Trang thiết bị điện tàu 12500T. Đi sâu nghiên cứu hệ thống truyền động điện neo. Xây dựng mô hình trạm từ điều khiển hệ thống truyền động điện tời neo

á trị của dòng đặt nên không dùng để bảo vệ quá tải cho các động cơ điện xoay chiều. Dòng đặt cho rơle dòng điện trong trường hợp này là(1,3 ¸ 1,4)Iđm. Để bảo vệ cho các động cơ điện xoay chiều cần dùng các rơle nhiệt. Các rơle nhiệt có thời gian trễ tác động do vậy không thực hiện trong thời gian khởi động động cơ. Để có thể bảo vệ được ngay cả khi quá tải nhỏ nhưng kéo dài, dòng đặt tác động của rơle nhiệt thường trong khoảng (1,1 ¸ 1,25)Iđm. Đối hệ thống truyền động điện neo tời quấn dây, bảo vệ quá tải có ý nghĩa rất lớn vì tải của hệ thống thường không ổn định và có thể vượt tải định mức. Ngoài ra động cơ còn có khả năng dừng dưới điện khi vì một lý do nào đó neo không được nhổ bật lên khỏi bùn. Bảo vệ điện áp thấp và bảo vệ không được thực hiện bởi rơle điện áp, rơle này được chỉnh định để không duy trì được lực giữ tấm động khi điện áp lưới giảm còn 75%Uđm. Khi có nguồn cấp cho hệ điều khiển bị cắt dộng cơ sẽ được ngắt ra khỏi lưới điện. Đồng thời rơle này có thể thực hiện chức năng bảovệ nếu cuộn hút của nó được mắc nối tiếp với tiếp điểm thường đóng của tay điều khiển ở vị trí số “0”. Hạn chế quá tải cho động cơ khi đang làm việc ở tốc độ cao đang thực hiện bởi các rơle dòng điện với giá trị dòng đặt trong khoảng (1,5¸2,1)Iđm Tác động của các rơle này, qua hệ thống điều khiển sẽ chuyển tốc độ của động cơ từ tốc độ cao về tốc độ thấp hơn theo đặc tính cơ của động cơ bằng cách đổi tổ đấu dây để thay đổi số đôi cực của cuộn dây stator (với động cơ điện xoay chiều). Có thể dùng một số rơle dòng điện để có thể tự động chuyển cấp tốc độ. Khi bị dừng dưới điện, động cơ được chuyển về đặc tính cơ có tốc độ thấp nhất và hạn chế được dòng điện dừng ở mức cho phép 4.10 GIỚI THIỆU HỆ THỐNG TỜI NEO TÀU 12.500T 4.10.1 Các thông số kỹ thuật của hệ thống Lực kéo neo : 137,3kN Tốc độ kéo neo : 9m/min Động cơ thủy lực loại MRH-1500 Áp lực : 11,4 MPa Lưu lượng : 154 l/min -Ngoài ra hệ thống tời neo còn lại một tời quấn dây: Lực kéo : 68,6kN Tốc độ không tải : 30m/min Tốc độ có tải : 15m/min M Bơm Thủy lực Động cơ Thủy lực Điều khiển * Cấu trúc của hệ thống Neo : gồm có neo phải và neo trái được bố trí ở phía mũi tàu. Động cơ M lai bơm thủy lực là động cơ dị bộ 3 pha rô to lồng sóc công suất 75kW khởi động bằng phương pháp đổi nối sao tam giác. Điều khiển : Điều khiển chiều thu thả neo bằng các van thủy lực. Điều khiển tốc độ thu thả bằng cách điều chỉnh lưu lượng bơm thủy lực. Chuyển đổi từ chế độ thu thả neo sang chế độ thu thả tời quấn dây bằng cách chuyển cơ cấu cơ khí chọn vị trí từ đĩa hình sao sang trống tời. 4.10.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống a) Sơ đồ điều khiển động cơ lai bơm thủy lực * Giới thiệu phần tử : DS : Aptomat cấp nguồn M : Động cơ không đồng bộ 3 pha rôto lồng sóc khởi động bằng cách đổi nối sao tam giác. A : Đồng hồ ampe đo dòng điện. CT : Biến dòng đo lường SHS : Công tắc cấp nguồn cho điện trở sấy. TR : Biến áp cấp nguồn mạch điều khiển MCM, MCD, MCS : Các contactor X1, X2, X5 : Các rơ le phụ TM1, TM6 : Rơle thời gian OCR : Rơle nhiệt bảo vệ quá tải S2, S3 : Nút ấn khởi động và dừng WL, RL, GL : Đèn tín hiệu EMERGENCY STOP : Nút ấn dừng sự cố FS : Cảm biến mức dầu thuỷ lực. * Nguyên lý hoạt động : - Đóng aptomat DS, biến áp TR được cấp nguồn, đèn WL sáng báo nguồn được cấp và sẵn sàng cho khởi động. - Ấn nút START(S2), nếu dầu cấp cho bơm đã đủ FS đóng cấp nguồn cho rơ le thời gian TM6, sau 2s tiếp điểm TM6(8-6) đóng cấp nguồn cho rơ le X1. Rơ le X1 có điện, tiếp điểm X1(7-11) duy trì, tiếp điểm X1(8-12) đóng cấp nguồn cho rơ le X2 đóng tiếp điểm X2(3-4) cấp nguồn cho contactor MCS. -Khi MCS có điện: +Tiếp điểm MCS(31-32) mở không cấp điện cho contactor MCD. +Tiếp điểm MCS ở mạch động lực đóng nối ngắn mạch các đầu X,Y,Z của động cơ M sẵn sàng cho việc khởi động ở chế độ nối sao. +Tiếp điểm MCS(13-14) đóng cấp nguồn cho contactor MCM. - Khi MCM có điện: +Tiếp điểm MCM ở mạch động lực đóng , động cơ khởi động với sơ đồ nối dây hình sao. +Tiếp điểm MCM(23-24) đóng cấp nguồn cho rơ le thời gian TM1 bắt đầu tính thời gian khởi động sao. -Rơ le thời gian TM1 có điện: +Tiếp điểm TM1(21-24) đóng ngay để duy trì. +Tiếp điểm TM1(15-16) mở sau 10s contactor MCM mất điện dẫn đến tiếp điểm MCM(13-14) mở làm cho contactor MCS mất điện. +Đồng thời tiếp điểm TM1(15-18) đóng và contactor MCD có điện và tiếp điểm MCD(23-24) đóng contactor MCM có điện ngay sau đó ,các tiếp điểm của contactor MCM và MCD ở mạch động lực đóng động cơ hoạt động theo sơ đồ nối dây tam giác. - Nếu động cơ đang hoạt động ở chế độ tam giác ta ấn nút dừng S3 thì rơ le X1 mất điện dẫn đến X2 mất điện làm cho các contactor MCM và MCD mất điện mở các tiếp điểm ở mạch động lực cắt nguồn và động cơ M dừng. - Đang quá trình khởi động sao ta ấn nút dừng khẩn cấp EMEGENCY STOP cũng dẫn tới dừng động cơ vì X1, X2 mất điện. * Bảo vệ trong hệ thống : -Bảo vệ ngắn mạch bằng cầu chì F1, F2, F3 và aptomat DS. -Bảo vệ quá tải bằng rơ le nhiệt OCR. -Bảo vệ mức dầu trong két thấp bằng cảm biến FS. b)Sơ đồ điều khiển thủy lực * Giới thiệu phần tử : 12 : Động cơ thuỷ lực lai tời neo số 1 13 : Động cơ thuỷ lực lai tời neo số 2 20 : Khối bơm 31 : Van điều khiển 33 : Cảm biến áp lực dầu 34 : Bộ khởi động động cơ lai bơm thủy lực 35 : Dừng sự cố động cơ lai bơm thủy lực S1, S2, S3, S4 : Các van dừng * Nguyên lý hoạt động : -Khi động cơ M lai bơm thủy lực hoạt động dầu được bơm theo đường P qua van tay S1 và các van điều khiển 32 đến van 31 của MW-2. Nếu chưa có tín hiệu điều khiển tác động đến van 31 thì dầu thủy lực sẽ qua van tràn đến đầu P của MW-1 và trở về cửa R đến két chứa dầu. Dầu được bơm tuần hoàn về két. -Giả sử lúc này ta bẻ tay điều khiển van 31 của MW-2 thả neo thì lúc này van 31 sẽ ở vị trí trái. Dầu từ cửa P thông qua cửa B tới đầu L của động cơ thủy lực, dầu qua động cơ thủy lực làm cho động cơ quay theo chiều thả neo. Ban đầu áp lực dầu còn yếu dầu ở cửa ra của động cơ thủy lực sẽ không được hồi về két chứa mà tác động vào van tràn V1 để mở van V1 và dầu sẽ quay trở về đường dầu vào của động cơ thủy lực. Khi áp lực dầu ở đầu vào của động cơ thủy lực đủ lớn làm mở van V4 thì dầu ở đầu ra của động cơ thủy lực sẽ qua van tràn V4 đến đầu A của van 31 và hồi về két chứa dầu. -Để thay đổi tốc thu thả neo ta thay đổi tốc độ của động cơ thủy lực bằng cách dịch tâm bơm thủy lực. Khi đó áp lực dầu ở đầu vào sẽ thay đổi dẫn đến tốc độ động cơ thủy lực sẽ thay đổi hay tốc độ thu thả neo thay đổi. -Ở đầu vào của van điều khiển 31 có trích một đường dầu qua đầu DR đến cảm biến áp lực dầu 33 để đo áp lực dầu công tác trên đường ống .