Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

LỜI CẢM ƠN
Trong thời gian làm đồ án tốt nghiệp, em đã nhận được nhiều sự giúp
đỡ, đóng góp ý kiến và chỉ bảo nhiệt tình của thầy cô, gia đình và bạn bè.
Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến Th.s. Nguyễn Ngọc Dũng,
người đã tận tình, chu đáo hướng dẫn, chỉ bảo em trong suốt quá trình làm
đồ án tốt nghiệp vừa qua.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong trường ĐH
Quảng Bình nói chung, các thầy cô trong Khoa kỹ thuật – công nghệ nói
riêng đã dạy dỗ, truyền đạt cho em những kiến thức, kinh nghiệm quý báu
trong thời gian hoc tập vừa qua, giúp em có được cơ sở lý thuyết vững
vàng và tạo điều kiện giúp đỡ em trong suốt quá trình học tập.
Cuối cùng, em xin chân thành cảm ơn gia đình và bạn bè, đã luôn tạo
điều kiện, quan tâm, giúp đỡ, động viên em trong suốt quá trình học tập và
hoàn thành khoá luận tốt nghiệp.

Sinh viên thực hiện

Lê Văn Cường

SVTH: Lê Văn Cường

1

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

MỤC LỤC

2.6. Bộ nút ấn (PB –Pushbutton)......................................................... 27
2.7. Cầu chì (Fuse) .............................................................................. 28
CHƯƠNG 3: THIẾT KẾ TỦ ĐIỀU KHIỂN SỬ DỤNG PHƯƠNG
PHÁP SAO TAM GIÁC ........................................................................ 30
3.1. Giới thiệu tổng quan .................................................................... 30
3.2.Thiết kế mạch khởi động động cơ KĐB ba pha sử dụng phương
pháp đổi nối sao - tam giác ................................................................. 31
3.2.1. Mạch khởi động động cơ ...................................................... 31
3.2.2. Nguyên lý hoạt động ............................................................. 32
3.2.3. Nhận xét ................................................................................ 32

SVTH: Lê Văn Cường

2

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

3.3. Lắp đặt tủ điều khiển đổi nối sao – tam giác ............................... 33
3.3.1. Thông số động cơ ................................................................. 33
3.3.2. Tính chọn các các thiết bị ..................................................... 33
3.3.3. Hình ảnh mô hình thực tế ..................................................... 36
C. KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ........................................................... 37
TÀI LIỆU THAM KHẢO ...................................................................... 38

SVTH: Lê Văn Cường

3

Hình 2.12. Nguyên lý hoạt động của Rơle ON DELAY ................................. 26
Hình 2.13. Nguyên lý hoạt động của rơle OFF DELAY ................................ 26
Hình 2.14. Bộ nút ấn........................................................................................ 27
Hinh 2.15. Kí hiệu bộ nút ấn ........................................................................... 28
Hình 2.16. Các loại cầu chì ............................................................................. 29
Hình 3.1. Mạch khởi động đổi nối sao – tam giác .......................................... 30
Hình 3.2. Mạch động lực ................................................................................. 31
Hình 3.3. Mạch điều khiển .............................................................................. 31
Hình 3.4.Mô hình mạch động cơ sao – tam giác trong thực tế ....................... 36

SVTH: Lê Văn Cường

1

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

A. MỞ ĐẦU
1.

Lý do chọn đề tài
Ngày nay, điện năng đã đi vào hầu hết trong các ngành kinh tế quốc

dân. Trong hầu hết các nhà máy, xí nghiệp đều sử dụng động cơ để truyền
động, hay dùng trong các thiết bị dân dụng. Do đó, việc sử dụng, vận hành
các loại động cơ vào các lĩnh vực kinh tế là vô cùng quan trọng. Với mục
đích nâng cao hiệu quả, năng suất lao động, hạn chế sử dụng sức người
trong lao động đặc biệt là trong các ngành công nghiệp then chốt.


những kỹ năng nghề nghiệp trong tương lai.
3.

Nội dung đề tài
Tìm hiểu về động cơ không đồng bộ ba pha, một số khí cụ điện cần

thiết được sử dụng để thiết kế mạch điều khiển.
Thiết kế được mô hình mạch điều khiển đổi nối sao – tam giác và lắp
đặt mô hình thực nghiệm.
4.

