Giáo trình Trang bị điện ngành Kỹ thuật Máy lạnh và Điều hòa không khí - Trường CĐCN Hải Phòng

• Trường học: Trường Cao Đẳng Công Nghiệp Hải Phòng
• Chuyên ngành: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí
• Đề tài: Trang bị điện ngành kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí
• Loại tài liệu: Giáo trình
• Địa điểm: Hải Phòng

Tóm tắt

I. Tổng quan về giáo trình trang bị điện ngành kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí

Giáo trình trang bị điện ngành kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí là tài liệu đào tạo chuyên sâu, được biên soạn bởi Trường Cao đẳng Công nghiệp Hải Phòng. Giáo trình cung cấp hệ thống kiến thức toàn diện về các khí cụ điện đóng cắt, điều khiển và bảo vệ mạch điện trong hệ thống máy lạnh. Nội dung bao gồm cấu tạo, nguyên lý hoạt động và ứng dụng thực tế của từng thiết bị. Sinh viên được tiếp cận các loại nút nhấn, công tắc, rơle điện từ, công tắc tơ và mạch điều khiển động cơ ba pha rôto lồng sóc. Giáo trình nhấn mạnh tính thực hành thông qua các bài tập mô phỏng sự cố và lắp ráp mạch thực tế. Phương pháp giảng dạy kết hợp lý thuyết với thực hành giúp người học nắm vững nguyên tắc vận hành hệ thống điện trong lĩnh vực điều hòa không khí. Tài liệu này đóng vai trò nền tảng quan trọng trong chương trình đào tạo kỹ thuật viên chuyên ngành.

1.1. Mục tiêu và phạm vi của giáo trình

Giáo trình trang bị điện hướng đến mục tiêu cung cấp kiến thức nền tảng và chuyên sâu về hệ thống điện trong lĩnh vực máy lạnh và điều hòa không khí. Phạm vi bao gồm các khí cụ điện cơ bản như nút nhấn, công tắc hành trình, cảm biến phao, rơle điện từ và công tắc tơ. Người học được trang bị kỹ năng đọc hiểu sơ đồ mạch điện, lắp ráp và vận hành hệ thống. Giáo trình cũng đề cập đến các phương pháp khởi động động cơ ba pha và bảo vệ quá tải, ngắn mạch. Kiến thức áp dụng trực tiếp vào thực tế sản xuất và bảo trì hệ thống điều hòa.

1.2. Đối tượng và cách tiếp cận đào tạo

Đối tượng chính của giáo trình là sinh viên cao đẳng chuyên ngành kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí. Cách tiếp cận đào tạo theo phương pháp tích hợp lý thuyết và thực hành. Mỗi phần lý thuyết đều đi kèm bài tập mô phỏng sự cố cụ thể. Sinh viên thực hành lắp ráp mạch điện trên thiết bị mô hình, quan sát hiện tượng và giải thích nguyên nhân. Phương pháp này giúp phát triển tư duy phân tích và kỹ năng xử lý tình huống thực tế. Giáo trình sử dụng lưu hành nội bộ, phục vụ mục đích đào tạo và tham khảo chuyên môn.

II. Phân tích các khí cụ điện điều khiển trong hệ thống máy lạnh

Hệ thống điều khiển điện trong máy lạnh sử dụng nhiều loại khí cụ điện khác nhau. Mỗi khí cụ đảm nhận chức năng riêng biệt trong mạch điều khiển. Nút nhấn tự phục hồi tạo tín hiệu xung để khởi động hoặc dừng hệ thống. Nút dừng khẩn cấp cắt nhanh nguồn điện khi xảy ra sự cố, đảm bảo an toàn vận hành. Công tắc hành trình nhận biết vị trí chuyển động của các cơ cấu máy, giới hạn hành trình hoạt động. Cảm biến phao cơ khí điều khiển tự động bơm nước trong hệ thống làm lạnh. Rơle điện từ đóng vai trò trung gian khuếch đại tín hiệu điều khiển. Công tắc tơ thực hiện đóng cắt nguồn chính cho động cơ. Việc hiểu rõ cấu tạo và nguyên lý từng khí cụ là điều kiện tiên quyết để lắp ráp và vận hành hệ thống điện an toàn, hiệu quả.