Để bảo vệ quá tải cho hệ thống dùng các van an toàn được lắp đặt ở sau bơm. 4.10.3 Các ưu, nhược điểm của hệ thống Hệ thống truyền động điện tời neo tàu PR-02 ứng dụng nguyên lý điện- thuỷ lực, có các ưu, nhược điểm sau đây: * Ưu điểm : - Hệ thống có kết cấu đơn giản, gọn nhẹ và vận hành dễ dàng. - Khả năng điều chỉnh tốc độ láng. - Tính kinh tế cao * Nhược điểm : Do áp lực công tác cao nên dễ gây dò rỉ đường ống, gây ra những tai nạn nguy hiểm. CHƯƠNG 5 : TÍNH TOÁN LỰA CHỌN THIẾT BỊ ĐIỀU KHIỂN CHO HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG ĐIỆN TỜI NEO 5.1 LỰA CHỌN SƠ ĐỒ ĐIỀU KHIỂN Để điều khiển động cơ thực hiện trong hệ thống truyền động điện neo có thể dùng một trong những hệ thống cơ bản (đã biết) sau : Điều khiển bằng tay khống chế; tay điều khiển kết hợp với trạm từ (hệ thống công tắc tơ rơle); hệ thống máy phát – động cơ. Sơ đồ điều khiển phải phù hợp với động cơ thực hiện, phải đơn giản, hoạt động chắc chắn, tin cậy và dễ dàng thay thế, sửa chữa. Có tính kinh tế cao, ít chủng loại và đồng loại khí cụ. Dễ kiểm tra sơ đồ, thuận tiện cho việc nhanh chóng tìm ra nơi hỏng hóc. Trong quá trình học tập, chúng em đã được thầy giáo Lưu Đình Hiếu giới thiệu và phân tích cụ thề Hệ thống truyền động điện neo với động cơ dị bộ rôto lồng sóc 3 tốc độ có 2 cuộn dây stato (Chương 2 - Truyền động điện neo và tời quấn dây – Sách Truyền động điện tàu thủy). Dựa vào hệ thống này, chúng em đã nghiên cứu và thiết kế hệ thống truyền động điện neo dùng động cơ dị bộ roto lồng sóc 3 tốc độ với 3 cuộn dây riêng biệt. Đây là hệ thống điều khiển kết hợp tay điều khiển với trạm từ. Hình thức điều khiển này đang được dùng phổ biến trên các đội tàu của nước ta. Quá trình điều khiển được thực hiện bởi tay điều khiển thông qua hoạt động của các rơ le công tắc tơ của trạm từ. Do vậy, có thể tự động hóa 1 phần các thao tác điều khiển. Ví dụ : Có thể tăng dần từ tốc độ thấp đến tốc độ cao khi đột ngột đưa nhanh tay điều khiển từ vị trí “0” đến vị trí có tốc độ cao (tự động khởi động theo hàm thời gian) hoặc tự động chuyển về làm việc ở tốc độ thấp khi động cơ bị quá tải. Sau đây em xin trình bày cụ thể về hệ thống này. 5.1.1 Đặc điểm kỹ thuật của hệ thống - ACB : Aptomat cấp nguồn cho hệ thống nằm trên bảng phụ tải - M : Động cơ thực hiện, đây là dị bộ xoay chiều 3 pha rôto lồng sóc 3 cấp tốc độ, có 3 cuộn dây riêng biệt đấu sao với số đôi cực là 4/8/16. - S1: phanh điện từ, ở đây sử dụng phanh điện từ 1 chiều (vì số lần đòng mở cho phép lớn, lực hút ổn định). Nguồn điện được cấp cho phanh điện từ nhận được từ cầu chỉnh lưu 3 pha n1. - M2: biến áp hạ áp để cấp nguồn cho phanh điện từ và mạch điều khiển, các thiết bị bảo vệ quá tải. - R4: điện trở phóng điện cho cuộn phanh. Cần lưu ý rằng với các cuộn hút điện từ nói chung cần thiết phải có điện trở phóng điện nhằm bảo vệ cho cuộn dây khỏi bị đành thủng do sự chênh lệch điện thế ở các vòng dây ở thời điểm quá độ. - b1: Tay điều khiển có 7 vị trí 1 vị trí “0” và 3 vị trí mỗi phía thu thả neo. Gồm có các tiếp điểm: (1-01), (3-03), (5-05), (7-07), (9-09), (11-011). - PB: Nút thử đèn - Bd: biến dòng. - b2: Nút dừng sự cố. - e1 e2, e3, e8: các cầu chì bảo vệ ngắn mạch. - e6 rơle dòng điện cực đại, bảo vệ quá tải ở tốc độ cao cho động cơ thực hiện. - e4, e5: các rơle nhiện bảo vệ quá tải ở tốc độ 1 và 2. - d1, d2: các rơle chung gian. - d4, d5 ,d6: các rơle thời gian. - C1, C2 : các công tắc tơ đảo chiều. - C3, C4, C5: các công tắc tơ tốc độ 1,2,3. - C7: công tắc tơ cấp nguồn cho phanh điện từ. - C8: Công tắc tơ trung gian. - H: Khối chỉnh lưu. - n: Khối chỉnh lưu. - b3: Tiếp điểm hành trình khi phanh hút hoàn toàn thì tiếp điểm b3 mở. Nếu phanh không mở hoàn toàn trong thời gian tác động thì hệ thống sẽ dừng làm việc. - WL1,WL2, H1, H2, H3, H4, WL, Ht: Các chỉ báo đèn thu, thả, tốc độ1, 2, 3, phanh, nguồn, quá tải. 5.1.2 Nguyên lý hoạt động của hệ thống - Đóng Aptomat cấp nguồn cho mạch động lực và mạch điều khiển, rơle d1 có điện đóng tiếp điểm d1(1-2, 3-4), d1(1-2) đóng cấp nguồn cho mạch điều khiển d1(3-4) đóng tự giữ, d1(5,6) đóng. Lúc này đèn WL sáng báo đã có nguồn. - Điều khiển hệ thống làm việc từ tốc độ thứ nhất đến tốc độ thứ ba về phía thu hoặc thả neo đều nhờ tay điều khiển b1. - Giả sử người ta đưa tay điều khiển từ vị trí “0” sang bất kỳ vị trí nào theo chiều thu neo thì tiếp điểm 3-03 đóng công tắc tơ C1 có điện, mở tiếp điểm C1(7-8) khống chế không cho công tắc tơ C2 có điện. Đồng thời C1 (13-14) đóng lại chờ sẵn. C1(11-12) đóng lại đèn WL1 sáng báo thu neo. Tiếp điểm C1(1-2,3-4,5-6) đóng lại ở trên mạch động lực cấp nguồn cho động cơ theo chiều thu neo. - Khi đưa tay điều khiển từ vị trí “0” sang vị trí “I”(ứng với tốc độ 1) tiếp điểm tay điều khiển 7-07 đóng công tắc tơ C có điện mở các tiếp điểm thường đóng và đóng các tiếp điểm thường mở. Tiếp điểm C3 (9-10) đóng lại công tắc tơ C7 có điện làm đóng tiếp điểm C7 (1-2,3-4) cấp điện cho cuộn phanh S1 giải phóng trục động cơ. C3 (7-8) mở khống chế không cho động cơ hoạt động ở tốc độ 2. Đồng thời C3(1-2,3-4,5-6) đóng động cơ được gia tốc tốc độ thứ nhất. Tiếp điểm C3(11-12) đóng đèn H1 sang báo thu neo tốc độ 1. - Khi đưa tay điều khiển từ vị trí “I”sang vị trí “II” ( tốc độ thứ hai ) thì tiếp điểm (9-09) đóng công tắc tơ C4 có điện. Đóng tiếp điểm C4(9-10) cấp điện cho C7. Tiếp điểm C4(7-8) mở khống chế không cho hoạt động tốc độ 1. Tiếp điểm C4(1-2,3-4,5-6) đóng lại cấp điện cho động cơ làm việc ở tốc độ thứ hai. Tiếp điểm C4 (11-12) đóng đèn H2 sáng báo động cơ hoạt động ở tốc độ 2. - Từ vị trí II sang III ( tố độ thứ 3 ) thì tiếp điểm 11-011 đóng, trước đó tiếp điểm cúa rơle thời gian d4 (3-4) đóng công tắc tơ C5 có điện, mở tiếp điểm thường đóng để khống chế không cho động cơ thực hiện làm