Giáo trình Điện công nghiệp

- Khi các transistor chỉ hoạt động ở một trong 2 trạng thái: Hoặc là thông bão hoà hoặc là khoá hoàn toàn thì nó có chức năng như một công tắc điện trong mạch điện một chiều và chế dộ nà

BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG TRUNG HỌC XÂY DựNG CÔNG TRÌNH ĐÒ THỊ

LỜI NÓI ĐẨU

Trường Trung học Xây dưng công trình dô thị trong những năm (¡ 11(1 d(7 có nhiên cô' gắng trong việc xuy dựng cơ sở vật chất, cải tiến mục tiên, nội dung chương trình d ế dào tạo ra những dội ngũ cán hộ kỹ thuật có kiến thức và tuy nghé vững vùng tham gia vào còng cuộc

"Công nghiệp ÌIOÚ, hiện dại hoớ" đất nước Lù dơn vị ỉlutờng xuyên tổ chức các cuộc hội thảo vê khoa học k ĩ thuật, cúc cuộc hồi dưỡng, thi tuyên học sinh giói nghe và tuyên chọn lao dộng đi lùm việc à nước ngoài nên chúng tỏi có dịp tiếp xúc với các cóng nghệ tiên tiến cua các nước trong khu VIte và trên thê giới, dặc hiệt là ngành nước và diện Dó cũng là lý

do mù Bộ Xây dựng dã í/uan tâm, chỉ dạo chu trường hicu soạn hộ giáo trình Dien câng nghiệp - một trong những hộ tài liệu phục vụ tót cho các trường day nghé, trung học và cao dắng vê các lĩnh vực này.

Cuốn sách dề cập đến nhiêu thiết bị diện mói hiện dang ứng dụng rộng rãi trong cóng nghiệp Với mỗi thiết bị déu được giới thiệu một (‘ách chi tiết vê cáu tạo, nguyên /ý hoạt dộng kèm theo các thông sô k ĩ thuật dê hạn dọc có thế tính toán, lựa chọn hoặc tra cứu Bên cạnh

đó túc giả cũng trình bày một s ố kĩ thuật cơ bản sửa chữa, gia công lắp dật diện công nghiệp tiên tiến mà các kì thi tuyên chọn tài nâng tre trong nước vù quốc té dã (lé cập tói.

Bằng sự trình bày ngắn gọn, rõ rùng cùng với nhiêu hình ảnh và hài tập ví du minh hoạ, túc giả hy vọng s ẽ giúp hạn dọc tiếp cận kiến thức vé lĩnh vực diện câng nghiệp một cách khoa học vù dạt hiệu quả cao nhất Cuốn sách cố thê dùng leim tài liệu tham khao cho các dối tượng là công nhân, k ĩ thuật viên bậc trung học, cao dắng diện hoặc không chuyên diện nhưng có nhu cẩu tìm hiểu những vấn dề vé diện công nghiệp ứng dung trong nghê nghiệp của mình.

Tuy dây /à một hộ giáo trình về diện công nghiệp nhưng tác gid dã dưa một sô ứng dụng của k ĩ thuật diện tử - tin học trong công nghiệp d ế giúp hạn dọc những hước di tiêị) theo trong việc nghiên cứu về lĩnh vực tự dộng hoá sau này.

D o bộ tài liệu đề cập đến nhiều vấn đế mới, viết cho nhiều dối tượng ó các trinh dộ khác nhau nên không tránh khỏi những thiếu sót Kính mong các hạn dọc gần xa, các chuyên gia

k ĩ thuật dầu ngành tham gia dóng góp ỷ kiến đê lần túi ban sau được hoàn thiện hơn.

Chúng tôi xin chân thành cảm ơn Vụ T ố chức lao dộng - Bộ Xây dưng, các thây, cô giáo

ở trường Cao dẳng Xây dựng s ố ỉ, trường Cao đắng Xây dựng sô' II, trường Cao dắng Xúy

dựng s ố UI, trường Trung học Xây dựng số IV, trường Trung học Cóng nghiệp III đã có sự

quan tủm đóng góp ý kiên chân thành trước khi bộ tài liệu được hoàn thiện và phút hành.

Hiệu trưởng

Nguyễn Bá Thắng

Chương 1

LINH KIỆN ĐIÊN TỬ TRONG CÔNG NGHIỆP

Để phục vại cho việc nghiên cứu sâu hơn vổ lĩnh vực điện cồng nghiệp và tun hiểu một

số ứng dụng của kĩ thuật điện tử vào lĩnh vục mày, tiong chương này tác giả chỉ giới thiệu một số linh kiện và thiết bị điệu tú ung dụng rộng rãi trong công nghiệp Do khuôn khổ của cuốn sách có hạn ncn mỗi linh kiện chí giới thiệu SO' lược cấu tạo, nguyên lý làm việc

cơ bản và một số ứng dụng của chúng mà không di sâu vào nghiên cứu han chất các hiện lượng vật lý hay chứng minh các công thức Thiết nghĩ, những vấn de cốt lõi nhu' vậv cĩíng

đủ đổ giúp bạn đọc vân dụng dế tìm hiểu vé những thiết bị diều khiến tụ' dộng ỏ' các chương tiếp theo Những vấn đề cụ thế hơn tác giá sẽ trình bày trong mọt tài liệu khác

1.1 ĐIỐT(DIODE)

1.1.1 Sơ lược cấu tạo và ngu ven lv làm việc cứa di ốt

Đi ốt gồm 2 lóp hán dân p, N ghép lại với nhau, dưa ra 2 cưc tương ứng là a nốt (A) và

ca tốt (K) và thường dược kí hiệu nhu' hình 1-la

Tính chất cơ bản cứa di ốt là chí dẫn diện mọt chiéu theo chiều từ a nốt dến ca tốt khi điện áp UAK đạt đến chôn áp ngưỡng (Ưn„,nlJ Khi điện áp UAK <0 hau nhu' di ốt bị khơá, còn khi điện áp U u - t iauợc thì đi ốt sẽ bị tỉánh thủng Hình 1-lb minh hoa dậc lính V-A của đi ốt

A

Hình 1 -la

1.1.2 Phàn loại đi ốt

Theo vật liêu chê tạo:

Đi ốt si-ìíc Loại này có điện trở thuận R lh < 1500Q, diện trơ ngược R ng>3M Q Khi làm

Đi ốt Gec-ma-iu Loại này có điện trở thuận R th< 5 0 0 Q , điện trỏ' ngược R ng>lQ 0K Q Khi

làm việc điện áp thuận L llgƯõln„=0,2 -r0,3 V

Theo công dụng người ta chia ra:

Đi ốt nắn điện được dùng nhiều trong các mạch chỉnh lưu điện xoay chiều thành một chiều

Đi ốt Zê ne: Làm việc ở chế độ phân cực ngược, đặc

trưng của đi ốt Zê ne là điện áp nguõng (Ungưõ11g) Khi

điện áp phân cực ngược đặt vào đi ốt lớn hơn trị số này

đi ốt sẽ bị đánh thủng

Sơ dồ ổn áp một chiều đơn giản hình 1-2 sẽ cho ta

m ột điện áp ra ƯDZ = UngưSng tương đối ổn định khi điện

áp nguồn lớn hơn điện áp ngưỡng Thông thường ta

nên chọn:

U DZ <Unguồn< 2.Udz

Đi ốt phát quang (LED - Light Emitting Diode)

Phô to đi ốt: Điện trở thuận của đi ốt này phụ thuộc và cường độ ánh sáng chiếu vào nó

1.1.3 Một sô ứng dụng của đi ốt

1 M ạch chỉnh lưu m ột pha nữa chu kỳ

D

Hình 1-3 a

Đ iện áp ngược đặt lên đi ốt Ung= 3,14 U0

Khi chưa có tụ lọc và hở mạch tải thì:

U0 =0,45 u 2Khi có tụ lọc và hở mạch tải thì U0= V2 U2

Khi có tải điện áp này phụ thuộc vào điện trử

0

'

Uo ■lo

> ì ũ ư ò n ” p h ó i m n n p cút

0

Hình l-3b

U0: Điện áp ra chỉnh lưu;

U2: Điện áp xoay chiều thứ cấp biến áp nguồn cho chính lưu

Do đi ốt bán dẫn có dặc tính dẫn điện một chiều, từ a nốt đến ca tốt, nên khi đặt lên di ốt một điện áp xoay chiều, đi ốt sẽ chỉ dẫn điện khi xuất hiện bán chu kỳ dưoTig của điện áp này (A nốt có điện thế dương so với ca tốt) Ớ bán chu kỳ âm, dòng điện đi qua đi ốt rất nhỏ, có thể coi như bằng 0 Do vậy dòng điện xoay chieu sau khi đã đi qua di ốt sẽ thành dòng điện một chiều Chiều dòng điện qua phụ lải phụ thuộc vào chiều mắc của đi ÚI, Dòng điện sau khi chỉnh lưu lý tưởng là những nửa hình sin Muốn cho dòng diện này trỏ' nên bằng phẳng, người ta phải dùng các mạch lọc gồm tụ điện - cuộn dây, tu điện-điện trở hoặc đon giản chỉ dùng tụ điện như hình l-3a Hình l-3b minh hoạ dạng sóng điện áp vào và ra sau khi chỉnh lưu

2 Mạch chỉnh lưu m ột pha hai nửa chu kỳ dùng hai điốt

Mạch này đòi hỏi cuộn thứ cấp phải tạo ra 2 cấp điện áp đối xứng H i So'đồ nguyên lýnhư hình 1 -4a Nguyên lý hoạt động như sau:

Ở bán kì đầu A dương hơn B (A dương hon o o dương hơn B), đi ốt D, dãn, đi ốt D2 khoá Bán ki sau D| khoá, D2 dãn Hình l-4b minh hoạ dạng sóng điện áp vào và điện áp ra sau chỉnh lưu

2

Ư1

Điện áp ngược đặt lên đi ốt:

Ung= l , 5 7 U 0Khi chưa có tụ lọc và hở mạch tải thì:

Ư0 =0,45 ư 2Khi có tụ lọc c và hở mạch tải thì:

o

Đưpng phóng nạp

Khi có tải điện áp này phu thuộc vào điện trở tải

Hình l-4b

Trong đó:

u : Điện áp ngược đặt lên đi ốt;

U 0: Điện áp ra chỉnh lưu;

U 2 : Điện áp xoay chiều thứ cấp biến áp nguồn cho chỉnh lưu

3 M ạch chỉnh lull cầu một pha

Xem sơđồ nguyên lý như hình l-5a Nguyên lý hoạt động như sau:

Ở bán kì đâu A dương hon B đi ốt D2, IX dẫn, đi ốt D, và D4 khoá Bán kì sau đi ốt D„

Dj khoá, đi ốt D, và D4 dẫn Hình l-4b minh hoạ dạng sóng điện áp vào và điện áp ra sau chỉnh lun

A +

Hình 1-5 a

Điện áp ngược đặt lên đi ốt:

u „ ,= l,57 u 0Khi chưa có tụ lọc và hở mạch tải thì:

u 0=0,9 u 2Khi có tụ lọc c và hở mạch tải thì;

U0= V 2 U 2Khi có tải điện áp này phụ thuộc vào điện

trở tải

Trong đó:

Ung: Điện áp ngược đặt lên đi ốt;

Uu : Điện áp ra chỉnh lưu;

U, : Điện áp xoay chiều thứ cấp biến áp

nguồn cho chính lưu

1.2 TRANSISTOR LUỠNG cục

1.2.1 Khái niệm

Transistor lưỡng cực gồm có ba lớp bán dẫn loại p, N ghép lại với nhau và được nối ra

ba cực c, B, E Nếu lóp bán dẫn N nằm giữa thì ta có Transistor thuộc loại đèn thuận PNP, Ngược lại, nếu lóp bán dẫn p nằm giữa thì ta có Transistor thuộc loại đèn ngược NPN Cấu tạo và kí hiệu như hình l-6a,b; hình dáng trên hình 1-7

- Đo điện áp ra ở chân c của transistor (kí hiệu là U c), ta thấy điện áp U c = E Như vậy liếp giáp CE đang ở trạng thái hở mạch.

- Hở mạch chân B ta cũng có kết quả tương tự

+0

- Chuyển cực biến trở VR lên dương nguồn (hình 1-9) khi đó sẽ có dòng điện chạy qua tiếp giáp BE do tiếp giáp BE được phân cực thuận (tiếp giáp BE chính là một đi ốt) Dòng

( E - LI - ^điên này đươc goi là dòng cưc gốc Ig Giảm biến trở dể tăng dòng IB I B = -— — Khi

đó ta thấy điện áp Uc giảm dần Tới một vị trí xác định của biến trở thì điện áp Uc « o v Tức là là tiếp giáp CE đã trở thành một dây dẫn Ta nói transistor NPN đã thông bão hoà Giá trị dòng Igkhi đó được gọi là dòng bão hoà Ibh

- Tiếp tục tăng Ig ta vẫn nhận được kết quả Uc « ov

- Thay đổi điện trở tải hoặc thay đổi thông số của transistor ta nhận được các giá trị Ibh khác nhau

- Điện áp đo được tại chân B (khi có dòng IB) tương đối ổn định Cụ thể:

UB w 0,6 -rO,7V đối với transistor silic

UB » 0,2 -r0,3V đối với transistor géc-ma-ni

Hình 1-9

2 Transistor thuận PNP

- Nối mạch như hình 1-10, cung cấp chơ mạch bởi nguồn một chiều li Chùn B của

transistor NPN nối lên dương nguồn, khi dó không có dòng điện chạy qua liếp giáp EB cứa transistor PNP

- Đo điện áp ra ở chân c của transistor (kí hiệu là Uc), ta thấy diện áp IJC = o v Như vậy tiếp giáp EC đang ở trạng thái hở mạch