2.1. Nút nhấn và công tắc hành trình

Nút nhấn tự phục hồi có cấu tạo gồm hệ thống tiếp điểm thường mở, thường đóng và lò xo phục hồi. Khi nhấn, tiếp điểm chuyển trạng thái; khi nhả, lò xo đưa tiếp điểm về vị trí ban đầu. Tín hiệu tạo ra dạng xung ngắn. Nút dừng khẩn cấp sử dụng cơ chế khóa, cần xoay núm để trả tiếp điểm về trạng thái ban đầu. Công tắc hành trình phát hiện vị trí chuyển động của cơ cấu máy, thường dùng để giới hạn hành trình. Các khí cụ này lắp đặt ở mặt trước tủ điều khiển hoặc vị trí chiến lược trong hệ thống.

2.2. Rơle điện từ và cảm biến phao

Rơle điện từ gồm mạch từ dẫn từ và hệ thống tiếp điểm. Cuộn dây khi được cấp điện tạo lực điện từ hút armature, đóng mở tiếp điểm. Rơle điện từ một chiều dùng gông từ thép khối hình trụ tròn để tránh dòng điện xoáy. Cảm biến phao cơ khí có hai kiểu: phao một mức và phao hai mức. Phao hai mức hoạt động theo nguyên tắc nổi lên khi nước đầy và chìm xuống khi nước cạn. Thiết bị này thường dùng trong hệ thống tự động bơm nước hồ chứa của hệ thống làm lạnh công nghiệp.

III. Các phương pháp khởi động và điều khiển động cơ ba pha rôto lồng sóc

Động cơ ba pha rôto lồng sóc là thiết bị chủ lực trong hệ thống máy lạnh và điều hòa không khí. Giáo trình trình bày ba phương pháp khởi động chính. Khởi động trực tiếp áp dụng điện áp danh định ngay lập tức, phù hợp động cơ công suất nhỏ. Khởi động qua biến áp tự ngẫu giảm điện áp đầu vào, hạn chế dòng khởi động lớn. Phương pháp này sử dụng rơle thời gian để trì thời cắt biến áp sau khi động cơ đạt tốc độ ổn định. Khởi động qua điện trở phụ theo nguyên tắc điện áp sử dụng nhiều cấp điện trở nối tiếp, loại bỏ dần trong quá trình tăng tốc. Mỗi phương pháp có ưu nhược điểm riêng về chi phí, độ phức tạp và hiệu quả khởi động. Việc lựa chọn phương pháp phù hợp phụ thuộc vào công suất động cơ và yêu cầu kỹ thuật của hệ thống.

3.1. Mạch khởi động trực tiếp và qua biến áp tự ngẫu

Mạch khởi động trực tiếp sử dụng cầu dao nguồn, cầu chì bảo vệ ngắn mạch, rơle nhiệt bảo vệ quá tải và công tắc tơ đóng cắt nguồn chính. Nút bấm thường mở và thường đóng điều khiển mở máy và dừng động cơ. Mạch khởi động qua biến áp tự ngẫu bổ sung thêm biến áp tự ngẫu để điều chỉnh điện áp mở máy. Rơle thời gian đảm nhận vai trò trì thời, cắt biến áp khi động cơ đã đạt tốc độ ổn định. Mạch còn tích hợp đèn tín hiệu hiển thị trạng thái làm việc và khởi động của động cơ.

3.2. Mạch khởi động qua điện trở phụ theo nguyên tắc điện áp

Mạch khởi động qua hai cấp điện trở phụ sử dụng hai công tắc tơ loại bỏ điện trở theo trình tự. Hai rơle điện áp điều khiển thời điểm loại bỏ từng cấp điện trở phụ. Bộ điện trở phụ có giá trị phù hợp với thông số động cơ. Khi khởi động, toàn bộ điện trở phụ nối tiếp với mạch roto, hạn chế dòng và moment khởi động. Khi động cơ tăng tốc, rơle điện áp tác động đóng công tắc tơ, loại bỏ dần điện trở. Quá trình giúp động cơ đạt tốc độ danh định êm ái, giảm ảnh hưởng đến lưới điện.

