Thiết bị vận hành bằng tay

1. Sơ lược về các thiết bị điều khiển động cơ

Thiết bị điều khiển là một bộ phận chi phối năng lượng được cung cấp cho tải điện. Tất cả các thành phần được sử dụng trong các mạch điều khiển động cơ có thể được phân loại là thiết bị điều khiển chính hoặc phụ.

• Ta có một số thiết bị điều khiển chính như contactor, bộ khởi động mềm hoặc bộ điều khiển…
• Thiết bị điều khiển phụ như relay, công tắc chuyển đổi, nút nhất, nó được sử dụng để kích hoạt đóng hoặc mở thiết bị điều khiển chính.

Hình 1. Mạch điều khiển động cơ điển hình (mạch khởi động trực tiếp).

Trong hình 1, việc đóng tiếp điểm công tắc có mục đích là để cấp nguồn điện vào cuộn dây contactor. Làm đóng tiếp điểm của contactor thì động cơ sẽ hoạt động.

Trong bài viết này chúng ta sẽ cùng tìm hiểu một vài loại thiết bị phụ điều khiển bằng tay, bao gồm: công tắc, nút nhấn và đèn báo.

Các bạn có thể tải Catalog của các thiết bị trên (hãng Schneider) để tham khảo thêm về cấu tạo, phân loại của chúng.

Download Catalog

2. Công tắc (Switch)

2.1. Khái niệm

Công tắc là tên của một thiết bị (xét trong mạch điện), hoặc một linh kiện (xét trong một thiết bị điện, sử dụng với mục đích để đóng/bật – ngắt/mở/tắt dòng điện hoặc chuyển hướng trạng thái đóng – ngắt trong tổ hợp mạch điện có sử dụng chung một công tắc.

Hay rõ hơn, trong mạng điện, một công tắc có thể cùng lúc chuyển trạng thái đóng – ngắt cho 1 hoặc nhiều mạch điện thành phần. Cầu dao, khóa điện, relay,… là những dạng công tắc đặc biệt, được người Việt đặt tên riêng để phân biệt do cách chế tạo, công năng sử dụng.

2.2. Cấu tạo

Công tắc được cấu tạo từ 2 điểm của đường dây tải điện và cầu nối giữa chúng (giúp 2 điểm “tiếp xúc” với nhau). Công tắc có thể là công tắc đơn (2 điểm, kết nối 1-1) hoặc đa điểm (kết nối 1-n hoặc n-1 hoặc n-n hoặc n-m, trong đó n, m > 1).

Một công tắc có các bộ phận chính sau:

• Tiếp điểm tĩnh.
• Tiếp điểm động.
• Cơ cấu tác động: chuyển trạng thái tiếp điểm.
• Vỏ bảo vệ.

2.3. Phân loại

Chúng ta hãy xem ở hình 2 để biết thêm một số loại công tắc điện, như 2 cực, 3 cực,…

Hình 2. Một số loại công tắc cơ bản.

Hình 3. Công tắc xoay và bảng trạng thái của nó.

Hình 4. Một số công tắc hành trình (Limit Switch).

Cụ thể phân loại như sau:

2.3.1. Theo số pha

• Công tắc một pha.
• Công tắc ba pha.

2.3.2. Theo phương thức tác động

• Công tắc ấn: tác động bằng tay, chỉ có vị trí tác động đóng/ngắt.
• Công tắc gạt (Toggle Switch): tác động bằng tay, có thể có hoặc vị trí tác động.
• Công tắc xoay (Rotary Switch): tác động bằng tay, có thể có nhiều vị trí tác động.
• Công tắc hành trình (Limit Switch): được sử dụng để cảm biến vị trí và tự động tác động, thường có vị trí, nhưng một số loại có vị trí.

2.3.3. Dựa trên số cực và điểm chuyển mạch

Dựa trên số cực và điểm chuyển mạch, công tắc được phân loại thành các loại sau:

• Cực đại diện cho số lượng các mạch điện riêng lẻ có thể được chuyển đổi. Hầu hết các thiết bị chuyển mạch được thiết kế có một, hai hoặc ba cực và được chỉ định là cực duy nhất, đôi cực và ba cực.
• Số lượng điểm chuyển mạch đại diện cho số trạng thái mà dòng điện có thể truyền qua công tắc. Hầu hết các thiết bị chuyển mạch được thiết kế để có một hoặc hai điểm chuyển mạch được chỉ định là điểm chuyển mạch đơn và điểm chuyển mạch đôi.

2.3.3.1. Công tắc chuyển mạch đơn cực, một vị trí – Single Pole Single Throw Switch (SPST)

Hình 5. SPST switches.