- Hở mạch chân B ta cũng có kết quả tương tự

Hình 1-10

- Chuyển cực biến trở VR xuống âm nguồn (hình 1-11) khi đó sẽ có dòng điện chạy qua

tiếp giáp EB do tiếp giáp EB dược phân cực thuận Giảm biến trở dể tăng dòng Ifj Khi đó

ta thấy điện áp Uc tăng dần Tới một vị trí xác định của biến trở thì điện áp Uc = +E Tức là

là tiếp giáp EC đã trở thành một dây dẫn Ta nói transistor PNP dã thông bão hoà

Hình 1-11

- Nhò' việc thay đổi dòng điện Ig (rất nhỏ chỉ cỡ m A) m à ta thay đổi được điện áp ra u c

Vì vậy người ta dùng transistor đê khuyếch đại các tín hiệu

- Khi các transistor chỉ hoạt động ở một trong 2 trạng thái: Hoặc là thông bão hoà hoặc

là khoá hoàn toàn thì nó có chức năng như một công tắc điện trong mạch điện một chiều và

chế dộ này dược gọi là chế độ khoú điện tử - được dùng khá nhiều trong kĩ thuật số và trong

công nghiệp

- Dòng diện bão hoà l bh phụ thuộc vào hệ số khuyếch dại và điện trở R t của transistor Ngưưi ta đã chứng minh được rằng đổ transistor thông bão hoà phải thoả mãn điều kiện:

R B< ß R tTrong đó: R B: Điện trở cực gốc;

ß: Hộ số khuyếch đại;

Rp Điện trở cực góp (còn gọi là trở gánh hay trở tải)

1.2.3 Một sô thông sô kĩ thuật cơ bản và những chú ý khi sử dụng transistor

a) Dòng điện cụi góp cho phép ỉ CmaxCI,

Đây là trị số lớn nhất của dòng điện qua tiếp giáp CE của transistor mà nó thể làm việc được trong thời gian lâu dài trước khi bị hỏng Thông thường thì Ic ax từ vài chục m i-li-am pe đến vài chục am pe Điêu kiện cần để transistor có thể làm việc mà không bị quá tải là:

ẪCma>

_E_

R Ĩ <' EvnCmaxCP

h) Điện úp UclLnii,

Đáy lằ điện áp lớn nhất cho phép đặt vào tiếp giáp CE của transistor m à tiansistor không

bị đánh thủng, nếu vượt quá trị số này thì transistor sẽ bị phá hỏng Khi tra bảng thì trị số này đôi khi được ghi là UCBo vì UCBo « UCEmax đối với transistor lưỡng cực, còn đối với transistor trường (FET) thì đó là UDSma Tnông thường giá trị này từ vài chục vôn đến vài nghìn vón Khi transistor bị khoá thì tiếp giáp CE sẽ phải chịu m ột điện áp UCELV nhất định

Nếu tải là điện trở thì UCEK =u„guỏ„.

Nếu tải là cuộn cảm thì UCEK lớn hơn nhiều so với điện áp nguồn (Ullfluoll) do khi nỏ chuyển từ trạng thái dãn sang khoá có thêm sức điện động cảm ứng của cuộn dây Đổ giam điện áp này người ta có thể dùng đi ốt mắc song song với cuộn cam, ngược chiểu với diện

áp nguồn hoặc mắc tụ dập xung và tiếp giáp CE Điều kiện cẩn dể transistor có thô làm viộc

mà không bị đánh thủng là:

U c ’EK UcEmaxc) Hê số khuyếch đai dòng điên p = —- thường bằng từ vài chuc đến vài trăm lẩn

1.2.4 Một số ứng dụng của transistơr

a) On áp một chiểu đơn giản dùng transistoi'

Hình l-12a chỉ cho một mức điện áp ra

Hình l-12b có thể chỉnh được nhiều mức điện áp ra bằng biến trở VR

T

Hình l-12b

Xét sơ đồ hình l-12a ta có điện áp ra U2= Ug - UBE = UD/ - 0,6V VI điện áp trên đi ốt ổn

áp zê-ne U D luôn ổn định nên ta có điện áp ra U2 luôn ổn định

Xét sơ đồ hình 1-12b vì U D? luôn ổn định nên ứng với mỗi vị trí của chiết áp ta sẽ có một điện áp Ug ổn định nên điện áp ra cũng ổn định

Trong quá trình làm việc transistor sẽ phải gánh một điện áp là Ư, - U2, tương đương nó

đã tiêu tán một công suất p = I0(U, - U2) Khi Ư, càng lớn thì p càng lớn và nhiệt độ trên transistor tăng cao và nó có thể hư hỏng Để mạch hoạt động tốt ta lên chọn U2 < Uị < 2.U2

h) Mạch dao động da hài

Mạch dao động đa hài được dùng rất rộng rãi trong các thiết bị điện công nghiệp cũng như dân dụng Nó là phần tử cơ bản để tạo ra tín hiệu nhịp (trong các mạch đèn quảng cáo ), tín hiệu âm thanh (trong các mạch cảnh báo ) Các linh kiện trong mạch gồm:

Khi c 2 nạp đầy dòng nạp bằng 0, tương ứng dòng IB, của T, bằng 0, T, khoá Điện áp trên chân c của T, ở mức cao, tụ Cj lại được nạp điện làm T2 dẫn và C 7 phóng điện làm T,

bị khóa

Quá trình đó cứ tiếp diễn làm cho T| và T, thay nhau thông tắt, tạo nên 2 chuỗi xung vuông ngược pha ử hai chân c của T, và T2 Tần sô dao động của mạch phụ thuộc chủ yếu các giá trị R B1, R b2, c , , C2 Khi ta thay đổi các giá trị này thì tần số dao động của mạch sẽ thay đổi

1.3 THYRISTOR

1.3.1 Khái niệm

Thyristor được viết tắt là SCR (Silicon Controlled R ectifier) bộ nắn điện dược điều khiển làm băng chất silicium

SCR gồm có bốn lớp bán dẫn khác loại P, N nhép với nhau và được nối ra ba cực A, K,

G (A: anốt, K: Catốt, G: Gate) Xem nguyên lý cấu tạo hình l-14a, kí hiệu trèn hình l-14b

và hình dáng của một số Thyristor trên hình 1-15

Hình 1-15

1.3.2 Nguyên lý hoạt động

Về mặt cấu tạo ta có thể xem SCR như hai Transistor PNP và Transistor NPN ghép lại với nhau như hình l-16a, b

Khi cực G chưa có xung dương kích thích (UCK < OV) sẽ không có dòng điện chạy qua

tiếp giáp E^Eị (IBI = 0) của Transistor T, nên Tị khoá Tức ÍCI - 0 => IB2= o, T, cũng bị khóa

==> IC2= 0 tức IA=0 Như vậy trường hợp này SCR không dẫn điện khi đó UAK= Unguón

Nếu ta tăng điện áp UAK đủ lớn sẽ có dòng điện chạy qua tiếp giáp B,E, của Transistor

Tị nên Tị dẫn Tức IC| > 0 => IB2> 0, làm cho T2 dẫn khi đó:

T u cc - U AK

Vì khi SCR thông thì UAK = 0 nên IA » i A

^ t

Khi SCR đã dẫn điện, nếu ta giảm điện áp UAK xuống thì T| vẫn dẫn do T2 đang dẫn (IBI = IC2>Ib2= Ici) tức là ta không cần xung kích thích nữa.

