DONGSAPA_STDM
Thành Viên [LV 0]
CÁC THIẾT BỊ ĐIỆN THƯỜNG HAY SỬ DỤNG TRONG HỆ THỐNG LẠNH
Các thiết bị điều khiển
Để làm nhiệm vụ điều khiển, đóng mở máy trong các mạch điện người ta sử dụng nhiều thiết bị điện khác nhau.
Aptomat (MCCB)
Để đóng ngắt không thường xuyên trong các mạch điện người ta sử dụng các aptomat. Cấu tạo aptomat gồm hệ thống các tiếp điểm có bộ phận dập hồ quang, bộ phận tự động cắt mạch để bảo vệ quá tải và ngắn mạch. Bộ phận cắt mạch điện bằng tác động điện từ theo dòng cực đại. Khi dòng vượt quá trị số cho phép chúng sẽ cắt mạch điện để bảo vệ thiết bị.
Như vậy áptomat được sử dụng để đóng, ngắt các mạch điện và bảo vệ thiết bị trong trong trường hợp quá tải.
Hình 10-1: Thiết bị đóng ngắt điện tự động (aptomat)
Rơ le nhiệt bảo vệ quá dòng và quá nhiệt (OCR)
Rơ le nhiệt được sử dụng để bảo vệ quá dòng hoặc quá nhiệt. Khi dòng điện quá lớn hoặc vì một lý do gì đó nhiệt độ cuộn dây mô tơ quá cao. Rơ le nhiệt ngát mạch điện để bảo vệ mô tơ máy nén.
Rơ le nhiệt có thể đặt bên trong hoặc bên ngoài máy nén. Trường hợp đặt bên ngoài rơ le nhằm bảo vệ quá dòng thường được lắp đi kèm công tắc tơ. Một số máy lạnh nhỏ có bố trí rơ le nhiệt bên trong ở ngay đầu máy nén.
1- Dây nối, 2- Chụp nối; 3- Chốt tiếp điểm; 4- Đầu cực 5- Tiếp điểm;
6- Cơ cấu lưỡng kim; 7- Điện trở; 8- Thân; 9- Vít
Hình 10-2: Rơ le nhiệt lắp trong máy nén
Hình 10-3: Rơ le nhiệt và mạch điện
Phần tử cơ bản của rơ le nhiệt là một cơ cấu lưỡng kim gồm có 2 kim loại khác nhau về bản chất, có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau và hàn với nhau. Bản lưỡng kim được đốt nóng bằng điện trở có dòng điện của mạch cần bảo vệ chạy qua. Khi làm việc bình thường sự phát nóng ở điện trở này không đủ để cơ cấu lưỡng kim biến dạng. Khi dòng điện vượt quá định mức bản lưỡng kim bị đốt nóng và bị uốn cong, kết quả mạch điện của thiết bị bảo vệ hở
Công tắc tơ và rơ le trung gian
Các công tắc tơ và rơ le trung gian được sử dụng để đóng ngắt các mạch điện. Cấu tạo của chúng bao gồm các bộ phận chính sau đây :
1. Cuộn dây hút
2. Mạch từ tính
3. Phần động (phần ứng)
4. Hệ thống tiếp điểm (thường đóng và thường mở)
Hình 10-4: Công tắc tơ
Cần lưu ý các tiếp điểm thường mở của thiết bị chỉ đóng khi cuộn dây hút có điện và ngược lại các tiếp điểm thường đóng sẽ mở khi cuộn dây có điện, đóng khi mất điện.
Hệ thống các tiếp điểm có cấu tạo khác nhau và thường được mạ kẽm để đảm bảo tiếp xúc tốt. Các thiết bị đóng ngắt lớn có bộ phận dập hồ quang ngoài ra còn có thêm các tiếp điểm phụ để đóng mạch điều khiển.
Rơ le bảo vệ áp suất và thermostat
Để bảo vệ máy nén khi áp suất dầu và áp suất hút thấp, áp suất đầu đẩy quá cao người ta sử dụng các rơ le áp suất dầu (OP), rơ le áp suất thấp (LP) và rơ le áp suất cao (HP). Khi có một trong các sự cố nêu trên, các rơ le áp suất sẽ ngắt mạch điện cuộn dây của công tắc tơ máy máy nén để dừng máy.
Dưới đây chúng là cấu tạo và nguyên lý làm việc của các rơ le áp suất
Rơ le áp suất dầu
1- Phần tử cảm biến áp suất dầu; 2- Phần tử cảm biến áp suất hút; 3- Cơ cấu điều chỉnh; 4- Cần điều chỉnh; 5-
Hình 10-5 : Rơ le áp suất dầu
Áp sấu dầu của máy nén phải được duy trì ở một giá trị cao hơn áp suất hút của máy nén một khoảng nhất định nào đó, tuỳ thuộc vào từng máy nén cụ thể nhằm đảm bảo quá trình lưu chuyển trong hệ thống rãnh cấp dầu bôi trơn và tác động cơ cấu giảm tải của máy nén. Khi làm việc rơ le áp suất dầu sẽ so sánh hiệu áp suất dầu và áp suất trong cacte máy nén nên còn gọi là rơ le hiệu áp suất. Vì vậy khi hiệu áp suất quá thấp, chế độ bôi trơn không đảm bảo, không điều khiển được cơ cấu giảm tải.
Áp suất dầu xuống thấp có thể do các nguyên nhân sau:
- Bơm dầu bị hỏng
- Thiếu dầu bôi trơn.
- Phin lọc dầu bị bẫn, tắc ống dẫn dầu;
- Lẫn môi chất vào dầu quá nhiều.
Trên hình 10-5 giới thiệu cấu tạo bên ngoài và bên trong rơ le áp suất dầu.