Đối tượng, phạm vi, phương pháp nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu: Mạch điều khiển đổi nối sao – tam giác, động

cơ không đồng bộ ba pha.
Phạm vi nghiên cứu: thiết kế được mạch điều khiển sao - tam giác và
lắp đặt mô hình thực tế.
Phương pháp nghiên cứu: Lý thuyết  Mô hình thực tế.
5.

Kế hoạch nghiên cứu
Thu thập tài liệu liên quan đến đề tài: 1/2016
Tính toán chọn thiết bị và xây dựng mô hình mạch sao tam giác trên

lý thuyết: 2/2016
Lắp đặt mô hình thực nghiệm: 3/2016
Viết báo cáo: 4/2016
Hoàn thiện và bảo vệ đề tài: 5/2016
6.

độ vì vậy động cơ càng sử dụng rộng rãi hơn. Dãy công suất của nó rất
rộng từ vài W đến hàng ngàn kW. Hầu hết là động cơ ba pha, có một số
động cơ công suất nhỏ là một pha.
1.2.

Cấu tạo

Hình 1.1. Cấu tạo động cơ không đồng bộ

Cấu tạo động cơ không đồng bộ gồm hai bộ phận chủ yếu là stato và
roto, ngoài ra còn có các bộ phận khác như vỏ máy, nắp máy và trục máy.

SVTH: Lê Văn Cường

4

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

1.2.1. Phần tĩnh (Stato)
Trên stato có lõi thép và dây quấn, ngoài ra còn có vỏ máy và nắp
máy.
1.2.1.1. Lõi thép
Lõi thép stato có dạng hình trụ làm bằng các lá thép kỹ thuật điện,
được dập rãnh bên trong rồi được ghép lại với nhau tạo thành các rãnh theo
hướng trục. Lõi thép được ép vào trong vỏ máy (Hình 1.2).

a)


1.2.2.2. Dây quấn rôto
Phân làm 2 loại chính: Loại rôto kiểu dây quấn và loại roto kiểu lồng
sóc.
- Loại rôto kiểu dây quấn (hình 1.5): Rôto có dây quấn giống dây
quấn ba pha của stato và có số cực từ như dây quấn stato. Dây quấn kiểu
này luôn đấu sao (Y) và có ba đầu ra đấu vào ba vành trượt, gắn vào trục
quay của roto và cách điện với truc. Ba chổi than cố định và luôn tỳ trên
vành trượt này để dẫn điện vào một biến trở cũng nối sao nằm ngoài động
cơ để khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ.

SVTH: Lê Văn Cường

6

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

Hình 1.5. Rôto kiểu dây quấn

- Loại rôto kiểu lồng sóc (hình 1.6): Gồm các thanh đồng hoặc thanh
nhôm đặt trong rãnh và bị ngắn mạch bởi hai vành ngắn mạch ở hai đấu.
Với động cơ nhỏ, dây quấn rôto được đúc nguyên khối gồm thanh dẫn,
vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt và cánh quạt làm mát. Các động cơ công
suất trên 100kW thanh dẫn làm bằng đồng được đặt vào các rãnh rôto và
gắn chặt vành ngắn mạch.

Hình 1.6. Rôto kiểu lồng sóc

từ đó tạo thành một mômen điện từ đối với trục quay, do đó làm cho rôto
quay theo chiều quay của từ trường quay.(Hình 1.7)

Hình 1.7. Từ trường quay của động cơ không đồng bộ

Tốc độ quay của n2 của rôto luôn luôn nhỏ hơn tốc độ quay của n1
của từ trường quay (tốc độ quay đồng bộ). Nếu tốc độ quay của rôto đạt
đến tốc độ quay đồng bộ thì không còn có sự chuyển động tương đối giữa
nó và từ trường nữa. Dây điện của rôto sẽ không cắt đường sức do đó sức
điện động cảm ứng , dòng điện và momen điện từ của nó đều bằng 0. Do
đó ta thấy rôto luôn quay theo từ trường quay với tốc độ n2 < n1.

