Giáo trình Thực hành Trang bị điện

Bài mở đầu: khí cụ điện dùng trong trang bị điện
I. Cầu dao
1- Cấu tạo và nguyên lý hoạt động

Hình 2- 1 Cầu dao có lưỡi dao phụ
1- lưỡi dao chính; 2- tiếp xúc tĩnh ( ngàm );
3- lưỡi dao phụ; 4- lò xo bật nhanh ;
Phần chính của cầu dao là lưỡi dao và phần kẹp lưỡi được làm bằng hợp
kim của đồng. Bộ phận nối dây cũng được làm bằng hợp kim của đồng. Đế của
cầu dao thường được làm bằng sứ.
2- Phân loại
Theo kết cấu người ta chia cầu dao làm loại 1 cực, 2 cực, 3 cực hoặc 4 cực.
Người ta cũng chia cầu dao ra loại có tay nắm ở giữa hay tay nắm ở bên . Ngoài
ra còn có cầu dao một ngả và cầu dao hai ngả.
Theo điện áp định mức : 250V và 500V
Theo dòng điện định mức : 5,25,30,60,75,100,150,200,300,400,600,1000A
Theo vật liệu cách điện , có các loại đế sứ , đế nhựa bakêlit, đế đá.
Theo điều kiện bảo vệ, có loại không có hộp và loại có hộp che chắn ( nắp
nhựa, nắp gang, nắp sắt ).
Theo yêu cầu sử dụng, người ta chế tạo cầu dao có cầu chì bảo vệ và loại
không có cầu chì bảo vệ.
II. các loại công tắc và nút điều khiển
1. Công tắc
1.1. Khái quát và công dụng
Công tắc là một loại khí cụ đóng ngắt dòng điện bằng tay kiểu hộp, dùng
để đóng ngắt mạch điện có công suất bé, có điện áp một chiều đến 440V, và điện
áp xoay chiều đến 500V.
Khoa Điện - Điện Tử


- Loại kín
Theo công dụng người ta chia ra :
- Công tắc đóng ngắt trực tiếp
- Công tắc chuyển mạch ( hay công tắc vạn năng )
Công tắc vạn năng dùng để đóng ngắt, chuyển đổi mạch điện các cuộn
dây hút của công tắc tơ, khởi động từ,... chuyển đổi các mạch điện ở các dụng cụ
đo lường.... Nó thường được dùng trên các mạch điện điều khiển có điện áp đến
440V một chiều và đến 500V xoay chiều, 50 Hz.
- Công tắc hành trình
Công tắc hành trình dùng để đóng, ngắt ở mạch điều khiển trong truyền
động điện tự động hoá, tuỳ thuộc cữ gạt ở các cơ cấu chuyển động cơ khí nhằm
tự động điều khiển hành trình làm việc hay tự động ngắt điện ở cuối hành trình
để đảm bảo an toàn.
Khoa Điện - Điện Tử

2

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình Thực hành Trang bị điện
b- Cấu tạo công tắc hộp ( hình 2- 3 )

Hình 2- 3 : Cấu tạo công tắc hộp
a- Hình dạng chung
b- Mặt cắt ( vị trí đóng )
c- Mặt cắt ( vị trí ngắt )
d- Kiểu bảo vệ
e- kiểu kín
Phần chính là các tiếp điểm tĩnh 3 gắn trên các vành nhựa bakêlít cách

diện vuông. Các tiếp điểm 1 và 2 sẽ đóng và mở nhờ xoay vành cách điện 3 lồng
trên trục 4 khi ta vặn công tắc.
Tay gạt công tắc vạn năng có thể có một số vị trí chuyển đổi, trong đó các
tiếp điểm của các đoạn sẽ đóng hoặc ngắt theo yêu cầu.
Công tắc vạn năng được chế tạo theo kiểu tay gạt có các vị trí cố định
hoặc có lò xo phản hồi về vị trí ban đầu ( vị trí không ).
d- Cấu tạo công tắc hành trình
Hình dạng chung của công tắc hành trình cỡ nhỏ được trình bày trên hình
2- 5. Dưới tác dụng của cữ gạt 1 nằm trên bộ phận cơ khí dịch chuyển, cần bẩy 2
có con lăn của công tắc sẽ bị ấn xuống, làm xoay giá đỡ tiếp điểm 3, do đó làm
mở các tiếp điểm 4, kết quả làm ngắt mạch điều khiển truyền động điện.
Hình dạng chung của công tắc hành trình cỡ nhỏ được trình bày trên
hình2- 5 và 2- 6.