Rơ le bảo vệ áp suất dầu lấy tín hiệu của áp suất dầu và áp suất cacte máy nén. Phần tử cảm biến áp suất dầu “OIL” (1) ở phía dưới của rơ le được nối đầu đẩy bơm dầu và phần tử cảm biến áp suất thấp “LP” (2) được nối với cacte máy nén.
Nếu chênh lệch áp suất dầu so với áp suất trong cacte deltap = pd - po nhỏ hơn giá trị đặt trước được duy trì trong một khoảng thời gian nhất định thì mạch điều khiển tác động dừng máy nén. Khi deltap nhỏ thì dòng điện sẽ đi qua rơ le thời gian (hoặc mạch sấy cơ cấu lưỡng kim). Sau một khoảng thời gian trễ nhất định, thì rơ le thời gian (hoặc cơ cấu lưỡng kim ngắt mạch điện) ngắt dòng điều khiển khởi đến khởi động từ máy nén
Độ chênh lệch áp suất cực tiểu cho phép có thể điều chỉnh nhờ cơ cấu 3. Khi quay theo chiều kim đồng hồ sẽ tăng độ chênh lệch áp suất cho phép, nghĩa làm tăng áp suất dầu cực tiểu ở đó máy nén có thể làm việc.
Độ chênh áp suất được cố định ở 0,2 bar
10.1.2.2. Rơ le áp suất cao HP và rơ le áp suất thấp LP
Rơ le áp suất cao và rơ le áp suất thấp có hai kiểu khác nhau :
* Dạng tổ hợp gồm 02 rơ le
* Dạng các rơ le rời nhau
Trên hình 10-6 là cặp rơ le tổ hợp của HP và LP, chúng hoạt động hoàn toàn độc lập với nhau, mỗi rơ le có ống nối lấy tín hiệu riêng.
Cụm LP thường bố trí nằm phía trái, còn Hp bố trí nằm phía phải. Có thể phân biệt LP và HP theo giá trị nhiệt độ đặt trên các thang kẻ, tránh nhầm lẫn.
Trên hình 10-7 là các rơ le áp suất cao và thấp dạng rời.
Rơ le áp suất cao được sử dụng bảo vệ máy nén khi áp suất đầu đẩy cao quá mức quy định, nó sẽ tác động trước khi van an toàn mở. Hơi đầu đẩy được dẫn vào hộp xếp ở phía dưới của rơ le, tín hiệu áp suất được hộp xếp chuyển thành tín hiệu cơ khí và chuyển dịch hệ thống tiếp điểm, qua đó ngắt mạch điện khởi động từ máy nén.
Hình 10-6 : Rơ le tổ hợp áp suất cao và thấp
Giá trị đặt của rơ le áp suất cao là 18,5 kG/cm2 thấp hơn giá trị đặt của van an toàn 19,5 kG/cm2. Giá trị đặt này có thể điều chỉnh thông qua vít “A”. Độ chênh áp suất làm việc được điều chỉnh bằng vít “B”. Khi quay các vít “A” và “B” kim chỉ áp suất đặt di chuyển trên bảng chỉ thị áp suất.
a- Rơ le áp suất cao HP b- Rơ le áp suất thấp
Hình 10-7 : Rơ le áp suất cao và thấp
Sau khi xảy ra sự cố áp suất và đã tiến hành xử lý, khắc phục xong cần nhấn nút Reset để ngặt mạch duy trì sự cố mới có thể khởi động lại được.
Tương tự HP, rơ le áp suất thấp LP được sử dụng để tự động đóng mở máy nén, trong các hệ thống lạnh chạy tự động. Khi nhiệt độ buồng lạnh đạt yêu cầu, van điện từ ngừng cấp dịch cho dàn lạnh, máy thực hiện rút gas về bình chứa và áp suất phía đầu hút giảm xuống dưới giá trị đặt, rơ le áp suất tác động dừng máy. Khi nhiệt độ phòng lạnh lên cao van điện từ mở, dịch vào dàn lạnh và áp suất hút lên cao và vượt giá trị đặt, rơ le áp suất thấp tự động đóng mạch cho động cơ hoạt động.
Thermostat
Hình 10-8 : Thermostat
Thermostat là một thiết bị điều khiển dùng để duy trì nhiệt độ của phòng lạnh. Cấu tạo gồm có một công tắc đổi hướng đơn cực (12) duy trì mạch điện giữ các tiếp điểm 1 và 2 khi nhiệt độ bầu cảm biến tăng lên, nghĩa là nhiệt độ phòng tăng. Khi quay trục (1) theo chiều kim đồng hồ thì sẽ tăng nhiệt độ đóng và ngắt của Thermostat. Khi quay trục vi sai (2) theo chiều kim thì giảm vi sai giữa nhiệt độ đóng và ngắt thiết bị.
Hình 10-9 : Cấu tạo bên ngoài của thermostat
Các ký hiệu trên bản vẽ
Để thuận lợi cho việc đọc các bản vẽ các mạch điện, trên hình 10-10 dưới đây xin giới thiệu một số ký hiệu qui ước các thiết bị điện của mạch điện các hệ thống lạnh. Đây là các ký hiệu thường hay sử dụng cho các mạch điện hệ thống lạnh hiện nay thường hay được sử dụng.
Mặt khác để tránh nhầm lẫn khi thuyết minh nguyên lý hoạt động của các mạch điện chúng tôi ký hiệu chỉ số “1” cho tiếp điểm thường đóng và chỉ số “2” cho tiếp điểm thường mở.
Hình 10-10: Các ký hiệu qui ước trên các mach điện
ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ CÁC THIẾT BỊ LẠNH
Bảo vệ máy nén
Máy nén là thiết bị quan trọng nhất trong hệ thống lạnh, vì vậy nó được bảo vệ rất nghiêm ngặt. Khi các điều kiện làm việc không đạt yêu cầu, hệ thống bảo vệ tự động ngắt điện để dừng máy. Cụ thể, máy nén được bảo vệ bởi các thiết bị sau:
Bảo vệ áp suất
- Áp suất cao HP.
