Giáo trình Trang bị điện trong máy công nghiệp (Trình độ Cao đẳng)

Họ tên: Trầm Tiến Thịnh Học vị: Thạc sỹ Email: tramtienthinh@hotec.edu.vn TRƯỞNG KHOA TỔ TRƯỞNG BỘ MÔN CHỦ NHIỆM ĐỀ TÀI HIỆU TRƯỞNG DUYỆT Tháng 12, năm 2020 KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 3 TUYÊN BỐ BẢN QUYỀN Tài liệu này thuộc loại sách giáo trình nên các nguồn thông tin có thể được phép dùng nguyên bản hoặc trích dùng cho các mục đích về đào tạo và tham khảo. Mọi mục đích khác mang tính lệch lạc hoặc sử dụng với mục đích kinh doanh thiếu lành mạnh sẽ bị nghiêm cấm. KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 4 LỜI GIỚI THIỆU Cùng sự phát triển không ngừng của lĩnh vực tự động hóa, ngày nay các thiết bị truyền dẫn, điều khiển điện sử dụng trong máy móc trở nên rộng rãi ở hầu hết các lĩnh vực công nghiệp như máy công cụ CNC, phương tiện vận chuyển, máy dập, máy xây dựng, dây chuyền chế biến thực phẩm, do những thiết bị này làm việc linh hoạt, với kích thước nhỏ gọn và lắp đặt dễ dàng ở những không gian chật hẹp so với các thiết bị truyền động và điều khiển bằng cơ khí hay điện. Nhằm trang bị cho HSSV của trường Cao đẳng Kinh tế Kỹ thuật TP.HCM khối ngành kỹ thuật nói chung, ngành Cơ khí nói riêng các kiến thức và kỹ năng tốt nhất để tiếp cận nhanh chóng với các thiết bị của hệ thống điện điều khiển trong thực tế nói chung và máy công cụ nói riêng, bằng những kinh nghiệm được đúc kết được từ thực tiễn và từ thực tế giảng dạy, cũng như tham khảo một số tài liệu đáng tín cậy, tác giả đã biên soạn ra quyển giáo trình trang bị biện trong máy công nghiệp, dùng để giảng dạy trình độ Cao đẳng, Trung cấp nghề Cơ khí chế tạo và trình độ Cao đẳng nghề Công nghệ kỹ thuật Cơ khí. Hy vọng với nội dung của quyển giáo trình này, HSSV có thể có được kiến thức cơ bản về khí cụ điện, trang bị điện và lắp được những mạch điện điều khiển cơ bản theo yêu cầu khác nhau. Cấu trúc của quyển giáo trình này được chia làm 7 chương: Bài mở đầu Chương 1: Khí cụ điện điều khiển bằng tay Chương 2: Khí cụ điện điều khiển xa Chương 3: Khí cụ điện bảo vệ Chương 4: Động cơ điện. Chương 5: Mạch điện khởi động - dừng một động cơ KĐB 3 pha Chương 6: Mạch điện khởi động tuần tự hai động cơ KĐB 3 pha Chương 7: Mạch điện đảo chiều động cơ KĐB 3 pha Trong quá trình biên soạn giáo trình này, không thể tránh khỏi những thiếu sót. Rất mong sự đóng góp để giáo trình hoàn thiện hơn. TP.Hồ Chí Minh, ngàytháng năm 2020 Tham gia biên soạn Trầm Tiến Thịnh KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 5 MỤC LỤC TRANG Lời giới thiệu . Bài mở đầu Chương 1: Khí cụ điện điều khiển bằng tay . Chương 2: Khí cụ điện điều khiển xa . Chương 3: Khí cụ điện bảo vệ . Chương 4: Động cơ điện. . Chương 5: Mạch điện khởi động - dừng một động cơ KĐB 3 pha . Chương 6: Mạch điện khởi động tuần tự hai động cơ KĐB 3 pha . Chương 7: Mạch điện đảo chiều động cơ KĐB 3 pha . KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 6 GIÁO TRÌNH MÔN HỌC Tên môn học: Trang bị điện trong máy công nghiệp Mã môn học: 3103407 Vị trí, tính chất của môn học: - Vị trí: Môn học Trang bị điện trong máy công nghiệp được học trong học kỳ II năm thứ nhất. - Tính chất: Môn học Trang bị điện trong máy công nghiệp đóng vai trò quan trọng trong quá trình đào tạo cao đẳng nghề nói chung và Cao đẳng nghề cắt gọt kim loại nói riêng. Mục tiêu môn học: - Về kiến thức: + Trình bày được nguyên lý hoạt động các khí cụ điện và động cơ điện + Phân tích và giải thích được mạch trang bị điện điều khiển của máy công nghiệp - Về kỹ năng: + Sử dụng được các khí cụ điện cơ bản. + Lắp đặt được các mạch trang bị điện cơ bản trong máy công nghiệp - Về năng lực tự chủ và trách nhiệm: Tích cực tiếp thu những kiến thức mà giáo viên muốn truyền đạt và có ý thức kỷ luật trong quá trình học lý thuyết cũng như thực hành KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 7 BÀI MỞ ĐẦU Giới thiệu: Mục tiêu: + Trình bày được nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền động khí nén + Thiết kế được hệ thống truyền động khí nén Giới thiệu tổng quan - Máy cắt gọt kim loại (MCGKL) theo số lượng và chủng loại chiếm vị trí hàng đầu trong tất cả các máy công nghiệp. - Máy cắt gọt kim loại: dùng để gia công các chi tiết kim loại bằng cách cắt (lấy) đi các lớp kim loại thừa, để sau khi gia công có kích thước, hình dáng gần đúng yêu cầu (gia công thô) hoặc thoả mãn hoàn toàn yêu cầu đặt hàng với độ chính xác nhất định về kích thước và độ bóng cần thiết của bề mặt gia công (gia công tinh). - Máy cắt gọt kim loại gồm nhiều chủng loại và rất đa dạng trong từng nhóm máy, nhưng có thể phân loại chúng dựa theo các đặc điểm sau: + Theo đặc điểm quá trình công nghệ: đặc trưng bởi phương pháp gia công trên máy, dạng dao cắt, đặc tính chuyển động ... các máy cắt gọt kim loại được chia thành các nhóm:  Máy tiện  Máy khoan và doa  Máy phai  Máy mài và bào + Theo đặc điểm của quá trình sản suất có thể chia thành các nhóm máy sau:  Máy vạn năng: là trên cùng 1 máy có thể thực hiện được một số gia công khác nhau như tiện, khoan, bào... để gia công các chi tiết khác nhau về hình dáng và kích thước.  Máy chuyên dùng: là các máy dùng để gia công các chi tiết có cùng hình dáng nhưng khác nhau về kích thước. KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 8  Máy đặc biệt: chỉ thực hiện gia công các chi tiết có cùng hình dáng, kích thước. + Theo độ chính xác gia công có thể chia thành các nhóm máy sau:  Máy có độ chính xác bình thường.  Máy có độ chính xác cao.  Máy có độ chính xác rất cao. 2. ĐẶC ĐIỂM CỦA TRANG BỊ ĐIỆN MÁY CÔNG NGHIỆP 2.1. Đặc điểm chuyển động và các dạng gia công điển hình - Trên máy cắt gọt KL có 2 loại chuyển động: chuyển động cơ bản và chuyển động phụ. - Chuyển động cơ bản: là sự di chuyển tương đối của dao cắt so với phôi để thực hiện quá trình cắt gọt, có thể là chuyển động quay hoặc chuyển động tịnh tiến dao cắt hoặc của phôi. - Chuyển động cơ bản được chia thành 2 dạng chuyển động: + Chuyển động chính (làm việc): là chuyển động thực hiện quá trình cắt gọt kim loại. + Chuyển động ăn dao: là chuyển động xê dịch của dao hoặc của phôi (tùy thuộc vào từng loại máy) để tạo ra lớp phôi mới. - Chuyển động phụ: là chuyển không liên quan trực tiếp đến quá trình cắt gọt, chúng cần thiết khi chuẩn bị gia công, nâng cao hiệu suất và chất lượng gia công, hiệu chỉnh máy Ví dụ như di chuyển nhanh bàn dao hoặc phôi (máy tiện), nới- siết xà trên trụ (máy khoan), bơm dầu bôi trơn, bơm nước làm mát 2.2. Điều chỉnh tốc độ trong máy cắt gọt kim loại - Trong MCGKL để đảm bảo chất lượng gia công, yêu cầu tốc độ cắt phải thay đổi. Để thực hiện các chế độ cắt khác nhau khi đường kính chi tiết gia công thay đổi đảm bảo quá trình công nghệ tối ưu, ta cần điều chỉnh tốc độ truyền động chính và truyền động ăn dao. KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 9 - Điều chỉnh tốc độ trong máy cắt gọt kim loại có thể thực hiện bằng 3 phương pháp: + Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp cơ thuần tuý: là phương pháp điều chỉnh tốc độ có cấp với sự thay đổi tỷ số truyền của hộp tốc độ. Việc thay đổi tỷ số truyền có thể thực hiện bằng tay hoặc từ xa bằng khớp ly hợp điện từ, hệ thống thuỷ lực hoặc khí nén. + Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp cơ-điện: cũng là phương