Khoa Điện - Điện Tử

4

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình Thực hành Trang bị điện

Hình 2- 5 : Công tắc cuối hành trình

Hình 2- 6 : Công tắc hành trình
Nó được đặt trong một vỏ nhựa , có một cặp tiếp điểm thường đóng và một
cặp tiếp điểm thường mở, trong đó tiếp điểm động là chung.
2. Nút ấn
Phân loại và cấu tạo

hầm lò ( mỏ than ) hoặc ở các nơi có các khí nổ lẫn trong không khí. Cấu tạo của
nó đặc biệt kín khít để không lọt được tia lửa ra ngoài và đặc biệt vững chắc để
không bị phá vỡ khi nổ.

Hình 2- 8 : Nút ấn kiểu chống nổ.
2. áp tô mát
2.1 . Cấu tạo
Khoa Điện - Điện Tử

6

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình Thực hành Trang bị điện
Hình dáng và cấu tạo của một áptômát ba pha thông thường như hình2-12.

Hình 2-12
a.Tiếp điểm :
Tiếp điểm của áptômát thường được chế tạo có hai cấp ( chính và hồ
quang ), hoặc ba cấp ( chính, phụ, hồ quang ).
Khi đóng mạch , tiếp điểm hồ quang đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm
phụ, sau cùng là tiếp điểm chính. Khi cắt mạch thì ngược lại, tiếp điểm chính mở
trước, sau đến tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồ quang.
Như vậy hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang, do đó bảo vệ được
tiếp điểm chính để dẫn điện. Dùng thêm tiếp điểm phụ để tránh hồ quang cháy
lan vào làm hư hại tiếp điểm chính.
Tiếp điểm của áptômát thường làm bằng hợp kim gốm chịu được hồ quang
như Ag- Wo; Cu- Wo; Ni.....
Hình 2- 13 trình bày hệ thống tiếp điểm trong một kiểu áptômát : 2,3 là

1. rơ le điện từ
Rơ le là các khí cụ điện tự động đóng cắt mạch điện điều khiển , bảo vệ và
điều khiển sự làm việc của mạch điện.
Cấu tạo

Khoa Điện - Điện Tử

8

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình Thực hành Trang bị điện

Hình 3-5 Sơ lược kết cấu chung của rơle điện từ
1- mạch từ tĩnh ;
4- lò xo ;
2- nắp động ;
5- tiếp điểm tĩnh ;
3- cuận dây ;
6- tiếp điểm động ;
Rơ le điện từ gồm có một mạch từ hình chữ U, trên đó có quấn cuận dây
cho dòng điên của mạch cần được bảo vệ đi qua. Phía trên có nắp chuyển động 2
được gắn vào lò xo 4 và tiếp điểm động 6. ở trên mỏm cực từ phần tĩnh người ta
có gắn vào đó một vòng ngắn mạch bằng đồng ( còn gọi là vòng chống rung ).
Vòng ngắn mạch này chỉ được lắp đối với các rơ le hoạt động ở nguồn xoay
chiều. Tiếp điểm tĩnh 5 được nối với mạch điều khiển.
2- Rơ le dòng điện cực đại
- Cấu tạo


Rơ le điện áp có cấu tạo tương tự như rơ le đòng điện nhưng cuận dây của
nó có số vòng nhiều hơn và được mắc song song với mạch điện của thiết bị cần
bảo vệ.
Tuỳ theo nhiệm vụ bảo vệ , rơ le điện áp được chia thành hai loại:
- Rơ le điện áp cực đại : Phần ứng ( phần quay ) của loại rơ le này lúc điện
áp bình thường đứng yên, khi điện áp tăng quá mức quy định, lực điện từ sẽ
thắng lực cản, làm rơ le tác động đóng hệ thống tiếp điểm thường mở ( tác động
hút ).
- Rơ le điện áp cực tiểu : ở điện áp bình thường phần ứng của rơ le chịu
lực điện từ tác động, nhưng khi điện áp hạ xuống dưới mức quy định, lực lò xo
thắng lực điện từ làm phần ứng quay đi một góc. Hệ thống tiếp điểm thường mở
được mở ra, ta nói rơ le tác động ( tác động nhả ).
Điện áp tác động của rơ le cũng được điều chỉnh bằng sức căng của lò xo
điều chỉnh ( 4 ) hoặc bằng cách thay đổi sơ đồ đấu các cuận dây rơ le hoặc bằng
vít điều chỉnh ( 8 ).
4. Rơ le nhiệt
Rơ le nhiệt dùng để bảo vệ quá tải cho mạch điện, chủ yếu là bảo vệ cho
động cơ điện.
- Cấu tạo

