Trong hệ thống điều khiển động cơ, contactor và khởi động từ thường kết hợp với gì để bảo vệ khỏi quá tải?

Để giải quyết bài toán này, chúng ta cần thực hiện các bước sau:

1. Tính dòng điện định mức của động cơ (Iđm):
Công thức tính công suất tác dụng:
P = √3 * U * I * cosφ * η
Trong đó:
- P = 75kW = 75000W
- U = 400V
- cosφ = 0.88
- η = 92% = 0.92
Vậy:
I = P / (√3 * U * cosφ * η) = 75000 / (√3 * 400 * 0.88 * 0.92) ≈ 132.7 A

2. Tính dòng điện khởi động khi khởi động sao (Ikh_sao):
Theo đề bài, dòng khởi động sao gấp 2.5 lần dòng định mức:
Ikh_sao = 2.5 * Iđm = 2.5 * 132.7 ≈ 331.75 A

3. Chọn khởi động từ cho mạch sao:
Khởi động từ cho mạch sao cần chịu được dòng điện khởi động sao. Do đó, ta chọn khởi động từ có dòng điện định mức lớn hơn hoặc bằng 331.75A. Trong các đáp án, giá trị gần nhất và lớn hơn là 380A hoặc 390A hoặc 480A.

4. Tính dòng điện khởi động khi khởi động tam giác (Ikh_tam giác):
Khi chuyển sang chế độ tam giác, dòng điện qua mỗi cuộn dây sẽ bằng dòng điện pha, và dòng điện khởi động trong chế độ tam giác lớn hơn 3 lần so với chế độ sao.
Vì vậy dòng điện qua mỗi contactor trong chế độ tam giác là: Ikh_tam giác= Ikh_sao * √3 = 331.75 * √3 ≈ 574.5 A. Dòng điện qua mỗi contactor giảm √3 lần do đấu tam giác, vậy dòng điện qua mỗi contactor sẽ là : 574.5/ √3 ≈ 331.75 A
Nhưng do động cơ khởi động sao - tam giác, khi chạy ở chế độ tam giác, dòng điện qua mỗi contactor bằng dòng điện định mức chia cho √3. Do đó, dòng điện qua contactor ở chế độ tam giác là Iđm / √3 ≈ 132.7 / √3 ≈ 76.65 A.
Tuy nhiên, bài toán này không cung cấp đủ thông tin để xác định chính xác dòng điện qua contactor ở chế độ tam giác. Ta chỉ biết rằng, dòng điện khởi động ở chế độ tam giác sẽ lớn hơn dòng điện định mức. Ta có thể tính dòng điện khởi động ở chế độ tam giác theo cách khác: Ikh_tam giác = 2.5*Iđm* √3 = 2.5*132.7* √3 ≈ 574.5 A, và khi đấu tam giác dòng điện qua mỗi contactor sẽ giảm √3 lần, tức là I = 574.5 /√3 ≈ 331.75 A.
Dòng điện khởi động tam giác = 2.5 * Iđm * 3 = 2.5 * 132.7 * 3 ≈ 995.25A. Dòng điện qua mỗi contactor bằng dòng điện pha, và bằng 1/ căn 3 dòng điện dây. Do đó, dòng điện qua mỗi contactor là: 995.25/ căn 3 = 574.5 A.
Nhưng giá trị chọn contactor tam giác phải phù hợp với các đáp án đưa ra. Thông thường contactor tam giác được chọn theo dòng điện định mức của động cơ chia cho căn 3, nhân thêm hệ số an toàn. Vì vậy, chúng ta tham khảo các đáp án có giá trị gần với 76.65 A.

5. So sánh với các đáp án:
- Đáp án A: Sao 480A, tam giác 110A
- Đáp án B: Sao 380A, tam giác 130A
- Đáp án C: Sao 390A, tam giác 150A
- Đáp án D: Sao 480A, tam giác 140A

Trong các đáp án, đáp án C (Sao 390A, tam giác 150A) và đáp án D (Sao 480A, tam giác 140A) có vẻ hợp lý hơn vì giá trị dòng điện sao (390A, 480A) lớn hơn 331.75A và giá trị dòng điện tam giác (140A, 150A) đủ lớn để chịu được dòng điện khi động cơ hoạt động ở chế độ tam giác.