Bây giờ ta phân cực ngược cho SCR, tức là nối cực A vào cực âm và cực K vào cực dương của nguồn điện, trường hợp này tương tự như phân cực ngược cho đi ốt SCR sẽ không dẫn điện m à chỉ có dòng điện rò rất nhỏ đi qua Tuy nhiên khi điện áp ngược quá lớn thì SCR sẽ bị đánh thủng và dòng điện qua theo chiều ngược khá lớn

K ết luận:

Khi kích thích w)o SCR một xung dương có diện áp ỉớn hơn điện úp ngưỡng thì SCR s ẽ thông ị giống như một đi ốt thông thường) M ột khi SCR đ ã thông thì không cần xung kích thích nữa Tuy nhiên, khi SCR dang thông nêu ngắt nguồn cấp cho SCR hoặc phân cực ngược (ỈA - tì) thì khi có điện trở lại SCR s ẽ không thông được nữa M uốn thông trở lại cần phải có xung kích thích.

1.3.3 Một vài thông sô cơ bản của SCR

1 D òng điện thuận cực đại

Đây là trị số lớn nhất của dòng điện qua SCR theo chiều thuận m à SCR có thổ làm việc được trong thời gian lâu dài trước khi bị hỏng IAKmax Thông thường thì IAKmax =1A - 1000A

Để SCR làm việc tốt thì dòng điện qua tải 1A= - ^ —R ^ < I XK

Trong đó: Vcc là điện áp nguồn;

0,7V là điện áp UAKkhi SCR thông;

Rt là điện trở tải

2 Điện áp ngược cục đại

Đây là điện áp ngược lớn nhất cho phép dặt vào A va K mà SCR chua bị đánh thung, neu vượt quá trị số này SCR sẽ bị phá hóng, diện áp ngưực cực dại của SCR thường khoáng tù vài trăm vòn đến vài ki-lô-vôn

3 Dòng điện kích thích tói thiểu hoặc điện áp ngưỡng

Để SCR có thể dẫn điện thì phai có dòng diện dủ 1Ỏ11 (lGmni) kích thích cho cực G cita SCR

Dòng điện IGm„, là trị số dòng kích nhó nhất dit de dieu khiến SCR dẫn diện và dòng lG„„n có trị số lớn hay nhỏ tuỳ thuộc công suất và chung loại cúa SCR nếu SCR có còng suất càng kill thì IGmm phải càng lớn Thông thường IGmintừ 1 mili-ampe den vài chục mili-ampo

Titeo nguyên lý SCR SC tụ duy trì trạng thái dẫn diện sau khi duơc kích Muốn SCR dang

ở trạng thái dẫn chuyển sang trạng thái khoá thì pliai cho I( =0 và cho diện áp UAK < 0 Đế SCR có thể tắt được thì cẩn phải đặt UAK <0V trong một thời gian t tối thiếu nào dó Thời gian đó gọi là thời gian tắt Thời gian tắt của SCR khoáng vài chực micro giây

1.3.4 Một vài ứng dụng cua SCR

Khi sử dụng SCR ta cần chú ý một vài điếm sau:

- Quá trình chuyển từ trạng thái mở sang khoá khỏng xãy ra tức thời Nếu khi Thyristor chua khoá hẳn mà đã xác lập đổ UA.K dương, sẽ làm chập mạch nguồn và hóng Thyristor

- Khi đặt vào Thyristor diện thế xoay chiều, Thyristor chỉ làm việc với bán kỳ dương mà không làm việc với bán kỳ âm của điện thế nuôi Ớ bán kỳ âm Thyristor tự động chuyên vé chế độ khoá do sự đảo cực cùa nguồn điện xoay chiều Sau đây là một vài ứng dụng cúa SCR

a) Chỉnh lưu một pha có điên khiển

Tương tự như đi ốt, SCR có thê’ dùng dể chính lưu Nhưng khác vó'i di ót là chính lưu dùng SCR có thể điểu khiển được điện áp ra theo yêu cầu Sơ dổ nguyên lý nhu hình 1-Ỉ7a Nguyên lý điều khiển như sau:

Dùng một xưng có biên độ đủ lớn và tần số xung bằng với tần số của diện áp xoay chiều chỉnh lưu đặt vào cực G Khi đó SCR sẽ chỉ dẫn điện ở bán kì dương và bắt dầu tại thời điểm sườn lên của xung kích thích Dạng sóng diện áp IT, U(lk, u„ dược minh hoạ trên hình 1-17b

- Nếu góc 9 nằm trong khoảng từ 71 đến cận 2ĩt) thì điện áp ra coi như bằng không.

K ết luận: C hỉ cần thay dối góc lệch pha (còn gọi lù góc mở) giữa xung kích thích và

điện áp xoay chiêu thì ta s ẽ điêu khiến được điện áp ra

h) Mạch điều khiển tốc độ động cơ

Sơ đồ nguyên lý hình 1-18 cho phép

ta điểu khiển tốc độ động cơ vạn năng

M bằng cách vặn chiết áp VR Nguyên

lý hoạt động như sau:

Ban đầu khi SCR chưa dẫn, chưa có

dòng điện qua động cơ, điốt D nắn điện

tạo thành điện áp dương nạp vào tụ c

qua điện trở R, và biến trở VR Khi điện

áp này đủ lớn đưa vào cực G (qua cầu

phần áp R 2 , R 3) kích thích cho SCR

thông trong bán kì dương

Hình 1-18

SCR sẽ tự tắt ở bán kì âm (như dã phân tích trong phần nguyên lý hoat dộng của SCR) Quá trình hoạt động của SCR lại lặp lại ữ chu kì dưưng tiếp theo.

Khi vặn chiết áp VR sẽ làm thay đổi hằng số phóng nap I = (R,+VR).C Tức là làm chậm pha của xung kích thích Từ đó sẽ làm thay dối dòng diện qua dộng cư tương ứng với việc thay đổi tốc độ động cơ

1.4 TRIAC VÀ DIAC

Khác với linh kiện điện một chiều nhu Transistor hay Thyristor mà ta dã nghiên cứu ờ

phần trên, Triac và Diac là loại linh kiện diện xoay chiều Chúng dược dùng chủ yếu đê điều khiển công suất của thiết bị diện xoay chiều

Như trên đã nói, Triac được xem như hai SCR ghcp song song và ngược chiều nên ứng với mỗi trạng thái phàn cực thì nguyên lý hoạt động của Triac tương tự Thyristor Cụ thể:

- Khi cực T, có điện thế dương hơn cực T,, nếu cực G được kích thích xung dương thì Tnac dẫn diện theo chicu từ T , qua T, (hình 1-2la)

- Khi cực T, có diện thế âm hon cực T,,nếu cực G được kích thích xung âm thì Triac dẫn điện theo chiều từ T, qua T: (hình l-21b)