Khoa Điện - Điện Tử

10

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình Thực hành Trang bị điện

Hình 3- 7 Sơ đồ cấu tạo của rơ le nhiệt

Hình 3- 9 : Mắc cầu chì để bảo vệ mạch điện
Dòng điện trong mạch đi qua dây chảy sẽ toả ra nhiệt lượng theo định luật
Jun- Lenxơ, làm cho dây chảy nóng lên. Nếu dòng điện chưa đủ lớn, nhiệt độ
dây chảy chưa vượt quá nhiệt độ nóng chảy, mạch điện vẫn liền. Khi dòng điện
tăng cao, nhiệt độ dây chảy tăng đến mức chảy đứt, ngắt mạch dòng điện, ta bảo
cầu chì bị nổ .
Dòng điện nhỏ nhất vừa đủ làm cho dây chảy đứt gọi là dòng điện dây
chảy, ký hiệu là Idc. Dòng điện dây chảy phụ thuộc vào kích thước và loại vật liệu
làm dây chảy. Dây chảy được sản xuất theo các trị số dòng điện dây chảy quy
định và gọi là cỡ dây chảy. Cỡ dây chảy cho trong sổ tay kỹ thuật.
Cầu chì được sản xuất theo cấp điện áp định mức và dòng điện định mức.
Điện áp định mức quyết định kích thước cầu chì, vật liệu và chất lượng cách
điện. Dòng điện định mức quyết định quy cách và kích thước các bộ phận dẫn
điện, nhất là các đầu tiếp xúc, tức đầu để nối cầu chì vào giá cầu chì. Cần chú ý
là dòng điện định mức Iđm là của cầu chì, còn dòng điện dây chảy Idc phụ thuộc
vào cỡ dây chảy. Hai đại lượng này khác nhau, và ta có Iđm Idc . Ví dụ , cầu
chì 500V, 15 A có thể lắp dây chảy cỡ 6, 10 hay 15 A.
Bảng tra dây chảy cầu chì
Bảng 3- 1
Đường kính dây chảy ( mm )

Dòng điện định mức của dây chảy ( A )
Nhôm

Chì

đồng

0,15


0,3

6

1

12

0,4

10

1,5

14

0,5

14

2

16

0,6

16

2,5


6

48

1,2

40

9

-

1,4

50

12

-

1,6

60

14

-

1,8


IV : khí cụ điều khiển
1. Công tắc tơ
a. cấu tạo
Công tắc tơ điện từ có các bộ phận chính như sau : cơ cấu điện từ ( nam
châm điện ), hệ thống dập hồ quang, hệ thống tiếp điểm ( tiếp điểm chính và phụ
).
Nam châm điện : gồm có 3 thành phần
- Mạch từ ( lõi sắt ) : Là các lõi thép có hình dạng EI, UI. Nó gồm những
lá thép tôn silic, có chiều dầy 0,35mm hoặc 0,5 mm, ghép lại để tránh tổn hao
dòng điện xoáy. Mạch từ được chia làm hai phần , một phần được kẹp chặt cố
định ( phần tĩnh ), phần còn lại là nắp ( còn gọi là phần ứng hay phần động )
được nối với hệ thống tiếp điểm qua hệ thống tay đòn.
Khoa Điện - Điện Tử

