Động Cơ Ba Pha

Trên những động cơ 3 pha thường được gắn kèm với một nhãn, trên đó ghi thông tin cần thiết của động cơ, nó được gọi là nhãn của động cơ 3 pha (hay gọi tắt là Name tag).

Hình 1. Một số nhãn của các động cơ 3 pha.

Vấn đề đặt ra là trên các nhãn đó ghi những thông tin gì? Nó có giúp ích gì cho chúng ta hay không?

Để trả lời câu hỏi đó thì ta cùng tìm hiểu sơ lược về những thông số được ghi trên nhãn của động cơ 3 pha qua bài viết nhé!

1. Sơ lược về các thông số trên nhãn động cơ 3 pha

Trên nhãn của một động cơ 3 pha thông thường sẽ có những thông số quan trọng như sau:

– Công suất định mức (Hp, kW, W): là công suất định mức đầu ra trên trục động cơ (động cơ), công suất điện đưa ra (máy phát). Hay nói cách khác là công suất cơ trên trục động cơ.

– Điện áp dây định mức Uđm(V): đối với động cơ ba pha là U dây, đối với động cơ một pha thì U là điện áp đặt trên đầu cực của động cơ (Pha-trung tính, pha-pha).

– Dòng điện dây định mức Iđm(A).

Ví dụ: Trên nhãn động cơ ghi Δ/Y – 220/380V – 7,5/4,3A có nghĩa là khi điện áp dây lưới điện bằng 220V thì ta nối dây quấn stator theo hình tam giác và dòng điện dây định mức tương ứng là 7,5A. Khi điện áp dây lưới điện là 380V thì dây quấn stator nối theo hình sao, dòng điện định mức là 4,3A.

– Tốc độ quay định mức nđm (vòng/phút).

– Tần số định mức (Hz).

– Cấp cách điện.

– Hệ số công suất định mức (cosφ).

– Hiệu suất định mức (η).

– Loại động cơ: Theo các tiêu chuẩn National Electrical Code và National Electrical Manufactures Association (NEMA), các motor được phân loại bởi kí tự đặc trưng cho tỉ số của dòng khởi động và dòng định mức. Có 6 loại: A, B, C, D, E, F. Bằng các kí tự này, có thể xác định chính xác được dòng định mức của CB (Circuit Breaker), cầu chì (Fuse) và các thiết bị bảo vệ khác.

  • Loại A: Dòng khởi động bình thường, 5 đến 7 lần dòng định mức. Trên 7,5HP phải giảm điện áp khởi động, momen khởi động bình thường và khoảng 150% định mức. Đây là loại motor bình thường (Normal type), thông dụng (General Purpose) như: máy công cụ, bơm ly tâm, bộ động cơ – máy phát, quạt, máy thổi, các thiết bị cần momen khởi động thấp.
  • Loại B: điện kháng cao và dòng khởi động thấp do các rãnh của rotor kín, sâu và hẹp. Thông dụng như loại A. Nhiều nhà sản xuất chỉ chế tạo động cơ General Purpose trên 5 Hp.
  • Loại C: Dòng khởi động thấp 4,5 đến 5 lần định mức, momen khởi động cao khoảng 225% định mức, rotor lồng sóc kép. Ứng dụng: máy nén khí, máy bơm kiểu piston, máy trộn, máy nghiền, băng tải (conveyor) khởi động dưới tải, máy làm lạnh lớn, các thiết bị cần momen khởi động lớn.
  • Loại D: Dòng khởi động thấp, momen khởi động cao khoảng 275% định mức, dây quấn rotor có điện trở lớn. Loại motor này chỉ thích hợp với hoạt động không liên tục (intermittent) và tốc độ không phải ổn định vì độ trượt quá cao và hiệu suất quá thấp. Ứng dụng: máy đóng, máy cắt tỉa, xe ủi đất, máy nâng nhỏ, máy kéo kim loại, máy khuấy,…
  • Động cơ rotor dây quấn: điện trở ở mạch rotor cho dòng điện khởi động thấp và momen khởi động cao. Ứng dụng: thang máy, máy nâng, cần trục (Crane), cán thép, máy ủi, tải quặng hoặc than,…

Hình 2. Ví dụ về nhãn của một động cơ 3 pha bất kì.

Hình 3. Một số nhãn của động cơ 3 pha.

2. Công suất trong động cơ 3 pha

2.1. Công suất của động cơ nhận từ nguồn

Pđiện = P= 3U1I1cosφ

Trong đó:

2.2. Các công suất hao phí

Trong quá trình vận hành động cơ 3 pha sẽ xảy ra một số năng lượng bị hao phí, bao gồm:

  • Tổn hao đồng trên dây quấn stator (Pđ1).
  • Tổn hao sắt từ trong lõi thép stator (Pt).
  • Công suất điện từ: Là công suất nhận từ nguồn đưa vào rotor sau khi mất đi 1 phần do tổn hao đồng và sắt từ trên stator (Pđt).
  • Tổn hao đồng trên dây quấn rotor (Pđ2).
  • Tổn hao cơ trên trục (PC).