- Áp suất dầu OP.
- Áp suất thấp LP
Bảo vệ quá dòng và quá nhiệt (OCR):
- Bảo vệ quá dòng.
- Bảo vệ quá nhiệt.
Bảo vệ khi các điều kiện giải nhiệt không tốt
- Bảo vệ áp suất nước, lưu lượng nước
- Bảo vệ khi bơm nước giải nhiệt dàn ngưng hoặc máy nén ngừng hoạt động
- Bảo vệ khi quạt dàn ngưng không làm việc
- Bảo vệ khi quạt tháp giải nhiệt không làm việc
Bảo vệ khi một số thiết bị khác không làm việc
Trong một số mạch điện, máy nén sẽ tự động dừng khi một thiết bị nào đó không làm việc, chẳng hạn như quạt dàn lạnh, mô tơ cánh khuấy nước muối, bơm nước lạnh vv..
Điều khiển mức dịch ở bình trung gian
Để điều khiển mức dịch ở các bình trung gian trong các hệ thống lạnh 2 cấp người ta sử dụng các van phao điện từ.
Mức dịch ở bình trung gian, nói chung được được khống chế giữa 02 mức: cực đại và cực tiểu.
- Mức cực đại : Khống chế mức cực đại nhằm bảo vệ máy nén tránh hút ẩm, gây ngập lỏng phía cao áp.
- Mức cực tiểu : Nhằm đảm bảo lượng dịch tối thiểu trong bình để tăng cường trao đổi nhiệt cho ống xoắn.
Khi mức dịch trong bình đạt mức cực đại van phao phía trên tác động ngắt điện cuộn dây van điện từ cấp dịch cho bình trung gian, khi đó mức dịch trong bình sẽ không tăng.
Khi mức dịch hạ xuống mức cực tiểu van phao tác động mở van điện từ và dịch được tiết lưu vào bình.
Điều khiển mức dịch ở bình giữa mức
Đối với các bình giữ mức của các dàn lạnh, yêu cầu chỉ bảo vệ mức dịch trên của bình tránh hút lỏng về máy nén, do đó chỉ cần 01 van phao tác động đóng mở van điện từ cấp dịch cho bình và qua đó duy trì mức dịch trong bình ở giới hạn cho phép.
Điều khiển mức dịch ở bình chứa hạ áp
Bình chứa hạ áp được bảo vệ bằng 03 van phao. Nhiệm vụ của các van phao như sau:
- Van phao trên cùng, bảo vệ mức dịch cực đại tránh vượt quá mức cho phép, máy nén có thể hút lỏng về nguy hiểm. Khi đạt mức cực đại van phao tác động đóng van điện từ cấp dịch vào bình.
- Van phao giữa, duy trì mức dịch trung bình, khi mức dịch trong bình giảm xuống mức trung bình, van phao đóng mạch điện van điện từ và cấp dịch vào bình chứa hạ áp.
- Van phao dưới cùng bảo vệ mức dịch cực tiểu, đây là mức dịch sự cố, nhằm bảo vệ bơm. Khi lượng dịch trong bình quá thấp, van phao tác động ngắt điện cuộn dây khởi động từ bơm cấp dịch và bơm cấp dịch sẽ ngừng hoạt động.
Điều khiển nhiệt độ phòng lạnh
Đối với kho lạnh bảo quản hệ thống lạnh hoạt động hoàn toàn tự động và được điều khiển đóng tắt theo nhiệt độ phòng.
Quá trình tác động như sau : Khi nhiệt độ phòng lạnh đạt yêu cầu (xuống bằng nhiệt độ đặt của thermostat), thermostat tác động đóng van điện từ ngừng cấp dịch cho dàn lạnh, máy nén tiếp tục hoạt động nên áp suất hút hạ xuống, sau một thời gian khi áp suất hút xuống thấp rơ le áp suất thấp tác động dừng máy.
Khi nhiệt độ phòng nâng lên cao, thermostat tác động mở van điện từ cấp dịch cho dàn lạnh, áp suất hút tăng lên và rơ áp suất thấp đóng mạch khởi động lại máy nén.
Về mặt nguyên tắc, thermostat có thể trực tiếp tác động mạch điều khiển đóng máy nén. Tuy nhiên để đảm bảo an toàn khi dừng máy phải hút kiệt gas khỏi dàn lạnh nên người ta mới cho hoạt động như đã nêu ở trên.
MẠCH ĐIỆN ĐỘNG LỰC VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY NÉN
Mạch động lực của các máy nén, bơm và quạt
Mạch điện động lực còn gọi là mạch điện nguồn là mạch điện cấp điện nguồn để chạy các thiết bị như máy nén, bơm, quạt vv.. Dòng điện trong mạch điện động lực lớn nhỏ tuỳ thuộc vào công suất thiết bị và do đó công suất các thiết bị đi kèm mạch điện động lực phụ thuộc công suất thiết bị và lựa chọn một cách tương ứng.
Để có khái niệm về một mạch điện động lực ta giả sử có hệ thống lạnh kho cấp đông gồm các thiết bị chính sau đây (hình 10-11):
- Máy nén với mô tơ 75kW
- Bơm cấp dịch dàn lạnh 1,5 kW
- Bơm nước giải nhiệt máy nén 2,2 kW
- Bơm nước giải nhiệt dàn ngưng 3,7 kW
- Bơm nước xả băng dàn lạnh 2,2 kW
- Quạt giải nhiệt dàn ngưng : 2 x 1,5 kW
- Quạt giải nhiệt dàn lạnh : 2 x 2,2 kW
Đối với các động cơ và thiết bị điện của hệ thống lạnh, do công suất lớn nên việc đóng mở các động cơ đều thực hiện bằng các khởi động từ. Các thiết bị đều được đóng mở và bảo vệ bằng các aptomat, tất cả các thiết bị đều có rơ le nhiệt bảo vệ quá dòng. Các thiết bị có công suất nhỏ, ampekế nối trực tiếp vào mạch điện, còn các thiết bị có công suất lớn ampekế được qua biến dòng CT.
