Bài giảng Rơ le điều khiển và bảo vệ

CHƯƠNG 5 : RƠ LE ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ CÁC LOẠI RƠ LE SPDT SPST NHIET OFF RELAY SPDT SPST NỘI DUNG KHÁI QUÁT VÀ PHÂN LOẠI RƠ LE TRUNG GIAN RƠ LE NHIỆT RƠ LE ĐIỆN TỪ RƠ LE THỜI GIAN RƠ LE ĐIỆN TỬ I.KHÁI QUÁT VÀ PHÂN LOẠI Rơ le là một loại khí cụ điện dùng để tự động đóng cắt mạch điều khiển, bảo vệ và điều khiển sự làm việc của mạch điện PHÂN LOẠI: Phân loại theo nguyên lý làm việc: Rơ le điện từ Rơ le điện động Rơ le từ điện Rơ le cảm ứng Rơ le nhiệt Rơ le bán dẫn và vi mạch Phân loại theo vai trò và đại lượng tác động của rơ le Rơ le trung gian Rơ le thời gian Rơ le nhiệt Rơ le tốc độ Rơ le dòng điện Rơ le công suất Rơ le tổng trở Rơ le tần số… Phân loại theo dòng điện có: Rơ le dòng điện 1 chiều Rơ le dòng điện xoay chiều Phân loại theo giá trị và chiều của đại lượng đi vào rơ le Rơ le cực đại Rơ le cực tiểu Rơ le sai lệch Rơ le hướng… II. RƠ LE TRUNG GIAN 1 KHÁI NIỆM : Rơ le trung gian là một loại khí cụ điện dùng trong lĩnh vực điều khiển tự động, cơ cấu điện từ. Rơ le trung gian đóng vai trò điều khiển trung gian giữa các thiết bị điều khiển (contactor, Rơ le thời gian …..) 2. CẤU TẠO Nam châm điện 1 Nắp 2 Lò xo 3 hệ thống có tiếp điểm 4 (gồm các tiếp điểm thường mở và tiếp điểm thường đóng) 3. NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: Khi cuộn dây được cấp điện áp, lực điện từ trong cuộn dây xuất hiện lực này sẽ thắng lực của lò xo 3 và kéo nắp 2 về phía lõi thép của mạch từ, nên các tiếp điểm thường đóng mở ra còn các tiếp điểm thường mở đóng lại. Các thanh gắn tiếp điểm động làm bằng thép lò xo hoặc đồng lò xo mục đích để cho các tiếp điểm tiếp xúc với nhau tốt hơn. Rơle trung gian dùng để truyền tín hiệu của các rơle bảo vệ trong mạch điều khiển. Do đó số lượng tiếp điểm của rơle trung gian tương đối nhiều. Rơ le trung gian: 4 CÁC KÝ HIỆU RƠ LE TRUNG GIAN DPDT: double pole double throw : Gồm 2 cặp tiếp điểm thường đóng và 2 cặp thường mở. Các cặp này liên kết thành 2 hệ thống gồm 1 cặp tiếp điểm thường đóng và thường mở chung nhau 1 đầu dây. DPDT SPDT: single pole double throw : Gồm 1 cặp tiếp điểm thường đóng và 1 cặp thường mở và hai cặp tiếp điểm này có 1 đầu chung nhau. SPDT SPST: single pole single throw ,Gồm 1 cặp tiếp điểm thường mở. Cấu tạo rơ le trung gian Tấm đỡ Đế nhựa Lò xo nhả Tiếp điểm động Giá phần động Mấu truyền động Tiếp điểm tĩnh Tai nhựa có rãnh Thanh dẫn hướng Móc giữ nắp( vỏ hộp) Nắp hút Mũ lõi Móc chăn Cuộn dây Thân mạch từ vỏ nhựa Vít cố định Trục thép Rơle trung gian tác động chậm đế nhựa vỏ hộp nhựa Thân mạch từ Cuộn dây nam châm điện Lò xo nhả Thanh động Tiếp điểm động Tiếp điểm tĩnh Lò xo tiếp điểm Thân blôc tiếp điểm Nắp hút Giá đỡ nắp Tấm dẫn hướng 15 Các vít điều chỉnh hành trình của nắp 16. Ống đồng tạo thời gian trễ 17. Mũ lõi nam châm điện 18. Tiếp điểm tĩnh 19. Vít giữ blôc tiếp điểm Các thông số kỹ thuật của loại rơ le này Có 4 cấp điện áp 24, 48, 110, 220V Nhiệt độ môi trường làm việc -20…+40o C Điện áp tác động không quá 70% Uđm Điện áp nhả không nhỏ hơn 5% Uđm Công suất tiêu thụ ở điện áp định mức không quá 8W Rơ le trung gian xoay chiều P11-25 Thân mạch từ Cuộn dây hút Vòng chống rung Nắp từ Bulông cố định lõi thép Lò xo lá Giá đỡ nam châm điện Đòn truyền động Phần động Rơ le xoay chiều có điện áp định mức: Có loại 100, 127, 220V Tần số định mức 50Hz Dải nhiệt độ làm việc -20…+40o C Điện áp tác động không lớn hơn 0.85% Uđm Điện áp nhả không nhỏ dưới 3% Uđm Dòng điện tiếp điểm 6A Ứng dụng: Rơ le trung gian được dùng rất nhiều trong các sơ đồ bảo vệ hệ thống điện và các sơ đồ điều khiển tự động, thường dùng để truyền tín hiệu từ một rơ le chính đến nhiều bộ phận trong sơ đồ mạch điện. Nó thường nằm ở giữa hai rơ le khác nhau III. RƠ LE NHIỆT (OVER LOAD OL) 3.1 KHÁI NIỆM : Rơle nhiệt là một loại khí cụ để bảo vệ động cơ và mạch điện khi có sự cố quá tải. Rơle nhiệt không tác động tức thời theo trị số dòng điện vì nó có quán tính nhiệt lớn, phải có thời gian phát nóng, do đó nó làm việc có thời gian từ vài giây đến vài phút. Thường người ta dùng kèm theo cầu chì để bảo vệ ngắn mạch. Sơ đồ rơ le nhiệt: 3.3 NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG: Nguyên lý chung của rơle nhiệt là dựa trên cơ sở tác dụng nhiệt của dòng điện làm giãn nở phiến kim loại kép. Phiến kim loại kép gồm hai lá kim loại có hệ số giãn nở khác nhau ( kém nhau 20 lần) ghép chặt vơi nhau thành 1 phiến bằng phương pháp cán nóng hoặc hàn. Khi có dòng quá tải đi qua phiến lưỡng kim loại được đốt nóng uốn cong về phía kim loại có hệ số giãn nở bé, đẩy cần gạt làm lò xo co lại và chuyển đổi hệ thống tiếp điểm phụ. Để rơle nhiệt làm việc trở lại phải đợi phiến kim loại nguội và kéo cần reset của rơle nhiệt. Ký hiệu : Tiếp điểm phụ 3.4 PHÂN LOẠI RƠ LE NHIỆT Theo kết cấu: rơle nhiệt chia làm hai loại kiểu hở, kiểu kín. Theo yêu cầu sử dụng: có loại 1 cực, loại 2 cực Theo phương pháp đốt nóng : Đốt nóng trực tiếp. Đốt nóng gián tiếp. Đốt nóng hỗn hợp. 3.5 CHỌN LỰA RƠ LE NHIỆT: Đặc tính cơ bản của rơle nhiệt là quan hệ giữa dòng điện phụ tải chạy qua và thời gian tác động của nó (A-S) Mặt khác để đảm bảo yêu cầu giữ được tuổi thọ lâu dài của thiết bị theo đúng số liệu kỹ thuật đã cho của nhà sản xuất, các đối tượng bảo vệ cũng cần đặc tính thời gian dòng điện. Lựa chọn dùng rơle nhiệt là sao cho đường đặc tính A-S của rơle gần sát đường đặc tính A-S của đối tượng cần bảo vệ Trong thực tế cách lựa chọn phù hợp là chọn dòng điện định mức của động cơ điện cần bảo vệ, rơle sẽ tác động ở giá trị từ(1.2 ÷ 1.3 Iđm ) Bên cạnh chế độ làm việc của phụ tải và nhiệt độ môi trường xung quanh được xem xét.  