13

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình Thực hành Trang bị điện
- Cuộn dây hút : cuộn dây quấn trên lõi thép dùng để tạo ra lực hút điện
từ. Các cuộn dây của phần lớn các công tắc tơ được tính toán sao cho được phép
đóng ngắt tới 600 lần trong một giờ, ứng với hệ số thông điện bằng 40%. Cuộn
dây có thể làm việc tin cậy ( hút phần ứng ) khi điện áp cung cấp cho nó nằm
trong phạm vi 85- 110% Uđm. Nếu ta gọi tỷ số giữa điện áp nhả và điện áp hút
của cuộn dây là hệ số trở về, thì hệ số này có thể đạt tới ( 0,6- 0,7 ). Điều đó có
nghĩa là khi điện áp cuộn dây sụt xuống còn 60 70% trị số điện áp hút thì nắp
bị nhả và ngắt mạch điện.
- Cơ cấu truyền động : phải có kết cấu sao cho giảm được thời gian thao
tác đóng ngắt tiếp điểm, nâng cao lực ép các tiếp điểm và giảm được tiếng kêu va

cuộn dây có điện tiếp điểm này đóng lại. Tiếp điểm này có khả năng cho dòng
điện lớn đi qua ( từ 10A đến vài nghìn ampe ).
- Tiếp điểm phụ : có khả năng cho dòng điện đi qua các tiếp điểm nhỏ
hơn 5A , được lắp ở các mạch điều khiển, tín hiệu, bảo vệ .Nó được chia thành
hai loại : tiếp điểm phụ thường mở và tiếp điểm phụ thường đóng. Tiếp điểm phụ
thường mở có trạng thái đóng, mở giống như tiếp điểm chính. Tiếp điểm phụ
thường đóng có trạng thái đóng, mở ngược với tiếp điểm chính.

d- Nguyên lý hoạt động

Khoa Điện - Điện Tử

15

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình Thực hành Trang bị điện

6

7
5
4
1

3

2


16

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình Thực hành Trang bị điện

Hình 4- 4. Sơ đồ cấu tạo của rơ le trung gian.
1- lõi thép tĩnh;
3- phần động;
2- cuộn dây;
4- hệ thống tiếp điểm;
Cấu tạo của rơ le trung gian kiểu điện từ như hình 4- 4. Nó gồm có một lõi
thép hình chữ U, trên đó có quấn cuộn dây điện áp. Phía trên mạch từ tĩnh có nắp
động ( 3 ). Một đầu của nắp động được gắn với lò xo cản và hệ thống tiếp điểm
động ( 4 ).
b- Nguyên lý làm việc
- Khi cuộn dây của rơ le trung gian không có điện, rơ le chưa tác động :
các tiếp điểm thường mở vẫn mở và các tiếp điểm thường đóng vẫn đóng.
- Khi cuộn dây của rơ le trung gian có điện, nắp động bị hút về phía mạch
từ tĩnh làm cần tiếp điểm động di chuyển theo. Các tiếp điểm thường đóng sẽ mở
ra và các tiếp điểm thường mở sẽ đóng lại thực hiện các chức năng khác nhau
của mạch điều khiển.
Đặc điểm của rơ le trung gian là không có cơ cấu điều chỉnh điện áp tác
động, yêu cầu phải tác động tốt khi điện áp đặt vào cuộn dây dao động trong
phạm vi 15% điện áp định mức.
3- Rơ le tốc độ
a- Cấu tạo

Khoa Điện - Điện Tử

tay phải. Như vậy, thanh dẫn bên trên có dòng điện đi vào còn thanh dẫn bên
dưới có dòng điện đi ra. Thanh dẫn mang dòng điện , lại chịu tác dụng của từ
trường nên nó chịu tác dụng của lực điện từ F. Chiều của lực điện từ được xác
định theo quy tắc bàn tay trái. Thanh dẫn bên trên sẽ chịu tác dụng của một lực
Khoa Điện - Điện Tử

18

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình Thực hành Trang bị điện
hướng sang bên phải còn thanh dẫn bên dưới sẽ chịu tác dụng của một lực hướng
sang bên trái. Do đó, phần ứng sẽ quay theo chiều cùng chiều với n1.
Phần ứng quay kéo theo tay gạt bằng nhựa ( 5 ) tác động vào thanh thép
đàn hồi làm cho tiếp điểm PK1 mở ra và PK2 đóng lại. Tiếp điểm PK3 và PK4 vẫn
giữ nguyên trạng thái như khi rô to đứng yên.
Nếu trục quay quay theo chiều ngược lại, nó sẽ tác động vào thanh thép
đàn hồi bên phải làm cho tiếp điểm PK3 mở ra và PK4 đóng lại.
Khi tốc độ động cơ giảm nhỏ gần bằng không, lực điện từ yếu đi , tay gạt
bằng nhựa sẽ trở về vị trí cũ làm tiếp điểm PK1 đóng lại và PK2 mở ra.
4. Rơ le thời gian
4.1- Rơ le thời gian điện từ
a- Cấu tạo
4