pháp điều chỉnh tốc độ có cấp với sự thay đổi tốc độ động cơ và thay đổi tỷ số truyền của hộp tốc độ. Động cơ điện dùng trong phương pháp này là động cơ KĐB roto lồng sóc 2 hoặc 3 cấp tốc độ hoặc động cơ 1 chiều. + Điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp điện thuần tuý: là phương pháp thay đổi tốc độ máy chỉ bằng phương pháp thay đổi tốc độ của động cơ điện. Động cơ truyền động dùng trong trường hợp này có thể là động cơ một chiều hoặc động cơ không đồng bộ kết hợp với các bộ biến đổi. Phương pháp này có ưu điểm hơn so với 2 phương pháp trên:  Điều chỉnh tốc độ đơn giản.  Độ trơn điều chỉnh cao hơn.  Kết cấu cơ khí của máy đơn giản hơn. Nhược điểm: Sơ đồ điều khiển phức tạp. 3. GIỚI THIỆU TỔNG QUÁT VỀ TRANG BỊ ĐIỆN CỦA MÁY CÔNG NGHIỆP 3.1. Tổng quát về máy khoan - Máy khoan đứng vạn năng là máy công cụ được dùng phổ biến trong các nhà máy cơ khí, các phân xưởng xửa chữa của các xí nghiệp. Nó dùng để gia công các lỗ thông hoặc không thông, gia công ren hay ta rôphù hợp với loại hình sản xuất đơn chiếc loạt nhỏ. KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 10 - Ngoài ra để gia công các lỗ thì trên máy khoan vạn năng còn có thể gia công các bề mặt như lỗ tròn, khoét doa với đồ gá ta rô ren bằng ta rô và bàn ren. Nhưng công việc chủ yếu của máy khoan đứng vạn năng là để khoan lỗ trụ. - Máy khoan đứng vạn năng chủ yếu là gia công các mặt lỗ trụ tròn xoay, bề mặt này được hình thành nhờ chuyển động quay tròn và tịnh tiến của trục chính mang mũi khoan. - Đặc điểm các chuyển động trên máy khoan gồm: + Nhóm chuyển động tạo hình : là chuyển động cần thiết để tạo ra đường sinh công nghệ và dịch chuyển nó theo đường chuẩn. + Chuyển động cắt gọt: là chuyển động cần thiết để thực hiện và tiếp tục quá trình bóc phôi ở máy khoan chuyển động này trùng với chuyển động tạo hình. + Chuyển động định vị: chuyển động này nhằm khống chế kích thước của bề mặt gia công xác định hướng và toạ độ phôi và dao với nhau, tức là xác định vị trí tương đối của đường sinh và đường chuẩn với nhau trong các trục toạ độ của máy KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 11 3.2. Tổng quát về máy tiện KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 12 - Máy tiện là một loại máy cắt gọt kim loại. Các chi tiết sau khi gia công trên máy tiện có hình dáng gần đúng yêu cầu (gia công thô) hoặc thoả mãn phần nào yêu cầu về độ chính xác của kích thước và độ bóng bề mặt. - Đặc điểm các chuyển động trên máy tiện gồm hai nhóm cơ bản: + Chuyển động cơ bản:  Chuyển động chính: là chuyển động quay tròn của trục chính có gắn chi tiết cần gia công.  Chuyển động ăn dao: là chuyển động tịnh tiến của bàn dao có gá dao. + Chuyển động phụ: bao gồm các chuyển động bơm dầu bôi trơn, bơm nước làm mát, di chuyển nhanh bàn dao, chuyển động nâng, hạ, kẹp xà - Phân loại máy tiện: + Máy tiện nữa tự động: là máy thực hiện quá trình gia công cắt gọt tự động, không còn sự điều khiển của công nhân, người công nhân chỉ gá lắp và tháo vật gia công. KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 13 + Máy tiện tự động: khác với máy tiện nửa tự động, máy tiện tự động không những thực hiện tự động toàn bộ quá trình gia công cắt gọt mà còn tự động cả khâu tháo, lắp vật gia công. KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 14 3.3. Tổng quát về máy phay - Máy phay là một loại máy công cụ dùng để gia công bề mặt chi tiết trên một hoặc nhiều mặt phẳng với độ chính xác cao. Trên máy phay, phôi được kẹp chặt trên bàn máy sau đó dao sẽ tiến hành cắt phôi. KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 15 - Máy phay dùng để gia công mặt phẳng định hình phức