Các thiết bị chính trên mạch điện động lực bao gồm :
- MCCB - Aptomat
- CT : Biến dòng
- MC : Tiếp điểm khởi động từ cuộn chạy của máy nén
- MD - Tiếp điểm khởi động từ mạch tam giác
- MS - Tiếp điểm khởi động từ mạch sao
- OCR - Rơle nhiệt
- M - Môtơ ; P – Bơm (Pump); F – Quạt (Fan)
- A – Ampekế
- Dây điện các loại
Hình 10-11 : Mạch điện động lực trong hệ thống lạnh
Đối với động cơ máy nén quá trình khởi động diễn ra như sau :
Khi nhấn nút START trên mạch điều khiển, nếu không có bất cứ sự cố nào thì cuộn dây khởi động từ (MC) có điện và đóng tiếp điểm thường mở MC trên mạch động lực. Trong khoảng 5 giây đầu tiên (đặt ở rơ le thời gian), cuộn dây khởi động từ (MS) có điện và tiếp điểm thường mở MS của nó trên mạch động lực đóng. Lúc đó máy chạy theo sơ đồ sao, dòng khởi động giảm đáng kể. Sau thời gian đặt, rơ le thời gian tác động ngắt điện cuộn (MS) và đóng điện cho cuộn (MD), tương ứng các tiếp điểm trên mạch động lực, MD đóng và MS mở. Máy chuyển từ sơ đồ nối sao sang sơ đồ tam giác.
Đối với các thiết bị có công suất nhỏ như bơm, quạt dòng khởi động nhỏ nên không cần khởi động theo sơ đồ sao – tam giác như máy nén.
Mạch khởi động sao - tam giác
Dòng điện khởi động
Hầu hết các máy nén lạnh cỡ lớn đều sử dụng động cơ không đồng bộ 3 pha. Để khởi động được các động cơ không đồng bộ 3 pha mô men khởi động của động cơ phải đủ lớn để thắng được mô men cản của tải khi khởi động và đồng thời đảm bảo thời gian khởi động nằm trong giới hạn cho phép.
Dòng điện pha khi khởi động được xác định theo công thức sau:
(10-1)
trong đó:
R1 - Điện trở dây quấn stato;
X1 - Điện kháng stato;
R’2 - Điện trở dây quấn rôto qui đổi về stato;
X’2 - Điện kháng dây quấn rôto qui đổi về stato;
Dòng điện khi mở máy khá lớn, gấp 5 7 lần dòng điện định mức. Do đó đối với lưới điện công suất nhỏ khi khởi động máy có thể làm sụt áp mạng ảnh hưởng đến sự làm việc của các thiết bị khác. Vì vậy cần có các biện pháp khởi động hợp lý để giảm dòng khởi động.
Các phương pháp khởi động
Đối với động cơ rôto dây quấn
Để giảm dòng khởi động đối với động cơ loại này người ta nối dây quấn rôto với 01 biến trở khởi động.
Muốn mô men khởi động cực đại hệ số trượt tới hạn phải bằng 1 tức là
(10-2)
Từ đó xác định được điện trở khởi động tối ưu để đạt mô men cực đại
Nhờ mạch rôto có thêm điện trở R’kđ nên dòng điện khởi động giảm
(10-3)
Đối với động cơ lồng sóc
* Khởi động trực tiếp
Đóng trực tiếp động cơ vào mạch điện. Phương pháp này chỉ áp dụng cho các động cơ công suất nhỏ. Đây là phương pháp đơn giản, nhưng dòng khởi động lớn, điện áp sụt nhiều, thời gian khởi động lâu.
* Giảm điện áp stato
Khi giảm điện áp stato thì dòng điện mở máy giảm. Tuy nhiên lúc đó mô men khởi động cũng giảm theo, nên phương pháp này chỉ áp dụng cho động cơ không đòi hỏi mô men khởi động lớn. Để giảm điện áp stato có các cách sau :
- Dùng điện kháng nối tiếp vào mạch stato
- Dùng máy tự biến áp
* Đổi mạch nối sao - tam giác
Phương pháp này áp dụng cho các động cơ khi làm việc bình thường dây quấn stato nối theo kiểu tam giác.
Khi khởi động, mạch điện tự động chuyển nối sao, lúc đó điện áp đặt vào mỗi pha giảm
lần. Sau thời gian khởi động người ta chuyển sang mạch nối tam giác như qui định.
- Dòng điện dây khi nối tam giác:
(10-4)
- Dòng điện dây khi nối sao:
(10-5)
Theo các công thức trên, dòng điện khởi động khi nối sao nhỏ hơn khi nối tam giác 3 lần.
Qua việc nghiên cứu các phương pháp khởi động, chúng ta nhận thấy hầu hết các phương pháp đều làm giảm mô men khởi động. Để khắc phục điều này người ta đã chế tạo loại động cơ lồng sóc kép và loại rãnh sâu có đặc tính mở máy tốt.
Mạch khởi động sao tam giác
Trên hình 10-12 giới thiệu mạch điện khởi động sao - tam giác thường hay được sử dụng trong các hệ thống lạnh.
Hình 10-12 : Mạch khởi động sao - tam giác
Các ký hiệu trên mạch điện
- MC, MS và MD – Cuộn dây khởi động từ sử dụng đóng mạch chính, mạch sao và mạch tam giác của mô tơ máy nén.
- AX - Rơ le trung gian
- T - Rơ le thời gian
Khi hệ thống đang dừng cuộn dây của rơ le trung gian (AX) không có điện, các tiếp điểm thường mở của nó ở trạng thái hở nên các cuộn dây (MC), (MD), (MS) không có điện.