2.3. Công suất cơ có ích trên trục (công suất ra)

Là phần công suất cơ sau khi trừ đi do tổn hao ma sát, quạt và tổn hao phụ:

Pcơ có ích = P= P– Pmq

Tổng tổn hao trong đông cơ là:

∆P = Pđ1 + P+ Pđ2 + Pmq

2.4. Hiệu suất động cơ

3. Ví dụ về tính toán

Hãng sản xuất A có một động cơ 3 pha, nhãn của động cơ ghi những thông số như sau:

  • Điện áp: Y/∆ – 380/220V.
  • Công suất: 3 Hp.
  • Tốc độ: 2940 vòng/phút.
  • Hệ số công suất: cosφ = 0,89.
  • Hiệu suất động cơ: η = 91,2%.
  • Tần số định mức 50 Hz.

Hãy tính toán dòng điện đầy tải của động cơ và Momen quay định mức ở đầu trục động cơ.

Ta có:

– Dòng đầy tải của động cơ được xác định:

– Momen quay định mức ở đầu trục:

Động cơ không đồng bộ 3 pha là loại máy điện xoay chiều, biến điện năng thành cơ năng và hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ có tốc độ quay của Rotor nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường.

Máy điện không đồng bộ có nhiều loại, được chia theo nhiều cách khác nhau, sau đây là một số loại cơ bản:

  • Theo kết cấu của vỏ: máy điện không đồng bộ có thể chia theo các kiểu chính sau: kiểu kín, kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu chống nổ…
  • Theo kết cấu Rotor: Rotor kiểu lồng sóc và Rotor kiểu dây quấn.
  • Theo số pha trên dây quấn Sator: 1 pha, 2 pha, 3 pha.

Để hiểu rõ hơn về loại động cơ không đồng bộ 3 pha này, chúng ta sẽ cùng đi tìm hiểu cấu tạo của nó như thế nào qua bài viết này nhé!

Hình 1. Cấu tạo chung của động cơ không đồng bộ 3 pha.

Động cơ không đồng bộ 3 pha được khái quát như hình 1, có hai phần chính để động cơ hoạt động, đó là:

1. Stator (Đứng yên)

Bên trong khung Stator bao gồm lõi thép, dây quấn Stator (cuộn dây Stator) và vỏ máy.

Hình 2. Cấu tạo chung của Stator.

Hình 3. Sơ đồ mặt cắt của stator.

1.1.  Lõi thép

Hình 4. Hình chiếu mặt cắt của lõi thép trong Stator.

  • Được ép trong vỏ máy làm nhiệm vụ dẫn từ.
  • Lõi thép stator hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh bên trong ghép lại với nhau tạo thành các rãnh.
  • Mỗi lá thép kỹ thuật đều được phủ sơn cách điện để giảm hao tổn do dòng xoáy gây nên.
  • Phía trong có xẻ rãnh để đặt dây quấn.

1.2.  Dây quấn

Hình 5. Sơ đồ khai triển dây quấn ba pha đặt trong 12 rãnh.

– Dây quấn stator làm bằng dây đồng, bọc cách điện, đặt trong các rãnh của lõi thép.

– Sơ đồ khai triển dây quấn ba pha đặt trong 12 rãnh:

  • Dây quấn pha A trong các rãnh 1, 4, 7, 10.
  • Dây quấn pha B trong các rãnh 3, 6, 9, 12.
  • Dây quấn pha C trong các rãnh 5, 8, 11, 2.
  • Dòng xoay chiều ba pha chạy trong ba pha dây quấn stator sẽ tạo ra từ trường quay.

1.3.  Vỏ máy

  • Giữ chặt lõi thép và cố định máy trên bệ.
  • Được làm bằng nhôm hoặc gang.
  • Hai đầu có nắp máy, trong nắp có ổ đỡ trục.
  • Vỏ và nắp máy còn dùng để bảo vệ máy.

2. Rotor (Quay)

Rotor cũng bao gồm lõi thép và dây quấn.

Hình 6. Cấu tạo của rotor.

Hình 7. Sơ đồ mặt cắt rotor.

2.1.  Lõi thép

Hình 8. Hình chiếu mặt cắt của lõi thép rotor.

  • Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống stator, các lá thép này lấy từ phần ruột bên trong khi dập lá thép stator.
  • Mặt ngoài có xẻ rãnh đặt dây quấn rotor, ở giữa có lỗ để gắn với trục máy.
  • Trục máy được gắn với lõi thép rotor và làm bằng thép tốt.

2.2.  Dây quấn

Dây quấn được đặt trong lõi thép rôto, và phân làm 2 loại chính: loại rotor kiểu lồng sóc và loại rotor kiểu dây quấn.

Hình 9. Hình minh hoạ cho dây quấn bên trong rotor.

– Rotor dây quấn:

Hình 10. Rotor dây quấn và sơ đồ mạch điện của rotor dây quấn.

