CHƯƠNG I GIỚI THIỆU BỘ NGUỒN P46 VÀ P52 I. Giới thiệu: Để thực hành thí nghiệm đo lường đạt hiệu quả cao, yêu cầu cần phải có một bộ nguồn với nhiều cấp điện áp khác nhau. Các cấp điện áp này có thể điều chỉnh được cũng như một số cấp cố đònh khác.Vì vậy, yêu cầu trò số dòng điện và điện áp hay nói cách khác là công suất phải đảm bảo ổn đònh và chính xác. Vơí yêu cầu này, người thiết kế phải tính theo công suất qui đònh. Hiện nay, các bộ nguồn AC/DC trong phòng thí nghiệm đo lường được hoạt động ở cấp điện áp 110V, trong khi nguồn điện cung cấp tại các xưởng hiện nay là 220V. Điều này, thực sự gây khó khăn cho việc bảo trì và vận hành. Do đó, cần phải tính toán lại sao cho phù hợp với các cấp điện áp ngõ vào vàngõ ra cho phù hợp. Phòng thí nghiệm hiện tại đựơc trang bò bộ nguồn P52 và P46. Các bộ nguồn được trang bò từ trước năm 1975, được sử dụng liên tục cho đến nay.Vì vậy, các bộ nguồn đều có hư hỏng. Ngõ ra của các bộ nguồn như sau: 1. Bộ nguồn P46:  2 ngõ ra 120V-10AMP Max  2 ngõ ra 0÷120VAC-3.5AMP Max (Điều chỉnh được).  1 ngõ ra 22.5V-10AMP Max và 45VAC-5AMP Max  1 ngõ ra 18VDC-10 AMP Max và 36VDC -5AMP Max 2. Bộ nguồn P52:  1 ngõ ra 120VAC –10AMP Max  1 ngõ ra 0÷350VDC-150mAMP Max (Điều chỉnh được).  ngõ ra 0÷25VDC và 0÷100mA (Điều chỉnh được).  ngõ ra 6VAC, 12VAC-2.5AMP cố đònh. II. Cấu tạo chung của 2 bộ nguồn: Bao gồm các phần chính sau: 1. Biến áp cách ly. 2. Biến áp tự ngẫu. 3. Mạch chỉnh lưu. 4. Bảo vệ quá tải và ngắn mạch. 1. Biến áp cách ly: Nhiệm vụ: Thay đổi điện áp nguồn theo yêu cầu thiết kế. - Ở bộ nguồn P46 có một biến áp cách ly biến đổi điện áp 22.5V- 10A và 45V-5A, một cuộn cảm sau bộ lọc. - Ở bộ nguồn P52 có 2 biến áp: một biến áp biến đổi điện áp đưa qua bộ điều chỉnh để có điện áp 0÷25VDC và dòng 0÷100mA và một biến áp có ngõ ra điều chỉnh 0÷350VDC với dòng 150mA. Hoạt động chung của biến áp cách ly là: Khi có điện áp xoay chiều vào phần sơ cấp, dòng điện cảm ứng cho điện áp ngõ ra thứ cấp. Hình 1. Cấu tạo máy biến áp cách ly Thường ta sử dụng lõi thép E_I,U_I để quấn dây.Tỉ số biến áp: 1 I 2 I = 2 U 1 U = 2 N 1 N 2. Biến áp tự ngẫu: Biến áp tự ngẫu là một dạng biến áp đặc biệt, ngõ ra có thể thay đổi điện áp theo nhiều cấp, tùy theo yêu cầu thiết kế. Trong phòng thí nghiệm đo lường, biến áp tự ngẫu được dùng là lõi thép hình trụ, cuộn dây đồng được quấn theo lõi thép hình trụ. Khi ta thay đổi số vòng dây trên bề mặt cuộn dây thì ta thay đổi điện áp từ 0÷120V. 3. Chỉnh lưu: Khi có yêu cầu điện áp ngõ ra là DC mà ngõ vào là AC thì bắt buộc ta phải dùng bộ chỉnh lưu điện áp, đồng thời lọc nguồn để có một điện áp DC ổn đònh ít gợn sóng. 4. Bảo vệ quá tải: Trong bộ nguồn thực tập hiện nay, thiết bò bảo vệ được dùng là bộ Aptomat. Aptomat là khí cụ điện dùng để tự động đóng ngắt mạch điện, bảo vệ quá tải, ngắn mạch, sụt áp. U1 N1 U2 N2 1to1 Aptomat còn gọi là cầu dao tự động, thường được gọi là Aptomat