Chỉnh dòng rơ le nhiệt chế độ AUTO/HAND(A/H) Ứng dụng: Rơ le nhiệt được dùng để bảo vệ các thiết bị (động cơ ) khỏi bị quá tải. Nó được sử dụng rộng rãi trong mạng điện gia đình và trong công nghiệp IV. RƠ LE ĐIỆN TỪ 4.1 NGUYÊN LÝ LÀM VIỆC sự làm việc của rơle điện từ dựa trên nguyên lý điện từ. Hình 5-1 rơle điện từ có lõi sắt gồm có: phần cố định 1, phần chuyển động 2, cuộn dây kích thích 3, lò xo 4, tiếp điểm cố định 5,tiếp điểm động 6 đặt ở phần chuyển động 2, cuộn dây kích thích 3 được cung cấp một dòng điện. Khi có dòng diện chạy qua cuộn dây sẽ sinh lực hút điện từ. Rơ le điện từ Hình 5-1 sơ lược kết cấu chung rơle điện từ Qua cách làm việc của rơ le điện từ, ta thấy rơ le có 3 phần chính: - Cơ cấu thu, cơ cấu trung gian và cơ cấu chấp hành. Cuộn hút điện từ là cơ cấu thu vì nó tiếp nhận tín hiệu đầu vào (dòng điện, điện áp ) và khi đạt tới một giá trị xác định nào đó thì rơ le tác động. - Mạch từ là cơ cấu trung gian vì nó tạo ra lực hút của cuộn nam châm (cuộn điện từ ) Khi cuộn này có điện và so sánh với lực đặt trước bởi lò xo phản hồi để hút và truyền kết quả tác động tới cơ cấu chấp hành. Hệ thống các tiếp điểm là cơ cấu chấp hành vì nó truyền tín hiệu cho mạch điều khiển. Vậy lực hút điện từ F tỉ lệ nghịch với bình phương chiều dài kẽ hở và tỉ lệ thuận với bình phương dòng điện. Lò xo 4 sinh lực kháng thắng lực hút nên nắp sẽ giữ nguyên không chuyển động cho đến lúc dòng điện vượt quá giá trị dòng điện tác động Itd. Khi đó dòng điện đủ lớn nên lực hút điện từ sẽ lớn và thắng lực kháng của lò xo. Nắp bắt đầu chuyển động và bị hút thẳng vào các má cực của phần lõi cố định 1. Do nắp chuyển động nên chiều dài kẽ hở giảm và do đó lực hút F lại càng tăng luôn luôn thắng lực lò xo cho đến lúc nắp bị hút hoàn toàn vào má cực. Kết quả là nắp động sẽ đóng tiếp điểm 5-6 và đóng mạch điều khiển tỷ số gọi là hệ số trở về Đối với rơle cực đại: KIV1 Rơle làm việc càng chính xác khi KIV càng gần giá trị 1 Rơle điện từ được phân thành rơle 1 chiều và rơle xoay chiều Công suất điều khiển của rơ le Pđk khoảng từ vài oát đến nghìn oát trong khi công suất tác động Ptđ nằm trong khoảng từ vài phần oát đến hang trăm oát Hệ số điều khiển nằm trong phạm vi Kđk =5÷20 Thời gian tác động tuỳ theo cấu trúc rơle thay đổi từ 2 ÷ 20 ms Ưu điểm :Rơle điện từ có cấu tạo đơn giản, khoẻ rất đảm bảo trong vận hành nên dùng nhiều trong sơ đồ bảo vệ, điều khiển tự động và từ xa Nhược điểm :công suât Ptđ tương đối lớn, tức là độ nhạy bé so với các loại rơle khác do đó hệ số điều khiển (kđk) giảm Ứng dụng: Rơ le điện từ có tác dụng đóng cắt mạch điện điều khiển không trực tiếp dùng trong mạch lực. Có ứng dụng như rơ le trung gian V. RƠ LE THỜI GIAN 5.1 KHÁI NIỆM Rơ le thời gian là một khí cụ điện dùng trong lĩnh vực điều khiển tự động, với vai trò điều khiển trung gian giữa các thiết bị điều khiển theo thời gian định trước. tuỳ theo yêu cầu sử dụng khi lắp ráp hệ thống mạch điều khiển truyền động ta có hai loại rơ le thời gian: rơ le thời gian ON DELAY, rơ le thời gian OFF DELAY Kết cấu rơle thời gian kiểu điện từ Kết cấu giống như các loại rơle khác nhưng ở đây các cuộn hút đều có vòng ngắn mạch ôm xung quanh.Cho nên khi đóng hay cắt điện cuộn hút,từ thông trong lõi từ biến thiên làm xuất hiện dòng điện cảm ứng trong các vòng ngắn mạch. Từ trường của các vòng ngắn mạch chống