  • Giống dây quấn stator.
  • Dây quấn ba pha của rotor đấu sao, ba đầu còn lại được nối với ba vành trượt làm bằng đồng gắn ở một đầu trục, cách điện với nhau và với trục.
  • Thông qua chổi than và vành trượt, có thể nối dây quấn rotor với điện trở phụ bên ngoài. Khi làm việc bình thường, dây quấn rotor được nối ngắn mạch.

– Rotor lồng sóc:

Hình 11. Rotor lồng sóc và rotor lồng sóc rãnh chéo.

  • Rotor lồng sóc của các máy công suất lớn hơn 100 kW là các thanh đồng đặt trong rãnh của lõi thép, hai đầu nối ngắn mạch bằng hai vòng đồng tạo thành lồng sóc.
  • Đối với động cơ công suất nhỏ, lồng sóc được chế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh lõi thép rotor, tạo thành thanh nhôm, hai đầu đúc vòng ngắn mạch và cánh làm mát.

Động cơ không đồng bộ 3 pha là loại máy điện xoay chiều, biến điện năng thành cơ năng và hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm ứng điện từ có tốc độ quay của Rotor nhỏ hơn tốc độ quay của từ trường.

Máy điện không đồng bộ có nhiều loại, được chia theo nhiều cách khác nhau, sau đây là một số loại cơ bản:

  • Theo kết cấu của vỏ: máy điện không đồng bộ có thể chia theo các kiểu chính sau: kiểu kín, kiểu hở, kiểu bảo vệ, kiểu chống nổ…
  • Theo kết cấu Rotor: Rotor kiểu lồng sóc và Rotor kiểu dây quấn.
  • Theo số pha trên dây quấn Sator: 1 pha, 2 pha, 3 pha.

Để hiểu rõ hơn về loại động cơ không đồng bộ 3 pha này, chúng ta sẽ cùng đi tìm hiểu cấu tạo của nó như thế nào qua bài viết này nhé!

Hình 1. Cấu tạo chung của động cơ không đồng bộ 3 pha.

Động cơ không đồng bộ 3 pha được khái quát như hình 1, có hai phần chính để động cơ hoạt động, đó là:

1. Stator (Đứng yên)

Bên trong khung Stator bao gồm lõi thép, dây quấn Stator (cuộn dây Stator) và vỏ máy.

Hình 2. Cấu tạo chung của Stator.

Hình 3. Sơ đồ mặt cắt của stator.

1.1.  Lõi thép

Hình 4. Hình chiếu mặt cắt của lõi thép trong Stator.

  • Được ép trong vỏ máy làm nhiệm vụ dẫn từ.
  • Lõi thép stator hình trụ do các lá thép kỹ thuật điện được dập rãnh bên trong ghép lại với nhau tạo thành các rãnh.
  • Mỗi lá thép kỹ thuật đều được phủ sơn cách điện để giảm hao tổn do dòng xoáy gây nên.
  • Phía trong có xẻ rãnh để đặt dây quấn.

1.2.  Dây quấn

Hình 5. Sơ đồ khai triển dây quấn ba pha đặt trong 12 rãnh.

– Dây quấn stator làm bằng dây đồng, bọc cách điện, đặt trong các rãnh của lõi thép.

– Sơ đồ khai triển dây quấn ba pha đặt trong 12 rãnh:

  • Dây quấn pha A trong các rãnh 1, 4, 7, 10.
  • Dây quấn pha B trong các rãnh 3, 6, 9, 12.
  • Dây quấn pha C trong các rãnh 5, 8, 11, 2.
  • Dòng xoay chiều ba pha chạy trong ba pha dây quấn stator sẽ tạo ra từ trường quay.

1.3.  Vỏ máy

  • Giữ chặt lõi thép và cố định máy trên bệ.
  • Được làm bằng nhôm hoặc gang.
  • Hai đầu có nắp máy, trong nắp có ổ đỡ trục.
  • Vỏ và nắp máy còn dùng để bảo vệ máy.

2. Rotor (Quay)

Rotor cũng bao gồm lõi thép và dây quấn.

Hình 6. Cấu tạo của rotor.

Hình 7. Sơ đồ mặt cắt rotor.

2.1.  Lõi thép

Hình 8. Hình chiếu mặt cắt của lõi thép rotor.

  • Gồm các lá thép kỹ thuật điện giống stator, các lá thép này lấy từ phần ruột bên trong khi dập lá thép stator.
  • Mặt ngoài có xẻ rãnh đặt dây quấn rotor, ở giữa có lỗ để gắn với trục máy.
  • Trục máy được gắn với lõi thép rotor và làm bằng thép tốt.

2.2.  Dây quấn

Dây quấn được đặt trong lõi thép rôto, và phân làm 2 loại chính: loại rotor kiểu lồng sóc và loại rotor kiểu dây quấn.

Hình 9. Hình minh hoạ cho dây quấn bên trong rotor.

– Rotor dây quấn:

Hình 10. Rotor dây quấn và sơ đồ mạch điện của rotor dây quấn.