2 N guyên lý làm việc của Triac

Trong mạch điện xoay chiểu thì xuim kích thích Triac được lấy ngay tại nguồn xoay chiều Vì vậy ứng với từng bán kl của điện xoay chiều ta sẽ có cực tính xung (âm hay dương) tương ứng

1.4.2 Diac

Diac dược viết tắt bới từ "Diode Alternative Current Sem ieonductor switch" (công tắc

bán dẫn dòng xoay chiều hai cực)

Về mặt cấu tạo thì Diac gỏm ba lóp bán dẫn p, N ghép với nhau nhir hình 1.22a và được nối ra 2 cực là Tị, To đối xứng nên không cần phân biệt 2 cực nà'' Xem cấu tao và kí hiệu trên hình 1.22b

Xét mạch thí nghiệm hình l.22b nguồn xoay chiêu có thc chinh vô cấp Ban đầu khi

điện áp xoay chiều thấp ta thấy am pe mét xoay chiều chí giá trị rất nhỏ, diện áp trên diac bằng điện áp nguồn, coi như diac không dẫn

Tiếp tục tăng điện áp nguồn tới một giá trị nào đó, giá trị dòng diện Iren am pc mct tăng cao sau đó đạt giá trị cực đại

I

Khi đó điện áp trên Diac giảm dần và trở thành một dây dẫn dòng xoay chiều Như vậy

về mặt nguyên lý làm việc của diac có thể coi như tương đương với một cặp diốt ổn áp Zêne mắc nối tiếp ngược chiều nhau như hình 1.23

Khi biên độ điện áp xoay chiồu nhỏ hơn điện áp

ngưỡng của Zêne thì cả 2 đi ốt này đều khóa

Khi bicn độ điện áp xoay chiều lớn hơn diện áp ngưữnu

của Zêne thì cả 2 đi ốt này sẽ thay nhau dẫn trong từng

bán kì âm dương của nguồn diện xoay chiều (ở mỗi bán kì

thì đi ốt này phân cực thuận còn đi ốt kia phân cực ngược)

Nguyên lý lùm việc

1.4.3 Một vài ứng dụng của Triac và Diac

Trong mạch xoay chiều khi Triac đã làm việc thì điện áp trên hai cực T,, T, rất nhó ncn

nó được coi như một công tắc diện xoay chiều thông thường, chỉ có diều nó là còng tắc bán

dẫn nên việc đóng cắt không phát sinh ra hồ quang hay gây tiếng ồn cơ khí như công tắc cơ khí thông thường Sau đây là một vài ứng dụng của Triac

u) Điều khiển điện ÚỊ) xoay chiều

Sơ đồ nguyên lý như hình 1 -24a Nguyên lý điều khiến như sau:

Sử dụng một xung có biên độ đủ lớn và tần số xung bằng với tần số của điện áp nguồn

xoay chiều kích thích vào cực G Khi đó, ở bán kì dương vào thời điểm kích thích xung dương Triac sẽ dẫn điện theo chiều từ Tt đến T, Ngược lại ở bán kì âm vào thời điểm kích thích xung âm Triac sẽ dẫn điện theo chiều từ Tị đến T2 Dạng sóng điện áp IX, Ulik, U0 được minh hoạ trên hình l-24b

Chú ỷ: Dạng điện áp ra Ư0 trên hình

l-24b chỉ đúng khi tải là điện trở, còn khi

tải là cuộn dây thì dạng sóng U0 sỗ bị "méo

mó" không giống nhu hình l-24b nữa

Hình 1-24(1

b) Điêu khiển công suất í ủa phụ tải xoay chiều

Để điều khiển công suất của

phụ tải mà không tiêu hao

năng lượng điện, hiện nay

Nguyên lý hoạt động của

mạch này tuơng tự như đã phân

c) Bảo vệ điện úp cao cho thiết hí điện tử

nguồn xoay chiều, phía sau cầu chì Trị số của Diac

được lựa chọn sao cho ở điện áp nguồn lớn hơn điện áp

định mức khoảng dưới 30% thì Diac chưa bị đánh

thủng Khi điện áp nguồn lớn hơn 30% điện áp định

mức Diac sẽ bị đánh thủng làm cho cầu chì F bị đứt

bảo vệ an toàn cho phụ tải Sơ đồ nguyên lý hình 1-26

(Ị) T ự động chiếu sáng đèn khi trời tối, không tiếp điểm

F

P h ụ tải

Hình 1-26

Hình 1-27 là sơ đồ tự động chiếu sáng khi trời tối

dùng Triac, Diac và quang trở LDR (LDR có tính chất: điện trở của nó giảm khi cường độ ánh sáng chiếu vào nó càng lớn) Nguyên lý hoạt dộng cúa mạch như sau:

Khi trời sáng, điện trở của LDR giảm,

điện áp trên tụ điện c thấp hơn điện áp

ngưỡng của Diac, Diac không dẫn điện và

Triac không có dòng kích thích nên nó ỡ

trạng thái khoá, đèn D tắt

Khi trời tối, điện trở của LDR tăng, điện

áp trên tụ điện c lớn hơn điện áp ngưỡng

của Diac, Diac dẫn điện đưa xung kích

thích vào Triac làm cho Triac dãn, đèn D tư

động sáng

D

1.5 LINH KIỆN QUANG ĐIỆN TỬ

Đây là những linh kiện có tính chất biến đổi quang năng thành điện năng hoặc ngược lại biến đổi điện năng thành quang năng

Nhóm các linh kiện biến đổi điện năng thành quang năng (nói đơn giản là cho dòng điện chạy qua thì nó phát sáng) như đi ốt phát quang (Light Emitting Diode viêt tăt là LtiEb, hiển thị tinh thể lóng (Liquid Crystal Display viết tắt là LCD)

Nhóm các linh kiện biến đổi quang năng thành điện nang (cho ánh sáng chiêu vào thì dòng điện chạy qua nó thay đổi) như phôto đi ốt, quang trở, transistor quang Sau đây chúng ta chỉ nghiên cứu một số linh kiện quang điện thông dụng

1.5.1 Điốt phát quang

Điốt phát quang LED thường được chế tạo từ các chất Ga, As, R Đặc tính cơ bản giống

đi ốt thông thường tức là cũng chỉ dẫn điện một chiều theo chiều từ anốt đến catốt nhưng điên

áp ngưỡng (điện áp đo theo chiều thuận khi LED

phát sáng) lớn hơn so với đi ốt

Thông thường điện áp này từ 1,6 4-5V Cụ thể:

- Đối với LED màu đỏ điện áp ngưỡng U ngưỡng

= 1 ,6 V - 2 V

- Đối với LED màu xanh lá cây Ungư8ng =2,8V 4- 3,2V

- Đối với LED màu vàng UngưSng =2,4V 4- 3,2V

- Đối với LED màu xanh da trời u ưỡng =3V 4- 5V

- Đối với đi ốt phát tia hồng ngoại u ưSng =1,8V 4- 5V

Đi ốt phát tia hồng ngoại thường có màu trắng, được dùng chủ yếu trong các bộ điều khiển từ xa hoặc trong việc truyền tín hiệu ở các bộ ghép quang

Đi ốt phát ra ánh sáng (LED) nhìn thấy chủ yếu

được dùng làm tín hiệu báo nguồn hoặc báo trạng

thái hoạt động của mạch, sơ đồ hình 1-29

Điện trở R để hạn chế dòng qua LED Thông

thường dòng định mức của LED chỉ từ 10 4- 20mA

Điện trở R được chọn như sau:

Đê cho kết cấu của LED bảy thanh nhỏ gọn, tiện sử dụng người ta thường đấu chung các cực anốt hoặc các catốt và được gọi là LED anôt chung (hình l-30a) hoặc catốt chung (hình l-30b)

-E

Hình l-30b

Vị trí của các LED được sắp xếp thành hình số "8" như hình 1-3la và các kí tự mà LED có thể hiển thị được như hình 1 -31 b.