lại sự biến thiên của từ trường sinh ra nó,do đó tốc độ biến thiên của từ thông tạo ra bởi cuộn dây hút bị chậm lại. Kết quả thời gian tác động của rơle bị chậm lại. Ngoài ra khe hở phụ được đệm miếng đệm phi từ tính(miếng đồng ) để giảm từ thông. Lưu ý :dùng cho một chiều,nếu xoay chiều phái có thêm bộ chỉnh lưu 5.2 RƠ LE THỜI GIAN ON DELAY Điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây rơ le thời gian được ghi trên nhãn thông thường: 110V,220V… Hệ thống tiếp điểm: Tiếp điểm tác động không tính thời gian: thường đóng Thường hở Tiếp điểm tác động có tính thời gian Tiếp điểm thường mở, đóng chậm, mở nhanh Tiếp điểm thường đóng, mở chậm, đóng nhanh Hoặc TR TR TR TR hoặc TR TR NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Khi cấp nguồn vào cuộn dây của rơ le 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 dống 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 ngừng cấp nguồn vào cuộn dây, tất cả các tiếp điểm tức thời chuyển về trạng thái ban đầu Sơ đồ chân của rơ le thời gian ON DELAY 5.3 RƠ LE THỜI GIAN OFF DELAY Điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây rơ le thời gian được ghi trên nhãn thông thường: 110V,220V… Hệ thống tiếp điểm: Tiếp điểm tác động không tính thời gian: thường đóng Thường hở Tiếp điểm tác động có tính thời gian Tiếp điểm thường mở, đóng nhanh, mở chậm Tiếp điểm thường đóng, mở nhanh, đóng chậm TR TR TR TR TR TR NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG Khi cấp nguồn vào cuộn dây của rơ le thời gian OFF DELAY, các tiếp điểm tác động tức thời và duy trì trạng thái này Khi ngừng cấp nguồn vào cuộn dây, tất cả các tiếp điểm tác động không tính thời gian chuyển về trạng thái ban đầu. Sau khoảng thời gian đã định trước, các tiếp điểm tác động có tính thời gian sẽ chuyển về trạng thái ban đầu Sơ đồ chân của rơ le thời gian OFF DELAY 5.4 RƠ LE THỜI GIAN KIỂU ĐỘNG CƠ SƠ ĐỒ NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG NGUYÊN LÝ HOẠT ĐỘNG khi động cơ đồng bộ nhỏ một pha 1 được cấp điện, nó sẽ quay và với một bộ giảm tốc bên trong, tốc độ đầu ra rất nhỏ là 2 vòng/ phút. Tốc độ ra của động cơ tiếp tục giảm tốc qua cặp bánh răng2 rồi truyền tới bánh xe con cóc 3 có các răng ở mép trong. Khi cấp điện cho nam châm điện4, cần 6 bị hút sẽ đẩy thanh bánh cóc 11 dọc trục, khớp vào bánh xe con cóc 3, đòn 9 bắt đầu quay và sau một thời gian sẽ tì vào hệ thống tiếp điềm 12 để đóng hoặc mở các tiếp điểm. Đó là lúc rơ le tác động, đóng- cắt mạch điều khiển động cơ1. đòn 9 càng chỉnh gần hệ tiếp điểm 12 thì thời gian trễ càng ngắn. trả rơ le về vị trí và trạng thái ban đầu nhờ lò xo 5 và 8 sau khi cắt điện nam cham 4 5.5 RƠ LE THƠI GIAN KIỂU THUỶ KHÍ VÀ THỦY LỰC. Nguyên lý hoạt động Khi nam châm điện1 có điện, nắp tự động 3 bị hút. dưới tác dụng của lò xo 4 ,tiếp điểm 5 bị đẩy xuống với tốc độ tuỳ theo lượng khí thoát ra khỏi một lỗ nhỏ ở buồng xi lanh 7. khi kẹp 5 xuống tới vị trí cuối cùng, đòn ngang sẽ tác động và chuyển đổi trạng thái tiếp điểm. Khi