  • Giống dây quấn stator.
  • Dây quấn ba pha của rotor đấu sao, ba đầu còn lại được nối với ba vành trượt làm bằng đồng gắn ở một đầu trục, cách điện với nhau và với trục.
  • Thông qua chổi than và vành trượt, có thể nối dây quấn rotor với điện trở phụ bên ngoài. Khi làm việc bình thường, dây quấn rotor được nối ngắn mạch.

– Rotor lồng sóc:

Hình 11. Rotor lồng sóc và rotor lồng sóc rãnh chéo.

  • Rotor lồng sóc của các máy công suất lớn hơn 100 kW là các thanh đồng đặt trong rãnh của lõi thép, hai đầu nối ngắn mạch bằng hai vòng đồng tạo thành lồng sóc.
  • Đối với động cơ công suất nhỏ, lồng sóc được chế tạo bằng cách đúc nhôm vào các rãnh lõi thép rotor, tạo thành thanh nhôm, hai đầu đúc vòng ngắn mạch và cánh làm mát.

1. Yêu cầu bài toán

Tính chọn và thiết kế mạch điều khiển 2 động cơ không đồng bộ 3 pha khởi động theo phương pháp đổi nối Y/Δ chạy tuần tự. Có bảo vệ quá tải cho mạch điện, biết điện áp 380/400V.

Lưu ý: Có đèn báo động cơ hoạt động và đèn báo quá tải.

2. Tính chọn thiết bị

Ta sử dụng thiết bị của hãng Schneider.

Động cơ có công suất 7,5 kW ⇒ Pđm = 7,5 kW, hệ số công suất phụ thuộc vào động cơ.

Dòng điện định mức của động cơ, hệ số công suất cosφ = 0,8.

2.1. Tính chọn contactor

Đối với mạch khởi động Sao – Tam giác, ta chọn dòng của contactor theo phép tính sau:

Và chọn tải cho contactor: Tải AC-3: Tải cuộn kháng; Loại TeSys D. Theo TCVN 6592-4-1.

Theo cotalogue, ta chọn được contactor có mã như sau:

Hình 1. Tra catalogue để chọn contactor theo dòng điện.

Chọn coil cho contactor:

Hình 2. Tra Catalogue để chọn coil cho contactor.

⇒ Ta chọn contactor có điện áp cung cấp 220V AC, dòng định mức là 9A ứng với tải AC-3 cho 3 pha, mã thiết bị LC1D09M7.

Hình 3. Contactor – LC1D09M7.

2.2. Chọn Motor CB

Tra Catalogue, ta chọn loại loại Motor CB 3 pha như sau:

Hình 4. Tra catalogue để chọn Motor CB.

Ta chọn Motor CB có mã GV2ME14.

Hình 5. Chọn Motor CB có mã GV2ME10.

2.3. Chọn cầu chì

Ta chọn cầu chì để bảo vệ ngắn mạch cho đèn báo, ta chọn vỏ cầu chì là DF81 (25A).

Tra Catalog, ta chọn được cầu chì:

Hình 6. Tra catalog, ta chọn vỏ đựng cầu chì 25A.

Hình 7. Chọn cầu chì bảo vệ cho đèn báo pha.

  • Chọn ruột cầu chì: Ta có dòng điện định mức 2A, dùng để bảo vệ các đèn báo pha.

Hình 8. Dựa vào catalog, ta chọn ruột cầu chì có dòng 2A.

Hình 9. Chọn ruột cầu chì cho mạch điện DF2.

2.4. Chọn MCB cho mạch điều khiển

Dòng điện ta chọn cho MCB không vượt quá 100A, Điện áp không quá 100V.

Dòng định mức tính toán cho 3 pha là 17,09A.

Ta chọn dòng định mức cho 1 pha là Ip = 5,69A. Nên ta chọn lớn hơn là 6A dành cho 1P.

Ta chọn MCB có mã A9F03106, có dòng điện định mức là 6A.

 

Hình 10. Tra catalog để chọn MCB 1P – 6A.

Hình 11. Chọn MCB để đóng cắt, bảo vệ mạch điều khiển.

2.5. Chọn Relay thời gian (Timer)

Được sử dụng nhiều trong hệ thống điều khiển tự động, là thiết bị tạo trễ đóng hoặc mở cho các thiết bị khác, đóng mở theo chu kỳ thời gian, hẹn giờ kích xung cho các thiết bị.

Tra catalog, ta chọn relay thời gian để định thời chuyển hoạt động từ động cơ M1 sang M2, như sau:

2.5.1. Chọn relay thời gian để định thời cho mạch khởi động Sao – Tam giác

Tra catalogue để chọn Relay thời gian, dùng để chuyển từ chế độ khởi động Sao sang chế độ Tam giác.

Hình 12. Tra catalogue để chọn Relay thời gian.

Ta có dòng điện định mức tính toán cho 3 pha là 17,09A.

Ta chọn dòng định mức cho 1 pha là Ip = 5,69A. Nên ta chọn Timer có dòng lớn hơn là 5A dành cho 1 pha. Ta chọn 8A.