tạp, rãnh then, cắt đứt, gia công mặt tròn xoay , trục then hoa , cắt ren , bánh răng - Đặc điểm các chuyển động trên máy khoan gồm: + Chuyển động chính: là chuyển động quay của dao. Chuyển động ăn dao là chuyển động xê dịch xê dịch chi tiết gia công để tạo ra một lớp phôi mới. + Chuyển động phụ: là chuyển động không liên quan trực tiếp đến quá trình cắt gọt. Do có một số lưỡi cắt cùng tham gia vào quá trình cắt gọt nên năng suất khi phay cao. KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 16 3.4. Tổng quát về trang bị điện trong máy cắt gọt kim loại - Trang bị điện trong máy cắt gọt kim loại thực chất là hệ truyền động điện là một tập hợp các thiết bị như: thiết bị điện, thiết bị điện từ, thiết bị điện tử, phục vụ cho việc biến đổi năng lượng điện-cơ cũng như gia công truyền tín hiệu thông tin để điều khiển quá trình biến đổi năng lượng đó. - Cấu trúc của một hệ truyền động điện máy cắt gọt kim loại gồm 2 phần chính: + Phần mạch động lực: gồm bộ biến đổi và động cơ truyền động. Các bộ biến đổi thường dùng là bộ biến đổi máy điện (máy phát một chiều, xoay chiều), bộ biến đổi điện từ (khuếch đại từ, cuộn kháng bão hoà), bộ biến đổi điện tử (chỉnh lưu thyristor, biến tần tranzitor). Động cơ điện có các loại: động cơ một chiều, xoay chiều đồng bộ, không đồng bộ và các loại động cơ điện đặc biệt khác + Phần mạch điều khiển: gồm các cơ cấu đo lường, các bộ điều chỉnh công nghệ, ngoài ra còn có các thiết bị điều khiển, đóng cắt phục vụ công nghệ và cho người vận hành. Đồng thời một số hệ truyền động điện có cả mạch ghép nối với các thiết bị tự động khác trong một dây chuyền sản xuất. KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 17 KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 18 Chương 1: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN BẰNG TAY Giới thiệu: Mục tiêu: + Trình bày được nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền động khí nén + Thiết kế được hệ thống truyền động khí nén Giới thiệu tổng quan 1. CẦU DAO 1.1. Khái niệm về cầu dao - Cầu dao là khí cụ điện để đóng cắt mạch điện bằng tay ở mạch hoặc lưới điện áp thấp, cầu dao có cấu tạo đơn giản, giá thành thấp, tuổi thọ cao, được sử dụng rộng rãi trong công nghiệp và dân dụng. - Phân loại cầu dao: + Theo số lượng pha: cầu dao một pha, cầu dao hai pha, cầu dao ba pha. + Theo vị trí đóng cắt mạch: cầu dao 2 vị trí, cầu dao 3 vị trí + Theo hình thức bảo vệ: Cầu dao hở, cầu dao kín chống nước, chống cháy nổ 1.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của cầu dao - Cấu tạo của cầu dao: KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 19 - Phần chính của cầu dao là tiếp điểm tĩnh và tiếp điểm động, được làm bằng hợp kim đồng. Ngoài ra bộ phận nối dây cũng làm bằng hợp kim đồng. - Ký hiệu của cầu dao: + Cầu dao không có cầu chì bảo vệ: + Cầu dao có cầu chì bảo vệ: - Nguyên lý tác động của cầu dao: + Khi thao tác trên cầu dao, nhờ vào lưỡi dao và hệ thống tiếp điểm tĩnh, mạch điện được đóng ngắt. Trong quá tình đóng ngắt mạch cầu dao thường xảy ra hồ quang điện tại đầu lưỡi dao và điểm tiếp xúc trên tiếp điểm tĩnh. Do đó người sử dụng cần phải thao tác nhanh để dập tắt hồ quang hồ quang. + Do tốc độ kéo bằng tay không thể nhanh được nên người ta là thêm lưỡi dao phụ. Lúc đóng điện thì dao phụ tiếp xúc với tiếp điểm tĩnh trước. Khi ngắt điện, tay kéo lưỡi dao chính ra trước còn lưỡi dao phụ vẫn kẹp trong má dao. Lò xo liên kết giữa hai lưỡi dao được kéo căng ra và tới một mức nào đó nó sẽ bật nhanh kéo lưỡi dao phụ ra khỏi má dao một cách nhanh chóng. Do đó hồ quang được dập tắt nhanh chóng. - Cách lựa chọn cầu dao hạ áp theo 2 điều