7

3


bánh răng dẫn động sẽ quay làm tiếp điểm động di chuyển chậm. Sau một
khoảng thời gian tiếp điểm động sẽ đóng kín vào tiếp điểm tĩnh ( 7 ). Thời gian
để đóng tiếp điểm ( 7 ) được điều chỉnh bằng cách thay đổi vị trí của tiếp điểm
tĩnh và được chỉ rõ bằng mũi tên trên thang đặt ( 8 ).
4.2- Rơ le thời gian điện tử
a- Cấu tạo
Cấu tạo của rơ le thời gian điện tử gồm : nam châm điện, bộ định thời gian
bằng linh kiện điện tử, hệ thồng tiếp điểm, vỏ bảo vệ và các chân ra tiếp điểm.
Hình dáng ( a ) và sơ đồ bố trí cực đấu dây ( b ) của rơ le thời gian điện tử
loại ON DELAY như hình 4- 8.

Hình 4- 8a

Hình 4- 8b

Trong đó :
- Cặp cực 5- 8 là tiếp điểm thường đóng , mở chậm ;
- Cặp cực 6- 8 là tiếp điểm thường mở, đóng chậm ;
- Cặp cực 1- 4 là tiếp điểm thường đóng ( tác động tức thời ) ;
- Cặp cực 1- 3 là tiếp điểm thường mở ( tác động tức thời ) ;
- Cặp cực 2- 7 đấu với nguồn điện ;
Cuộn dây của rơ le thường có điện áp 110V hoặc 220V , được ghi trên
nhãn máy hoặc trong lý lịch máy. Nguồn điện được cấp vào chân số 2 và chân số
Khoa Điện - Điện Tử

20

Trường Cao đẳng nghề Nam Định



R RL U dm
VR RRL

21

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình Thực hành Trang bị điện
Ta có thể điều chỉnh biến trở VR để thay đổi thời gian tác động trễ. Tuy
nhiên mạch điện này cho thời gian tác động trễ rất ngắn. Muốn thời gian trễ lâu
hơn ta phải dùng các mạch khuyếch đại điện tử.
c- Nguyên lý làm việc của rơ le thời gian điện tử kiếu ON DELAY
( hình 4-10,a ) và OFF DELAY ( hình 4- 10,b ) ; ( học sinh tự nghiên cứu ).

Hình 4-10,a

Hình 4- 10,b

d- Giới thiệu rơ le thời gian điện tử loại CKC AH3-3 của Đài loan
( hình 4- 11 ).

Hình 4- 11

Khoa Điện - Điện Tử

22

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


đứng máy đặc biệt... ).
Bộ khống chế chỉ huy được dùng để điều khiển gián tiếp các động cơ điện
công suất lớn bằng cách chuyển đổi mạch điện các cuộn dây hút của công tắc tơ,
khởi động từ. đôi khi nó cũng được dụng để đóng ngắt trực tiếp các động cơ điện
công suất bé, nam châm điện, và các thiết bị điện khác. Bộ khống chế chỉ huy có
thể được truyền động bằng tay hoặc bằng động cơ chấp hành.
Về nguyên lý, bộ khống chế chỉ huy không khác gì bộ khống chế động
lực, mà nó chỉ có hệ thống tiếp điểm bé, nhẹ hơn và sử dụng ở mạch điều khiển.
Khoa Điện - Điện Tử

23

Trường Cao đẳng nghề Nam Định


Giáo trình Thực hành Trang bị điện
5.2- Phân loại
Theo kết cấu, người ta chia ra bộ khống chế hình trống và bộ khống chế
hình cam.
Theo nguyên lý sử dụng, người ta chia ra bộ khống chế điện một chiều và
bộ khống chế điện xoay chiều.
5.3- Cấu tạo bộ khống chế hình trống

a)

Hình 4-12. Bộ khống chế hình trống
a- hình dạng chung
b- bộ phận chính bên trong
Hình dạng chung của bộ khống chế hình trống được trình bày trên hình 415 a,b.
Trên trục quay ( 1 ) đã được bọc cách điện, người ta bắt chặt các đoạn


Trường Cao đẳng nghề Nam Định