việc ở tốc độ 1 và 2. Tiếp điểm C5(1- 2, 3-4, 5- 6) đóng động cơ làm việc ở tốc độ thứ 3. Đồng thời đèn H3 sáng báo động cơ hoạt động tốc độ 3. (phanh điện từ S1 luôn có điện ở bất kì vị trí nào từ 1 sang 3 cả phía thu và thả neo, khi phanh được hút đèn H4 luôn sáng). - hệ thống điều khiển này cho phép động cơ thực hiện làm việc khi ta đưa tay điều khiển từ vị trí “0” sang bất kì vị trí nào (phía thu hoặc thả) thì động cơ thực hiện gia tốc ở tốc độ đó. - Khi đưa tay điều khiển từ vị trí “0” sang “2” thì tiếp điểm 3-03, 9- 09 của tay điều khiển đóng, công tắc tơ C4 có điện, tiếp điểm C4( 1-2, 3-4, 5- 6 ) đóng cấp nguồn cho động cơ thực hiện làm việc ở tốc độ thứ 2. - khi đưa nhanh tay điều khiển từ vị trí “0” sang vị trí “3” phía thu neo. Khi đó các tiếp điểm của tay điều khiển (3- 03), (9- 09), (11- 011) đóng lại, tiếp điểm 3- 03 đóng cấp điện cho công tắc tơ C1 sẵn sàng cấp điện cho động cơ theo chiều thu neo. Mặc dù tiếp điểm (9-09) và (11-011) đóng đồng thời nhưng động cơ thực hiện không gia tốc ngay ở tốc độ thứ ba do tiếp điểm của rơ le thời gian d4(3-4) còn mở. Như vậy do (9-09) đóng công tắc tơ C4 và rơle thời gian d4 có điện làm công tắc tơ C4 có điện. Động cơ bắt đầu gia tốc tốc độ thứ hai. Sau một thời gian bằng thời gian trễ của d4, tiếp điểm d4(3-4) đóng lại, động cơ tự động chuyển sang làm việc tốc độ thứ ba. Để tránh tình trạng bảo vệ quá tải giả ở tốc độ thứ ba hệ thống có rơle thời gian d5. Khi động cơ thực hiện bắt đầu làm việc ở tốc độ thứ ba, dòng điện đủ để rơle dòng điện e6 tác động,tiếp điểm e6 đóng lại nhưng rơ le d2 chưa được cấp điện do d3(3-4) còn mở. Như vậy nhờ rơ le d5 hiện tượng quá tải giả khi động cơ bắt đầu làm việc ở tốc độ thứ ba không cản trở hoạt động bình thường của hệ thống. Rơle d6 có vai trò quan trọng khi bắt đầu đưa hệ thống vào làm việc. Ngay sau khi phanh điện từ S1 được cấp điện nhờ công tắc tơ C7 tác động đồng thời rơ le thời gian d6 cũng được cấp nguồn. Thời gian trễ của d6 đủ để tiếp điểm C8(15-16) kịp đóng lại (công tắc tơ C8 mất điện do ngắt hành trình b3 mở ra dưới tác động của má phanh động của phanh điện từ S1). - bảo vệ quá tải cho hệ thống ở tốc độ thứ 3 được thực hiện nhờ rơle dòng cực đại e6. khi động cơ đang làm việc ở tốc độ thú 3, nếu bị quá tải đóng tiếp điểm e6(1-2) đóng lại. Rơ le d2 được cấp nguồn do d5(3-4) còn đóng trước đó làm d2(3-4) mở ra. Công tắc tơ C6 ngừng hoạt động mở tiếp điểm ở mạch động lực dộng cơ ngừng hoạt động. Động cơ tự động chuyển về tốc độ 2. - bảo vệ ngắn mạch cho hệ thống điều khiển bằng các cầu chì e1,e2,e3. - Bảo vệ ngắn mạch cho phanh điện từ bằng các cầu chì e7,e8. - Bảo vệ quá tải, ngắn mạch chung cho hệ thống bằng Aptomat. - Vì lí do nào đó hệ thống bị sự cố thì ta tác động vào nút b2 khi đó rơle d1 mất điện mở các tiếp điểm của nó d1(1- 2), d1(3-4) hệ thống điều khiển ngừng hoạt động. - Bảo vệ mất pha: Hệ thống sử dụng cả ba pha ở mạch điều khiển, khi mất một trong các pha thì hệ thống không hoạt động. - Bảo vệ không nhờ rơle trung gian d1, khi mất điện đột ngột sau đó có điện lại thì hệ thống không cho phép hoạt động. 5.2 LỰA CHỌN KHÍ CỤ ĐIỆN TRONG SƠ ĐỒ 5.2.1 Yêu cầu với khí cụ điện : _ Khí cụ điện phải đảm bảo làm việc lâu dài, với các thông số kỹ thuật ở định mức. _ Khí cụ điện phải ổn định nhiệt & ổn định điện động. Vật liệu phải chịu nóng tốt và có độ bền cơ học cao, vì khi quá tải hay ngắn mạch, dòng điện lớn có thể làm khí cụ điện nóng chảy hoặc biến dạng. _ Vật liệu cách điện phải đảm bảo để khi xảy ra quá điện áp trong phạm vi cho phép, khí cụ điện không bị chọc thủng. _ Khí cụ điện phải đảm bảo làm việc chính xác, an toàn song phải gọn nhẹ, rẻ tiền, dễ gia công lắp ráp, dễ kiểm tra sửa chữa. _ Ngoài ra, khí cụ điện phải làm việc ổn định ở các điều kiện nhiệt độ và khí hậu yêu cầu. 5.2.2 Cầu chì ( Fuse ) * Khái quát và công dụng : Cầu chì là loại khí cụ điện dùng để bảo vệ mạch điện, lưới điện, động cơ điện khỏi dòng ngắn mạch. Nó tự động cắt phần bị ngắn mạch ra khỏi lưới điện khi có sự cố quá tải, ngắn mạch. * Yêu cầu đối với cầu chì : - Đặc tính Ampe-giây của cầu chì phải thấp hơn đặc tính của thiết bị bảo vệ. - Khi có ngắn mạch cầu chì phải làm việc có chọn lọc theo trình tự. - Đặc tính của làm việc cầu chì phải ổn định. - Công suất của thiết bị bảo vệ càng tăng, cầu chì càng phải có khả năng cắt cao hơn. - Việc thay thế dây chảy phải dễ dàng và tốn ít thời gian. * Đặc tính ampe-giây của cầu chì : Đường 1: đặc tính ampe-giây của cầu chì Đường 2: đặc tính của thiết bị bảo vệ Đường 3: đặc tính thực tế của cầu chì Đặc tính cơ bản của cầu chì là sự phụ thuộc của thời gian chảy đứt của dây chảy với dòng điện chạy qua (Đặc tính ampe - giây). Để có tác dụng bảo vệ, đường đặc tính ampe – giây của cầu chì (Đường cong 1 trên hình 1) tại mọi điểm đều phải thấp hơn đường đặc tính của thiết bị bảo vệ (đường cong 2). Đường đặc tính thực tế của cầu chì (đường cong 3) cắt đường cong 2. Trong miền quá tải lớn (vùng B), cầu chì bảo vệ được thiết bị, trong vùng quá tải nhỏ (vùng B) cầu chì không bảo vệ được thiết bị. Trong thực tế, khi quá tải không lớn (1,5 ¸ 2)Iđm, sự phát nóng của cầu chì diễn ra rất chậm và phần lớn nhiệt lượng đều tỏa ra môi trường xung quanh. Do đó, cầu chì không bảo vệ được quá tải nhỏ. Trị số dòng điện mà tại đó dây chảy bắt đầu chảy đứt gọi là dòng điện tới hạn Ith. Để dây chảy cầu chì không chảy đứt ở dòng điện định mức, cần đảm bảo điều kiện : Iđm < Ith. Mặt khác để bảo vệ được thiết bị, dòng điện tới hạn phải không lớn hơn dòng điện định mức nhiều. Theo kinh nghiệm : Ith/ Iđm = 1,6 ¸ 2 đối với đồng Ith/ Iđm = 1,25 ¸ 1,45 đối với chì Ith/ Iđm = 1,15 đối với hợp kim chì thiếc. Dòng điện định mức của cầu chì được lựa chọn sao cho khi chạy liên tục qua dây chảy, chỗ phát nóng lớn nhất của dây chảy không làm cho kim loại bị oxy hóa quá mức và biến đổi đặc tính bảo vệ, đồng thời nhiệt phát ra ở bộ phận bên ngoài cầu chì cũng không vượt quá trị số ổn định. Các phần tử cơ bản của cầu chì là dây chảy và thiết bị dập hồ quang. Dòng điện đi qua dây chảy sẽ tỏa nhiệt theo định luật Jun Len xơ, làm dây chảy nóng lên. Khi dòng chưa đủ lớn thì nhiệt độ dây chảy chưa đạt đến nhiệt độ nóng chảy, mạch điện vẫn thông. Khi dòng điện tăng cao, nhiệt độ dây chảy đạt đến định mức làm