Các thiết bị điều khiển
Để làm nhiệm vụ điều khiển, đóng mở máy trong các mạch điện người ta sử dụng nhiều thiết bị điện khác nhau.
Aptomat (MCCB)
Để đóng ngắt không thường xuyên trong các mạch điện người ta sử dụng các aptomat. Cấu tạo aptomat gồm hệ thống các tiếp điểm có bộ phận dập hồ quang, bộ phận tự động cắt mạch để bảo vệ quá tải và ngắn mạch. Bộ phận cắt mạch điện bằng tác động điện từ theo dòng cực đại. Khi dòng vượt quá trị số cho phép chúng sẽ cắt mạch điện để bảo vệ thiết bị.
Như vậy áptomat được sử dụng để đóng, ngắt các mạch điện và bảo vệ thiết bị trong trong trường hợp quá tải.
Hình 10-1: Thiết bị đóng ngắt điện tự động (aptomat)
Rơ le nhiệt bảo vệ quá dòng và quá nhiệt (OCR)
Rơ le nhiệt được sử dụng để bảo vệ quá dòng hoặc quá nhiệt. Khi dòng điện quá lớn hoặc vì một lý do gì đó nhiệt độ cuộn dây mô tơ quá cao. Rơ le nhiệt ngát mạch điện để bảo vệ mô tơ máy nén.
Rơ le nhiệt có thể đặt bên trong hoặc bên ngoài máy nén. Trường hợp đặt bên ngoài rơ le nhằm bảo vệ quá dòng thường được lắp đi kèm công tắc tơ. Một số máy lạnh nhỏ có bố trí rơ le nhiệt bên trong ở ngay đầu máy nén.
1- Dây nối, 2- Chụp nối; 3- Chốt tiếp điểm; 4- Đầu cực 5- Tiếp điểm;
6- Cơ cấu lưỡng kim; 7- Điện trở; 8- Thân; 9- Vít
Hình 10-2: Rơ le nhiệt lắp trong máy nén
Hình 10-3: Rơ le nhiệt và mạch điện
Phần tử cơ bản của rơ le nhiệt là một cơ cấu lưỡng kim gồm có 2 kim loại khác nhau về bản chất, có hệ số giãn nở nhiệt khác nhau và hàn với nhau. Bản lưỡng kim được đốt nóng bằng điện trở có dòng điện của mạch cần bảo vệ chạy qua. Khi làm việc bình thường sự phát nóng ở điện trở này không đủ để cơ cấu lưỡng kim biến dạng. Khi dòng điện vượt quá định mức bản lưỡng kim bị đốt nóng và bị uốn cong, kết quả mạch điện của thiết bị bảo vệ hở
Công tắc tơ và rơ le trung gian
Các công tắc tơ và rơ le trung gian được sử dụng để đóng ngắt các mạch điện. Cấu tạo của chúng bao gồm các bộ phận chính sau đây :
1. Cuộn dây hút
2. Mạch từ tính
3. Phần động (phần ứng)
4. Hệ thống tiếp điểm (thường đóng và thường mở)
Hình 10-4: Công tắc tơ
Cần lưu ý các tiếp điểm thường mở của thiết bị chỉ đóng khi cuộn dây hút có điện và ngược lại các tiếp điểm thường đóng sẽ mở khi cuộn dây có điện, đóng khi mất điện.
Hệ thống các tiếp điểm có cấu tạo khác nhau và thường được mạ kẽm để đảm bảo tiếp xúc tốt. Các thiết bị đóng ngắt lớn có bộ phận dập hồ quang ngoài ra còn có thêm các tiếp điểm phụ để đóng mạch điều khiển.
Rơ le bảo vệ áp suất và thermostat
Để bảo vệ máy nén khi áp suất dầu và áp suất hút thấp, áp suất đầu đẩy quá cao người ta sử dụng các rơ le áp suất dầu (OP), rơ le áp suất thấp (LP) và rơ le áp suất cao (HP). Khi có một trong các sự cố nêu trên, các rơ le áp suất sẽ ngắt mạch điện cuộn dây của công tắc tơ máy máy nén để dừng máy.
Dưới đây chúng là cấu tạo và nguyên lý làm việc của các rơ le áp suất
Rơ le áp suất dầu
1- Phần tử cảm biến áp suất dầu; 2- Phần tử cảm biến áp suất hút; 3- Cơ cấu điều chỉnh; 4- Cần điều chỉnh; 5-
Hình 10-5 : Rơ le áp suất dầu
Áp sấu dầu của máy nén phải được duy trì ở một giá trị cao hơn áp suất hút của máy nén một khoảng nhất định nào đó, tuỳ thuộc vào từng máy nén cụ thể nhằm đảm bảo quá trình lưu chuyển trong hệ thống rãnh cấp dầu bôi trơn và tác động cơ cấu giảm tải của máy nén. Khi làm việc rơ le áp suất dầu sẽ so sánh hiệu áp suất dầu và áp suất trong cacte máy nén nên còn gọi là rơ le hiệu áp suất. Vì vậy khi hiệu áp suất quá thấp, chế độ bôi trơn không đảm bảo, không điều khiển được cơ cấu giảm tải.
Áp suất dầu xuống thấp có thể do các nguyên nhân sau:
- Bơm dầu bị hỏng
- Thiếu dầu bôi trơn.
- Phin lọc dầu bị bẫn, tắc ống dẫn dầu;
- Lẫn môi chất vào dầu quá nhiều.
Trên hình 10-5 giới thiệu cấu tạo bên ngoài và bên trong rơ le áp suất dầu.
Rơ le bảo vệ áp suất dầu lấy tín hiệu của áp suất dầu và áp suất cacte máy nén. Phần tử cảm biến áp suất dầu “OIL” (1) ở phía dưới của rơ le được nối đầu đẩy bơm dầu và phần tử cảm biến áp suất thấp “LP” (2) được nối với cacte máy nén.