kiện: Uđm CD > Uđm LD Iđm CD > I tt Trong đó: Uđm CD – là điện áp định mức của cầu dao. Uđm LD – là điện áp định mức của lưới điện hạ áp. KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 20 - Ngoài ra còn phải chú ý đến số pha, số cực, khả năng cắt tải, trong nhà, ngoài trời 1.3. Các thông số định mức của cầu dao - Dòng điện định mức: 5A, 10A, 20A, 60A, 100A, 600A giá trị được ghi trên cầu dao. - Điện áp định mức: thường có giá trị 600V. + Theo hình thức bảo vệ: Cầu dao hở, cầu dao kín chống nước, chống cháy nổ 2. CÔNG TẮC 2.1. Khái niệm công tắc - Công tắc là một loại khí cụ đóng ngắt dòng điện bằng tay có 2 hoặc nhiều trạng thái, dùng để chuyển đổi, đóng ngắt mạch điện có công suất nhỏ có dòng điện định mức nhỏ hơn 6A, có điện áp một chiều đến 440V, điện áp xoay chiều đến 500V. Công tắc được bố trí trong một hộp kín đảm bảo các yêu cầu về cách điện, chống ẩm, chống dầu. - Công tắc thường được dùng để chuyển mạch tín hiệu điều khiển, tín hiệu đo, đóng ngắt các thiết bị công suất nhỏ như thiết bị chiếu sáng, bếp điện, thiết bị điện sinh hoạt - Phân loại công tắc: + Theo số pha: Công tắc một pha, công tắc ba pha. + Theo phương thức tác động:  Công tắc ấn: tác động bằng tay, chỉ có 2 vị trí tác động đóng-ngắt. KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 21  Công tắc gạt: tác động bằng tay, có thể có 2 hoặc 3 vị trí tác động.  Công tắc xoay: tác động bằng tay, có thể có nhiều vị trí tác động.  Công tắc hành trình: được sử dụng để cảm biến vị trí và tự động tác động, thường có 2 vị trí, nhưng một số loại có 3 vị trí. 2.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của công tắc - Cấu tạo chung của một công tắc có các bộ phận chính sau: KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 22 + Tiếp điểm tĩnh. + Tiếp điểm động. + Cơ cấu tác động: chuyển trạng thái tiếp điểm. + Vỏ bảo vệ. - Nguyên lý hoạt động: + Với công tắc ấn và công tắc gạt: có 2 trạng thái, khi có tác động (bằng tay hoặc cơ khí) thì các tiếp điểm của công tắc thay đổi trạng thái, có nghĩa là tiếp điểm thường mở thì đóng lại, tiếp điểm thường đóng thì mở ra. Loại công tắc thường gặp là công tắc đèn chiếu sáng sử dụng trong buồng ở, tương như công tắc đèn điện ở nhà. + Với công tắc xoay: thường có nhiều vị trí, khi tác động xoay công tắc thì trạng thái tiếp điểm sẽ thay đổi tương ứng với vị trí công tắc. + Với công tắc hành trình: khi hết hành trình sẽ tác động vào cần gạt làm cho các tiếp điểm chuyển trạng thái. 2.3. Các thông số định mức của công tắc - Điện áp định mức: là điện áp làm việc lâu dài của mạch điện mà công tắc khống chế, có thể là 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều. - Dòng điện định mức: là dòng điện dài hạn qua tiếp điểm của công tắc mà không làm hỏng tiếp điểm, thường có giá trị ∼ 6A. - Tuổi thọ cơ khí: được tính bằng số lần đóng ngắt, thường vào khoảng 1 triệu lần đóng ngắt không điện và 200 ngàn lần đóng ngắt có dòng định mức. 3. NÚT NHẤN 3.1. Khái niệm nút nhấn KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 23 - Nút ấn là một loại khí cụ điện dùng để chuyển đổi, đóng ngắt từ xa các thiết bị điện có công suất nhỏ với điện áp một chiều đến 440V và xoay chiều đến 500V. - Phân loại nút nhấn: + Theo chức năng trạng thái hoạt động: nút nhấn đơn (1 cặp tiếp điểm) và nút nhấn kép (2 cặp tiếp điểm). + Theo cấu trúc bên ngoài: loại hở, loại bảo vệ kín nước và chống bụi, chống nổ. + Theo kết cấu bên trong: nút ấn loại có đèn báo và nút ấn loại không có đèn báo. 3.