Số lượng tiếp điểm mở là 2 NO (Connector Open) dùng để chuyển mạch. Điện áp Uđm  = 220VAC.

Có dải cài đặt thời gian trễ rộng. Nên ta chọn RE22R2AMR.

Hình 13. Chọn relay thời gian có mã RE22R2QTMR.

2.5.2. Chọn relay thời gian định thời để chuyển hoạt động của động cơ

Tra catalogue, ta chọn relay thời gian để định thời chuyển hoạt động từ động cơ M1 sang M2, như sau:

Hình 14. Tra catalogue để chọn relay thời gian.

Hình 15. Chọn relay thời gian có mã RE22R2AMR.

2.6. Chọn đèn báo

Khi chọn đèn báo ta dựa vào điện áp, ở đây ta sử dụng điện áp 220VAC, tần số 50/60 Hz cho đèn báo.

Tra catalogue, ta được:

Hình 16. Tra catalogue để chọn đèn báo.

Ta chọn các loại đèn báo sau:

a) Đèn xanh (Green)

Hình 17. Đèn báo màu xanh lá – XB7EV03MP3.

b) Đèn đỏ (Red)4

Hình 18. Đèn báo màu đỏ – XB7EV04MP3.

c) Đèn vàng (Yellow)

Hình 19. Đèn báo màu vàng – XB7EV05MP3.

2.7. Chọn nút nhấn

Khi chọn nút nhấn ta dựa vào chức năng mà ta muốn sử dụng.

a) Nút ESTOP (Emegency Stop): 1 NO + 1 NC

Tra Catalogue, ta chọn các loại nút nhấn:

Hình 20. Tra catalogue để chọn nút nhấn dừng khẩn cấp (ESTOP).

Hình 21. Chọn nút nhấn dừng khẩn – XB5AS8445.

b) Nút nhấn START: 1 NO

Tra catalog, ta chọn nút nhấn ON và OFF như sau:

Hình 22. Chọn nút nhấn ON – OFF.

⇒ Ta chọn nút nhấn ON (Green) có mã XB4BA31.

Hình 23. Chọn nút nhấn ON – XB4BA31.

c) Nút nhấn OFF: 1 NC

Hình 24. Chọn nút nhấn OFF – XB4BA42.

2.8. Chọn dây cáp

2.8.1. Chọn cáp cho mạch động lực

Ta có dòng điện định mức là Icb = 14,24A. Ta áp dụng công thức tính tiết diện dây dẫn:

Mật độ cho phép (J) của dây đồng thường xấp xỉ 5 (A/mm2).

Ta chọn dây dẫn theo bảng tra dây diện sau:

Hình 25. Tính chọn dây cáp mạch động lực CADIVI theo chuẩn IEC.

Trích từ trang web http://goldcup.com.vn/bang-chon-tiet-dien-day-dan-theo-dong-dien-d123.

2.8.2. Chọn cáp cho mạch điều khiển

Ta chọn dây cáp cho mạch điều khiển có tiết diện 0,75 mm2.

3. Thiết kế sơ đồ nguyên lý bằng phần mềm CADe SIMU

4. Sơ đồ nguyên lý

a) Mạch động lực

Hình 26. Mạch động lực.

Các phần tử có trong mạch động lực:

  • MCB1: MCB 3 pha, đóng cắt, cấp nguồn điện cho động cơ M1.
  • MCB2: MCB 3 pha, đóng cắt, cấp nguồn điện cho động cơ M2.
  • K1.1: Contactor 1, điều khiển dòng điện vào động cơ M1, hệ thống sẵn sàng hoạt động.
  • K1.2: Contactor 2, điều khiển động cơ M1 chạy theo kiểu Tam giác (Δ).
  • K1.3: Contactor 3, điều khiển động cơ M1 chạy theo kiểu Sao (Y).
  • K2.1: Contactor 4, điều khiển dòng điện vào động cơ M2, hệ thống sẵn sàng hoạt động.
  • K2.2: Contactor 5, điều khiển động cơ M2 chạy theo kiểu Tam giác (Δ).
  • K2.3: Contactor 6, điều khiển động cơ M2 chạy theo kiểu Sao (Y).
  • OVR1, OVR2: Relay nhiệt, bảo vệ quá tải cho động cơ M1 và M2.
  • F2, F3, F4: Cầu chì bảo vệ 3 đèn báo pha P1, P2, P3 cho M1.
  • F6, F7, F8: Cầu chì bảo vệ 3 đèn báo pha P4, P5, P6 cho M2.

b) Mạch điều khiển

Hình 27. Mạch điều khiển.