1.5.2 Quang trở (Photo Resistor)

Quang trở là một linh kiện quang điện có điện trở phụ thuộc vào cường độ ánh sáng chiếu vào nó Chính vì vậy nó còn một tên gọi khác nữa là LDR (Viết tắt của Light Dependent Resistor) Nói chung điện trở của nó tỉ lộ nghịch với cường độ ánh sáng chiếu vào nó Ví dụ như khi bị che tối thì điện trở của nó rất lớn cỡ vài mc ga ôm còn khi được chiếu sáng thì điện trở của nó giảm nhỏ chí còn vài chục ỏm

Xét về mặt cấu tạo thì quang trở được chế tạo bằng cách tạo một lớp bán dẫn (thường là

m ột đường ngoằn ngoèo để giảm kích cỡ) trên nền cách điện sau đó nối ra hai dầu kim loại rồi đặt vào trong một vỏ nhựa trong suốt để nhận ánh sáng từ bên ngoài

Độ nhậy của quang trở phụ thuộc vào vật liệu chế tạo và tần số ánh sáng chiếu vào nó Thông thường nó được chế tạo từ chất Cadmium Sunfit (viết tắt là CdS, dọc là cat-mi sun- phít) hay Cadmium Selenide (viết tắt là CdSe, đọc là cat-mi-sê-lê-nua) Xem hình dáng và

kí hiệu trên hình 1-32

Để lấy tín hiệu điện áp trên quang trở ngưÒ! ta thường mắc quang trở với một điện trở

để tạo thành cầu phân áp Có 2 cách lấy điện áp ra như sơ đồ hình l-33a và hình 1 -33b

M ôt ứng dụng quan trọng của quang trở :

đèn khi trời tối Xem sơ đồ hình 1-34

Trong sơ đồ này, đơn giản chí dùng

một transistor Khi trời sáng điện trở của

quang írở nhỏ, điện áp trên U B của T,

nhỏ, T| khoá, cuộn hút rơ le RL không có

điện, mở tiếp điểm, đèn tắt Khi trời tối

điện trơ của quang trỏ lớn, điện áp trên

U B của T, tang lên, T, dẫn, cuộn hút rơ le

RL có điện, đong tiếp điểm, đèn sáng

Để mạch hoạt động tin cậy hơn ta phải

Khi trời sáng, có ánh sáng chiếu vào quanư trớ, điện trử của nó giảm, điện áp trên chiết

áp VR tăng, T, dẫn, chân c của Tị ỏ' mức thấp hàm cho T, khoá, rơ le RL không có điện, đèn tắt

Khi trời tối, không có ánh sáng chiếu vào quang trở, điện trở của nó tăng, điện áp trên chiết áp VR giảm, T, khoá, chân c của T, ở mức cao làm cho T2 dẫn, rư le RL có điện, đóng tiếp điểm, đèn sáng

+ 12V

Hình 1-35

Hai mạch điện tự động chiếu sáng trình bày ở trên có ưu điểm là thời gian tác động nhanh nhung lại có nhược điểm là tiếp điểm rơ le dễ bị hư hỏng do nó hoạt động không dứt khoát ở thời điểm trời chuyển từ trạng thái sáng sang tối và ngược lại Thậm chí chí cần có đám mây lướt qùa hoặc là ánh sáng đèn ô tô qua lại chiếu và cảm biến trong thời gian rất ngắn cũng làm cho mạch điện tử hoạt động Đê khắc phục nhược điểm này hãng National - Nhật Bản đã chế tạo ra bộ thiết bị tự động chiếu sáng sử dụng cặp quang trở và rơ le nhiệt,

có mã hiệu là E E 8123-821, dòng điện 3A, điện áp 220v ~ Loại này khá phổ biến ở thị trường Việt Nam Sơ đồ nguyên lý hình 1-36

Nquyên lý hoạt động như sau:

Khi trời sáng, có ánh sáng chiếu vào quang trở, điện trở của nó giảm, dòng điện qua dây đốt nóng R tăng làm cho thanh lưỡng kim cũng bị đốt nóng và cong về bên trái, tiếp điểm

K hở mạch, đèn tắt

Khi trời tối, không có ánh sáng chiếu vào quang trở, điện trở cua nó tăng, dòng điện qua dây đốt nóng R giảm làm cho thanh lưỡng kim bị cong về bên phải, tiếp điểm K đóng mạch, đèn sáng

Mạch này có tính chất hoạt động trễ, khi che :ối trong một khoảng thời gian ngắn, thanh lưỡng kim chưa kịp đốt nóng nên nó chưa tác đọng và đèn không sáng ngay

Hình 1-36

1.5.3 Quang điốt (Photo tliode)

Quang điốt có cấu tạo bán dẫn giống như điốt thường nhưng được đặt trong vỏ nhựa trong suốt để nhận ánh sáng nhìn thấy hay tia hồng ngoại từ bên ngoài chiếu vào Có hai loại quang đi ốt:

Loại thứ nhất nhạy cảm với ánh sáng nhìn thấy (đi ốt thu ánh sáng mật trời) Loại này có điện trở ngược phụ thuộc nhiều vào cường độ ánh sáng nhìn thấy Khi được phân cực ngược

nó hoạt động như một quang trở Và có thể dùng làm cảm biến thay thế cho quang trở

Loại thứ hai nhạy cảm với tia hồng ngoại (đi ốt thu tia hồng ngoại) Loại này có diện trở ngược phụ thuộc nhiều vào cường độ tia hồng ngoại Nó được dùng chủ yếu để thu sóng hồng ngoại trong hệ thống thu phát tín hiệu từ xa ở chế độ phân cực ngược

Xem nguyên lý cấu tạo và kí hiệu trên hình 1-37

Hình 1-37

Sau dây là một vài thông sô kĩ thuật chính của photo điốt

- Công suất tiêu tán cực đại: Pmax= 50mW

- Dòng điẹn khi tối: 1= 2pA

- Dòng điện khi được chiếu sáng: I = 7-r8pA (ứng VỚI do mi 100 lux).