• Đây là công tắc ON và OFF cơ bản bao gồm một tiếp điểm đầu vào và một tiếp điểm đầu ra.
• Nó chuyển mạch đơn và nó có thể thực hiện (ON) hoặc ngắt (OFF) tải.
• Các tiếp điểm của SPST có thể là các cấu hình thường mở hoặc thường đóng.

2.3.3.2. Công tắc chuyển mạch 2 cực, một vị trí – Double Pole Single Throw Switch (DPST)

Hình 6. Double Pole Single Throw Switch (DPST)

• Công tắc này bao gồm bốn đầu cuối, hai tiếp điểm đầu vào và hai tiếp điểm đầu ra.
• Nó hoạt động giống như hai cấu hình SPST riêng biệt, hoạt động cùng một lúc.
• Nó chỉ có một vị trí BẬT, nhưng nó có thể kích hoạt đồng thời hai liên lạc, sao cho mỗi tiếp điểm đầu vào sẽ được kết nối với đầu ra tương ứng của nó.
• Ở vị trí OFF, cả hai công tắc đều ở trạng thái mở.
• Loại công tắc này được sử dụng để điều khiển hai mạch khác nhau tại một thời điểm.
• Ngoài ra, các tiếp điểm của công tắc này có thể là các cấu hình thường mở hoặc thường đóng.

2.3.3.3. Công tắc chuyển mạch, 2 cực, hai vị trí – Double Pole Double Throw Switch (DPDT)

Hình 7. DPDT Switch to control Motor direction of rotation.

• Đây là công tắc BẬT / TẮT kép gồm hai vị trí BẬT.
• Nó có sáu thiết bị đầu cuối, hai là địa chỉ liên lạc đầu vào và còn lại bốn là địa chỉ liên lạc đầu ra.
• Nó hoạt động giống như hai cấu hình SPDT riêng biệt, hoạt động cùng một lúc.
• Hai liên lạc đầu vào được kết nối với một bộ liên lạc đầu ra ở một vị trí và ở vị trí khác, các số liên lạc đầu vào được kết nối với một bộ tiếp điểm đầu ra khác.

2.3.4. Công tắc lật

Hình 8. Công tắc gạt (Toggle Switch) và kí hiệu của nó.

• Công tắc chuyển đổi được điều khiển bằng tay (hoặc đẩy lên hoặc xuống) bằng tay cầm cơ khí, cần gạt hoặc cơ chế lắc. Chúng thường được sử dụng như công tắc điều khiển ánh sáng.
• Hầu hết các công tắc này đều có hai hoặc nhiều vị trí đòn bẩy trong các phiên bản của SPDT, SPST, DPST và DPDT. Chúng được sử dụng để chuyển đổi dòng điện cao (cao tới 10 A) và cũng có thể được sử dụng để chuyển đổi dòng điện nhỏ.
• Chúng có sẵn trong các xếp hạng, kích cỡ và kiểu khác nhau.

Các bạn có thể tải Catalog của các công tắc (Switch) để tham khảo thêm về cấu tạo, phân loại của chúng.

Download Catalog

2.4. Nguyên lý hoạt động

Với công tắc ấn và công tắc gạt có trạng thái, khi có tác động (bằng tay hoặc cơ khí) thì các tiếp điểm của công tắc thay đổi trạng thái, có nghĩa là tiếp điểm thường mở thì đóng lại, tiếp điểm thường đóng thì mở ra. Loại công tắc thường gặp là công tắc đèn chiếu sáng sử dụng trong buồng ở, tương tự như công tắc đèn điện ở trong dân dụng.

Với công tắc xoay, thường có nhiều vị trí, khi tác động xoay công tắc thì trạng thái tiếp điểm sẽ thay đổi tương ứng với vị trí công tắc.

Hình 9. Mô tả nguyên lý hoạt động của công tắc – Switch.

3. Nút nhấn

3.1. Khái niệm

Nút nhấn còn gọi là nút điều khiển là một loại khí cụ điện dung để đóng ngắt từ xa các thiết bị điện từ khác nhau: các dụng cụ báo hiệu và cũng để chuyển đổi mạch điện điều khiển, tín hiệu liên động bảo vệ… Ở mạch điện một chiều điện áp đến 440V và mạch điện xoay chiều điện áp 500V, tần số 50Hz, 60Hz, nút nhấn thông dụng để khởi động, đảo chiều quay động cơ điện bằng cách đóng và ngắt các cuộn dây của Contactor nối cho động cơ.

Nút nhấn thường được đặt trên bảng điều khiển, ở tủ điện, trên hộp nút nhấn. Nút nhấn thường được nghiên cứu, chế tạo làm việc trong môi trường không ẩm ướt, không có hơi hoá chất và bụi bẩn.

Nút nhấn có thể bền tới 1 000 000 lần đóng không tải và 200 000 lần đóng ngắt có tải. Khi thao tác nhấn nút cần phải dứt khoát để mở hoặc đóng mạch điện.

