CÔNG TẮC TƠ – KHỞI ĐỘNG TỪ

Chương 5:

CÔNG TẮC TƠ – KHỞI ĐỘNG TỪ

5.1 CÔNG TẮC TƠ:
5.1.1 Khái Niệm và Yêu Cầu

– Contactor là một loại khí cụ điện dùng để đóng ngắt các tiếp điểm, tạo liên lạc trong mạch điện bằng nút nhân. Như vậy khi sử dụng contactor ta có thể điều khiển mạch diện từ xa có phụ tải với điện áp đến 500V và dòng là 600A (vị trí điều khiển, trạng thái hoạt động của conlactor rất xa vị trí các tiếp điểm đóng ngắt mạch điện).
– Phân loại contactor tùy theo các đặc điểm sau:
+ Theo nguyên lý truyền động: ta có contactor kiểu điện từ (truyền điện bằng lực hút điện từ), kiểu hơi ép, kiểu thủy lực. Thông thường sử dụng contactor kiểu điện từ.
+ Theo dạng dòng điện: contactor một chiều và contactor xoay chiều (contactor 1 pha và 3 pha).

5.1.2 Cấu Tạo và Nguyên Lý Hoạt Động
5.1.2.1 Cấu tạo

–  Contactor được cấu tạo gồm các thành phần : cơ cấu điện từ (nam châm điện), hệ thống dập hồ quang, hệ thống tiếp điểm (tiếp điểm chính và phụ).
Nam châm điện:
Nam châm điện gồm có 4 thành phần:
+ Cuộn dây dùng tạo ra lực hút nam châm.
+ Lõi sắt (hay mạch từ) cùa nam châm gồm hai phần: phần cố định, và phần nắp di động. Lỗi thép nam châm có thể có dạng EE, EI hay dạng Cl.
+ Lò xo phản lực có tác dụng dẩy phần nắp di động trở về Vị trí ban đầu khi ngừng cung cấp điện vào cuộn dây.

Hệ thống dập hồ quang điện:
+ Khi contactor chuyển mạch, hồ quang điện sẽ xuất hiện làm các tiếp điểm bị cháy, mòn dần. Vì vậy cần có 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.
Hệ  thống tiếp điểm của contactor:
+  Hệ thống tiếp điểm liên hệ với phần lõi từ di động qua bộ phận liên động về cơ. Tùy theo khả năng tải dẫn qua các tiếp điểm, ta có thể chia các tiếp điểm của contactor thành hai loại:
+ Tiếp điểm chính: có khả năng cho dòng điện lớn đi qua (từ 10A đến vài nghìn A, thí dụ khoảng 1600A hay 2250A). tiếp điểm chính là tiếp điểm thường hở đóng lại khi cấp nguồn vào mạch từ của contactor làm mạch từ contactor hút lại.

+ Tiếp điểm phụ: có khả năng cho dòng điện đi qua các tiếp điểm nhỏ hơn 5A. Tiếp điểm phụ có hai trạng thái: thường đóng và thường hở.
+ Tiếp điểm thường đóng là loại tiếp điểm ở trạng thái đóng (có liên lạc với nhau giữa hai tiếp điểm) khi cuộn dây nam châm trong contactor ở trạng thái nghỉ (không được cung cấp điện). Tiếp điểm này hở ra khi contactor ở trạng thái hoạt động. Ngược lại là tiếp điểm thường hở.
+  Như vậy, hệ thống tiếp điểm chính thường được lắp trong mạch điện động lực, còn các tiếp điểm phụ sẽ lắp trong hệ thống mạch điều khiển (dùng điều khiển việc cung cấp điện đến các cuộn dây nam châm của các contactor theo quy trình định trước).
+  Theo một số kết cấu thông thường của contactor. các tiếp điểm phụ có thể được liên kết cố định về số lượng trong mỗi bộ contactor; tuy nhiên cũng có một vài nhà sản xuất chỉ bố trí cố định số tiếp điểm chính trên mỏi contactor; còn các tiếp điểm phụ được chế tạo thành những khối rời riêng lẻ. Khi cần sử dụng ta chỉ ghép thêm vào trên contactor. số lượng tiếp điểm phụ trong trường hợp này có thể bố trí tùy ý.

5.1.2.2 Nguyên lý hoạt động

+ Khi cấp nguồn diộn bằng giá trị điện áp định mức cùa 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 cùa lò xo), contactor ở trạng thái hoạt động. Lúc này nhờ vào 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 (thường đóng sẽ mở ra, [hường hở sẽ đóng lại) và duy trì trạng thái này. Khi ngừng cấp nguồn cho cuộn dây thì contactor ờ trạng thái nghỉ, các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu.