Các phần tử có trong mạch điều khiển:

  • MCB3: MCB 1 pha, cấp nguồn cho mạch điều khiển.
  • S1: Nút nhấn khẩn cấp ESTOP (Emergency Stop), dừng động cơ khi có sự cố phải dừng khẩn cấp.
  • S2: Nút nhấn dừng (STOP), dừng động cơ tạm thời.
  • S3: Nút nhấn khởi động (START), khởi động động cơ.
  • TR1: Relay thời gian (Timer Relay), định thời gian để động cơ M1 chuyển từ Y (Star) sang Δ (Delta).
  • TR2: Relay thời gian (Timer Relay), định thời gian để động cơ M2 chuyển từ Y (Star) sang Δ (Delta).
  • TR3: Relay thời gian (Timer Relay), định thời gian để động cơ M1 chuyển sang M2.
  • TR4: Relay thời gian (Timer Relay), định thời gian để động cơ M2 chuyển sang M1.
  • P7: Đèn báo động cơ M1 đang chạy ở chế độ Sao (Y).
  • P8: Đèn báo động cơ M1 đang chạy ở chế độ Tam giác (Δ).
  • P9: Đèn báo động cơ M2 đang chạy ở chế độ Sao (Y).
  • P10: Đèn báo động cơ M2 đang chạy ở chế độ Tam giác (Δ).
  • P11: Đèn báo động cơ đang gặp sự cố quá tải.

5. Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch điện

  • Đóng MCB1 và MCB2 sẽ cấp điện cho mạch động lực; đóng MCB3 sẽ cấp điện cho mạch điều khiển.
  • Nhấn nút khởi động S3 (Start), đèn báo P7 sáng báo hiệu động cơ M1 hoạt động ở chế độ Y, dòng điện qua tiếp điểm thường đóng TR3 (8-5) đến cuộn hút K1.1 (A1-A2), cuộn hút K1.3 (A1-A2) có điện, cuộn hút Timer TR1 (7-2) có điện, lúc này tiếp điểm thường đóng K1.3 (21-22) mở ra và tiếp điểm thường mở K1.1 (13-14) đóng lại duy trì dòng điện.
  • Dòng điện qua tiếp điểm thường đóng TR4 (8-5), cuộn hút Timer TR3 (7-2) có điện.
  • Sau một khoảng thời gian x giây, tiếp điểm thường đóng TR1 (8-5) mở ra, tiếp điểm thường mở TR1 (8-6) đóng lại, dòng điện đi qua tiếp điểm thường đóng K1.3 (21-22) đến cuộn hút K1.2 (A1-A2), cuộn hút K1.2 (A1-A2) có điện, đèn P8 sáng lên báo hiệu động cơ M1 chạy chế độ tam giác.
  • Sau một thời gian y giây, tiếp điểm thường đóng của Timer TR3 (8-5) mở ra và tiếp điểm thường mở TR3 (8-6) đóng lại, dòng điện đến cuộn hút của contactor K2.1 (A1-A2) qua cuộn hút Timer TR2(7-2) có điện.
  • Dòng điện qua tiếp điểm thường đóng TR2 (8-5) và tiếp điểm thường đóng K2.2 (21-22) đến cuộn hút K2.3 (A1-A2), cuộn hút K2.3(A1-A2) có điện, đèn P9 sáng lên báo hiệu động cơ M2 chạy chế độ Y, Các điểm thường đóng K2.3 (21-22) mở ra
  • Sau một thời gian z giây, tiếp điểm thường đóng TR2 (8-5) mở ra, tiếp điểm thường mở TR2 (8-6) đóng lại, cuộn hút K2.3 (A1-A2) mất điện, tiếp điểm thường đóng K2.3 (21-22) đóng lại, dòng điện đi qua tiếp điểm này đến cuộn hút K2.2 (A1-A2) cuộn hút K2.2 (A1-A2) có điện, đèn P10 sáng báo hiệu động cơ M2 chạy chế độ tam giác.
  • Sau một thời gian t giây, tiếp điểm thường đóng TR4 (8-5) mở ra, timer TR3 mất điện, các tiếp điểm thường đóng thường mở của timer TR3 (7-2) quay về trạng ban đầu.
  • Khi M1 quá tải, tiếp điểm thường đóng của rơ le nhiệt OVR1 (95-96) mở ra, ngắt toàn bộ mạch điều khiển, tiếp điểm thường mở OVR1 (96-98) đóng lại, đèn P11 sáng lên báo quá tải M1.
  • Khi M2 quá tải, tiếp điểm thường đóng của rơ le nhiệt OVR2 (95-96) mở ra, ngắt toàn bộ mạch điều khiển, tiếp điểm thường mở OVR2 (96-98) đóng lại, đèn P11 sáng lên báo quá tải M2.

1. Yêu cầu bài toán

Tính chọn và thiết kế mạch khởi động động cơ không đồng bộ 3 pha bằng phương pháp đổi nối Sao (Y) – Tam giác (Δ). Có bảo vệ quá tải cho mạch điện. Biết điện áp 380/400V.

Lưu ý: Có đèn báo động cơ hoạt động và đèn báo quá tải.

2. Tính chọn thiết bị

Ta sử dụng thiết bị của hãng Schneider.

Động cơ có công suất 7,5 kW ⇒ Pđm = 7,5 kW, hệ số công suất phụ thuộc vào động cơ.

Dòng điện định mức của động cơ, hệ số công suất 0,8.