Nếu chênh lệch áp suất dầu so với áp suất trong cacte deltap = pd - po nhỏ hơn giá trị đặt trước được duy trì trong một khoảng thời gian nhất định thì mạch điều khiển tác động dừng máy nén. Khi deltap nhỏ thì dòng điện sẽ đi qua rơ le thời gian (hoặc mạch sấy cơ cấu lưỡng kim). Sau một khoảng thời gian trễ nhất định, thì rơ le thời gian (hoặc cơ cấu lưỡng kim ngắt mạch điện) ngắt dòng điều khiển khởi đến khởi động từ máy nén
Độ chênh lệch áp suất cực tiểu cho phép có thể điều chỉnh nhờ cơ cấu 3. Khi quay theo chiều kim đồng hồ sẽ tăng độ chênh lệch áp suất cho phép, nghĩa làm tăng áp suất dầu cực tiểu ở đó máy nén có thể làm việc.
Độ chênh áp suất được cố định ở 0,2 bar
10.1.2.2. Rơ le áp suất cao HP và rơ le áp suất thấp LP
Rơ le áp suất cao và rơ le áp suất thấp có hai kiểu khác nhau :
* Dạng tổ hợp gồm 02 rơ le
* Dạng các rơ le rời nhau
Trên hình 10-6 là cặp rơ le tổ hợp của HP và LP, chúng hoạt động hoàn toàn độc lập với nhau, mỗi rơ le có ống nối lấy tín hiệu riêng.
Cụm LP thường bố trí nằm phía trái, còn Hp bố trí nằm phía phải. Có thể phân biệt LP và HP theo giá trị nhiệt độ đặt trên các thang kẻ, tránh nhầm lẫn.
Trên hình 10-7 là các rơ le áp suất cao và thấp dạng rời.
Rơ le áp suất cao được sử dụng bảo vệ máy nén khi áp suất đầu đẩy cao quá mức quy định, nó sẽ tác động trước khi van an toàn mở. Hơi đầu đẩy được dẫn vào hộp xếp ở phía dưới của rơ le, tín hiệu áp suất được hộp xếp chuyển thành tín hiệu cơ khí và chuyển dịch hệ thống tiếp điểm, qua đó ngắt mạch điện khởi động từ máy nén.
Hình 10-6 : Rơ le tổ hợp áp suất cao và thấp
Giá trị đặt của rơ le áp suất cao là 18,5 kG/cm2 thấp hơn giá trị đặt của van an toàn 19,5 kG/cm2. Giá trị đặt này có thể điều chỉnh thông qua vít “A”. Độ chênh áp suất làm việc được điều chỉnh bằng vít “B”. Khi quay các vít “A” và “B” kim chỉ áp suất đặt di chuyển trên bảng chỉ thị áp suất.
a- Rơ le áp suất cao HP b- Rơ le áp suất thấp
Hình 10-7 : Rơ le áp suất cao và thấp
Sau khi xảy ra sự cố áp suất và đã tiến hành xử lý, khắc phục xong cần nhấn nút Reset để ngặt mạch duy trì sự cố mới có thể khởi động lại được.
Tương tự HP, rơ le áp suất thấp LP được sử dụng để tự động đóng mở máy nén, trong các hệ thống lạnh chạy tự động. Khi nhiệt độ buồng lạnh đạt yêu cầu, van điện từ ngừng cấp dịch cho dàn lạnh, máy thực hiện rút gas về bình chứa và áp suất phía đầu hút giảm xuống dưới giá trị đặt, rơ le áp suất tác động dừng máy. Khi nhiệt độ phòng lạnh lên cao van điện từ mở, dịch vào dàn lạnh và áp suất hút lên cao và vượt giá trị đặt, rơ le áp suất thấp tự động đóng mạch cho động cơ hoạt động.
Thermostat
Hình 10-8 : Thermostat
Thermostat là một thiết bị điều khiển dùng để duy trì nhiệt độ của phòng lạnh. Cấu tạo gồm có một công tắc đổi hướng đơn cực (12) duy trì mạch điện giữ các tiếp điểm 1 và 2 khi nhiệt độ bầu cảm biến tăng lên, nghĩa là nhiệt độ phòng tăng. Khi quay trục (1) theo chiều kim đồng hồ thì sẽ tăng nhiệt độ đóng và ngắt của Thermostat. Khi quay trục vi sai (2) theo chiều kim thì giảm vi sai giữa nhiệt độ đóng và ngắt thiết bị.
Hình 10-9 : Cấu tạo bên ngoài của thermostat
Các ký hiệu trên bản vẽ
Để thuận lợi cho việc đọc các bản vẽ các mạch điện, trên hình 10-10 dưới đây xin giới thiệu một số ký hiệu qui ước các thiết bị điện của mạch điện các hệ thống lạnh. Đây là các ký hiệu thường hay sử dụng cho các mạch điện hệ thống lạnh hiện nay thường hay được sử dụng.
Mặt khác để tránh nhầm lẫn khi thuyết minh nguyên lý hoạt động của các mạch điện chúng tôi ký hiệu chỉ số “1” cho tiếp điểm thường đóng và chỉ số “2” cho tiếp điểm thường mở.
Hình 10-10: Các ký hiệu qui ước trên các mach điện
ĐIỀU KHIỂN VÀ BẢO VỆ CÁC THIẾT BỊ LẠNH
Bảo vệ máy nén
Máy nén là thiết bị quan trọng nhất trong hệ thống lạnh, vì vậy nó được bảo vệ rất nghiêm ngặt. Khi các điều kiện làm việc không đạt yêu cầu, hệ thống bảo vệ tự động ngắt điện để dừng máy. Cụ thể, máy nén được bảo vệ bởi các thiết bị sau:
Bảo vệ áp suất
- Áp suất cao HP.