+ Các ký hiệu dùng biểu diễn cho cuộn dây (nam châm điện) trong contactor và các loại tiếp điểm. Ta có nhiều tiêu chuẩn cùa các quốc gia khác nhau, dùng biểu diễn cho cuộn dây và tiếp điểm của contactor; để dễ phân biệt ta có thể tóm tắt trong bảng ký hiệu như sau:

Trong một sơ đổ mạch sử dụng nhiều contactor. muốn phân biệt các cuộn dây và tiếp điểm của contactor, ta thực hiện qui ước như sau:
– Ghi ký hiệu, hay mã số cho cuộn dây của contactor (thí dụ 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.

5.1.3 Các Thông Số Cơ Bản Của Contactor:
5.1.3.1 Điện áp định mức

> Điện áp định mức của contactor Uđm là điện áp của mạch điện tương ứng mà tiếp điểm chính phải đóng ngắt, chính là điện áp đại vào hai đầu cuộn dây của nam châm điện sao cho mạch lừ hút lại.
> Cuộn dây hút có thể làm việc bình thường ở điện áp trong giới hạn (85-105)% điện áp định mức cùa cuộn dây. Thông số này được ghi trên nhãn đặt ở hai đầu cuộn dây contactor. có các cấp điện áp định mức: 110V, 220V, 440V một chiều và 127V,  22OV, 38OV, 500V xoay chiều.

5.1.3.2 Dòng Điện Định Mức:

Dòng điện định mức của contactor Iđm là dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính trong chế độ làm việc lâu dài. thời gian contactor ở trạng thái đóng không quá 8 giờ.
> Dòng diện định mức của contactor hạ áp thông dụng có các cấp là: 10A, 20A, 25 A, 40A, 60A, 75A,  100A, 150A, 25OA, 300A. 600A. Nếu contactor đặt trong tủ điện thì dòng điện định mức phải lấy thấp hơn 10% vì làm kém mát. dòng điện cho phép qua contactor còn phải lấy thấp hơn nữa trong chế độ làm việc dài hạn.

5.1.3.3 Khả năng cắt và khả năng đóng

Khả năng cắt của contactor điện xoay chiều đạt bội số đến 10 lần dòng điện định mức với phụ tải điện cảm.
Khả năng đóng: contactor điện xoay chiều dùng để khởi động động cơ điện cần phải có khả năng đóng từ 4 đến 7 lần Iđm

5.1.3.4 Tuổi thọ của contactor:

Tuổi thọ của contactor được tính bằng số lần đóng mở, sau số lần đúng mở ấy thì contactor sỗ bị hỏng và không dùng được.

5.1.3.5 Số lần thao tác

Là số lần đóng cắt contactor trong một giờ. Có các cấp: 30, 100, 120, 150, 300, 600, 1200, 1500 lần / h.

5.1.3.6 Tính ổn định lực điện động

Tiếp điểm chính của contactor cho phép một dòng điện lớn đi qua (khoảng 10 lần dòng điện định mức) mà lực điện động không làm tách rời tiếp điểm thì contactor có tính ổn đinh lực điện động.

5.1.3.7 Tính ổn định nhiệt

Contactor có tính ổn định nhiệt nghĩa là khi có dòng điện ngắn mạch chạy qua trong một 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 diện áp là 110, 200, 440VDC 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

5.1.4 Điều kiện lựa chọn

Chọn loại và cỡ của công tác 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 dung.
Loại sử dụng đối với công tắc tơ theo tiêu chuẩn IEC 947-4

5.1.5 Các Chế Độ Sử Đụng Contactor

> Tùy theo giá trị dòng điện mà contactor phải làm việc trong lúc bình thường hay khi cắt mà người ta dùng các cỡ khác nhau, bên cạnh đó phụ thuộc vào loại hộ tiêu thụ. điều kiện đóng mở quá trình khởi động nặng nhẹ. đảo chiều, hãm…. Sau đây là các loại chê độ sử dụng của contactor.
> Các contactor sử dụng điện xoay chiều ký hiệu AC1; AC2: AC3; AC4.
> Theo tiêu chuẩn IEC (International Electrotechnical Commission) thiết kế hay lựa chọn contactor theo chế độ làm việc, ta chú ý đến các ký hiệu AC ghi trên contactor. Ý nghĩa của các ký hiệu và phạm vi sử dụng contactor được trình bày tóm tắt như sau:
Ký hiệu AC1:( Uđm <440)
> Qui định giá trị dòng điện định mức qua các tiếp điểm chính của contactor, khi contactor được chọn lựa để đóng ngắt cho nhừng thiết bị, khí cụ điện, các loại phụ tải xoay chiều có hệ số công suất ít nhất phải bằng 0,95 (cos φ> 0,95).
> Ví dụ dùng cho những diện trở ở dang sưởi ấm,  lưới phân phối có hệ số công suất lớn hơn 0.95.

