Thiết bị điện là một phần quan trọng trong hệ thống thủy lực khí nén anh em ạ. Động cơ điện, van thủy lực, van khí nén, cảm biến xi lanh, cảm biến báo mức nước, cảm biến hành trình… đều được điều khiển bằng điện. Đó là chưa kể việc, trong các mạch thủy lực phức tạp, việc đóng ngắt mạch tự động hay sau những khoảng thời gian…. cần rất nhiều thiết bị điện hỗ trợ. Trong bài hôm nay, mình sẽ bổ sung cho anh em thủy khí về mảng kiến thức điện này. Let’s go !!!
1. Thiết bị điện quan trọng như thế nào?
Rồi chào anh em. Chúng ta lại gặp nhau trong mảng kiến thức mới đối với tất cả anh em thủy khí – mảng điện. Chắc chắn anh em không hề lạ lẫm về mảng này vì anh em nào làm thủy khí cũng đều phải động đến cả. Ak không hẳn. Một số công ty hay xưởng sản xuất thường đặt bên ngoài tủ điện điều khiển nên cũng có thể anh em không rành. Nhất là mấy anh em sinh viên thủy khí thì chắc chắn là mây mờ che đỉnh Trường Sơn rồi. Mà đây lại là mảng kiến thức quan trọng anh em ạ. Haizz !!!
Có 4 hệ thống tồn tại trong bất kì cơ cấu truyền động công nghiệp, trong bất kì nhà máy, xưởng sản xuất là: hệ thống điện, hệ thống cơ khí, hệ thống thủy lực và hệ thống khí nén. 4 hệ thống này còn được gọi là hệ thống truyền động điện, hệ thống truyền động cơ khí, hệ thống truyền động thủy lực và hệ thống truyền động khí nén.
Tủ điện điều khiển trạm nguồn thủy lực đơn giản
Mặc dù phân ra là 4 hệ thống nhưng thường thì chúng luôn tồn tại đan xen lẫn nhau, phối hợp với nhau thì mới tạo nên được một cơ cấu máy, máy hay hệ thống lớn hoàn chỉnh. Ví dụ về trạm nguồn thủy lực đơn giản nhất. Phần thủy lực là van, bơm, đường ống dẫn dầu. Phần cơ khí là ốc vít cố định đế van, bơm hay thùng đựng dầu. Phần điện chính là các nút nhấn, cảm biến, rơ le trung gian để lấy tín hiệu, xử lí và xuất tín hiệu để điều khiển van đóng mở.
Một ví dụ đơn giản để anh em biết được vị trí của thiết bị điện nằm ở đâu trong hệ thống thủy lực. Trong những hệ thống thủy lực khí nén phức tạp hơn hoặc trong những hệ thống lớn, cực lớn thì thiết bị điện giữ vai trò quan trọng hơn nữa.
Đã qua rồi cái thời mà anh em dùng tay để điều khiển, điều chỉnh. Thời đại công nghiệp 4.0 đã xuất hiện vài năm nay rồi. Trong các nhà máy, xi nghiệp, các hệ thống điều khiển tự động đã có rất nhiều. Các bộ điều khiển tích hợp nhỏ, những bộ lập trình PLC chuyên dùng trong công nghiệp có thể tự động hóa một hai xi lanh đến cả nhà máy. Chúng nhỏ gọn và phối hợp với nhau rất nhịp nhàng và tin cậy.
Những điều trên đây khiến anh em thủy khí cần phải biết được, nắm được và làm được những thiết bị cơ bản tới những tủ điện điều khiển hệ thống thủy lực đơn giản tới phức tạp. Bài ngày hôm nay anh em sẽ được biết tới chức năng và nguyên lí hoạt động của các thiết bị điện cơ bản đó.
2. Áp to mát là gì ?
Áp to mát 3 pha
Có lẽ là quá quen thuộc rồi nhưng anh em cần phải lựa chọn áp to mát chuẩn. Áp to mát công nghiệp cần phải có thông số kĩ thuật đáp ứng được khả năng làm việc của cả hệ thống. Không theo kinh nghiệm cảm tính được.
Đầu tiên về định nghĩa áp tô mát là gì cho anh em nào chưa quen. Áp to mát trong tiếng anh là Circuit breaker là thiết bị có chức năng đóng cắt mạch đồng thời bảo vệ mạch khỏi bị quá dòng hay quá tải.
Trong mỗi một hệ thống con đều sử dụng áp to mát ở đầu vào với mục đích bảo vệ các thiết bị đằng sau nó khỏi bị hư hại do quá dòng khi hệ xảy ra sự cố. Bên cạnh đó, nó cũng được dùng để bật tắt cả hệ thống con đằng sau. Ví dụ trong trạm nguồn thủy lực, nếu động cơ có sự cố gì khiến dòng điện tăng đột ngột thì aptomat sẽ nhảy, bảo vệ động cơ điện kéo bơm.
Cấu tạo của áp to mát là các tiếp điểm. Tuy nhiên thì các tiếp điểm này chỉ được đóng bằng tay hoặc sự cố xảy ra mà không phải từ nguồn tín hiệu điều khiển nào cả. Gạt lên gạt xuống để cấp điện hay ngắt điện cho cả phòng. Tự động nhảy át lên khi quá dòng. Đó là nguyên lí làm việc của áp to mát.
Lựa chọn áp to mát như thế nào thì cũng đơn giản. Có lẽ mình sẽ lấy ví dụ cho anh em thật chi tiết về lựa chọn áp to mát để các thiết bị điện khác tương tự. Lựa chọn các thiết bị điện cơ bản chủ yếu là xác định công suất, dòng điện, mức điện áp và chức năng của thiết bị điện ấy
Khi mua áp to mát, anh em định tính trước, định lượng sau. Hệ thống đằng sau của anh em hoặc nhỏ nhất là trạm nguồn thủy lực đằng sau anh em dùng điện mấy pha. Nếu là điện 1 pha thì dùng áp to mát 2 cực. Nếu điện 3 pha thì dùng áp to mát 3 cực.
Trong hệ thống thủy lực hay khí nén, anh em thường dùng động cơ điện 3 pha. Điện công nghiệp thường sử dụng động cơ điện 3 pha không đồng bộ. Chính vì vậy anh em phải mua áp to mát 3 cực.
Động cơ điện công suất lớn
Tiếp theo là định lượng. 3 thông số anh em cần phải lưu ý khi mua áp to mát là: điện áp làm việc U( Rate voltage), dòng làm việc định mức( Rate current) Iz và dòng max mà áp to mát còn có khả năng cắt( breaking capacity current) Icu.
Điện áp làm việc của aptomat thì anh em dễ rồi. Với điện 2 pha là 220 V/AC, anh em mua aptomat 2 cực. Với điện 3 pha 380 V/AC, anh em mua aptomat 3 cực.
Với dòng làm việc định mức của aptomat. Anh em phải tính toán một chút. Dòng định mức của nguồn 220v được tính bằng công thức sau:
Iz = ( 1,2 – 1,5). Ib = ( 1,2 – 1,5). P/( U.cos phi)
trong đó: Iz là giá trị dòng điện định mức làm việc của áp to mát mình cần mua.
Ib dòng điện định mức làm việc của áp to mát( Ampe)
P là công suất tổng của các thiết bị trong mạch( Woat)
U là hiệu điện thế( Vôn), tất nhiên giá trị này là 220 V rồi
cos phi là hệ số công suất( giá trị này anh em cứ chọn = 0.8 cho mình). Trong thực tế giá trị này có thể lớn hơn, từ 0.8 đến 0.999999… gần đến 1 nếu được lắp tụ bù. Tụ bù là gì thì anh em google ra nhé. Mình giải thích anh em sẽ không tập trung.
Đối với các thiết bị 3 pha, cụ thể là động cơ điện của trạm nguồn thủy lực dùng điện 3 pha 380 thì công thức sẽ sửa đổi một chút.
Iz = ( 1,2 – 1,5). Ib = ( 1,2 – 1,5). P/( √3 U.cos phi)
Trong đó các thông số giống như trên mình giải thích. Riêng U mang giá trị là 380V nhé.
Rồi sau khi có được giá trị Iz, việc của anh em là tra catalog thiết bị điện của các hãng Schneider, Ls, ABB hay Chint… Thường thì anh em chọn attomat có Idm lớn hơn Iz một xíu hoặc bằng. Có thể chọn thấp hơn chút xíu do chúng ta có hệ số an toàn 1,2 – 1,5 rồi mà. Miễn sao giá trị đó không thấp hơn Ib là dc.
Điều gì xảy ra nếu như chúng ta chọn áp to mát có dòng điện định mức bằng hoặc thấp hơn Ib hoặc quá cao so với Ib ?
Trường hợp đầu tiên, nếu anh em chọn ap to mat bằng hoặc thấp hơn, áp to mat sẽ nhảy liên tục ngay tại khi các bạn dùng. Ap to mát hoạt động dựa vào dòng điện nên cứ khi nào dòng lớn Idm của nó là nó nhảy ngắt mạch.
Nếu anh em chọn dòng quá cao thì sao. Tất nhiên áp to mát sẽ không nhảy. Anh em không phải bận tâm. Thế nhưng nếu có sự cố quá tải, áp to mát không bảo vệ được động cơ điện cho các bạn. Nên nhớ rằng, ap to mát bên cạnh việc bảo vệ ngắn mạch( dòng điện tăng nhanh gấp cả trăm lần so với dòng định mức), ap to mát còn có khả năng bảo vệ được quá tải( gây hư hỏng dây hoặc các thiết bị đóng cắt bằng nhiệt).
Rồi các bạn sinh viên thường hay hỏi mình là, ap to mát khác gì cầu chì? Cầu chì cũng ngắt mạch để bảo vệ nhưng chỉ dùng được một lần và không đóng mở thường xuyên được. Áp to mát = Cầu dao + cầu chì kiêm luôn cả công tắc. Anh em nhớ này cho tiện.
Cầu dao là phần để cách ly mạch với nguồn. Giúp cho hệ thống hay người an toàn để bảo dưỡng, bảo trì.
Cầu chì để bảo vệ mạch khỏi quá dòng.
Công tắc dùng để đóng mở mạch luôn.
Trong thực tế người ta chỉ đóng mở aptomat hạn chế như chỉ bật hay tắt trong đầu giờ, cuối giờ làm việc. Thế nhưng nó vẫn có thể đóng mở được thường xuyên hơn nên người ta cũng có thể tạm dùng nó như một nút nhấn giữ.
Phân biệt áp to mát và máy cắt ?
Máy cắt là một thiết bị có nguyên lí hoạt động giống y chang áp to mát trong ngành điện song phức tạp hơn ở phần cấu tạo. Để phân biệt máy cắt và át to mát, nhà sản xuất lấy tiêu chí dòng điện ra để làm ranh giới. Dòng dưới 300 A là áp to mát, dòng trên 300A dùng máy cắt.
Ngưỡng 300A này hiện nay chỉ mang tính tương đối vì có rất nhiều loại át to mát có khả năng cắt dòng lớn hơn 300A. Phần phức tạp hơn của máy cắt là do đặc thù đóng cắt dòng lớn và hiện tượng gây lên hồ quang điện khi các tiếp điểm rời xa nhau mà các nhà sản xuất aptomat phải trang bị thêm khí trơ bảo vệ và dập hồ quang. Điển hình là khí SF6, máy cắt chân không…
Rồi có lẽ là xong phần chọn áp to mát đầu tiên.
3. Rơ le trung gian
Rơ le trung gian
Thiết bị quan trọng thứ 2 trong tủ điện điều khiển hệ thống thủy lực khí nén hay tủ điều khiển trạm nguồn thủy lực là rơ le trung gian. Đây là thiết bị dùng để thực hiện việc điều khiển đóng mở các mạch con một cách tự động và liên tục nếu cần thiết.
Hình dung thế này anh em nhé. Bình thường nếu như muốn van chuyển trạng thái, anh em phải dùng tay gạt. Nhưng nếu như dùng rơ le điện cấp nguồn vào cuộn hút van điện từ, chúng ta có thể thay đổi trạng thái van tự động mà không cần dùng tay. Đấy là trong trường hợp với những cơ cấu tần suất nhỏ, đơn giản. Nếu cơ cấu hay hệ thống lớn, tần suất lớn, dùng tay là không thể nên phải dùng rơ le để đóng mở anh em ạ.