chảy đứt dây chảy. Khi đó dòng điện sẽ bị ngắt mạch khi đó ta nói cầu chì bị nổ hay bị cháy. Ở những giá trị dòng điện giới hạn, nhiệt độ dây chảy gần tới nhiệt độ chảy lỏng. Nếu nhiệt độ chảy lỏng cao, các chi tiết của cầu chì đều bị phát nóng tới nhiệt độ cao. Do vậy người ta sử dụng nhiều cách để hạ thấp nhiệt độ chảy lỏng bằng cách sử dụng các kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp như : Đồng, chì, thiếc… * Nguyên lý hoạt động : Khi có dòng ngắn mạch chạy qua dây chảy (3 ¸ 4) Iđm. Quá trình phát nóng của cầu chì trong thực tế là quá trình đoạn nhiệt. Hiện tượng tập trung chủ yếu trên dây chảy, kết quả làm cho dây chảy phát nóng tới nhiệt độ tới hạn rồi chuyển từ trạng thái rắn sang trạng thái lỏng và bị chảy đứt. Khi chảy đứt, hơi kim loại bị oxy hóa bởi nhiệt độ cao của hồ quang. Thể tích của dây chảy càng lớn thì nồng độ hơi kim loại trong hồ quang càng tăng, hồ quang càng khó bị dập tắt. Để tránh hiện tượng này người ta sử dụng những đoạn hẹp trong dây chảy. Trong đoạn hẹp này, mật độ dòng điện tăng nhanh làm dây chảy phát nóng nhanh, kết hợp với lực điện động cắt nhanh dây chảy. Sự có mặt của đoạn hẹp trong dây chảy còn làm giảm đột ngột thời gian từ khi xuất hiện ngắn mạch đến khi xuất hiện hồ quang. Kết hợp với các thiết bị dập hồ quang đặc biệt người ta có thể làm giảm thời gian dập hồ quang tới 1/000 (s). * Lựa chọn cầu chì : a, Chọn cầu chì theo điều kiện làm việc dài hạn và điều kiện mở máy : Cầu chì được chọn sao cho khi làm việc ở chế độ dài hạn thì nhiệt độ phát nóng của nó phải nhỏ hơn giá trị cho phép và khi mở máy, cầu chì không được cắt mạch điện. Dòng điện định mức của cầu chì Icc được định nghĩa là dòng điện cực đại lâu dài đi qua dây chảy mà không làm dây chảy bị đứt, đó cũng là giá trị lớn nhất cho phép của cầu chì. Cầu chì được chọn sao cho Icc của cầu chì thỏa mãn hai điều kiện sau : Icc > Itt Icc > Ikđ / C Trong đó, Itt : Là dòng tính toán tương ứng với công suất Ptt của thiết bị tiêu thụ điện. Ikđ : Là dòng điện khởi động lớn nhất của phụ tải động cơ điện _ Đối với 1 động cơ điện : Ikđ = Knm. Iđm ( Knm : Hệ số dòng điện khởi động, Iđm : Dòng điện định mức của động cơ điện) _ Đối với nhiều động cơ điện đặt trên cùng một tuyến, nhưng khởi động riêng lẻ : Ikđ = ΣIđm + (k – 1).Iđmmax C : Bội số dòng điện mở máy của động cơ có dòng điện mở máy lớn nhất. Iđmmax : Là dòng điện định mức của động cơ có dòng điện mở máy lớn nhất. Chọn C với giá trị như sau : C = 2,5 đối với những động cơ có thời gian khởi động ngắn (3¸10)s, khởi động nhẹ nhàng và sau một thời gian dài mới khởi động lại. C = 1,6¸2,0 đối với những động cơ khởi động dài (đến 40s), khởi động khó khăn và sau một thời gian ngắn khởi động lại. Khi khởi động nhẹ nhàng cầu chì có quán tính nhiệt lớn (còn gọi là cầu chì chậm), dòng điện định mức của cầu chì Icc được xác định đúng bằng dòng tính toán. b, Chọn cầu chì theo điều kiện bảo vệ chọn lọc : Trong hệ thống cung cấp điện từ nguồn đến hộ tiêu thụ, thông thường dùng nhiều cầu chì như hình 2. Cầu chì 1 có dòng điện chạy qua và tiết diện dây chảy lớn hơn cầu chì 2 đặt ở gần hộ tiêu thụ. Khi có ngắn mạch ở điểm A, chỉ có cầu chì 2 đứt, các cầu chì còn lại phải không bị cắt. Muốn đảm bảo yêu cầu bảo vệ chọn lọc thì thời gian tác động của cầu chì 2 cần phải nhỏ hơn thời gian làm nóng của cầu chì 1 đến nhiệt độ nóng chảy : ttđ2 < t’1 *, Trong sơ đồ trạm từ điều khiển hệ thống truyền động điện tời neo, theo số liệu tính toán ta có : _Đối với cầu chì bảo vệ cho mạch động lực phải đảm bảo thời gian khởi động từ 5¸10(s) : Itt = Ikđ / (1,6¸2,5). Đối với động cơ không đồng bộ roto lồng sóc, chọn hệ số : 2,5(Ikđ = 4¸8 Iđm) Itt = Ikđ / 2,5 = 240/2,5 = 96 (A) Vậy ở mạch động lực ta sẽ chọn cầu chì e1 , e2 , e3 có Icc > 96A. _ Đối với cầu chì e7 , e8 bảo vệ ngắn mạch cho phanh điện từ thì ta chọn: Icc = 8A. 5.2.3 Công tắc tơ (Contactor) * Khái niệm : Công tắc tơ là khí cụ điện dùng để đóng, cắt thường xuyên các mạch điện động lực, từ xa, bằng tay hay tự động. Việc đóng cắt công tắc tơ có tiếp điểm có thể được thực hiện bằng nam châm điện, thủy lực hay khí nén. Thông thường ta gặp loại đóng cắt bằng nam châm điện. Những năm gần đây người ta đã chế tạo các loại công tắc tơ không tiếp điểm, việc đóng cắt công tắc tơ loại này được thực hiện bằng cách cho các xung điện để khóa hoặc mở các van bán dẫn. Công tắc tơ có hai vị trí : Đóng - cắt, được chế tạo có số lần đóng cắt lớn, tần số đóng cắt có thể tới 1500 lần/h. Theo nguyên lý truyền động, người ta phân ra các loại công tắc tơ đóng cắt tiếp điểm bằng điện từ, bằng thủy lực, bằng khí nén và loại công tắc tơ không tiếp điểm. Theo dạng dòng điện đóng cắt có loại công tắc tơ điện một chiều và công tắc tơ điện xoay chiều. Công tắc tơ điện một chiều dùng để đóng, cắt mạch điện một chiều, nam châm điện của nó là loại nam châm điện một chiều. Công tắc tơ điện xoay chiều dùng để đóng, cắt mạch điện xoay chiều, nam châm điện của nó có thể là nam châm điện một chiều hay xoay chiều. * Các tham số chủ yếu của công tắc tơ : 1 – Điện áp định mức Uđm là điện áp của mạch điện tương ứng mà tiếp điểm chính của công tắc tơ phải đóng cắt. Điện áp định mức có các cấp : 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều. 2 – Dòng điện định mức Iđm là dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính của công tắc tơ trong chế độ làm việc gián đoạn lâu dài, nghĩa là ở chế độ này thời gian tiếp điểm của công tắc tơ ở trạng thái đóng không lâu quá 8h. Dòng điện định mức của công tắc tơ hạ áp thông thường có các cấp : 10,20,25,40,60,75,100,150,250,300,600,800A. Nếu công tắc tơ được đặt trong tủ điện thì dòng điện định mức phải lấy thấp hơn 10% do điều kiện làm mát kém. Ở chế độ làm việc lâu dài, nghĩa là khi tiếp điểm của công tắc tơ ở trạng thái lâu hơn 8h thì dòng điện định mức của công tắc tơ lấy thấp hơn khoảng 20%. Do ở chế độ này lượng oxit kim loại tiếp điểm tăng do vậy làm tăng điện trở tiếp xúc và nhiệt độ tiếp điểm tăng quá trị số cho phép. 3 – Điện áp cuộn dây Ucdđm là điện áp định mức đặt vào cuộn dây. Khi tính toán, thiết kế công tắc tơ thường phải đảm bảo lúc điện áp bằng 85% Ucdđm thì phải đủ sức hút và lúc điện áp bằng 110% Ucdđm thì cuộn dây không nóng quá trị số cho phép. 4 – Số cực : Là số cặp