2.1. Tính chọn contactor

Đối với mạch khởi động Sao – Tam giác, ta chọn dòng của contactor theo phép tính sau:

Và chọn tải cho contactor: Tải AC-3: Tải cuộn kháng; Loại TeSys D. Theo TCVN 6592-4-1.

Theo cotalogue, ta chọn được contactor có mã như sau:

Hình 1. Tra catalogue để chọn contactor theo dòng điện.

Chọn coil cho contactor:

Hình 2. Tra Catalogue để chọn coil cho contactor.

⇒ Ta chọn contactor có điện áp cung cấp 220V AC, dòng định mức là 9A ứng với tải AC-3 cho 3 pha, mã thiết bị LC1D09M7.

Hình 3. Contactor – LC1D09M7.

2.2. Chọn Motor CB

Tra Catalogue, ta chọn loại loại Motor CB 3 pha cho tải AC-3, dòng điện từ 138A như sau:

Hình 4. Tra catalogue để chọn Motor CB.

Ta chọn Motor CB có mã GV2ME14.

Hình 5. Chọn Motor CB có mã GV2ME10.

2.3. Chọn cầu chì

Ta chọn cầu chì để bảo vệ ngắn mạch cho đèn báo, ta chọn vỏ cầu chì là DF81 (25A).

Tra Catalog, ta chọn được cầu chì:

Hình 6. Tra catalog, ta chọn vỏ đựng cầu chì 25A.

Hình 7. Chọn cầu chì bảo vệ cho đèn báo pha.

  • Chọn ruột cầu chì: Ta có dòng điện định mức 2A, dùng để bảo vệ các đèn báo pha.

Hình 8. Dựa vào catalog, ta chọn ruột cầu chì có dòng 2A.

Hình 9. Chọn ruột cầu chì cho mạch điện DF2.

2.4. Chọn MCB cho mạch điều khiển

Dòng điện ta chọn cho MCB không vượt quá 100A, Điện áp không quá 100V.

Dòng định mức tính toán cho 3 pha là 17,09A.

Ta chọn dòng định mức cho 1 pha là Ip = 5,69A. Nên ta chọn lớn hơn là 6A dành cho 1P.

Ta chọn MCB có mã A9F03106, có dòng điện định mức là 6A.

Hình 10. Tra catalog để chọn MCB 1P – 6A.

Hình 11. Chọn MCB để đóng cắt, bảo vệ mạch điều khiển.

2.5. Chọn Relay thời gian (Timer)

Được sử dụng nhiều trong hệ thống điều khiển tự động, là thiết bị tạo trễ đóng hoặc mở cho các thiết bị khác, đóng mở theo chu kỳ thời gian, hẹn giờ kích xung cho các thiết bị.

Tra catalogue, ta chọn relay thời gian để định thời chuyển hoạt động từ động cơ M1 sang M2, như sau:

Hình 12. Tra catalogue để chọn Relay thời gian.

Ta có dòng điện định mức tính toán cho 3 pha là 17,09A.

Ta chọn dòng định mức cho 1 pha là Ip = 5,69A. Nên ta chọn Timer có dòng lớn hơn là 5A dành cho 1 pha. Ta chọn loại 8A.

Số lượng tiếp điểm mở là 2 NO (Connector Open) dùng để chuyển mạch. Điện áp Uđm = 220VAC.

Có dải cài đặt thời gian trễ rộng. Nên ta chọn RE22R2AMR.

Hình 13. Chọn relay thời gian có mã RE22R2QTMR.

2.6. Chọn đèn báo

Khi chọn đèn báo ta dựa vào điện áp, ở đây ta sử dụng điện áp 220VAC, tần số 50/60 Hz cho đèn báo.

Tra catalog, ta được:

Hình 14. Tra catalogue để chọn đèn báo.

Ta chọn các loại đèn báo sau:

a) Đèn xanh (Green)

Hình 15. Đèn báo màu xanh lá – XB7EV03MP3.

b) Đèn đỏ (Red)

Hình 16. Đèn báo màu đỏ – XB7EV04MP3.

c) Đèn vàng (Yellow)

Hình 17. Đèn báo màu vàng – XB7EV05MP3.

2.7. Chọn nút nhấn

Khi chọn nút nhấn ta dựa vào chức năng mà ta muốn sử dụng.

a) Nút ESTOP (Emegency Stop): 1 NO + 1 NC

Tra Catalog, ta chọn nút nhấn Emergency Stop (ESTOP) để dừng khẩn cấp mạch điều khiển khi xảy ra sự cố.

Hình 18. Tra catalogue để chọn nút nhấn dừng khẩn cấp (ESTOP).

Hình 19. Chọn nút nhấn dừng khẩn – XB5AS8445.

b) Nút nhấn START: 1 NO

Tra catalogue, ta chọn nút nhấn ON và OFF như sau:

Hình 20. Chọn nút nhấn ON – OFF.

⇒ Ta chọn nút nhấn ON (Green) có mã XB4BA31.