không khí vì hồ quang được dập tắt trong không khí. Aptomat có yêu cầu sau: 1. Chế độ làm việc ở đònh mức cuả Aptomat phải là chế độ làm việc dài hạn, nghóa là chỉ số dòng điện đònh mức chạy qua Aptomat lâu bao nhiêu cũng được. Mặt khác, mạch dòng điện của Aptomat phải chòu được dòng điện lớn (khi có ngắn mạch) lúc các tiếp điểm của nó đã đóng hay đang đóng. 2. Aptomat phải ngắt được trò số dòng điện ngắn mạch lớn có thể vài chục kA. Sau khi ngắn được dòng điện ngắn mạch, Aptomat phải đảm bảo làm việc tốt ở chỉ số dòng điện đònh mức. 3. Để nâng cao tính ổn đònh nhiệt và điện động của các thiết bò điện, hạn chế sự phá hoại do dòng điện ngắn mạch gây ra, Aptomat phải có thới gian cắt bé. Muốn vậy, thường phải kết hợp lực thao tác cơ học với thiết bò dập hồ quang bên trong Aptomat. Để thực hiện yêu cầu thao tác bảo vệ có chọn lọc, Aptomat cần phải có khả năng chỉnh trò số dòng điện tác động và thời gian tác động. Để có thể hiểu rõ về Aptomat ta thử khảo sát nguyên lí và cấu tạo cuả Aptomat như sau: a. Nguyên lí làm việc: Sơ đồ nguyên lí điện của Aptomat dòng điện cực đại và Aptomat điện áp thấp được trình bày như sau: Hình 2. Sơ đồ nguyên lí Aptomat dòng điện cực đại Ở trạng thái bình thường, sau khi đóng điện, Aptomat được giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc răng 1 khớp với 5 cùng một cụm với tiếp điểm động. Khi mạch điện quá tải hay ngắn mạch, nam châm điện 2 sẽ hút phần ứng 4 xuống làm nhả móc 1, cần 5 được tự do, kết quả các 5 4 6 2 3 1 tiếp điểm của Aptomat được mở rộng dưới tác dụng của lò xo 6, mạch điện bò ngắt. Hình 3. Sơ đồ Aptomat điện áp thấp Trên hình 3, khi sụt áp quá mức, nam châm điện 1 sẽ nhả phần ứng 8 làm nhả móc 2, do đó các tiếp điểm của Aptomat cũng được mở ra dưới tác động cuả lực lò xo 4, mạch điện bò cắt. Cụm nam châm 2 (ở hình 3) gọi là móc bảo vệ quá tải hay ngắn mạch. Cụm nam châm 1(hình 3) được gọi là móc bảo vệ sụt áp hay mất điện áp. b. Phân loại và cấu tạo: * Phân loại: Theo kết cấu, người ta chia Aptomat ra ba loại:1 cực, 2 cực, 3cực. Theo thời gian thao tác, người ta chia Aptomat ra loại tác động không tức thời và tác động tức thời. Tùy theo công dụng bảo vệ, người ta chia Aptomat ra loại Aptomat cực đại theo dòng điện, cực tiểu theo điện áp, dòng điện ngược… * Cấu tạo: 1. Tiếp điểm: Aptomat thường được chế tạo có hai cấp tiếp điểm (chính và hồ quang) hoặc ba cấp tiếp điểm (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 điểâm chính mở trước, sau đến tiếp điểm phụ, cuối cùng là tiếp điểm hồ quang. 4 6 1 3 2 Như vậy, hồ quang chỉ cháy trên 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 áptomat thường được làm bằng hợp kim gốm chòu được hồ quang như Ag-W,Cu-W,Ni. 2. Hợp dập hồ quang: Để Aptomat dập được hồ quang trong tất cả các chế độ làm việc của lưới điện, người ta thường dùng hai kiểu thiết bò dập hồ quang là: kiểu nửa kín và kiểu hở. Kiểu nửa kín được đặt trong vỏ kín của aptomat và có lổ thoát khí. Kiểu này có giới hạn cắt không quá 50kA. Kiểu hở được dùng khi giới hạn dòng điện cắt lớn hơn 50KA hoặc điện áp lớn hơn 1000V. Trong buồng dập hồ quang thông dụng, người ta dùng những tấm thép xếp thành lưới ngăn để phân chia hồ quang thành nhiều đoạn ngắn thuận lợi cho việc dập hồ quang. 