cắt điện nam châm điện, rơ le trở lại trạng thái ban đầu nhanh, không có duy trì thời gian nhờ lò xo 4 Cuộn hút Lõi từ Nắp từ động Lò xo Tiếp điểm Piston Xi lanh VI. RƠ LE ĐIỆN TỬ Một số rơ le điện tử: Rơ le dòng điện cực đại Rơ le đếm rơ le Điện áp Rơ le điều khiển lập trình 6.1 KHÁI NIỆM: Rơ le điện tử(Rơ le kỹ thuật số) là loại rơ le trong đó việc xử lý các đại luợng tín hiệu làm việc trên các bộ phận chức năng của rơle được thực hiện theo kỹ thuật logic. về cấu tạo Rơ le điện tử được xây dựng từ các linh kiện bán dẫn chủ yếu là các vi mạch số. 6.2 PHÂN LOẠI: Theo chức năng sử dụng: Rơ le bảo vệ Rơ le điều khiển Theo khả năng xử lý thông tin: Rơ le không có bộ vi xử lý Rơ le có bộ vi xử lý Theo đại lượng đầu vào Rơ le một đại lượng: Rơ le dòng, áp,nhiệt độ Rơ le hai đại lượng: Rơ le công suất 6.3 ƯU ĐIỂM: Có độ tin cậy cao Làm việc ở mức điện áp thấp, dòng điện nhỏ Kích thước, trọng lượng và không gian lắp đặt nhỏ Thông số rõ ràng đầy đủ Có khả năng lưu trữ, ghi nhớ các số liệu và tình trang hoạt động 6.4 NHƯỢC ĐIỂM: Yêu cầu người vận hành có trình độ Giá thành cao Chịu ảnh huởng bởi môi trường làm việc co 6.5 RƠ LE DÒNG ĐIỆN CỰC ĐẠI: Được cấu tạo trên cở sở sử dụng khối vi xử lý MCU(microprocessor control unit)và vi mạch chuyên dùng, rơ le tác động khi trị số dòng qua rơ le vượt quá trị số dòng tác động đã đặt trước cho rơ le kỹ Thông số thuật: Điện áp nguồn cấp cho rơ le: 24V,85-250V/60Hz; AC/DC Dòng định mức: từ 1 đến 600A chia làm nhiều dải Tiếp điểm đầu ra: 1 thường đóng,1 thường mở;3A/250V 6.6 RƠ LE BẢO VỆ ĐIỆN ÁP Rơ le tác động khi tình trạng nguồn cấp cho thiết bị không bình thường như: quá điện áp, mất pha, điện áp thấp, ngược thứ tự pha Thông số kỹ thuật: Điện áp nguồn cấp cho rơ le: 3 pha-380V Dòng định mức tiếp điểm đầu ra: 5A-250V ứng dụng : Dùng trong bảo vệ nguồn cấp cho các thiết bị công tác sử dụng điện 3 pha, không được phép đảo chiều quay ( thứ tự pha) 6.7 RƠ LE THỜI GIAN: RƠ LE THỜI GIAN LOẠI MD4E(MULTFUCTION DIGITAL TIMER) Rơ le loai này có dải thời gian từ 0,001s – 9999h Thông số kỹ thuật : Điện áp cung cấp:24v AC/DC,110V-240V AC Tiếp điểm đầu ra:5A-250V AC Rơ le thời gian lập trình Thông số kỹ thuật: Có hai mạch ra,tiếp điểm 5A/250V Đơn vị thời gian đặt chương trình: ngày, giờ, phút Nguồn cấp:100 – 110/200-240V AC,5V/60Hz ứng dụng: dùng trong lĩnh vực điều khiển như hàn tự động, điều hoà không khí, đèn quảng cáo,… 6.8 RƠ LE ĐẾM Dùng để đếm tích luỹ số lượng xung đầu vào.khi số lượng xung này đạt đến giá trị đặt trước rơle sẽ phát tín hiệu đầu ra. Rơ le có thể đếm tiến(UP, đếm cộng),đếm lùi(DOWN, đếm trừ). Tốc độ đếm từ 30-5000 xung/giây. Thông số kỹ thuật: điện áp cung cấp:100-240V AC; 24V DC.công suất tiêu thụ 6,6VA Rơ le đếm: 6.9 RƠ LE ĐIỀU KHIỂN LẬP TRÌNH Khái niệm:là loai rơ le dùng để điều khiển tự động các thiết bị công tác trong các ngành công nghệ sản xuất.nội dung điều khiển hay các quy luật sử lý thông tin có thể thay đổi được cho phù hợp vơí yêu cầu Rơ le điều khiển lập trình: