây, do đó vật liệu sắt từ vẫn bị hút về phía cuộn dây. Vì vậy, khi lõi từ mang cuộn dây có dòng điện, từ trường sẽ làm cho nắp bị từ hóa và hút nắp về phía lõi. Khi dòng điện trong cuộn dây giảm tới giá trị mà lực F không còn đủ lớn để thắng lực phản hồi của lò xo, nắp từ sẽ bị kéo rời, các mặt cực từ trở về vị trí ban đầu. Giá trị dòng điện mà tại đó nắp từ bắt đầu rời mặt cực được gọi là dòng điện trở về (Itv), hay dòng điện nhả.
I tv ktv Tỷ số: I td gọi là hệ số trở về. Phân loại: Có nhiều cách phân loại: - Dựa vào tính chất của dòng điện: có loại một chiều và loại xoay chiều. Trị số dòng điện trong cuộn dây phụ thuộc vào điện kháng của cuộn dây và tỷ lệ với khe hở không khí. - Dựa vào hình dáng: - Loại hút chập hay hút quay, nắp quay quanh một trục.
- Loại hút thẳng: nắp hút thẳng về phía lõi. - Dựa vào cách đấu cuộn dây vào nguồn điện: - Đấu nối tiếp (hình 3-3): Phụ tải được mắc nối tiếp với cuộn dây, còn gọi là cuộn dây dòng điện. Đấu nối tiếp. 63 - Đấu song song (hình 3-4): Dòng điện trong cuộn dây phụ thuộc vào tham số của cơ cấu điện từ và điện áp nguồn điện, còn gọi là cuộn dây điện áp.
Đấu song song cuộn dây. Ứng dụng nam châm điện: Nam châm điện đuợc ứng dụng nhiều trong các thiết bị nâng hạ, trong các thiết bị phanh hãm, trong các cơ cấu truyền lực chuyển động (bộ ly hợp). Nam châm điện nâng hạ (hình 3-5): Thường được dùng nhiều trong các cần trục, đặc biệt là trong các nhà máy chế tạo cơ khí và luyện kim. Nam châm điện nâng hạ (hình 3-5) có cuộn dây 1 được quấn trên lõi sắt từ 2, sau đó được đổ đầy một lớp nhựa.
Mặt cực 3 được bắt chặt vào lõi nam châm bằng các bu lông. Dây dẫn mềm 5 để đưa điện áp vào cuộn dây. Phần dưới của cuộn dây được bảo vệ bằng một vành 4 làm bằng vật liệu không dẫn từ (như thép mangan cao cấp). Lực nâng của nam châm điện tùy thuộc loại tải trọng cần di chuyển: Hình 3-5.
Hình dạng chung của nam châm điện nâng hạ. Nam châm điện phanh hãm: Thường được dùng để hãm các bộ phận chuyển động của cần trục, trục chính các máy công cụ,.Có nhiều kết cấu thiết bị hãm nhưng thông dụng hơn cả là nam châm điện kiểu guốc phanh, kiểu băng, kiểu đĩa. Thường có hai loại: - Nam châm điện hãm có hành trình dài. - Nam châm điện có hành trình ngắn.
Bộ ly hợp điện từ: Thường dùng nam châm điện dòng điện một chiều kết hợp với các đĩa ma sát để làm nhiệm vụ truyền chuyển động quay (bộ ly hợp) hoặc để phanh hãm (dừng chính xác) trong các bộ phận chuyển động của máy công cụ. Nó được chế tạo hai loại: loại một phía và loại ly hợp hai phía. Bộ ly hợp điện từ được sử dụng nhiều trong những năm gần đây để tự động hóa quá trình điều khiển chạy và dừng các bộ phận cơ khí trong các máy móc gia công cắt gọt kim loại mà vẫn chỉ dùng một động cơ điện kéo. Lưu ý: Khi sử dụng bộ ly hợp cần thực hiện kiểm tra định kỳ ba tháng một lần gồm: - Kiểm tra độ mòn của chổi than, vành trượt.