SVTH: Lê Văn Cường

8

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

Ta gọi động cơ không đồng bộ vì tốc độ quay n2 của rôto không bằng
tốc độ quay đồng bộ của trường quay của rôto.
Trong đó: n1 - n2 là hiệu số tốc độ quay của động cơ KĐB.
Tỷ số giữa hiệu số tốc độ quay với tốc độ quay đồng bộ gọi là độ
trượt . Ký hiệu là s: s =

n1  n2
n1



Khi mở máy trong mạch điện stato đặt nối tiếp một điện kháng ta
hoàn tất việc mở máy bằng cách đóng cầu dao D2 thì điện kháng trên sẽ bị
ngắn mạch. Có thể điều chỉnh trị số mà điện kháng để có được dòng
điệnmở máy cần thiết. Do có sụt áp trên điện kháng nên điện áp đặt vào
động cơ Ut sẽ giảm đi và nhỏ hơn điện áp lưới UL.
Giả sử: Udc = Error! Reference source not found.

U1
( kck > 1)
k ck

Gọi dòng điện mở máy và mômen mở máy trực tiếp là Im và Mm sau
khi thêm điện kháng vào, dòng điện mở máy còn lại Imđ

Imđ =Error!

Reference source not found. =

U1
K ck . Z đc

Vì mômen mở máy tỷ lệ với bình phương của điện áp nên:

SVTH: Lê Văn Cường

10

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Mặt khác dựa vào sơ đồ ta thấy:
U1 Error! Reference source not found.Ue ; Error! Reference source not found.
Uđc

=

U1
kba

Error!

Reference

source

not

found.(Giống ở phương pháp cuộn kháng)

SVTH: Lê Văn Cường

11

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

Imđc =



SVTH: Lê Văn Cường

12

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

đầu mỗi pha chỉ còn Error! Reference source not found. .
Khi mở máy đóng cầu dao D1 còn cầu dao D2 thì đóng xuống dưới
điểm mở máy dấu Y khi máy đã chạy rồi thì đóng cầu dao D2 về phía trên
máy đầu tam giác.
Theo phương pháp này ta có:
- Khi đấu Δ:
I m  I mđ  3I xm  3.

U
U1
 3. đ
Z đc
Z đc

- Khi đấu Y:

→
→

I my

Hình 1.12. Mở máy động cơ không đồng bộ roto dây quấn

Phương pháp này chỉ dùng với những động cơ roto dây quấn vì đặc
của loại động cơ này là có thể thêm điện trở vào cuộn dây roto.Khi điện trở
roto thay đổi thì M = f(S) cũng thay đổi. Ta điều chỉnh điện trở mạch điện
roto thích hợp thì sẽ được trạng thái mở máy lý tưởng.
Khi có điện trở phụ Rf thì ta có:
Imrf =

Mmrf =

U
( R1  R  R ) 2  ( X 1  X 2' ) 2
'
2

'
f

3. p.U 2 ( R2'  R f )
2. . f1[( R1  R2'  R1' )  ( X 1  X 2' ) 2 ]

Như vậy khi có điện trở phụ thì Error! Reference source not
found. giảm và Error! Reference source not found. lớn.
Sau khi máy đã quay để giữ 1 momen điện từ nhất định trong quá
trình mở máy ta cắt dần điện trở phụ.
Khi ta cắt dần các điện trở phụ thì sẽ làm thay đổi tốc độ động cơ từ
đường M = f(S) này sang M = f(S) khác. Sau khi cắt hết điện trở phụ thì
tốc độ đạt đến điểm làm việc sau 3 cấp điện trở khởi động.
Như vậy dùng động cơ không đồng bộ rôto dây quấn có thể đạt được

Khí cụ điện được phân ra các loại sau:
- Khí cụ điện dùng để đóng cắt các mạch điện: Cầu dao, Máy cắt,
Aptômat…
- Khí cụ điện dùng mở máy: Công tắc tơ, Khởi động từ, Bộ khống
chế chỉ huy…
- Dùng để bảo vệ ngắn mạch của lưới điện: cầu chì, Aptômat, các
loại máy cắt, Rơle nhiệt…