tiếp điểm chính công tắc tơ điện một chiều có 1 cực hay 2 cực. Công tắc tơ điện xoay chiều có 3 cực, cũng có khi có 2 cực, 4 cực, 5 cực. 5 – Số cặp tiếp điểm phụ : Thường trong công tắc tơ có các cặp tiếp điểm phụ thường mở và thường đóng, có dòng điện định mức 5A hoặc 10A. 6 – Khả năng cắt và khả năng đóng : Là giá trị dòng điện cho phép đi qua tiếp điểm chính khi cắt Ing hoặc khi đóng Iđg. Chẳng hạn, công tắc tơ điện xoay chiều dùng để khởi động động cơ điện xoay chiều 3 pha roto lồng sóc cần phải có khả năng đóng từ 4¸7 lần Iđm. Khả năng cắt của công tắc tơ điện xoay chiều đạt 10 Iđm với phụ tải điện cảm. 7 – Tuổi thọ của công tắc tơ : Là số lần đóng cắt mà sau số lần đóng cắt ấy công tắc tơ sẽ hỏng không dùng được nữa. Sự hư hỏng của nó có thể do mất độ bền cơ khí hoặc độ bền điện. _ Tuổi thọ cơ khí là số lần đóng cắt không tải cho đến khi công tắc tơ hỏng. Với các loại công tắc tơ hiện đại, tuổi thọ cơ khí đạt 2.107 lần. _ Tuổi thọ điện là số lần đóng cắt các tiếp điểm có tải định mức, thường tuổi thọ về điện bằng 1/5 hay 1/10 tuổi thọ cơ khí. 8 – Tần số thao tác : Là số lần đóng cắt công tắc tơ cho phép trong 1h. Tần số thao tác của công tắc tơ bị hạn chế bởi sự phát nóng của tiếp điểm chính do hổ quang và sự phát nóng của cuộn dây do dòng điện khi đóng tăng lên. Tần số thao tác thường có các cấp 30, 100, 120, 150 lần/h, 300 lần/h, 600 lần/h, 1200 ¸ 1500 lần/h. 9 – Tính ổn định điện động : Công tắc tơ có tính ổn định điện động nghĩa là tiếp điểm chính của nó cho phép một dòng điện lớn nhất đi qua mà lực điện động sinh ra không phá hủy mạch vòng dẫn điện. Thường quy định dòng điện ổn định điện động bằng 10 Iđm. 10 – Tính ổn định nhiệt : Công tắc tơ có tính ổn định nhiệt nghĩa là 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. Công tắc tơ không tiếp xúc thực hiện đóng cắt mạch điện động lực bằng các van bán dẫn, được cấu tạo loại 1 cực hay 3 cực. Các tiếp điểm phụ có thể là các van bán dẫn hay rơle có tiếp điểm. Ưu điểm chính của các công tắc tơ không tiếp xúc là có thể làm việc với tần số đóng cắt lớn, thời gian đóng cắt nhỏ, tuổi thọ cao do không có đóng cắt cơ khí, không gây ra hổ quang khi đóng cắt và đặc biệt không gây ra tiếng ồn. Loại 1 cực được chế tạo với điện áp định mức Uđm = 240V, 50/60Hz. Dòng điện định mức : 10, 20, 30, 40, 50, 70, 100, 150, 200A. Điện áp điều khiển : 100 – 120V hay 200 – 240V xoay chiều. Thời gian tác động ttđ < 30ms. Loại 3 cực thường được chế tạo với điện áp pha Utđm = 240V. Dòng điện định mức : 3, 8, 20, 30, 40, 50, 80, 120A. Điện áp điều khiển có các loại 110V, 220V xoay chiều hoặc 12V, 24V một chiều. Tiếp điểm phụ : Loại đóng cắt dòng xoay chiều có thể được cấu tạo bằng triac (50 mA, 240V xoay chiều) hay thyristor (0,2A, 240V xoay chiều). Loại đóng cắt dòng 1 chiều dùng transistor (0,2A , 24V một chiều). Thời gian tác động Ttđ < 30 ms. * Chọn công tắc tơ : Điện áp định mức phải thỏa mãn điện áp định mức của mạch điện tương ứng mà tiếp điểm chính phải đóng cắt. Điện áp định mức đối với hệ thống trong sơ đồ là điện áp xoay chiều 380V tần số 50 Hz. Dòng định mức là dòng điện định mức đi qua tiếp điểm chính trong chế độ làm việc gián đoạn lâu dài. Dòng định mức công tắc tơ hạ áp thông thường có các cấp (10; 20; 25;40; 60;75;100; 150; 250; 300; 600)A Tuổi thọ công tắc tơ: Được tính bằng số lần đóng mở, tuổi thọ cơ khí đạt 10 ÷ 20 triệu lần thao tác. Công tắc tơ phải có tính ổn định lực điện động và tính ổn định nhiệt tốt,đảm bảo tần số đóng cắt, thao tác phù hợp và có khả năng dập hồ quang tốt. Utđ ≥ 85% Udm Unh ≤ 3% Udm + C1 , C2 : Các công tắc tơ đảo chiều + C3 , C4 , C5 , C6 : Các công tắc tơ tốc độ 1, 2, 3. Vậy ta chọn các công tắc tơ : C1 , C2 , C3 , C4 , C5 , C6 có Udm = 380V Idm = 240A Riêng C7 là công tắc tơ một chiều, cấp nguồn cho phanh điện từ một chiều giữ cố định trục động cơ nên ta chọn loại công tắc tơ KIIB – 600 của Liên Xô cũ. Đây là loại công tắc tơ điện một chiều khá phổ biến và thông dụng. 5.2.4 Rơle ( Relay ) * Khái niệm : Rơle là loại khí cụ tự động mà đặc tính “vào – ra” có tính chất sau : tín hiệu đầu ra thay đổi nhảy cấp (đột ngột) khi tín hiệu đầu vào đạt những giá trị xác định. Rơle được sử dụng rất rộng rãi trong các lĩnh vực tự động điều khiển, truyền động điện, bảo vệ mạng lưới điện, thông tin liên lạc. Rơle được coi là phần tử cơ bản để tạo nên các thiết bị hoạt động trên cơ sở kỹ thuật số như : Máy tính, thiết bị tin học, tự động điều khiển thông minh các quá trình sản xuất hoặc điều khiển các thiết bị điện trong gia đình. Cùng với sự phát triển và tiến bộ của khoa học kỹ thuật, công nghệ vật liệu và công nghệ chế tạo, rơle được nghiên cứu và chế tạo ra gồm rất nhiều chủng loại, hoạt động theo các nguyên lý khác nhau, có các thông số, đặc tính kỹ thuật và lĩnh vực sử dụng khác nhau. Đại lượng cần để cho rơle hoạt động gọi là đại lượng tác dụng. Các đại lượng tác dụng được đặt vào các đầu khác nhau của rơle, chúng có thể là một, hai hoặc nhiều đại lượng khác nhau. Rơle có đại lượng tác dụng là đại lượng điện (dòng điện, điện áp, công suất …) được gọi là rơle điện (gọi tắt là rơle). * Đặc tính cơ bản và tham số của rơle : Đường biểu diễn quan hệ giữa đại lượng đầu vào x và đầu ra y của rơle gọi là đặc tính “vào – ra” và được coi là đặc tính cơ bản của rơle. Nên đặc tính này còn gọi là đặc tính rơle. Dạng đặc tính rơle được vẽ như sau : Đặc tính rơle có đặc điểm : _ Khi đại lượng đầu vào x thay đổi từ 0 đến trị số tác động xtđ thì đại lượng đầu ra y luôn bằng 0 (với rơle có tiếp điểm) hoặc bằng giá trị cực tiểu ymin (với rơle không có tiếp điểm). _ Khi x đạt đến giá trị tác động x = xtđ , đại lượng đầu ra tăng đột ngột đến giá trị cực đại ymax. Sau đó, x tiếp tục tăng đến giá trị làm việc xlv , y vẫn giữ nguyên giá trị ymax ( hoặc thay đổi rất ít). Tương ứng với quá trình này, ta nói rơle tác động hay rơle đóng. _ Ngược lại, khi đại lượng đầu vào giảm từ xlv đến trị số nhả xnh , đại lượng y vẫn không đổi. _ Khi x = xnh, y giảm đột ngột từ ymax về 0 (hoặc ymin) và không đổi mặc dù x tiếp xúc giảm về 0. Quá trình này ta nói rơle nhả. _ Đại lượng đầu vào ứng với lúc rơle tác động gọi là giá trị tác động xtđ, và ứng với lúc rơle nhả gọi là giá trị nhả xnh của rơle. + Các yêu cầu đối với rơle : Ngoài các yêu