- Độ nhạy trung bình s = 0,07|iA/lux

- Điện dung kí sinh: c = 400pF

Tần số làm việc cực đại: f = 1MHz

1.5.4 Quang transistor (Photo transistor )

Quang transistor có cấu tạo như một transistor thông thường nhưng chi đưa ra 2 cực là c,

E và không có cực B Ta có thể coi như trong quang transistor có phó tỏ đi ốt mắc son« song với tiếp giáp CB Khi quang transistor được chiếu sáng sẽ có đòn« ngược di qua phò tồ

đi ốt chạy vào tiếp giáp BE tạo thành dòng IB đê quang transistor làm việc (dẩn) Xem sơ dồ nguyên lý cấu tạo và kí hiệu trên hình l-38a

Để tăng hệ số khuyếch đại, người ta chế tao quang transistor ghép kiểu darlington hình l-38b So với transistor lưỡng cực thì hệ số khuếch dại của quang transistor lớn hon nhiều (từ 100 ^1000 lần)

Tần số làm việc cực đại của quang transistor khoang vài trăm ki-ló-héc trong khi tẩn số làm việc cực đại của quang điôt khoảng vài Mêgahéc

Tuy nhiên, đê can thiệp vào chê độ định

thiên của quang transistor đôi khi ta cũng

gặp quang transistor có cả cực B đưa ra

ngoài Nếu để hở cực B thì mạch làm việc

theo nguyên lý của quang transitor

+E

Quang transistor được ứng dụng trong

các mạch tự động chiêu sáng như hình

1-39 hoặc chế tạo các bộ ghép quang

Nguyên lý hoạt động tương tự như hình

1-34, (đề nghị bạn dọc tự phân tích)

Hình 1-39

1.5.5 Các bộ ghép quang (opto-couples)

/ Sơ lược cấu tạo và nguyên lý làm việc

Một úng dụng quan trọng của linh kiện quang điện tử là được dùng để truyền tín "không dây” theo nguyên tắc: Tín hiệu cần truyền được đưa vào bộ phận phát Sau đó bộ phận phát

sẽ phát ra ánh sáng nhìn thấy hoặc tia hồng ngoại với cường độ biến thiên theo quy luật của tín hiệu Bộ thu sẽ tiếp nhận ánh sáng hoặc tia hồng ngoại phát ra từ bộ phận phát sau đó chuyển thành tín hiệu dưới dạng điện áp hoặc dòng điện Phưomg thức truyền này có ưu điểm rất lớn đó là có thể cách ly tín hiệu vào với tín hiệu ra, tránh bị điện giật ở mạch vào khi mạch ra làm việc ở điện áp cao Trong trường hợp này ta phải sử dụng đường mát riêng, xem sơ đồ nguyên lý hình 1-40

Hình 1-40

2 M ột sô thông sô k ĩ thuật chủ yếu

- Điện áp cách điện giữa phần phát (sơ cấp) và phần thu (thứ cấp) tương đối lớn thường

từ vài trăm vôn đến hàng ngàn vôn

- Bộ ghép quang có thể làm việc với tín hiệu xoay chiều tần số cao

- Hệ số truyền đạt dòng điện (tỉ số giữa dòng điện ra ở thứ cấp Ira với dòng điện vào sơ cấp Ivào) tuỳ thuộc vào bộ ghép quang nhưng thông thường từ vài lần đến vài chục lần

3 M ột s ố bộ ghép quang thông dụng

a ) Bộ ghép quang tra n s is to r (O pto - tra n s is to r)

Loại này phía sơ cấp là một đi ốt phát quang, thứ cấp của nó là m ột photo transistor loại silic Nó có thể đưa ra 4 hoặc 6 chân như hình 1 -41

Hình 1-41

b) Bộ ghép quaII í ; th y ris to r ị O p to - th y ris to r)

Bộ ghép quang thyristor có cấu tạo như hình l-42a và sơ đồ câu trúc như hình l-42b Khi có tín hiệu kích thích đi qua đi ốt phát, nó sẽ phát ra tia hồng ngoại chiếu vào tiếp giáp

CB của T2 làm cho T2 dẫn kéo theo Tị cũne dẫn Sau đó nó phát ra duy trì trạng thái dẫn không cần tín hiệu kích thích từ đi ốt nữa

T 2 K

Hình 1-45

Đây là một loại công tắc không tiếp điểm hoạt động dựa trên nguyên tắc cảm ứng diện

từ Nó được dùng nhiều trong việc xác định vị trí cửa thang máy Sơ dồ nguycn lý của nó như hình vẽ 1-46

Nó bao gồm 1 cuộn dây lồng qua lõi thép 4 (mạch từ hở) gắn trên thành giếng thang máy ở mỗi sàn tầng và thanh sát 2 (phần ứng) gắn trên buồng thang.

Khi đặt vào hai đầu cuôn dây 1 một điện áp xoay chiều ư , thì trong cuộn dây sẽ có một

udòng điện I = -^= r:.-.T = r

Trong đó: R là điện trớ thuần cua cuộn dây;

X=coL là cảm kháng của cuộn dâv

Cảm biến được lắp với rư le điện từ RL như hình l-46b

H oạt động

Khi buồng thang ỏ' xa sàn tàng, mạch từ cúa cuộn dây 1 hở, điện cảm L rất bé Do đó dòng điện I khá lớn du dê cho rư lc tác dỏng Còn khi buồng thang đi đến sàn tầng thì thanh sắt 2 khép kín mạch từ cua cuộn dày 1 Khi đó cảm kháng X=coL của cuộn dây sẽ khá lớn Điều này đồng nchĩa VỚI vice làm dòng diện I giảm xuống rõ rệt và không đủ đê rư

le RL tác động Thông thường người ta mác song song với cuộn cảm một tụ điện c Điện dung của tụ điện c được chon sao cho khi thanh sắt 2 khép kín mạch từ của cuộn dày thì sinh

ra hiện tượng cộng hướng dòna diện (lị = 1(') và dòng điện đi qua rơ le

Điều này đám báo rư le RT ngừng tác dong một cách chắc chắn khi buồng thang đi đến sàn tầng

Cảm biến kiêu điện cam trcn dãy có thế dùng làm công tắc tầng hoặc công tắc hạn chế hành trình hoặc thiết bị dừng chính xác buồng thang tốc độ cao

Ưu điểm cúa nó là làm vice tin cậv khonu gây ra tiếng ồn

1.6.2 Cảm biến quang điẹn

Sơ đồ nguyên lý đươc biếu diễn trốn hình 1 -47a, hình dáng như hình l-47b

+ E

: V

Ũ

Đây thực chất là một bộ ghép quang transistor Nó có chức năng tạo ra một xung khi co vật che chắn nằm ở giữa bộ phận phát và thu, được dùng phố biến trong việc lự dộng xác định vị trí, giới hạn hành trình chuyển dộng, do đếm sản phẩm

Nguyên ỉỷ hoạt động như sau:

Khi chưa có vật che chắn, tia hồng ngoại từ đi ốt phát truyền đến photo transistor làm cho photo transistor dẫn, chân c của nó ở mức thấp, điện áp ra ở mức thấp