SVTH: Lê Văn Cường

15

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

2.1.3. Các yêu cầu cơ bản của khí cụ điện
Để đảm bảo an toàn cho các thiết bị điện và đảm bảo độ tin cậy của
khí cụ điện thì Khí cụ điện đảm bảo một số yêu cầu:
- Khí cụ điện đảm vảo làm việc lâu dài với các thông số kỹ thuật ở
trạng thái làm việc định mức: Uđm, Iđm.
- Ổn định nhiệt, điện động, có cường độ cơ khí cao khi quá tải, khi
ngắn mạch, vật liệu cách điện tốt, không bị chọc thủng khi quá dòng.
- Khí cụ điện làm việc chắc chắn, an toàn khi làm việc.
2.2. Aptomát (CB – Circuit breaker)
Áptomát là loại khí cụ điện dùng để đóng, ngắt điện bằng tay nhưng
có thể tự ngắt mạch điện khi có sự cố quá tải hoặc ngắn mạch.

Hình 2.1. Các loại aptomat


2) Ngõ vào dây điện trên

8) Thanh dẫn hồ quang

3) Bộ phận dập hồ quang

9) Thanh lưỡng kim

4) Cuộn dây nam châm điện

10) Ngõ vào dây điện dưới

5) Cần gạt

11) Kẹp thanh ray ( dùng để gài cầu dao )

6) Tiếp điểm cố định

SVTH: Lê Văn Cường

17

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

Dòng điện bảo vệ ngắn mạch của CB : Inm > Ikd
Dòng điện bảo vệ quá tải của CB thường là : Iqt = (1,1 : 1,2) Itt

Công tắc tơ hạ áp thường là kiểu không khí được phân loại như sau:
- Theo nguyên lý truyền động:
+ Công tắc tơ điện từ (truyền động bằng lực hút điện từ )
+ Công tắc tơ kiểu hơi ép.
+ Công tắc tơ kiểu thủy lực.
- Theo dạng dòng điện:
+ Công tắc tơ một chiều.
+ Công tắc tơ xoay chiều
- Theo kiểu kết cấu:
+ Công tắc tơ hạn chế chiều cao (dùng ở gầm xe,...)
+ Công tắc tơ hạn chế chiều rộng (như lắp ở buồng tàu điện,...)

Hình 2.4. Contator

Dòng định mức trên contactor thường chọn : Iđm = (1.2 :1.5).Itt
Điện áp định mức trên contactor thường chọn theo mạch điều khiển
U = 220V AC.
2.3.1. Cấu tạo

SVTH: Lê Văn Cường

19

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

Công tắc tơ điện từ có các bộ phận chính như sau:
- Hệ thống tiếp điểm chính.

phía lõi thép tĩnh, kéo theo tay đòn (2) làm cho các tiếp điểm chính (1) và
tiếp điểm phụ (3) đóng lại, tiếp điểm phụ (2) mở ra. Khi cắt điện vào cuộn
hút, lò xo hồi vị đẩy lõi thép động (4) về trở lại vị trí ban đầu.
2.4. Rơle nhiệt (OLR – Overload relay)
Rơle nhiệt là loại khí cụ điện tự động đóng, cắt tiếp điểm nhờ sự co
dãn vì nhiệt của các thanh kim loại. Trong mạch điện công nghiệp, nó
thường được dùng để bảo vệ quá tải cho các động cơ điện. Khi đó, rơle
nhiệt được lắp kèm với công tắc tơ và được gọi là “khởi động từ”.
Dòng điện tác động thường chọn để bảo vệ động cơ: Itđ = (1,1-1,2)Iđm
Thông thường chọn dòng tác động như trên, ở nhiệt độ môi trường là
250C và dòng quá tải tăng 20% thì rơle nhiệt sẽ tác động làm ngắt mạch sau
khoảng 20 phút. Nếu nhiệt độ môi trường cao hơn thì rơle tác động nhanh
hơn.

SVTH: Lê Văn Cường

21

GVHD: Nguyễn Ngọc Dũng


Đồ án tốt nghiệp: Thiết kế tủ điều khiển sử dụng phương pháp sao – tam giác

Hình 2.7. Role nhiệt

2.4.1. Cấu tạo
Gồm các bộ phận sau:
- Thanh lưỡng kim gồm hai lá kim loại có hệ số dãn nở vì nhiệt khác
nhau được gắn chặt và ép sát vào nhau.
- Dây đốt nóng làm nhiệm vụ tăng cường nhiệt độ cho thanh lưỡng