Tuy nhiên, do không có đủ dữ kiện và độ chính xác cần thiết, chúng ta chọn đáp án gần đúng nhất dựa trên suy luận.

Rơ le điện từ là một thiết bị chuyển mạch hoạt động dựa trên nguyên lý điện từ. Cấu trúc cơ bản của nó bao gồm ba thành phần chính: cuộn dây, mạch từ và tiếp điểm.

- Cuộn dây: Khi có dòng điện chạy qua, cuộn dây sẽ tạo ra từ trường.
- Mạch từ: Mạch từ (thường là lõi sắt) tập trung và dẫn từ trường do cuộn dây tạo ra, giúp tăng hiệu quả tác động lên phần ứng (armature).
- Tiếp điểm: Tiếp điểm là các công tắc điện, chúng sẽ đóng hoặc mở khi rơ le được kích hoạt (khi cuộn dây được cấp điện) hoặc khi rơ le ở trạng thái nghỉ (cuộn dây không được cấp điện). Tiếp điểm có thể là tiếp điểm thường đóng (NC - Normally Closed) hoặc tiếp điểm thường mở (NO - Normally Open).

Vì vậy, đáp án D là chính xác nhất. Các đáp án khác không đầy đủ hoặc chứa các thành phần không thuộc cấu trúc cơ bản của rơ le điện từ.

Cầu chì là một thiết bị bảo vệ mạch điện bằng cách ngắt mạch khi dòng điện vượt quá giá trị định mức. Trong trường hợp này, cầu chì định mức 10A, nếu dòng điện đạt 15A (vượt quá định mức), cầu chì sẽ nóng chảy và ngắt mạch để bảo vệ các thiết bị khác khỏi bị hư hỏng do quá dòng. Vì vậy, đáp án đúng là D.

Để chọn aptomat phù hợp cho tủ điều khiển tiêu thụ 25A, cần xem xét đến dòng điện định mức của aptomat và đặc tính bảo vệ của nó.

* Dòng điện định mức: Aptomat phải có dòng điện định mức lớn hơn hoặc bằng dòng điện tiêu thụ của tủ điều khiển để tránh aptomat bị ngắt mạch không cần thiết khi tủ hoạt động bình thường. Tuy nhiên, nếu chọn aptomat có dòng điện định mức quá lớn so với dòng điện tiêu thụ, khả năng bảo vệ khi có sự cố (quá tải, ngắn mạch) sẽ giảm. Trong trường hợp này, 30A là lựa chọn phù hợp hơn 25A.
* Đặc tính bảo vệ: Aptomat chậm (loại C hoặc D) thường được sử dụng cho các tải có dòng khởi động lớn (ví dụ: động cơ), vì chúng cho phép dòng điện tăng cao trong thời gian ngắn mà không bị ngắt mạch. Tủ điều khiển có thể chứa các thiết bị như động cơ, biến tần,... nên aptomat chậm sẽ phù hợp hơn.

Do đó, đáp án đúng nhất là aptomat chậm 30A.

Để chọn cầu chì phù hợp, ta cần tính toán dòng điện định mức chạy trong mạch điện của hộ gia đình. Công thức tính công suất biểu kiến (S) là: S = P / cos(φ), trong đó P là công suất thực (9kW) và cos(φ) là hệ số công suất (0.85).

S = 9 kW / 0.85 ≈ 10.59 kVA

Giả sử điện áp lưới điện là 400V (điện áp dây). Dòng điện định mức (I) được tính bằng công thức: I = S / (√3 * U), trong đó U là điện áp dây.

I = 10.59 kVA / (√3 * 400 V) ≈ 10590 VA / (1.732 * 400 V) ≈ 10590 / 692.8 ≈ 15.29 A

Tuy nhiên, cần chọn cầu chì có dòng điện định mức lớn hơn dòng điện tính toán để đảm bảo an toàn và tránh trường hợp cầu chì bị đứt do quá tải tạm thời. Dòng điện 15.29A là dòng điện tính toán trên lý thuyết, ta cần chọn cầu chì có dòng điện định mức lớn hơn một chút. Trong các đáp án, 25A là giá trị gần nhất và phù hợp nhất để đảm bảo an toàn cho mạch điện.

Vậy, đáp án đúng là: UđmCC = 400 V, I = 25A