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nút nhấn - Cấu tạo nút nhấn: gồm tiếp điểm tĩnh, tiếp điểm động, cơ cấu tác động (chuyển trạng thái tiếp điểm) và vỏ bảo vệ. - Nguyên lý hoạt động: + Nút ấn tự hoàn nguyên: có nghĩa là khi tác động, các tiếp điểm của nút ấn thay đổi trạng thái, khi ngừng tác động thì các tiếp điểm tự trở về trạng thái cũ. + Loại nút ấn có chốt cài: có thể sử dụng như nút ấn tự hoàn nguyên hoặc sử dụng ở chế độ cài. Sau khi tác động, các tiếp điểm thay đổi trạng thái, nếu ngừng tác động thì các tiếp điểm tự trở về trạng thái cũ, nhưng nếu thực hiện cài (thường sử dụng thao tác xoay núm ấn) thì các tiếp điểm vẫn ở trạng thái mới cho đến khi có tác động ngừng cài. KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 24 - Kí hiệu của nút ấn: + Nút nhấn đơn: mỗi nút nhấn chỉ có 1 trạng thái (ON hoặc OFF). + Nút nhấn kép: mỗi nút nhấn có 2 trạng thái (ON và OFF). 3.3. Các thông số kỹ thuật của nút nhấn - Điện áp định mức: là điện áp làm việc lâu dài của mạch điện mà nút ấn khống chế, có thể là 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều. - Dòng điện định mức: là dòng điện dài hạn qua tiếp điểm của nút ấn mà không làm hỏng tiếp điểm, thường có giá trị là 5A. - Tuổi thọ cơ khí: được tính bằng số lần đóng ngắt, thường vào khoảng 1 triệu lần đóng ngắt không điện và 200 ngàn lần đóng ngắt có dòng định mức. 4. BỘ KHỐNG CHẾ 4.1. Khái niệm bộ khống chế - Tay khống chế là một thiết bị điện được sử dụng để điều khiển các thiết bị điện có công suất trung bình và nhỏ. Tay không chế thường có từ 3 đến 11 vị trí điều khiển, KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 25 chuyển đổi mạch điện bằng tay gạt hoặc vô-lăng xoay, điều khiển trực tiếp các thiết bị điện, máy điện như khởi động, thay đổi tốc độ, đảo chiều, dừng 4.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của bộ khống chế hình cam - Các cam không dẫn điện mà chỉ tác động đóng mở các tiếp điểm bố trí xung quanh. 4.3. Các thông số kỹ thuật của bộ khống chế - Điện áp định mức: có thể là 110V, 220V, 440V DC và 127V, 220V, 380V, 500V AC. - Dòng điện định mức: thường chọn dòng định mức của tay khống chế bằng 1,3 lần dòng định mức của tải (nếu tải là động cơ điện xoay chiều). KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 26 Chương 2: KHÍ CỤ ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN XA Giới thiệu: Mục tiêu: + Trình bày được nguyên lý hoạt động của hệ thống truyền động khí nén + Thiết kế được hệ thống truyền động khí nén Giới thiệu tổng quan 1. RƠLE ĐIỆN 1.1. Rơle điện từ - Rơ-le điện từ cũng giống công tắc tơ dùng để đóng mở các tiếp điểm khi có điện áp định mức tác động vào cuộn hút rơ-le. Điểm khác biệt cơ bản giữa rơ-le điện từ và công tắc tơ là rơ-le điện từ chỉ có 1 loại tiếp điểm điều khiển là thường đóng hoặc thường mở, không có lò xo nén tiếp điểm mà sử dụng thanh đồng lai tiếp điểm tạo lực nén, không có hộp dập hồ quang. - Phân loại rơ-le điện từ: + Theo cuộn hút: cuộn hút 1 chiều và cuộn hút xoay chiều. + Theo số lượng cặp tiếp điểm: 2 cặp tiếp điểm, 3 cặp tiếp điểm - Cấu tạo của rơ-le điện từ: gồm mạch từ, cuộn dây, tiếp điểm và vỏ. Mạch từ được chế tạo từ vật liệu sắt từ gồm hai phần là phần tĩnh là tấm thép hình chữ U và phần động là tấm thép hình chữ I. Phần động nối liên kết cơ khí với tiếp điểm động. KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 27 - Nguyên lý hoạt động: + Khi có dòng điện chạy qua cuộn dây sẽ sinh ra lực hút điện từ hút tấm động về phía lõi. Lực hút điện từ có giá trị tỷ lệ thuận với bình phương dòng điện và tỷ lệ nghịch với khoảng cách khe hở mạch từ: 2 2.  