Rồi thì cấu tạo và nguyên lí hoạt động của rơ le trung gian như thế nào? Cũng như cách chọn mua rơ le trung gian sao cho chuẩn thì mình sẽ trình bày ngay sau đây.
Cấu tạo của rơ le trung gian trước nhé. Có rất rất nhiều loại rơ le, rơ le trung gian, rơ le nhiệt, rơ le áp suất… và trong rơ le trung gian cũng có nhiều loại về số cặp tiếp điểm, mức điện áp công suất…
Chúng ta sẽ chỉ nói về rơ le trung gian 2 cặp tiếp điểm: 1NO( normaly open) và 1 NC( normaly close) là thông dụng nhất. Tương ứng với rơ le điện 220V AC, 110V AC hay rơ le điện một chiều 24V DC, 12V DC.
Cấu tạo của rơ le thường có 8 chân được đánh số từ 1 tới 8 như hình vẽ dưới đây. Anh em nhìn vào hình mình giải thích.
Sơ đồ rơ le trung gian LY2N Omron
Chân 5 chân 6 là 2 chân anh em cấp nguồn AC hay Dc vào. Chân 3 chân 4 là 2 tiếp điểm ở cầu bên kia thường mở. Chân 1 chân 2 là 2 tiếp điểm thường đóng. Thường mở là gì và thường đóng là gì? Thường mở tức là thường thì nó hở mạch, chân 5 chân 6 có điện cấp sẵn nhưng chân 3 chân 4 do là thường mở nên không có điện chạy đến. Thường đóng tức là bình thường nó đóng mạch. Chân 5 chân 6 có điện là chân 1 chân 2 có điện.
Và, và, anh em chú ý này. Rơ le trung gian hoạt động dựa trên hiện tượng cảm ứng điện từ. Tương tự như nam chân điện. Khi có tín hiệu, cuộn hút từ chân 7 và 8 sẽ hút các cặp tiếp điểm lại với nhau nếu là thường mở và tách rời các tiếp điểm nếu là thường đóng. Khi cuộn hút 7 và 8 hút, chân 3 thông mạch chân 5, chân 8 thông mạch chân 4 và đồng thời, chân 1 chân 2 tách ra khỏi chân 3 và 4.
Chân 7 chân 8 khi nào hút? Khi có các tín hiệu từ nơi khác gửi đến ví dụ như cảm biến xi lanh, ví dụ như nút nhấn, ví dụ như từ các bộ điều khiển nhiệt độ, timer, couter…
Cách lựa chọn rơ le trung gian như nào? Chọn lựa rơ le trung gian qua 3 thông số: Số cặp cực tiếp điểm, nguồn điện bao nhiêu vôn và dòng điện bao nhiêu ampe.
Các thông số này thì anh em chắc hẳn biết xác định cả rồi nên mình bỏ qua nhé.
4. Timer dùng để làm gì ?
Timer omron
Thiết bị điện tiếp theo mà trong hầu hết các ứng dụng công nghiệp đều dùng là bộ cài đặt thời gian đóng ngắt timer. Về chức năng, timer giống như chiếc đồng hồ báo thức. Đếm và thay vì kêu tít tít thì nó đóng mở mạch. Cấu tạo giống như rơ le, hoạt động giống như rơ le, tín hiệu kích hoạt bằng nút nhấn, đếm thời gian và thay đổi trạng thái tiếp điểm đầu ra. Thường đóng thành thường mở và ngược lại.
Trong thực tế, bộ định thì timer có rất nhiều chủng loại. Từ timer cơ đến timer số. Độ phân giải thì timer cơ thô, hoạt động theo phút. Timer số thì chính xác tới mili giây tùy thuộc vào độ tinh cài đặt.
Giả sử chúng ta muốn kể từ lúc nhấn nút khởi động start, bơm thủy lực của chúng ta hoạt động 10 phút sau đó ngắt. Anh em cài đặt timer 10 phút và sau đúng khoảng thời gian đó, timer sẽ ngắt mạch giúp chúng ta. Thường thì timer sẽ lắp thêm rơ le trung gian đi kèm mà hiếm khi lắp trực tiếp vào mạch động lực.