IV. Ứng dụng thực hành và vai trò giáo trình trong đào tạo nghề

Giáo trình trang bị điện nhấn mạnh tính ứng dụng thực tế thông qua các bài thực hành mô phỏng sự cố. Sinh viên thực hành lắp ráp mạch điện theo sơ đồ nguyên lý và sơ đồ nối dây. Các tình huống sự cố được mô phỏng độc lập như hở mạch cuộn dây, nối tắt tiếp điểm, hoán vị đầu dây. Mỗi sự cố yêu cầu quan sát hiện tượng, ghi nhận kết quả và giải thích nguyên nhân. Phương pháp này phát triển kỹ năng tư duy phân tích và xử lý sự cố thực tế. Báo cáo thực hành bao gồm lược thuật quá trình lắp ráp, các sai lỗi mắc phải và giải thích nguyên nhân hư hỏng. Giáo trình đóng vai trò tài liệu tham khảo quan trọng cho kỹ thuật viên bảo trì hệ thống điện công nghiệp. Nền tảng kiến thức này áp dụng trực tiếp vào lắp đặt, vận hành và bảo trì hệ thống máy lạnh điều hòa không khí thương mại và công nghiệp.

4.1. Phương pháp mô phỏng sự cố trong đào tạo

Mô phỏng sự cố là phương pháp đào tạo hiệu quả được áp dụng xuyên suốt giáo trình. Các sự cố được thiết kế như hở mạch cấp nguồn cuộn dây, nối tắt tiếp điểm công tắc tơ, hoán vị đầu dây động lực. Mỗi sự cố mô phỏng độc lập, cắt nguồn trước khi thực hiện. Sinh viên quan sát hiện tượng, ghi nhận kết quả và phân tích nguyên nhân. Phương pháp này giúp người học hiểu sâu nguyên lý hoạt động mạch điện. Kỹ năng xử lý sự cố được rèn luyện qua thực hành lặp lại, chuẩn bị cho công việc bảo trì thực tế tại các hệ thống điều hòa công nghiệp.

4.2. Vai trò giáo trình trong phát triển kỹ năng nghề

Giáo trình trang bị điện cung cấp nền tảng kiến thức vững chắc cho kỹ thuật viên ngành máy lạnh và điều hòa không khí. Nội dung được xây dựng theo hướng tích hợp lý thuyết và thực hành, phù hợp chương trình đào tạo cao đẳng nghề. Sinh viên phát triển kỹ năng đọc sơ đồ mạch, lắp ráp thiết bị, vận hành hệ thống và xử lý sự cố. Giáo trình cũng phục vụ mục đích tham khảo cho kỹ thuật viên đang công tác trong ngành. Tài liệu lưu hành nội bộ, đảm bảo tính chuyên biệt và cập nhật cho nhu cầu đào tạo tại Trường Cao đẳng Công nghiệp Hải Phòng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