ik F  + Khi dòng điện trong cuộn dây lớn hơn dòng điện tác động i > Itđ thì lực hút điện từ lớn hơn lực kéo lò xo F > Flx lúc này tấm động bị hút về phía phần tĩnh. + Khi khe hở mạch từ càng nhỏ, lực hút càng tăng, tấm động được hút dứt khoát về phía phần tĩnh và tiếp điểm động được đóng vào tiếp điểm tĩnh. - Các thông số cơ bản của rơle điện từ: + Điện áp định mức: là áp làm việc lâu dài của mạch điện mà rơ-le khống chế, điện áp định mức có thể là 24V, 110V, 220V, 440V DC và 24V, 110V, 127V, 220V, 380V, 500V AC. + Dòng điện định mức: là dòng dài hạn qua tiếp điểm rơ-le mà ko làm hỏng tiếp điểm. + Điện áp định mức cuộn hút: là điện áp cấp cho cuộn hút làm việc ở chế độ lâu dài. Điện áp này có thể là một chiều 9V, 12V, 24V, 110V, 220V, 440V, và 24V, 110V, 220V, 440V xoay chiều. Điện áp này ghi trên cuộn hút. + Tuổi thọ cơ khí: được tính bằng số lần đóng ngắt, thường là vài trăm ngàn lần đóng ngắt không điện, và 1 trăm ngàn lần đóng ngắt có dòng định mức. KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 28 + Thời gian tác động: là khoảng thời gian kể từ lúc dòng điện vượt quá giá trị tác động đến lúc phần động được hút hoàn toàn vào phần tĩnh, thường vào khoảng từ 2÷20ms. 1.2. Rơle thời gian - Rơ-le thời gian là một khí cụ có chức năng tạo ra thời gian duy trì cần thiết khi truyền tín hiệu từ một thiết bị này sang một thiết bị khác. Trong hệ thống điều khiển, thì rơ-le thời gian được sử dụng tạo thời gian trễ cho cơ cấu tác động điều khiển, bảo vệ quá tải của động cơ điện (khi động cơ bị quá tải, rơ-le thời gian duy trì vài giây trước khi tác động bảo vệ dừng động cơ, cho phép loại bỏ quá tải trong thời gian ngắn mà động cơ có thể chịu được). - Ký hiệu cuộn dây của rơ-le thời gian: - Ký hiệu tiếp điểm rơ-le thời gian điện tử ON DELAY: + Tiếp điểm tác động không tính thời gian: + Tiếp điểm tác động có tính thời gian: KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 29 - Nguyên lý hoạt động: + Khi cấp nguồn vào cuộn dây của rơle thời gian ON DELAY: Các tiếp điểm tác động không tính thời gian chuyển đổi trạng thái tức thời (thường đóng hở ra, thường hở đóng lại), các tiếp điểm tác động có tính thời gian không đổi. + Sau khoảng thời gian đã định trước: Các tiếp điểm tác động có tính thời gian sẽ chuyển trạng thái (và duy trì trạng thái này). + Khi ngưng cấp nguồn vào cuộn dây: tất cả các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu. - Các thông số cơ bản của rơle thời gian + Dòng điện định mức: là dòng điện mà rơle thời gian chịu được khi hoạt động. + Điện áp định mức cuộn hút: là giá trị áp hoạt động của rơle thời gian. KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 30 + Thời gian trễ tác động: tính bằng phút hoặc giây. 1.3. Rơle trung gian - Khái niệm: Rơle trung gian là khí cụ điện dùng cơ cấu kiểu điện từ. Rơle trung gian làm nhiệm vụ khuếch đại hoặc chuyển mạch tín hiệu điều khiển. Trong sơ đồ điều khiển, rơ-le trung gian nằm ở vị trí trung gian giữa thiết bị điều khiển (contactor, rơle thời gian). - Cấu tạo rơle trung gian gồm: mạch từ của NC điện, tiếp điểm chịu dòng điện nhỏ (5A). Các rơle trung gian lắp trong tủ thường được lắp trên các đế như: đế 8 chân, 11, 14 chân KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 31 KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 32 - Nguyên lý hoạt động của rơle trung gian: + Tương tự như nguyên lý hoạt động của contactor. Khi cấp điện áp bằng giá trị điện áp định mức vào 2 đầu cuộn dây của rơ-le (ghi trên nhãn) thì sẽ sinh ra lực điện từ hút mạch từ kín lại, hệ thống tiếp điểm chuyển đổi trạng thái (tiếp điểm thường đóng hở ra, thường hở đóng lại) và duy trì trạng thái này. Khi ngưng cấp nguồn, hệ thống tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu. + So sánh giữa rơle và contactor ta thấy điểm khác biệt trong rơle là