Hình 10. Một số loại nút nhấn cơ bản của hãng Schneider.

3.2. Phân loại

– Theo chức năng, trạng thái hoạt động:

• Nút nhấn đơn: Mỗi nút nhấn chỉ có một trạng thái (ON hoặc OFF). Nút nhấn ở trạng thái ON là nút nhấn thường hở; nút nhấn ở trạng thái OFF là nút nhấn thường đóng.

Hình 11. Nút nhấn đơn.

• Nút nhấn kép: Mỗi nút nhấn có hai trạng thái (ON và OFF).

Hình 12. Nút nhấn kép.

– Theo cấu trúc:

• Loại hở: sử dụng trong phòng ở, câu lạc bộ, hành lang,…
• Kín: sử dụng trong buồng máy tàu thuỷ.
• Chống cháy nổ: sử dụng trong các hầm bơm, trên tàu dầu, trong hầm mỏ,…
• Kín nước: sử dụng ngoài trời (thiết bị điều khiển neo, tời quấn dây,…).
• Có đèn báo: đèn báo trạng thái của thiết bị được điều khiển bởi nút ấn.

– Theo số cặp tiếp điểm: thông thường nút ấn có một đến hai cặp tiếp điểm.

• Một cặp tiếp điểm.
• Hai cặp tiếp điểm.

Hình 13. Tổng hợp các loại nút nhấn cơ bản của hãng Schneider.

Lưu ý: Khi chọn nút nhấn cho mạch điều khiển động cơ thì ta phải căn cứ vào nhu cầu sử dụng, chức năng tiếp điểm (thường đóng hoặc thường hở) mà chọn cho hợp lí.

3.3. Cấu tạo

Hình 14. Cấu tạo và hình dáng bên ngoài của một nút nhấn.

Cấu tạo cơ bản của một nút nhấn bao gồm:

1. Núm nút ấn;
2. Lò xo nhả;
3. Tiếp điểm thường đóng;
4. Tiếp điểm động (kiểu cầu);
5. Tiếp điểm thường mở;
6. Ốc đấu dây;
7. Trục dẫn hướng.

3.4. Nguyên lý hoạt động

Nút ấn có đặc tính tự trả về trạng thái ban đầu, có nghĩa là khi tác động, các tiếp điểm của nút ấn thay đổi trạng thái, khi ngừng tác động thì các tiếp điểm tự trở về trạng thái cũ.

Loại nút ấn có chốt cài thì có thể sử dụng như nút ấn bình thường (tự hoàn nguyên) hoặc sử dụng ở chế độ cài. Sau khi tác động, các tiếp điểm thay đổi trạng thái, nếu ngừng tác động thì các tiếp điểm tự trở về trạng thái cũ, nhưng nếu thực hiện cài (thường sử dụng thao tác xoay núm ấn) thì các tiếp điểm vẫn ở trạng thái mới cho đến khi có tác động ngừng cài.

Như hình 14, ta thấy:

• Khi ta ấn lên núm 1, thông qua trục 7 sẽ thực hiện mở tiếp điểm thường đóng và đóng tiếp điểm thường mở.
• Khi ta thôi, không ấn nữa thì phần động (gồm núm điều khiển, trục dẫn hướng và tiếp điểm động) sẽ trở lại trạng thái ban đầu dưới tác dụng của lò xo nhả 2.
• Tất cả các chi tiết của nút ấn đều được lắp trên bảng đấu dây 6.

CÂU HỎI

1. Thiết bị điều khiển động cơ có mấy kiểu đóng – cắt? Kể ra và cho ví dụ một vài loại điển hình.
2. Liệt kê ba ví dụ về các thiết bị chính điều khiển động cơ.
3. Liệt kê ba ví dụ về các thiết bị phụ điều khiển động cơ.
4. Các thuật ngữ “thường mở” và “thường đóng” đề cập đến điều gì khi được sử dụng để xác định trạng thái chuyển đổi của công tắc nút bấm?
5. Có mấy loại nút nhấn? Kể ra và cho biết chức năng của nó trong một ứng dụng cụ thể.
6. Trình bày thành phần cấu tạo, chức năng chính và nguyên lý hoạt động, công dụng và vẽ kí hiệu của các khí cụ điện: công tắc, nút nhấn thường đóng, nút nhấn thường hở, nút nhấn khẩn cấp.
7. So sánh về cấu tạo và nguyên lý hoạt động của nút nhấn nhả với nút nhấn duy trì.
8. So sánh cách hoạt động của một nút nhấn (pushbutton) và một công tắc chọn (selector switch).
9. Nút nhấn đơn là gì? Cho ví dụ.
10. Nút nhấn kép là gì? Cho ví dụ.
11. Tiêu chí để chọn nút nhấn trong mạch điều khiển động cơ là gì?