Hình 6.1 Công tắt tơ của hãng Telemecanique (Pháp) loại AC1
Trục tung : số lần thao tác (Triệu lẩn thao tác)
Trục hoành : dòng điện cắt ( A)

– Ký hiệu AC2:
> Contactor khi được chọn lựa theo trạng thái này. dùng để khởi động phanh nhấp nhả (plugging), phanh ngược (reverse current braking) cho động cơ không đồng bộ rotor dây quấn.
> Khi các tiếp điểm contactor đóng kín mạch, hình thành dòng điện khởi động, giá trị dòng điện này bằng khoảng 2.5 lần dòng điện định mức cùa động cơ. Khi các tiếp điểm contactor hở mạch, ngắt dòng điện khởi động của động cơ, điện áp xuất hiện giữa hai cực của tiếp điểm không lớn hơn điện áp định mức của nguồn điện cung cấp.
> Ví dụ như: động cơ ở máy in, nâng hàng…
– Ký hiệu AC3:

Contactor khi được chọn lựa theo trạng thái này, dùng để đóng ngắt
động cơ không đồng bộ rotor lổng sóc trong suốt các quá trình vận hành thông thường.
> Khi các tiếp điểm contactor đóng kín mạch, hình thành dòng điện khởi
động, có giá trị bằng khỏang 5 đến 7 lần giá trị dòng điện định mức của động cơ. Khi các tiếp điểm contactor hở mạch, ngắt dòng điện định mức của động cơ, lúc dó điện áp xuất hiện giữa hai cực của tiếp điểm chỉ lớn khoảng 20% diện áp định mức của nguồn điện cung cấp.
> Ví dụ như: các dộng cơ lồng sóc thông dụng: động cơ thang máy. bàng
chuyền, cần cẩu, máy nén. máy điều hòa nhiệt độ.

❖ Ký hiệu AC 4:( Uđm <440V)
> Contactor khi được chọn lựa theo trạng thái này dùng để khởi dộng,
phanh nhấp nhã, phanh ngược…động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc.
> Khi các tiếp điểm contactor đóng kín mạch, tại dòng điện đỉnh, có giá trị bằng khoảng 5 đến 7 lần giá trị dòng điện định mức cùa động cơ. Khi các tiếp điểm contactor hở mạch, ngắt dòng điện tại giá tri lớn tương tự như nêu trên, lúc đó điện áp xuất hiện giữa hai cực của tiếp điểm lớn bằng mức điện áp định mức cùa nguồn điện cung cấp.
> Loại này được sử dụng cho các động cơ không đồng bộ rotor lồng sóc
trong máy in. máy nâng hàng, ưong công nghiệp luyện kim…

 

Các contactor sử dụng điện một chiều: DC1. DC2. DC3, DC4, DC5.
Theo tiêu chuẩn IEC, sử dụng các contactor để đóng ngắt các phụ tài một chiều (DC load) được phân thành 5 chế độ họat động (contactor dùng trong trường hợp này là contactor một chiều, điện áp cung cấp vào cuộn dây contaclor là loại điện áp một chiều).
❖ Ký hiệu DC1
> Các contactor mang ký hiệu DC1 dùng đóng cắt cho tất cả các phụ tải một chiều (DC load) có thời hằng (T = L/R) nhỏ hơn hay bằng 1 ms.
> DC1 được sử dụng cho các hộ tiêu thụ, phụ tải không có tính cảm ứng hoặc tính cảm ứng bé, các lò điện trở.
❖ Ký hiệu DC2:
> Các contactor mang ký hiệu DC2 được sử dụng để đóng ngắt mạch động cơ một chiều kích từ song song. Hằng số thời gian của mạch tải khoảng 7,5 ms.