Hình 21. Chọn nút nhấn ON – XB4BA31.

c) Nút nhấn OFF: 1 NC

Hình 22. Chọn nút nhấn OFF – XB4BA42.

2.8. Chọn dây cáp

2.8.1. Chọn cáp cho mạch động lực

Ta có dòng điện định mức là Icb = 14,24A. Ta áp dụng công thức tính tiết diện dây dẫn:

Mật độ cho phép (J) của dây đồng thường xấp xỉ 5 (A/mm2).

Ta chọn dây dẫn theo bảng tra dây diện sau:

Hình 23. Tính chọn dây cáp mạch động lực CADIVI theo chuẩn IEC.

Trích từ trang web http://goldcup.com.vn/bang-chon-tiet-dien-day-dan-theo-dong-dien-d123.

2.8.2. Chọn cáp cho mạch điều khiển

Ta chọn dây cáp cho mạch điều khiển có tiết diện 0,75 mm2.

3. Thiết kế sơ đồ nguyên lý bằng phần mềm CADe SIMU

4. Sơ đồ nguyên lý

a) Mạch động lực

Hình 21. Mạch động lực khởi động động cơ không đồng bộ theo phương pháp đổi nối Sao – Tam Giác (Y/Δ).

Các phần tử có trong mạch động lực:

  • MCB1: MCB 3 pha, cấp nguồn cho mạch động lực.
  • K1: Contactor, điều khiển dòng điện vào động cơ, hệ thống sẵn sàng hoạt động.
  • K2: Contactor, điều khiển động cơ chạy theo kiểu Tam giác (Δ).
  • K3: Contactor, điều khiển động cơ chạy theo kiểu Sao (Y).
  • OVR: Relay nhiệt, bảo vệ quá tải cho hệ thống.
  • F2, F3, F4: Cầu chì bảo vệ các đèn báo pha P1, P2, P3.

b) Mạch điều khiển

Hình 22. Mạch điều khiển khởi động động cơ không đồng bộ theo phương pháp đổi nối Sao – Tam Giác (Y/Δ).

Các phần tử có trong mạch điều khiển:

  • MCB2: MCB 1 pha, Cấp nguồn cho mạch điều khiển.
  • S1: Nút nhấn khẩn cấp ESTOP (Emergency Stop), dừng động cơ khi có sự cố phải dừng khẩn cấp.
  • S2: Nút nhấn dừng (STOP), dừng động cơ tạm thời.
  • S3: Nút nhấn khởi động (START), khởi động động cơ.
  • TR: Relay thời gian (Timer Relay), định thời gian để động cơ chuyển từ Y(Star) sang Δ(Delta).
  • P4: Đèn báo động cơ đang chạy ở chế độ Sao (Y).
  • P5: Đèn báo động cơ đang chạy ở chế độ Tam giác (Δ).
  • P6: Đèn báo động cơ đang gặp sự cố quá tải.

5. Giải thích nguyên lý hoạt động của mạch điện

  • Đóng MCC1 cấp điện cho mạch động lực; đóng MCB2 cấp điện cho mạch điều khiển.
  • Nhấn nút khởi động S3 (START), động cơ bắt đầu quay; dòng điện xuống cuộn hút K1 (A1-A2) làm tiếp điểm thường hở K1 (13-14) đóng lại và K1 (13-14) trở thành tiếp điểm duy trì dòng điện.
  • Đồng thời, dòng điện đi qua cuộn hút TR (7-2) của relay thời gian và tiếp điểm thường đóng TR (8-5), qua tiếp điểm thường đóng K2 (21-22) xuống cuộn hút contactor K3 (A1-A2); đèn P4 sáng báo hiệu động cơ đang hoạt động và chạy ở chế độ Sao (Y).
  • Sau thời gian định sẵn cho relay thời gian, tiếp điểm thường đóng TR (8-5) hở ra, đồng thời tiếp điểm thường hở TR (8-6) đóng lại, dòng điện qua tiếp điểm thường đóng của contactor K3 (21-22) xuống cuộn hút contactor K2 (A1-A2); đèn P5 sáng báo hiệu động cơ đang hoạt động và chạy ở chế độ Tam giác (Y).
  • Nhấn nút dừng S2, động cơ từ từ dừng lại.
  • Khi xảy ra sự cố quá tải, tiếp điểm thường đóng OVR (95-96) của Relay nhiệt hở ra, đồng thời tiếp điểm thường hở OVR (97-98) của đóng lại; đèn P6 sáng báo hiệu động cơ đang gặp sự cố quá nhiệt có thể động cơ đang quá tải hoặc cốt động cơ bị kẹt hoặc ổ bị bị hư làm cho động cơ quay nặng nề gây ra quá nhiệt cho động cơ.

6. Thiết kế tủ điện trên phần mềm EPLAN Electric P8

a) Layout 3D tủ điện

Hình 23. Layout 3D tủ điện.

c) Xuất bản vẽ Layout để phục vụ công tác thi công

Hình 24. Xuất bản vẽ 2D phục vụ công tác thi công.

Xuân 2020