- Áp suất dầu OP.
- Áp suất thấp LP
Bảo vệ quá dòng và quá nhiệt (OCR):
- Bảo vệ quá dòng.
- Bảo vệ quá nhiệt.
Bảo vệ khi các điều kiện giải nhiệt không tốt
- Bảo vệ áp suất nước, lưu lượng nước
- Bảo vệ khi bơm nước giải nhiệt dàn ngưng hoặc máy nén ngừng hoạt động
- Bảo vệ khi quạt dàn ngưng không làm việc
- Bảo vệ khi quạt tháp giải nhiệt không làm việc
Bảo vệ khi một số thiết bị khác không làm việc
Trong một số mạch điện, máy nén sẽ tự động dừng khi một thiết bị nào đó không làm việc, chẳng hạn như quạt dàn lạnh, mô tơ cánh khuấy nước muối, bơm nước lạnh vv..
Điều khiển mức dịch ở bình trung gian
Để điều khiển mức dịch ở các bình trung gian trong các hệ thống lạnh 2 cấp người ta sử dụng các van phao điện từ.
Mức dịch ở bình trung gian, nói chung được được khống chế giữa 02 mức: cực đại và cực tiểu.
- Mức cực đại : Khống chế mức cực đại nhằm bảo vệ máy nén tránh hút ẩm, gây ngập lỏng phía cao áp.
- Mức cực tiểu : Nhằm đảm bảo lượng dịch tối thiểu trong bình để tăng cường trao đổi nhiệt cho ống xoắn.
Khi mức dịch trong bình đạt mức cực đại van phao phía trên tác động ngắt điện cuộn dây van điện từ cấp dịch cho bình trung gian, khi đó mức dịch trong bình sẽ không tăng.
Khi mức dịch hạ xuống mức cực tiểu van phao tác động mở van điện từ và dịch được tiết lưu vào bình.
Điều khiển mức dịch ở bình giữa mức
Đối với các bình giữ mức của các dàn lạnh, yêu cầu chỉ bảo vệ mức dịch trên của bình tránh hút lỏng về máy nén, do đó chỉ cần 01 van phao tác động đóng mở van điện từ cấp dịch cho bình và qua đó duy trì mức dịch trong bình ở giới hạn cho phép.
Điều khiển mức dịch ở bình chứa hạ áp
Bình chứa hạ áp được bảo vệ bằng 03 van phao. Nhiệm vụ của các van phao như sau:
- Van phao trên cùng, bảo vệ mức dịch cực đại tránh vượt quá mức cho phép, máy nén có thể hút lỏng về nguy hiểm. Khi đạt mức cực đại van phao tác động đóng van điện từ cấp dịch vào bình.
- Van phao giữa, duy trì mức dịch trung bình, khi mức dịch trong bình giảm xuống mức trung bình, van phao đóng mạch điện van điện từ và cấp dịch vào bình chứa hạ áp.
- Van phao dưới cùng bảo vệ mức dịch cực tiểu, đây là mức dịch sự cố, nhằm bảo vệ bơm. Khi lượng dịch trong bình quá thấp, van phao tác động ngắt điện cuộn dây khởi động từ bơm cấp dịch và bơm cấp dịch sẽ ngừng hoạt động.
Điều khiển nhiệt độ phòng lạnh
Đối với kho lạnh bảo quản hệ thống lạnh hoạt động hoàn toàn tự động và được điều khiển đóng tắt theo nhiệt độ phòng.
Quá trình tác động như sau : Khi nhiệt độ phòng lạnh đạt yêu cầu (xuống bằng nhiệt độ đặt của thermostat), thermostat tác động đóng van điện từ ngừng cấp dịch cho dàn lạnh, máy nén tiếp tục hoạt động nên áp suất hút hạ xuống, sau một thời gian khi áp suất hút xuống thấp rơ le áp suất thấp tác động dừng máy.
Khi nhiệt độ phòng nâng lên cao, thermostat tác động mở van điện từ cấp dịch cho dàn lạnh, áp suất hút tăng lên và rơ áp suất thấp đóng mạch khởi động lại máy nén.
Về mặt nguyên tắc, thermostat có thể trực tiếp tác động mạch điều khiển đóng máy nén. Tuy nhiên để đảm bảo an toàn khi dừng máy phải hút kiệt gas khỏi dàn lạnh nên người ta mới cho hoạt động như đã nêu ở trên.
MẠCH ĐIỆN ĐỘNG LỰC VÀ ĐIỀU KHIỂN MÁY NÉN
Mạch động lực của các máy nén, bơm và quạt
Mạch điện động lực còn gọi là mạch điện nguồn là mạch điện cấp điện nguồn để chạy các thiết bị như máy nén, bơm, quạt vv.. Dòng điện trong mạch điện động lực lớn nhỏ tuỳ thuộc vào công suất thiết bị và do đó công suất các thiết bị đi kèm mạch điện động lực phụ thuộc công suất thiết bị và lựa chọn một cách tương ứng.
Để có khái niệm về một mạch điện động lực ta giả sử có hệ thống lạnh kho cấp đông gồm các thiết bị chính sau đây (hình 10-11):
- Máy nén với mô tơ 75kW
- Bơm cấp dịch dàn lạnh 1,5 kW
- Bơm nước giải nhiệt máy nén 2,2 kW
- Bơm nước giải nhiệt dàn ngưng 3,7 kW
- Bơm nước xả băng dàn lạnh 2,2 kW
- Quạt giải nhiệt dàn ngưng : 2 x 1,5 kW
- Quạt giải nhiệt dàn lạnh : 2 x 2,2 kW
Đối với các động cơ và thiết bị điện của hệ thống lạnh, do công suất lớn nên việc đóng mở các động cơ đều thực hiện bằng các khởi động từ. Các thiết bị đều được đóng mở và bảo vệ bằng các aptomat, tất cả các thiết bị đều có rơ le nhiệt bảo vệ quá dòng. Các thiết bị có công suất nhỏ, ampekế nối trực tiếp vào mạch điện, còn các thiết bị có công suất lớn ampekế được qua biến dòng CT.