cầu chung như đối với khí cụ điện đóng ngắt (bảo đảm độ bền về điện, nhiệt, cơ…), rơle còn có một số yêu cầu riêng về tính năng làm việc, phụ thuộc vào mục đích sử dụng. Ví dụ đối với rơle bảo vệ hệ thống điện cần yêu cầu : Bảo vệ chọn lọc, tác động nhanh, độ nhạy và độ tin cậy cao. Bảo vệ chọn lọc là khả năng rơle chỉ cắt đúng phần lưới điện bị sự cố do rơle đó bảo vệ, không bị tác động vượt cấp hoặc tác động sai. Độ tác động nhanh làm giảm rất nhiều hậu quả xấu do sự cố gây ra đối với lưới điện, đảm bảo lưới điện vận hành được an toàn. Độ nhạy của rơle cao thì vùng dự phòng chỉ cần để nhỏ. Phải có độ tin cậy cao để tránh làm việc lệch lạc có thể dẫn đến những sự cố trầm trọng ảnh hưởng lớn đến việc truyền tải và cung cấp điện. Rơle bảo vệ hệ thống điện thường được đặt trong nhà, làm việc trong điều kiện nhẹ, không có va đập, rung động, không có bụi và khí ăn mòn, gây rỉ… Hệ thống điện thường ít sự cố, tần suất tác động của rơle thấp nên không yêu cầu rơle có độ chống mòn cao khi làm việc nhiều. Các loại rơle dùng trong tự động hóa và bảo vệ các quá trình truyền động thường đòi hỏi các yêu cầu cao hơn như : Chịu rung động, va đập, bụi bặm, chế độ đóng ngắt nặng nề (có thể đến 1000 ¸ 1200 lần/h nên yêu cầu chống mòn cao, tuổi thọ lớn, thường đạt (1 ¸ 10).106 lần đóng ngắt. Để đảm bảo các quá trình tự động điều khiển được thực hiện tốt, yêu cầu về độ tin cậy đối với các loại rơle này cũng cần rất cao. *, Rơle trung gian : Rơle trung gian được dùng rất nhiều trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện và sơ đồ điều khiển tự động. Do có số lượng tiếp điểm lớn, từ 4 đến 6 tiếp điểm vừa thường đóng vừa thường mở, nên Rơle trung gian dùng để truyền tín hiệu khi khả năng đóng ngắt và số lượng tiếp điểm của Rơle chính không đủ hoặc để chia tín hiệu từ Rơle chính đến nhiều bộ phận khác của sơ đồ mạch điều khiển. _ d1 : Là rơle trung gian có chức năng bảo vệ “0”. _ d2 : Là rơle trung gian bảo vệ quá tải cho hệ thống. Được biết rơle trung gian xoay chiều PII-25 có các thông số kỹ thuật sau : - Điện áp định mức : Có các loại 100, 127, 220 V - Tần số định mức : 50 Hz - Dải nhiệt độ làm việc : –20 ¸ +40°C - Điện áp tác động : Không lớn hơn 0,85% Uđm - Điện áp nhả : Không nhỏ dưới 3% Uđm - Thời gian tác động ở điện áp định mức : Không lớn hơn 0,06 s. - Công suất tiêu thụ của cuộn dây rơle ở điện áp định mức và nắp đóng không lớn hơn 8 VA. - Khi nắp đóng rơle có thể chịu lâu dài điện áp 110% Uđm - Dòng điện tiếp điểm : 6 A - Độ bền cơ : 105 lần đóng ngắt - Độ bền điện : 104 lần đóng ngắt. - Khối lượng rơle không lớn hơn 0,7 Kg Qua các số liệu trên ta thấy có thể dùng nó cho rơle trung gian d1 & d2. *, Rơle thời gian : * Khái niệm : Trong tự động điều khiển, bảo vệ thường gặp những trường hợp cần có 1 khoảng thời gian giữa những thời điểm tác động của 2 hay nhiều thiết bị, hoặc trong tự động hóa các quá trình sản xuất, nhiều khi phải tiến hành những thao tác kế tiếp nhau cách nhau những khoảng thời gian xác định. Để tạo nên những khoảng thời gian cần thiết đó, người ta dùng rơle thời gian. Như vậy, có thể định nghĩa rơle thời gian là rơle có đặc tính : Khi có tín hiệu vào rơle thì sau 1 thời gian xác định, rơle mới phát tín hiệu ở đầu ra (còn gọi là rơle trễ thời gian hay bộ trễ). * Những yêu cầu chung đối với rơle thời gian : a, Khả năng duy trì thời gian ổn định, chính xác, tin cậy, không phụ thuộc vào dao động của điện áp nguồn cung cấp, tần số, nhiệt độ và các điều kiện môi trường (nhiệt độ, độ ẩm, độ rung…). b, Công suất ngắt của hệ thống tiếp điểm đủ lớn c, Công suất tiêu thụ nhỏ d, Kết cấu, sử dụng đơn giản Hầu như ở tất cả các loại, rơle trở về trạng thái đầu khi tín hiệu điện đầu vào bằng 0, do đó không yêu cầu hệ số nhả cao. Trong các sơ đồ tự động điều khiển, nhiều khi có tần số thao tác cao nên yêu cầu độ bền cơ về chống mài mòn cao từ 5 ¸ 10.106 lần thao tác. Thời gian tạo trễ chậm từ 0,25 s trở lên, có thể tới hàng giờ và lâu hơn nữa. Các rơle thời gian điện tử còn cho phép hẹn giờ (nhớ) hoặc lập trình. * Cấu trúc chung của rơle thời gian : Gồm có các bộ phận chính sau : _ Bộ phận động lực : Có chức năng nhận tín hiệu vào là năng lượng điện, biến đổi thành năng lượng thích hợp cho bộ phận tạo thời gian hoạt động. Bộ phận động lực có thể là nam châm điện, động cơ điện, bộ biến đổi điện : Biến áp, chỉnh lưu… _ Bộ tạo thời gian : Có chức năng kéo dài thời gian trễ của rơle. Bộ phận này làm việc theo nhiều nguyên lý khác nhau như : Điện tử, cơ khí, khí nén, thủy lực, điện tử... Căn cứ vào bộ tạo thời gian trễ mà có tên rơle tương ứng. VD : Rơle thời gian điện từ, rơle thời gian thủy lực, rơle thời gian điện tử… _ Bộ phận đầu ra : Rơle phát tín hiệu ra bằng sự thay đổi trạng thái đóng, mở các tiếp điểm. Ngoài ra rơle còn có các bộ phận điều chỉnh thời gian tác động (thời gian trễ) của rơle và bộ phận hiển thị thời gian ở dạng kim chỉ hoặc dạng chữ số. Trong sơ đồ hệ thống : _ d4 : Tự động chuyển tốc độ khi đưa nhanh tay điều khiển từ 0 sang 3 (động sẽ chuyển sang tốc độ 2, sau một thời gian trễ nó chuyển sang tốc độ 3. _ d5 : Tránh bảo vệ quá tải nhầm khi chuyển từ tốc độ 2 sang tốc độ 3. _ d6 : Là tiếp điểm thường đóng mở chậm : Đảm bảo sự hoạt động tin cậy của phanh. Thời gian trễ của d6 chỉnh định bằng thời gian hút của phanh. Nên ta chọn các rơle thời gian có độ trễ thời gian từ 0 ¸ 10s. *, Rơle nhiệt : * Khái niệm : Rơle nhiệt là loại rơle có đaị lượng tác động đầu vào là nhiệt độ, đại lượng đầu ra là sự thay đổi các thông số điện hay trạng thái đóng mở tiếp điểm của rơle. Vì vậy, về cấu tạo rơle nhiệt gồm có: Bộ phận nhạy cảm với nhiệt độ( cảm biến) ở đầu vào, bộ phận so sánh, hệ thống tiếp điểm ở đầu ra và bộ phận điều chỉnh các thông số làm việc của rơle. * Đặc tính ampe – giây của rơle nhiệt : Đường 1: Đặc tính ampe-giây của động cơ Đường 2: Đặc tính ampe-giây của rơle Đường 3: Đặc tính thực tế của rơle nhiệt * Chọn rơle nhiệt : + Để dùng rơle nhiệt bảo vệ thiết bị được hiệu quả và khai thác tốt khả năng chịu quá tải của thiết bị được bảo vệ (ví dụ động cơ điện) cần chú ý : _ Chọn dòng định mức của rơle bằng dòng định mức của động cơ _ Ở hệ số tải Kt = Itải/Iđm = 1,2 ¸ 1,3 thời gian tác động của rơle ttđ bằng 20 phút. H – p _ Với động cơ công suất nhỏ và trung bình, có điều kiện khởi động nặng, bội số dòng khởi động lớn, thời gian khởi động tương đối dài, yêu cầu ở Kt = 8 có ttđ = (1 ¸ 5)s. _ Với mạch động lực có bội số dòng không cao, thời gian khởi động ngắn, thường chọn Kt = 2,5 và ttđ = 3 ¸ 20s. _ Đường đặc tính bảo vệ I(t) của rơle phải ở dưới và có dạng cong gần với đặc tính quá tải It(t) của động cơ. Khi có quá tải, rơle tác động trước khi động cơ bị cháy. _ Hiệu chỉnh rơle ở nhiệt độ môi trường giống nhiệt độ môi trường làm việc của rơle. Vì đặc tính làm việc của rơle phụ thuộc vào nhiệt độ môi trường. _ Rơle lắp đặt trên các thiết bị rung động, va đập, chuyển động dễ bị tác động sai lệch. _ Nhiệt độ tác động của rơle từ 90 ¸ 150C. Vậy, ta sẽ chọn rơle nhiệt có dòng định mức bằng dòng định mức của động cơ : Iđm rơle = Iđm động cơ = 240 (V) *, Rơle dòng điện cực đại : * Khái niệm : Rơle dòng điện cực đại điện từ dùng trong lĩnh vực bảo vệ hệ thống điện…nhóm thiết bị điện hoặc thiết bị riêng lẻ như : động cơ điện, máy biến áp công suất lớn … Rơ le điện (Ri) kiểu điện từ, có đại lượng vào là trị số dòng điện của mạch tải (mạch động lực) : It. Rơle tác động (hút) khi dòng điện qua cuộn dây rơle đạt đến trị số dòng điện tác động Itđ .Khi đó, các tiếp điểm của rơle sẽ đóng nếu là tiếp điểm thường mở ( hoặc mở nếu là tiếp điểm thường đóng). Như vậy, cuộn dây của rơle được mắc nối tiếp trong mạch tải. Sức từ động do cuộn dây rơle sinh ra trong mạch từ nam châm điện : F = I .W phụ thuộc vào dòng điện mạch tải. Rơle dòng điện được sử dụng rộng rãi trong các sơ đồ bảo vệ quá dòng (do quá tải, ngắn mạch …) và tự động điều khiển (mở máy động cơ điện, chuyển đổi mạch điện …) trong hệ thống điện và truyền động điện. Ta chọn loại rơle dòng cực đại PT – 40/200 cho rơle e6. 5.2.5 Aptomat (MCB – Main Circuit Breaker) * Khái niệm : Máy cắt hạ áp (Còn gọi là aptomat hay máy ngắt không khí tự động), là khí cụ điện tự động cắt mạch điện khi có sự cố : Quá tải, ngắn mạch, điện áp thấp, công suất ngược… trong các mạch điện hạ áp có điện áp định mức đến 660V xoay chiều và 330V điện một chiều, có dòng điện định mức tới 6000A. Những aptomat hiện đại có thể cắt được dòng điện tới 300 KA. Đôi khi aptomat cũng được dùng để đóng, cắt không thường xuyên các mạch điện ở chế độ bình thường. * Yêu cầu đối với aptomat như sau : 1- Chế độ làm việc định mức của aptomat phải là chế độ dài hạn, nghĩa là trị số dòng điện định mức chạy qua aptomat lâu bao nhiêu cũng được. Mặt khác mạch vòng dẫn điện của nó phải chịu được dòng điện ngắn mạch lớn khi có ngắn mạch lúc các tiếp điểm của nó đã đóng hay đang đóng. 2- Aptomat phải cắt được trị số dòng điện ngắn mạch lớn có thể đến vài chục KA. Sau khi cắt dòng điện ngắn mạch, aptomat phải đảm bảo vẫn làm việc tốt ở trị số dòng điện định mức. 3- Để nâng cao tính ổn định nhiệt và ổn định điện động của các thiết bị điện, hạn chế sự phá hoại do dòng điện ngắn mạch gây ra, aptomat phải có thời gian cắt bé. Để giảm kích thước lắp đặt của thiết bị và an toàn trong vận hành cần phải hạn chế vùng cháy của hồ quang. Muốn vậy, thường phải kết hợp lực thao tác cơ học với thiết bị dập hồ quang bên trong aptomat. Để thực hiện yêu cầu thao tác có chọn lọc, aptomat cần phải có khả năng điều chỉnh trị số dòng điện tác động và thời gian tác động. Những thông số cơ bản của máy cắt hạ áp gồm : Dòng điện định mức Iđm , điện áp định mức Uđm , dòng điện ngắt giới hạn và thời gian tác động. Thời gian tác động của aptomat là một thông số quan trọng. Thời gian này được tính từ lúc xảy ra sự cố đến khi mạch điện bị ngắt hoàn toàn : t = t0 + t1 + t2 Trong đó, t0 : Thời gian từ thời điểm xảy ra ngắn mạch đến khi dòng điện đạt tới trị số tác động I = Itđ . Thời gian t0 phụ thuộc vào giá trị của dòng điện khởi động và tốc độ tăng của dòng điện di/dt phụ thuộc vào thông số của mạch điện ngắt. t1 : Thời gian kể từ khi I = Itđ đến khi tiếp điểm của aptomat bắt đầu chuyển động, thời gian này phụ thuộc vào các phần tử bảo vệ, cơ cấu ngắt, kết cấu của tiếp điểm, trọng lượng phần động. Nếu t1 > 0,01s thì aptomat có thời gian tác động bình thường. Đối với aptomat tác động nhanh, thời gian t1 = 0,002 đến 0,008 s. t2 : Thời gian cháy của hồ quang, phụ thuộc vào giá trị của dòng điện ngắt và biện pháp dập hồ quang. * Cấu tạo của aptomat : Aptomat gồm có các bộ phận chính : Hệ thống tiếp điểm, hệ thống dập hồ quang, cơ cấu truyền động đóng cắt áptômát và các phần tử bảo vệ. * Đặc tính của aptomat : + Lựa chọn aptomat : Lựa chọn aptomat chủ yếu dựa vào các thông số: Dòng điện tính toán đi trong mạch điện. Dòng điện quá tải. Khả năng thao tác có chọn lọc. Chọn aptomat có : Uđm = 380 V Iđm ≥ Ikđmax/2,5 = 390/2,5 = 156 A CHƯƠNG 6 : XÂY DỰNG MÔ HÌNH VẬT LÝ 6.1 Ý NGHĨA CỦA VIỆC XÂY DỰNG MÔ HÌNH Sau 4 năm học trên ghế nhà trường, ngoài những môn đại cương và cơ sở, em đã được học khá nhiều môn về lĩnh vực chuyên ngành Điện Tàu Thủy. Thời gian 5 tháng của 2 đợt thực tập và những buổi thực hành các môn học chuyên ngành đã giúp em phần nào củng cố lại những kiến thức đã học và làm quen với công việc thực tế. Nhưng do yêu cầu về trình độ chuyên môn và kinh nghiệm thực tế của các nhà máy đóng tàu cũng, các công ty vận tải biển đòi hỏi ngày một cao nên chúng em có mong muốn được học hỏi và tích lũy kinh nghiệm cho bản thân. Bên cạnh việc hoàn thiện lý thuyết tổng quan, thuyết minh các sơ đồ, trong tiến trình làm đồ án tốt nghiệp, em và bạn Ngô Quý Cường đã cùng nhau xây dựng mô hình trạm từ điều khiển hệ thống truyền động điện neo 3 cấp tốc độ, với động cơ dị bộ rotor lồng sóc 3 tốc độ, có 3 cuộn dây riêng biệt. Hoàn thành được công việc này, không những giúp chúng em ôn tập lại được kiến thức đã học của những môn như : Máy điện, truyền động điện, khí cụ điện, lắp ráp và chẩn đoán….; giúp chúng em hiểu rõ ràng hơn một số lĩnh vực mà mình đang đi sâu nghiên cứu như: Tính toán động cơ cho truyền động điện neo; tính toán, lựa chọn thiết bị điều khiển cho hệ thống truyền động điện tời neo. Mà còn giúp chúng em có được những kinh nghiệm ban đầu khi chọn mua các khí cụ điện và các dụng cụ cần thiết, kinh nghiệm xây dựng và lắp đặt các thiết bị trong bảng điều khiển và mạch động lực. Nhờ có sự hướng dẫn và giúp đỡ hết sức nhiệt tình của thầy giáo Đỗ Văn A, chúng em đã hoàn thành công việc