ta chỉ có duy nhất 1 loại tiếp điểm với khả năng tải dòng điện nhỏ, loại tiếp điểm này chỉ sử dụng cho các mạch điều khiển (dùng như tiếp điểm phụ). - Các thông số cơ bản của rơle trung gian: + Dòng điện định mức: là dòng điện mà rơle trung gian chịu được khi hoạt động. + Điện áp định mức cuộn hút: là giá trị áp hoạt động của rơle trung gian. 2. CÔNG TẮC TƠ 2.1. Khái niệm về công tắc tơ - Công tắc tơ là một thiết bị điện dùng để đóng ngắt từ xa các mạch điện có điện áp đến 500V, dòng điện đến 600A. - Phân loại công tắc tơ: + Theo nguyên lý truyền động: công tắc tơ kiểu điện từ, kiểu khí nén, kiểu thủy lực. + Theo dòng điện qua tiếp điểm chính: công tắc tơ 1 chiều và công tắc tơ xoay chiều. + Theo điện áp cấp cho cuộn hút: cuộn hút 1 chiều và cuộn hút xoay chiều. 2.2. Cấu tạo và nguyên lý hoạt động của công tắc tơ - Cấu tạo contactor gồm: cuộn hút, mạch từ, hộp dập hồ quang và hệ thống tiếp điểm. KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 33 + Cuộn hút (nam châm điện): là cuộn dây 1 dùng để tạo ra lực hút nam châm. Cuộn hút có thể là một chiều hoặc xoay chiều. + Mạch từ gồm 2 phần: phần tĩnh 2 thường có dạng chữ E, trên trụ giữa có đặt cuộn hút. Phần động 3 thường có dạng chữ E hoặc chữ I. Phần động liên kết cơ khí với tiếp điểm động. Khi phần động chuyển động, tiếp điểm động di chuyển làm đổi trạng thái tiếp điểm. + Hệ thống dập hồ quang: 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. + Hệ thống tiếp điểm (tiếp điểm chính và phụ): KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 34  Tiếp điểm chính: chịu được dòng điện lớn (từ 10A÷1600A). Tiếp điểm chính là thường hở và sẽ đóng lại khi mạch từ của Contactor được cấp nguồn. Hệ thống tiếp điểm chính thường được lắp trong mạch điện động lực.  Tiếp điểm phụ: chịu được dòng nhỏ (< 5A). Tiếp điểm phụ có 2 trạng thái là thường đóng (NC) và thường hở (NO). Các tiếp điểm phụ được lắp trong mạch điều khiển. - Nguyên lý hoạt động: khi cuộn dây 1 không có điện, lò xo 6 kéo tiếp điểm ở trạng thái Off, các tiếp điểm thường mở thì mở ra, các tiếp điểm thường đóng thì đóng lại. Khi cấp điện cho cuộn 1, tấm động 3 hút vào kéo theo các tiếp điểm, các tiếp điểm chuyển sang trạng thái ON, các tiếp điểm thường mở thì đóng lại, các tiếp điểm thường đóng thì mở ra. Khi ngưng cấp nguồn cho cuộn dây thì Contactor sẽ ở trạng thái nghỉ, lò xo 6 kéo các tiếp điểm trở về trạng thái ban đầu. 2.3. Các thông số cơ bản của contactor - Điện áp định mức: là điện áp làm việc lâu dài của mạch điện mà Contactor khống chế, có thể là 110V, 220V, 440V một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều. - Dòng điện định mức: là dòng dài hạn qua tiếp điểm mà không làm hỏng tiếp điểm, thường là: 10A, 20A, 25A, 40A, 60A, 75A, 100A, 150A, 250A, 300A, 600A. Nếu Contactor đặt trong tủ điện thì dòng điện định mức phải lấy thấp hơn 10% do độ làm mát kém. - Tuổi thọ cơ khí: được tính bằng số lần đóng ngắt, thường là 10– 20 triệu lần đóng ngắt không điện, và 3 triệu lần đóng ngắt có dòng định mức. - Tính ổn định lực điện động: tiếp điểm chính cho phép một dòng điện lớn nhất đi qua mà lực điện không làm thay đổi trạng thái của các tiếp điểm dù trong một thời gian ngắn. Thường qui định lấy dòng điện thử bằng 10 lần dòng định mức. 2.4. Tính chọn Contactor Tính chọn theo thông số quan trọng nhất là dòng làm việc của Contactor. Giả sử có tải động cơ điện 3 pha, 380V, công suất 3kW, cos phi 0.85. Ta tính chọn như sau: Từ công suất động cơ ta tính ra dòng điện định mức khi động cơ là việc ổn định: KHOA CÔNG NGHỆ CƠ KHÍ Trang 35 Iđm = P / (1,73×Uđm×0,85) Iđm = 3000 / (1,73×380×0,85) = 5,4A Dòng điện của contactor chọ