5. Khởi động từ
Khởi động từ
Khởi động từ là thiết bị có nguyên lí hoạt động giống rơ le tới 80% và gây bối rối cho nhiều anh em. Vậy phân biệt khởi động từ và rơ le như thế nào?
Về định nghĩa, theo tài liệu viết thì mình không thấy chúng khác nhau một cách rõ ràng nên chúng ta sẽ cùng xem xét một số tiêu chí đánh giá khác nhau để hiểu sự khác nhau giữa rơ le trung gian và contactor nhé.
5.1 Công suất
Các nhà sản xuất rơ le chỉ đưa ra thị trường rơ le max có dòng điện là 10A. Với dòng điện này thì với điện một pha, anh em có thể dùng để điều khiển tắt mở động cơ điện trong trạm nguồn thủy lực tương đương 2KW là tối đa anh em nhé.
Trong khi đó, con tac tơ lại được sản xuất với dòng lớn hơn 10A. Nó dùng để điều khiển tắt mở những thiết bị có công suất lớn hơn nhiều như đóng mở động cơ điện từ xa. Đó là điểm khác nhau đầu tiên giữa rơ le trung gian và khởi động từ.
5.2 Tiếp điểm
Khởi động từ hầu hết được thiết kế hoạt động với tiếp điểm thường mở. Trong khi rơ le trung gian thì được thiết kế với cả 2 loại thường mở và thường đóng. Chính vì thế mà contactor thường được dùng để đóng mở những thiết bị bắt đầu sử dụng mới liền mạch còn rơ le trung gian lại dùng để điều khiển mạch với cả 2 trạng thái rất thoải mái. Bên cạnh tiếp điểm chính, contactor còn có tiếp điểm phụ để điều khiển phụ kiện đi kèm động cơ điện hay bất cứ thiết bị có công suất nhỏ.
5.3 Buồng dập hồ quang
Anh em biết là, khi các tiếp điểm tách nhau ra, nếu dòng lớn sẽ gây ra hồ quang điện, tỏa nhiệt lớn vô cùng. Để ngăn hay dập hồ quang, công tắc tơ và các thiết bị điện như áp to mát, máy cắt luôn có buồng dập hồ quang. Nếu không dập nhanh, ngăn chặn, các tiếp điểm với dòng lớn sẽ có thể bị hàn dính lại với nhau.
Kết cấu của công tắc tơ cũng được thiết kế khoa học, tiếp điểm cầu nối của công tắc tơ dài hơn làm quãng đường di chuyển của hồ quang dài hơn, tiêu tốn năng lượng gây ức chế hồ quang từ đó dập tắt.
6. Nút nhấn có giữ và không giữ
Thiết bị cơ bản nhưng mình vẫn muốn giới thiệu sơ qua cho anh em thủy khí. Nút nhấn có 2 loại là nút nhấn nhả hoặc nút nhấn giữ. Nút nhấn nhả dùng trong trường hợp mạch chỉ cần tín hiệu là tự set hay reset hoặc có nguồn nuôi. Nút nhấn giữ duy trì nguồn tín hiệu sau khi nhả tay.
Nút nhấn trong tủ điều khiển
Ok trên đây là toàn bộ các thiết bị điện cơ bản để anh em có thể thiết kế tủ điện điều khiển đơn giản như trạm nguồn thủy lực. Còn rất rất nhiều thiết bị điện công nghiệp khác phức tạp hơn song chưa cần thiết nên mình chưa giới thiệu trong bài viết này. Sau này khi thiết kế tủ điện trạm nguồn thủy lực mình sẽ giới thiệu thêm. Ok tạm biệt anh em.
Còn chần chừ gì nữa mà không gọi ngay cho chúng tôi để có được sự hài lòng nhất. Với đội ngũ tiến sĩ kỹ sư trẻ năng động trong và ngoài nước trên 5 năm kinh nghiệm hi vọng sẽ mang lại sự lựa chọn tốt nhất cho khách hàng.
Sự cố của các bạn là trách nhiệm của chúng tôi! Gọi ngay đi!