3. Cơ cấu truyền động cắt Aptomat: Truyền động cắt Aptomat thường có hai cách: Bằng tay và bằng cơ điện (điện từ và động cơ điện). Điều khiển bằng tay được thực hiện với các Aptomat có dòng điện đònh mức không lớn hơn 600A. Điều khiển bằng điện từ (nam châm điện) được ứng dụng ở các Aptomat có dòng điện lớn hơn (đến 1000A). Bộ nguồn tại phòng thí nghiệm P46 và P52 được sử dụng dạng Aptomat bằng tay (có dòng nhỏ hơn 50A). Để tăng lực điều khiển bằng tay người ta còn dùng một tay dài phụ theo nguyên lí đòn bẩy. Ngoài ra, còn có cách điều khiển bằng động cơ điện hoặc khí nén. 4. Móc bảo vệ: Aptomat tự động cắt nhờ các phần tử bảo vệ, gọi là móc bảo vệ. Móc bảo vệ quá tải (quá dòng) để bảo vệ thiết bò điện khỏi bò quá tải, đường thời gian-dòng điện của móc bảo vệ phải nằm dưới đường đặc tính cuả đối tượng cần bảo vệ. Người ta thường dùng hệ thống điện từ và rơle nhiệt làm móc bảo vệ đặt bên trong Aptomat. Móc kiểu điện từ có cuộn dây mắc nối tiếp với mạch điện chính. Khi dòng điện vượt quá trò số cho phép thì phần ứng bò hút và móc sẽ đập vào khớp rơi tự do, làm tiếp điểm của Aptomat mở ra. Điều chỉnh vit để thay đổi lực kháng của lò xo, ta có thể điều chỉnh được trò số dòng điện tác động. Móc kiểu rơle nhiệt đơn giản hơn cả, có kết cấu tương tự như rơle nhiệt có phần tử phát nóng đấu nôí tiếp với mạch điện chính, tấm kim loại kép dãn nở làm nhả khớp rơi tự do để mở tiếp điểm của Aptomat khi có quá tải. Móc bảo vệ sụt áp (bảo vệ điện áp) cũng thường dùng kiểu điện từ, cuộn dây mắc song song với mạch điện chính. c. Cách lựa chọn Aptomat: Việc lựa chọn Aptomat chủ yếu dựa vào: - Dòng điện tính toán đi trong mạch - Dòng điện quá tải. - Tính thao tác có chọn lọc. Ngoài ra lựa chọn Aptomat cần phải căn cứ vào đặc tính làm việc của phụ tải, là Aptomat không được phép ngắt khi có quá tải ngắn hạn thường xảy ra trong điều kiện làm việc bình thường như dòng điện khởi động, dòng điện đỉnh trong phụ tải công nghệ. Yêu cầu chung là dòng điện đònh mức của móc bảo vệ Aptomat không được bé hơn dòng điện tính toán I tt của mạch I áptô > I tt Tùy theo đặc tính làm việc và điều kiện cụ thể của phụ tải, người ta hướng dẫn lựa chọn dòng điện đònh mức của móc bảo vệ bằng 125%, 150% so với dòng điện tính toán. . của các bộ nguồn như sau: 1. Bộ nguồn P46:  2 ngõ ra 12 0V -10 AMP Max  2 ngõ ra 0 12 0VAC-3.5AMP Max (Điều chỉnh được).  1 ngõ ra 22.5V -10 AMP Max và 45VAC-5AMP. Ở bộ nguồn P46 có một biến áp cách ly biến đổi điện áp 22.5V- 10 A và 45V-5A, một cuộn cảm sau bộ lọc. - Ở bộ nguồn P52 có 2 biến áp: một biến áp biến đổi