UBND TỈNH HẢI PHÒNG TRƯỜNG CAO ĐẲNG CÔNG NGHIỆP HẢI PHÒNG Giáo trình: Trang bị điện Chuyên ngành: Kỹ thuật máy lạnh và điều hòa không khí (Lưu hành nội bộ) HẢI PHÒNG 1 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. TỰ ĐỘNG KHỐNG CHẾ ĐỘNG CƠ BA PHA RÔTO LỒNG SÓC 1. GIỚI THIỆU CÁC KHÍ CỤ ĐIỆN ĐÓNG CẮT ĐIỀU KHIỂN 1.1 Nút nhấn tự phục hồi (push button)  Cấu tạo a. Dạng thực tế của nút nhấn nhấn HÌNH 1.1: NÚT NHẤN TỰ PHỤC HỒI 1. Tiếp điểm thường mở (NO); 2. Hệ thống tiếp điểm; 5. Tiếp điểm thường đóng (NC) 3. Tiếp điểm chung (com); 6. Lò xo phục hồi.  Công dụng Nút nhấn được dùng trong mạch điều khiển, để ra lệnh điều khiển mạch hoạt động. Nút nhấn thường được lắp ở mặt trước của các tủ điều khiển. Tín hiệu do nút nhấn tự phục hồi tạo ra có dạng xung như hình 1. Nút nhấn thường mở Nhả Nhấn Nhả Nút nhấn thường đóng Nhả Nhấn Nhả HÌNH 1.2: TÍN HIỆU DO NÚT NHẤN TẠO RA 3 1.2 Nút dừng khẩn (emergency stop) – nút nhấn không tự phục hồi  Cấu tạo Nhẩn vào núm khi cấn chuyển trạng thái các tiếp điểm. Xoay núm theo chiều mũi tên khi muốn trả các tiếp điểm về trạng thái ban đầu HÌNH1.3: NÚT DỪNG KHẨN  Công dụng Nút dừng khẩn được dùng để dừng nhanh hệ thống khi xảy ra sự cố. Thông thường người ta dùng tiếp điểm thường đóng để cấp điện cho toàn bộ mạch điều khiển. Khi hệ thống xảy ra sự cố nhấn vào nút dừng khẩn làm mở tiếp điểm thường đóng ra cắt điện toàn bộ mạch điều khiển.3 Công tắc (switch)  Cấu tạo a. Công tắc 1 pha b. Công tắc 3 pha HÌNH 1.4: CÔNG TẮC 1 PHA VÀ 3  Công dụng 4 Công tắc thực tế thường được dùng làm các khoá chuyển mạch (chuyển chế độ làm việc trong mạch điều khiển), hoặc dùng làm các công tắc đóng mở nguồn (cầu dao).4 Công tắc hành trình (Limit switch)  Cấu tạo Lực tác động 1. Hệ thống tiếp điểm; 4. Tiếp điểm chung (com); 5. Tiếp điểm thường mở (NO); 6. Tiếp điểm thường đóng (NC); 7.5: CẤU TẠO CỦA CÔNG TẮC Lực tác Lực tác Lực tác động động động HÌNH1.6: MỘT SỐ KIỂU CÔNG TẮC HÀNH TRÌNH  Công dụng Công tắc hành trình thường dùng để nhận biết vị trí chuyển động của các cơ cấu máy hoặc dùng để giới hạn các hành trình chuyển động.5 Cảm biến phao cơ khí  Cấu tạo và nguyên lý  Kiểu 1 mức 5 HÌNH1.7: PHAO 1 MỨC  Kiểu 2 mức a. Mực nước nước thấp đầy HÌNH 1.8: PHAO 2 MỨC  Công dụng Trong thực tế cảm biến mức kiểu phao cơ khí thường được dùng trong các hệ thống tự động bơm nước vào hồ chứa.6 Rơle điện từ  Cấu tạo 0. Tiếp điểm chung (com); 1. Tiếp điểm thường đóng (NC); 2. Tiếp điểm thường mở (NC); 3. Lò xo; 6 A, B: Nguồn nuôi cho rơle.9: CẤU TẠO RƠLE ĐIỆN TỪ HÌNH1.10: DẠNG THỰC TẾ MỘT SỐ LOẠI RƠLE ĐIỆN TỪ - Mạch từ: có tác dụng dẫn từ. Đối với rơle điện từ 1 chiều, gông từ được chế tạo từ thép khối thường có dạng hình trụ tròn (vì dòng điện một chiều không gây nên dòng điện xoáy do đó không phát nóng mạch từ). Đối với rơle điện từ xoay chiều, mạch từ thường được chế tạo từ các lá thép kỹ thuật điện ghép lại (để làm giảm dòng điện xoáy fuco gây phát nóng). - Cuộn dây: Khi đặt một điện áp đủ lớn vào hai đầu A và B, trong cuộn dây sẽ có dòng điện chạy qua, dòng điện này sinh ra từ trường trong lõi thép để rơle làm việc. - Lò xo: Dùng để giữ nắp. - Tiếp điểm: Thường có một hoặc nhiều cặp tiếp điểm, 0 - 1 là tiếp điểm thường mở, 0 - 2 là tiếp điểm thường đóng.  Nguyên lý - Khi chưa cấp điện vào hai đầu A - B của cuộn dây, lực hút điện từ không sinh ra, trạng thái các chi tiết như Hình 1. 7 - Khi đặt một điện áp đủ lớn vào A - B, dòng điện chạy trong cuộn dây sinh ra từ trường tạo ra lực hút điện từ. Nếu lực hút điện từ thắng được lực đàn hồi của lò xo thì nắp được hút xuống. Khi đó tiếp điểm 0 - 1 mở ra và 0 - 2 đóng lại. Khi mất nguồn cung cấp, lò xo sẽ kéo các tiếp điểm lại trở về trạng thái ban đầu.  Công dụng Rơle điện từ được sử dụng rộng rãi trong hệ thống điều khiển có tiếp điểm. Nhiệm vụ chính là để cách ly tín hiệu điều khiển, nhằm đảm bảo cho mạch hoạt động tin cậy, đúng qui trình. Tiếp điểm của công tắc tơ có hai loại: tiếp điểm chính (dùng để đóng cắt cho mạch động lực), tiếp điểm phụ (dùng trong mạch điều khiển). Để hạn chế phát sinh hồ quang khi tiếp điểm chính đóng cắt, tiếp điểm chính thường có cấu tạo dạng cầu và được đặt trong buồng dập hồ quang. Tiếp điểm chính là dạng thường mở; còn tiếp điểm phụ có cả thường mở và thường đóng. Loại 4 tiếp điểm HÌNH1.11 DẠNG THỰC TẾ MỘT SỐ LOẠI CÔNGTẮCTƠ  Công dụng Côngtắctơ là phần tử chủ lực trong hệ thống điều khiển có tiếp điểm. Nó được dùng để đóng cắt, điều khiển. động cơ, máy sản xuất trong công nghiệp và dân dụng.8 Rơle thời gian (timer)  Cấu tạo Rơle thời gian trong thực tế có rất nhiều loại: rơle thời gian cơ khí, rơle thời gian thuỷ lực, rơle thời gian điện từ, rơle thời gian điện tử. Hiện nay trong công nghiệp người ta thường dùng rơle thời gian điện tử (có độ chính xác cao). Cấu tạo của rơle thời gian điện tử bao gồm một mạch trễ thời gian điện tử cấp nguồn cho một rơle trung gian để điều khiển hệ thống tiếp điểm đóng cắt sau một khoảng thời gian trễ nào đó. Tùy vào trạng thái ban đầu của tiếp điểm mà sẽ có các loại tiếp điểm khác nhau của rơle thời gian như: thường mở - đóng chậm hoặc thường đóng - mở chậm. Nguồn Mạch trễ cung cấp thời gian điện tử. Cuộn dây Hệ thống rơle tiếp điểm HÌNH 1.12: SƠ ĐỒ KHỐI CỦA RƠLE THỜI GIAN a. Rơ le thời gian tương tự b. Rơ le thời gian số HÌNH 1.13: MỘT SÔ LOẠI RƠLE THỜI GIAN  Công dụng Rơle thời gian được sử dụng phổ biến trong mạch tự động khống chế nhằm tạo ra những khoảng thời gian trễ cần thiết để khống chế mạch hoạt động đúng qui trình. Nó là khí cụ chủ lực để thực hiện tự động khống chế theo nguyên tắc thời gian.9 Các thiết bị bảo vệ a. Cầu chì  Cấu tạo 1. Cấu tạo cầu chì b. Một dạng cầu chì HÌNH 1.14: CẦU CHÌ  Công dụng Bản chất của cầu chì là một đoạn dây dẫn yếu nhất trong mạch, khi có sự cố đoạn dây này bị đứt ra đầu tiên. Cầu chì dùng bảo vệ thiết bị tránh khỏi dòng ngắn mạch. Aptomat (Current Breaker; CB)  Cấu tạo Aptomat là một thiết bị bảo vệ đa năng, tuỳ theo cấu tạo aptomat có thể bảo vệ sự cố ngắn mạch, sự cố quá tải, sự cố dòng điện dò, sự cố quá áp. Trong thực tế người ta dùng phổ biến là aptomat bảo vệ sự cố ngắn mạch, trong công nghiệp để bảo vệ sự cố ngắn mạch và sự cố quá tải cho các động cơ điện người ta còn tích hợp thêm rơle nhiệt vào aptomat. Trong dân dụng, để tránh sự cố điện giật nguy hiểm cho tính mạng con người, người ta thường trang bị cho hệ thống điện trong nhà aptomat bảo vệ sự cố dòng điện dò (aptomat chống giật). Nguyên lý của aptomat bảo vệ sự cố ngắn mạch. Dạng thực tế CB a. Cấu tạo B 1 pha HÌNH 1.15: CẤU TẠO VÀ DẠNG THỰC TẾ APTOMAT CB 1 PHA Aptomat dùng để đóng cắt và bảo vệ mạch điện. Với giá thành ngày càng rẻ, hiện nay nó thay thế hầu hết các vị trí của cầu dao và cầu chì. Nam châm điện; 5. Móc răng; A: Cực nối nguồn; 3. Thanh truyền động; B: Cực nối tải. Dạng thực tế rơle a. Cấu tạo nhiệt 3 pha HÌNH 1.16: CẤU TẠO VÀ DẠNG THỰC TẾ RƠLE NHIỆT 3 PHA c. Rơle nhiệt  Cấu tạo 11 1. Thanh lưỡng kim; 4. Phần tử đốt nóng; A: Cực nối nguồn; 3. Hệ thống tiếp điểm; B: Cực nối tải.  Công dụng Rơle nhiệt dùng để bảo vệ sự cố quá tải. Trong thực tế người ta thường gắn rơle nhiệt phía sau công tắc tơ gọi là khởi động từ.2 CÁC MẠCH MỞ MÁY TRỰC TIẾP 1.1 Mạch điều khiển động cơ quay một chiều a. Sơ đồ nguyên lý A B C N CD 1Cc 2Cc K M 2Đ D K 1 4 3 5 6 Rn k Rn Rn 2 1Đ 8 ĐKB HÌNH 1.17: SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ MẠCH KHỞI ĐỘNG TRỰC TIẾP ĐKB 3 PHA QUAY 1 CHIỀU b. Bảng kê các thiết bị - khí cụ Bảng 1.1 TT Thiết bị - khí cụ SL Chức năng Ghi chú 1 CD 1 Cầu dao nguồn, đóng cắt không tải toàn bộ mạch. 2 1CC 3 Cầu chì, bảo vệ ngắn mạch ở mạch động lực. 3 RN 1 Rle nhiệt, bảo vệ quá tải cho động cơ (ĐKB). 4 K 1 Côngtắctơ, điều khiển động cơ làm việc. 5 2CC 2 Cầu chì, bảo vệ ngắn mạch ở mạch điều khiển. 6 M; D 1 Nút bấm thường mở; thường đóng điều khiển mở máy và dừng động cơ. 7 1Đ; 2Đ 1 Đèn tín hiệu trạng thái làm việc và quá tải của động cơ. 12 CD 1CC 2CC OFF FWD k 1Đ 2Đ RN HÌNH 1.18: SƠ ĐỒ NỐI DÂY MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐKB QUAY 1 CHIỀU c. Qui trình lắp ráp - kiểm tra - vận hành  Lắp ráp  Chọn đúng chủng loại, số lượng các thiết bị khí cụ cần thiết.  Định vị các thiết bị lên bảng (giá) thực hành.  Đọc, phân tích sơ đồ nguyên lý, sơ đồ nối dây.  Lắp mạch theo sơ đồ: Lắp mạch điều khiển sau đó lắp mạch động lực.  Kiểm tra  Mạch điều khiển:  Sơ đồ kiểm tra như hình 1.19, nếu khi ấn nút M(3,5); quan sát kim của Ohm kế và kết luận: - Ohm kế chỉ một giá trị nào đó: mạch lắp ráp đúng; - Ohm kế chỉ 0: cuộn K bị ngắn mạch; - Ohm kế không quay: hở mạch điều khiển.