Khi các tiếp điểm đóng kín mạch hình thành dòng điện khởi động, dòng điện này có giá tri khoảng 2,5 lần dòng điện định mức của động cơ.
> Khi tiếp điểm của contactor ngắt mạch, cắt dòng điện định mức động cơ; lúc đó điện áp xuất hiện giữa hai cực của tiếp điểm là hàm số phụ thuộc theo sức phần điện của phần ứng động cơ. sự ngát mạch xảy ra nhẹ nhàng.
❖ Ký hiệu DC3:
> Các contactor mang ký hiệu này dược sử dụng trong các trường hợp
khởi động, phanh nhấp nhả, hay phanh ngược các động cơ một chiều kích từ song song. Thời hằng của mạch tải nhỏ hơn 2 ms.
> Khi các tiếp điểm đóng kín mạch hình thành dòng điện khởi động, dòng điện có giá trị khoảng 2.5 lần dòng điện định mức của động cơ.
> Khi các tiếp điểm của contactor ngất mạch, cắt dòng điện có giá trị khoảng 2,5 lần giá trị dòng điện định mức qua mạch của động cơ, lúc đó điện áp xuất hiện giữa hai cực của tiếp điểm có thể lớn hơn điện áp nguồn cung cấp điện áp xuất hiện lớn khi tốc độ quay của động cơ thấp, sức phản điện của phần ứng có giá trị tháp, sự ngắt mạch xảy ra nặng nề thực hiện khó khăn.
❖ Ký hiệu DC4:
> Các contactor mang ký hiệu này được sử dụng đóng ngát mạch phụ tải là động cơ một chiều kích từ nối tiếp. Thời hằng của mạch phụ tải khoảng 10ms.
> Khi các tiếp điểm đóng kín mạch hình thành dòng điện khởi động dòng diện này có giá trị khoảng 2,5 lần dòng điện định mức của động cơ. Khi các tiếp điểm cùa contactor ngắt mạch, cắt dòng điện có giá trị khoảng 1/3 lần giá trị dòng điện định mức qua mạch của động cơ; lúc đó điện áp xuất hiện giữa hai cực của tiếp điểm khoảng 20% điện áp nguồn cung cấp.

Trong phạm vi ứng dụng này số lần đóng cắt trong một giờ có thể gia tăng. Sự ngắt mạch xảy ra nhẹ nhàng.
❖ Ký hiệu DC5:

Các contactor mang ký hiệu này được sừ dụng khởi động, phanh ngược, đảo chiều quay động cơ một chiều kích từ nối tiếp. Thời hằng của mạch phụ tải nhỏ hơn hay bằng 7,5 ms.
> Khi các tiếp điểm đóng kín mạch hình thành dòng điện đỉnh có giá trị 2.5 lần dòng điện định mức của động cơ.
> Khi các tiếp điểm của contactor ngắt mạch, cắt dòng điện có giá trị lớn khoảng giá trị dòng điện đỉnh nêu trên; lúc đó điện áp xuất hiện giữa hai cực của tiếp điểm lớn bằng mức điện áp nguồn cung cấp. Sự ngắt mạch xảy ra khó khăn.

Các thí dụ minh họa:
Ví dụ 1: Hãy chọn công tác tơ điều khiển động cơ có đặc tính và số liệu sau đây
– Động cơ ba pha roto lồng sóc
– Diện áp lưới (3×400)
– Công suất có ích đối với trục (động cơ) Pu =3 KW
– Cosφ =0.79.1’1=0.81
– Làm việc 16 giờ mỗi ngày
– 200 lần thao lác / 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

Giải

Động cơ ba pha lồng sóc và sử dụng ngái theo đổ thị loại AC3, do đó dùng công tắc lơ 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 đinh mức :

Dựa vào các thông số như công suất có ích. cường độ dòng điện ngắt, số lần thao tác nên ta chọn công tác lơ loại AC3 LC1-LP1-D09

Ví dụ 2: Hãy chọn công tác tơ cho máy nén không khí có đặc tính và số liệu như sau :
– Động cơ ba pha roto lồng sóc
– Điện áp lưới (3×400)
– Công suất có ích đối với trục (động cơ) Pu =5.5 KW
– Cosφ =0.8, η=0.83
-Làm việc 24 giờ mỏi ngày
-120 lần thao tác / một giờ
-330 ngày làm việc trong một năm

-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 : 30×0.8 =24 giây
Việc ngắt xảy ra ở đầu mỗi lần 24 giây, thời gian này Iớn 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 :

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-D25

Trả lời

Email của bạn sẽ không được hiển thị công khai.