- Kiểm tra cách điện của cuộn dây. - Kiểm tra khe hở không khí. Trường hợp không truyền được momen quay (có hiện tượng trượt đĩa thép ma sát và làm nóng đột ngột) thì phải dừng máy ngay và kiểm tra tình trạng phun dầu làm nguội, trị số khe hở không khí, tình hình mặt đĩa ma sát,.riêng về khe hở hành trình hút, cần phải theo hướng dẫn của nhà chế tạo. Hư hỏng và các nguyên nhân gây hư hỏng.
Hư hỏng cuộn dây: Ngắn mạch cục bộ giữa các vòng dây do cách điện xấu. Ngắn mạch giữa các dây dẫn ra do cách điện xấu hoặc ngắn mạch giữa dây dẫn và các vòng dây quấn do đặt giao nhau mà không có lót cách điện. Đứt dây quấn. Điện áp tăng cao quá điện áp định mức của cuộn dây.
Cách điện của cuộn dây bị phá hủy do cuộn dây bị quá nóng hoặc vì tính toán các thông số quấn lại sai hoặc điện áp cuộn dây nâng cao quá, hoặc lõi thép hút không hoàn toàn hoặc điều chỉnh không đúng hành trình lõi thép. Do nước emunxi, do muối, dầu, khí hóa chất của môi trường xâm thực làm chọc thủng cách điện vòng dây. Sửa chữa nam châm điện. Lựa chọn nam châm điện phải đúng công suất, dòng điện, điện áp và các chế độ làm việc tương ứng.
Kiểm tra và loại trừ các nguyên nhân bên ngoài gây hư hỏng cuộn dây và quấn lại cuộn dây theo mẫu hoặc tính toán lại cuộn dây đúng điện áp và công suất tiêu thụ theo yêu cầu. 65 Khi quấn lại cuộn dây, cần làm đúng công nghệ và kỹ thuật quấn dây, vì đó là một yếu tố quan trọng để đảm bảo độ bền và tuổi thọ của cuộn dây. Rơ le điện từ: 2. Cấu tạo: Rơle kiểu điện từ có cấu tạo cơ bản gồm các phần chủ yếu như sau (hình 3- 6): Phần mạch từ: (lõi sắt) - Phần cố định 1 (phần tĩnh).
Để chống rung, trên lõi sắt phần tĩnh có vòng ngắn mạch. - Phần nắp từ 2 (phần động). Cấu tạo của Rơle điện từ Phần động lực: Cuộn dây nam châm 3 tùy thuộc đại lượng dòng điện đi vào mà kết cấu phù hợp. Phần tiếp xúc (hệ thống tiếp điểm): - Tiếp điểm thường đóng.
- Tiếp điểm thường mở. Tiếp điểm thường đóng: là loại tiếp điểm ở trạng thái kín mạch (có liên lạc về điện với nhau), khi cuộn dây nam châm trong rơle ở trạng thái nghỉ (không được cung cấp điện). Tiếp điểm thường mở: là loại tiếp điểm ở trạng thái hở mạch (không liên lạc về điện với nhau), khi cuộn dây nam châm trong rơle ở trạng thái nghỉ (không được cung cấp điện). Tiếp điểm: Thường mở Thường đóng 2.
Nguyên lý hoạt động: Sự làm việc của rơle điện từ dựa trên nguyên tắc lực điện từ (lý luận tương tự nguyên lý nam châm điện): - Khi cuộn dây hút 3 (hình 3-6) có điện sẽ sinh ra từ trường, lực từ sẽ hút nắp từ 2 để khép kín mạch từ. Hệ thống tiếp điểm sẽ thay đổi trạng thái, tiếp điểm thường đóng sẽ mở ra và tiếp điểm thường mở sẽ đóng lại. - Khi cuộn dây hút 3 mất điện, lò xo phản hồi 4 sẽ kéo nắp từ 2 về vị trí ban đầu, trả các tiếp xúc về vị trí ban đầu chuẩn bị cho lần làm việc tiếp theo. Biện pháp chống rung cho rơle điện từ: Biện pháp hiệu quả đã được sử dụng để chống rung phần nắp 2 (hình 3-6) là bố trí vòng ngắn mạch trên mạch từ phần tĩnh.
Vòng ngắn mạch thực chất là một vòng dây dẫn bằng đồng, tiết diện tròn hoặc chữ nhật bao quanh một phần tiết diện của trụ giữa hoặc hai trụ bìa của phần lõi sắt tĩnh (hình 3-7).