Các thiết bị chính trên mạch điện động lực bao gồm :
- MCCB - Aptomat
- CT : Biến dòng
- MC : Tiếp điểm khởi động từ cuộn chạy của máy nén
- MD - Tiếp điểm khởi động từ mạch tam giác
- MS - Tiếp điểm khởi động từ mạch sao
- OCR - Rơle nhiệt
- M - Môtơ ; P – Bơm (Pump); F – Quạt (Fan)
- A – Ampekế
- Dây điện các loại
Hình 10-11 : Mạch điện động lực trong hệ thống lạnh
Đối với động cơ máy nén quá trình khởi động diễn ra như sau :
Khi nhấn nút START trên mạch điều khiển, nếu không có bất cứ sự cố nào thì cuộn dây khởi động từ (MC) có điện và đóng tiếp điểm thường mở MC trên mạch động lực. Trong khoảng 5 giây đầu tiên (đặt ở rơ le thời gian), cuộn dây khởi động từ (MS) có điện và tiếp điểm thường mở MS của nó trên mạch động lực đóng. Lúc đó máy chạy theo sơ đồ sao, dòng khởi động giảm đáng kể. Sau thời gian đặt, rơ le thời gian tác động ngắt điện cuộn (MS) và đóng điện cho cuộn (MD), tương ứng các tiếp điểm trên mạch động lực, MD đóng và MS mở. Máy chuyển từ sơ đồ nối sao sang sơ đồ tam giác.
Đối với các thiết bị có công suất nhỏ như bơm, quạt dòng khởi động nhỏ nên không cần khởi động theo sơ đồ sao – tam giác như máy nén.
Mạch khởi động sao - tam giác
Dòng điện khởi động
Hầu hết các máy nén lạnh cỡ lớn đều sử dụng động cơ không đồng bộ 3 pha. Để khởi động được các động cơ không đồng bộ 3 pha mô men khởi động của động cơ phải đủ lớn để thắng được mô men cản của tải khi khởi động và đồng thời đảm bảo thời gian khởi động nằm trong giới hạn cho phép.
Dòng điện pha khi khởi động được xác định theo công thức sau:
(10-1)
trong đó:
R1 - Điện trở dây quấn stato;
X1 - Điện kháng stato;
R’2 - Điện trở dây quấn rôto qui đổi về stato;
X’2 - Điện kháng dây quấn rôto qui đổi về stato;
Dòng điện khi mở máy khá lớn, gấp 5 7 lần dòng điện định mức. Do đó đối với lưới điện công suất nhỏ khi khởi động máy có thể làm sụt áp mạng ảnh hưởng đến sự làm việc của các thiết bị khác. Vì vậy cần có các biện pháp khởi động hợp lý để giảm dòng khởi động.
Các phương pháp khởi động
Đối với động cơ rôto dây quấn
Để giảm dòng khởi động đối với động cơ loại này người ta nối dây quấn rôto với 01 biến trở khởi động.
Muốn mô men khởi động cực đại hệ số trượt tới hạn phải bằng 1 tức là
(10-2)
Từ đó xác định được điện trở khởi động tối ưu để đạt mô men cực đại
Nhờ mạch rôto có thêm điện trở R’kđ nên dòng điện khởi động giảm
(10-3)
Đối với động cơ lồng sóc
* Khởi động trực tiếp
Đóng trực tiếp động cơ vào mạch điện. Phương pháp này chỉ áp dụng cho các động cơ công suất nhỏ. Đây là phương pháp đơn giản, nhưng dòng khởi động lớn, điện áp sụt nhiều, thời gian khởi động lâu.
* Giảm điện áp stato
Khi giảm điện áp stato thì dòng điện mở máy giảm. Tuy nhiên lúc đó mô men khởi động cũng giảm theo, nên phương pháp này chỉ áp dụng cho động cơ không đòi hỏi mô men khởi động lớn. Để giảm điện áp stato có các cách sau :
- Dùng điện kháng nối tiếp vào mạch stato
- Dùng máy tự biến áp
* Đổi mạch nối sao - tam giác
Phương pháp này áp dụng cho các động cơ khi làm việc bình thường dây quấn stato nối theo kiểu tam giác.
Khi khởi động, mạch điện tự động chuyển nối sao, lúc đó điện áp đặt vào mỗi pha giảm
lần. Sau thời gian khởi động người ta chuyển sang mạch nối tam giác như qui định.
- Dòng điện dây khi nối tam giác:
(10-4)
- Dòng điện dây khi nối sao:
(10-5)
Theo các công thức trên, dòng điện khởi động khi nối sao nhỏ hơn khi nối tam giác 3 lần.
Qua việc nghiên cứu các phương pháp khởi động, chúng ta nhận thấy hầu hết các phương pháp đều làm giảm mô men khởi động. Để khắc phục điều này người ta đã chế tạo loại động cơ lồng sóc kép và loại rãnh sâu có đặc tính mở máy tốt.
Mạch khởi động sao tam giác
Trên hình 10-12 giới thiệu mạch điện khởi động sao - tam giác thường hay được sử dụng trong các hệ thống lạnh.
Hình 10-12 : Mạch khởi động sao - tam giác
Các ký hiệu trên mạch điện
- MC, MS và MD – Cuộn dây khởi động từ sử dụng đóng mạch chính, mạch sao và mạch tam giác của mô tơ máy nén.
- AX - Rơ le trung gian
- T - Rơ le thời gian
Khi hệ thống đang dừng cuộn dây của rơ le trung gian (AX) không có điện, các tiếp điểm thường mở của nó ở trạng thái hở nên các cuộn dây (MC), (MD), (MS) không có điện.