xây dựng và lắp ráp mô hình. 6.2 LỰA CHỌN THIẾT BỊ PHỤC VỤ 6.2.1 Yêu cầu với khí cụ điện _ Khí cụ điện phải đảm bảo làm việc lâu dài, với các thông số kỹ thuật ở định mức. _ Khí cụ điện phải ổn định nhiệt & ổn định điện động. Vật liệu phải chịu nóng tốt và có độ bền cơ học cao, vì khi quá tải hay ngắn mạch, dòng điện lớn có thể làm khí cụ điện nóng chảy hoặc biến dạng. _ Vật liệu cách điện phải đảm bảo để khi xảy ra quá điện áp trong phạm vi cho phép, khí cụ điện không bị chọc thủng. _ Khí cụ điện phải đảm bảo làm việc chính xác, an toàn song phải gọn nhẹ, rẻ tiền, dễ gia công lắp ráp, dễ kiểm tra sửa chữa. _ Ngoài ra, khí cụ điện phải làm việc ổn định ở các điều kiện nhiệt độ và khí hậu yêu cầu. 6.2.2 Thông số kỹ thuật của thiết bị và khí cụ : Dựa theo những tiêu chí và mục đích đã xác định trước khi tiến hành làm mô hình, căn cứ vào các yêu cầu các yêu cầu của khí cụ nêu trên, chúng em đã chọn mua được các trang thiết bị và khí cụ để làm mô hình như sau : + Kích thước hộp : Dài : 80cm Rộng : 60cm Độ dày : 20cm (Khóa bật) + Các khí cụ : 1. Máy biến áp (Transfomer) ( Số lượng : 1) 380/110V ; 4A 2. Cầu chì (Fuse) ( Số lượng : 4) I = 5A (2 – điều khiển + 2 – phanh) 3. Aptomat (MCB – Main Circuit Breaker) ( Số lượng : 1) Hãng LG _ BKN C20 ; 400V~ ; IEC 60898 ; GB 10963 4. Rơle thời gian (IC TIMER) ( Số lượng : 3) Type : AH3 – 3 Time : 10 s Volts : AC 220V Frequency : 50/60 Hz Lot No : 17M3 Hãng CKC_Taiwan 5. Rơle nhiệt (THERMAL OVERLOAD RELAY) ( Số lượng : 3) TR – 12 6,5 A (5A ~ 8A) Hãng : SHIHLIN 6. Công tắc tơ (Contactor) ( Số lượng : 3) Hãng SIEMENS (Germany) 3TB4022E AC3 IEC 947 VDE 0660 GB 14048 2NO + 2NC Ui = 660V Ith = 20A V~ 220 380 415 500 660 KW 2,2 4 5,5 5,5 5,5 HP 3 5 7,5 7,5 7,5 7. Rơle trung gian : ( Số lượng : 6) Type : DZ4 – P ; PYF – 14A (Front Connection Socket) IEC 255 3A – 150V AC~ 5A – 240V AC 5A – 28V DC 5A – 240V ~AC 5A – 28V DC 6.3 CÔNG NGHỆ LẮP RÁP 6.3.1 Tổng quan về các hệ thống tự động : Hệ thống tự động được chia làm 2 loại : + Tự động điều khiển + Tự động điều chỉnh _ Mỗi một hệ thống đều có thuật điều khiển riêng, kết cấu cũng được thiết kế riêng, thậm chí mỗi hãng đưa ra một phom riêng của mình. _ Khi tiến hành lắp đặt cần phải biết về kết cấu, biết nguyên lý hoạt động và các yêu cầu mà hệ thống phải đáp ứng. _ Đáp ứng được tất cả các yêu cầu chung của quy phạm, đặc biệt là yêu cầu của đăng kiểm. _ Mọi lắp đặt đều phải tiện ích, tiện lợi và dễ dàng cho người sử dụng và khai thác. 6.3.2 Yêu cầu lắp đặt a, Yêu cầu thiết bị : - Các thiết bị phải đảm bảo được các yêu cầu làm việc của điều kiện môi trường. - Các thiết bị phải đảm bảo các điều kiện cách điện. - Các thiêt bị phải đảm bảo độ tin cậy về tần số sử dụng trong một giờ. - Các thiết bị phải lựa chọn đúng thông số kỹ thuật thiết kế. b, Yêu cầu lắp đặt : + Lắp đặt phần cơ khí : Đa số phải kết hợp với các kỹ sư cơ khí để lựa chọn phương pháp lắp đặt, đáp ứng yêu cầu đăng kiểm về lắp đặt, sử dụng. + Sử dụng : _ Đảm bảo tiện ích _ Tính an toàn _ Mỹ thuật công nghiệp + Lắp đặt phần động lực : _ Mạch động lực : Đường cung cấp năng lượng tạo ra công suất _ Mạch điều khiển : Chỉ chứa các linh kiện và tín hiệu điều khiển (thườngI≤5A) Vì có dòng lớn đi qua cho nên mọi tiếp xúc (động, tĩnh) phải chắc chắn để giảm tối thiểu điện trở tiếp xúc, tránh gây phát nhiệt (đặc biệt là các ốc) _ Cách điện, tỏa nhiệt 380 ÷ 440V U ≤ 220V , ở điều kiện Việt Nam : Rcđ ≥ 1 MΩ Rcđ ≥ 0,5 MΩ + Lắp đặt phần điều khiển: Phần điều khiển thường rất phức tạp, có nhiều tín hiệu và hệ thống thường rất rắc rối, khó thi công: _ Thực hiện đúng theo thiết kế _ Phải chú ý đến nhiễu: Nhiễu nguồn, nhiễu tín hiệu, các nhiễu thứ cấp… _ Với hệ thống điều khiển mà có quá nhiều tín hiệu hoặc đường dây thì cố gắng phân nhóm để tách bạch và tránh nhầm lẫn. Vấn đề đánh dấu các dây cũng rất quan trọng và phải theo nhóm. c, Lựa chọn cáp - Chọn cáp: cáp dùng cho tàu thuỷ là loại cáp đặc biệt có tính dẫn điện tốt, khả năng cách điện tốt, khả năng chịu dầu và hợp chất tốt, có độ bền cơ học cao. - Đánh dấu đầu dây. - Trình bày cáp: Trình bày trên máng, các cáp song song không trùng nhau. - Kiểm tra cáp sau khi đấu: Có thể trong quá trình kéo cáp thi cáp có thể bị đứt, bị chập, do đó cần phải kiểm tra cáp sau khi đấu. - Cáp dự trữ: + Trong tất cả các đường , các tuyến dây luôn có một hoặc hai sợi cáp dự trữ. + Trong một cáp có nhiều sợi thì phải có một sợi nhỏ để dự trữ. - Kẹp nẹp cáp, làm kín nước: + Dùng các nẹp bằng kim loại( 1 mm ), không dùng các nẹp nhựa. + Các lỗ xuyên tường phải làm kín nước bằng gioăng cao su hoặc chất nhồi. *, Các bước tiến hành : Ta tiến hành lắp ráp mạch điều khiển, rồi đến mạch động lực. Tiếp theo là mạch đèn trên hộp (sau khi đã khoan các lỗ đèn và nút ấn trên mặt hộp). Cuối cùng là đưa các mạch vào bên trong hộp. 6.4 KIỂM TRA VÀ THỬ NGHIỆM 6.4.1 Kiểm tra hệ thống : - Kiểm tra nguội : Quan sát, dùng đồng hồ đo, kiểm tra tay điều khiển có đặt ở vị trí “0”. Kiểm tra cách điện bằng Megaom kế. - Kiểm tra nóng : Cấp nguồn rồi dùng đồng hồ đo để đo các thông số kỹ thuật xem có phù hợp chưa, kiểm tra mức hoạt động của phanh. 6.4.2 Thử nghiệm mô hình : Cấp nguồn cho hệ thống rồi tiến hành các thử nghiệm - Kiểm tra đèn báo bằng nút thử đèn. - Kiểm tra chuông bằng nút thử chuông. - Chuyển tay điều khiển, kiểm tra có bị sự cố không khi chạy thử các tốc độ khác nhau. - Thực hiện kiểm tra các quá trình bảo vệ của hệ thống. 6.5 Đánh giá và nhận xét : - Kết thúc thời gian làm đồ án, cũng là lúc chúng em hoàn thành xong mô hình mà mình đã thiết kế và xây dựng. Chúng em cũng thu được rất nhiều kinh nghiệm trong quá trình lựa chọn, tính toán, mua thiết bị và lắp ráp. Hoàn thiện được mỗi khâu là một lần chúng em củng cố lại được những kiến thức đã học và tích lũy thêm những kinh nghiệm thực tế. Mô hình tuy chưa đạt được những yêu cầu, những quy định chung về tiêu chuẩn lắp ráp, xong cũng có thể làm một công cụ học tập, giúp các em sinh viên khóa sau được làm quen và tìm hiểu thêm. Là một mô hình thu nhỏ nhằm mục đích mô phỏng trạm từ điều khiển hệ thống tời neo nên không tránh khỏi những thiếu sót và sai lầm so với hệ thống thực tế. Kính mong thầy giáo hướng dẫn Đỗ Văn A chỉ bảo để chúng em rút kinh nghiệm và hoàn thiện hơn mô hình của mình.