Khi có vật che chắn nằm giữa bộ phận phát và thu, photo transistor không nhận du'o'c tia hồng ngoại nên nó bị khoá, chân c của nó ở mức cao, tương ứng ta có một xung diện ử dầu

ra Nếu đưa xung này vào chân B của cặp transistor NPN và rơ le (xem mục 1.5.2) thì ta có một tiếp điểm chuyển sang trạng thái dóng tương ứng

Hiện nay ta cũng gặp một loại thiết bị đóng ngắt quang mà phần phát vq phần thu nằm cùng một phía Bộ phận thu chí có thể nhận được tín hiệu hồng ngoại từ bò phàn phát khi tín hiẹu này dập vào gương (hoặc một vật chắn nào dó) sau đó phán xạ trở lại Thiết bị này dược dùng để phát hiện, chống trộm, tự dộng dóng mở cửa, tự động xả nước trong nhà vệ sinh Hình l-48a là hình dáng của loại cảm biến quang diện kiểu phản xạ khuyếch tán dầu ra

là tín hiệu điện áp, dòng 100mA, mã hiệu E3F2 do hãng OMRON- Nhật Bản sản xuất.Hình l-48b là hình dáng của loại cảm biến quang diện kiểu phán xạ gương dầu ra là tín hiệu điện áp, dòng lOOmA, mã hiệu E3Z do hãng OMRON- Nhật Bản sản xuất

Hình l-48c là hình dáng của loại cảm biến quang điện kiểu phản xạ khuyếch tán đầu ra

là tiếp điểm rơ le, dòng 3A, mã hiệu E3JM cũng do hãng OMRON- Nhật Bản sán xuất

Hình 1-48a Hình l-48b Hình l-48c

1.6.3 Cảm biến nhiệt

Được chế tạo từ các chất bán dẫn rất nhạy cảm với nhiệt độ Đặc tính quan trọng của nó

là có giá trị điện trở phụ thuộc vào nhiệt độ

Theo đặc tính thay đổi theo nhiệt độ, người ta chia thành 2 loại:

_ Cảm biến nhiệt có hệ số nhiệt - trở dương tức là trị số điện trở của nó tăng lên khi nhiệt

độ tăng và ngược lại

- Cảm biến nhiệt có hệ số nhiệt - trở âm tức là trị số điện trở của nó giam đi khi nhiệt

độ tăng

Theo cấu tạo người ta chia thành 2 loại:

] Nhiệt điện trở đơn (thermistor) Loại này được dùng để ổn định chế độ làm việc cho các mạch điện tử , đặc biệt là các mạch khuếch đại công suất.

Để lấy tín hiệu điện áp ra trên điện trở nhiệt ta có thể mắc theo một trong 2 cách sau (Hình 1-49a,b):

lo

Hình 1-49 a

lo

2 Cặp nhiệt (Thermo Couple)

Loại này được ghép từ hai kim loại khác nhau và đưa ra 2 cực tính tương ứng, ỏ' nhiệt độ khác nhau sẽ cho ra các điện áp khác nhau giữa hai đầu ở mức rất nhỏ chí khoảng vài mili-vôn Trong công nghiệp nó được dùng chủ yếu để chê tạo các thiết bị đo nhiệt độ, rơ le khống chế nhiệt độ Xem hình dáng trên hình 1-50

Hình 1-50

Căn cứ vào vật liệu chế tạo người ta chia ra các loại sau:

- Loại T được ghép từ cặp đồng và constantan

Dải nhiệt độ làm việc từ -310°F 4- + 750°F

- Loại J được ghép từ cặp sắt và constantan

Dải nhiệt độ làm việc từ -200°c 4- + 870° c

- Loại K được ghép từ cặp Chromel và Alumel

Dải nhiệt độ làm vice từ <)°c 4 1350°c

- Loại R được ghép từ cặp Platinum với Platinum có trộn thêm Rhodium

Dải nhiệt độ làm việc từ 0°c 4- 1700°c

1 6.4 Một sô ứng dụng của cảm biến trong công ng

ỉ Phát hiện mức nước trong thùng

Cảm biến kiểu điện dung là bộ cảm bicn lý

tưởng đê phát hiện mức trên hoặc dưới của

chất lỏng trong thùng Tín hiệu ra của sensor

sẽ được đưa tới bộ điều khiển lôgic lập trình

PLC, hoặc dùng với bộ điều khiển N600 đóng

mở rơ le cho ngưỡng trên hoặc dưới

(Hình 1-5 la)

2 Plìút hiện ỉìắp và mức trong chai

Cảm biến kiểu điện cảm của 1FM phát

hiện chai thiếu nắp đồng thời bộ cảm biên

điên dung đảm bảo các chai được đổ dầy

đúng mức, hoặc xem chất lỏng trong suốt hay

có màu

(H ìnhl-5 lb)

3 Cảm hiến quang kiểu đẫn phát và thu

đặt dối diện dùng để kiểm soát việc gắn xi

cho sản phẩm y học Tín hiệu được đưa ra

dưới dang xung vuông vào thời diêm năp chai

che tia hồng ngoại

(Hình 1 -51 c)

4 Phát hiện vật siêu nhỏ

Cảm biến dùng cáp quang là thiết bị khá

hữu hiêu khi phát hiên vật có kích thước nho

như chân IC chẳng hạn

(H ìnhl-51d)

Câu hỏi kiểm tra chương

1 Trong sơ đồ chỉnh lun nửa chu kì nếu đảo chiều cực tính của đi ốt thì cực tính của nguồn ra sẽ thay đổi như thế nào? Vẽ sơ đồ dạng sóng minh họa?

2 Có một nguồn một chiều bị m ất dấu cực tính Chỉ dùng 1 đi ốt và bóng đèn tương thích, làm thế nào để xác định cực tính của nguồn trên?

3 Giả sử ta có điện áp xoay chiều 12V~, có thể chỉnh lưu bán kì để nạp điện cho một ắc quy 12VDC- được không? tại sao?

4 So sánh ưu, nhược điểm của phương pháp chỉnh lưu một pha đã trình bày trong chương 1 Với mỗi phương pháp hãy tính tần sô' và trị số của điện áp ra sau chỉnh lưu (khi chưa có

tụ diện) nếu điện áp xoay chiều có tần số là 50Hz?

5 Trong một cầu đi ốt bị mất dấu cực tính, hãy dùng đồng hồ vạn năng để tìm cực tínhcủa cầu đi ốt trên Giả sử trong cầu đi ốt trên có m ột đi ốt bị đứt, làm thế nào để xácđịnh được đi ốt bị đứt đó?

6 Vẽ sơ đồ chỉnh lưu mạch ba pha bằng 3, 6 đi ốt Minh hoạ dạng sóng trong từng trường hợp?

7 Có thể dùng Transistor để ghép thành Thyristor được không? Sơ đồ thế nào?

8 Có thể dùng Transistor để chỉnh lưu được không? Nếu được hãy vẽ sơ đồ?

9 Trong các mạch rơ le một chiều thường có một đi ốt mắc song song với cuộn hút, đi ốt này có tác dụng gì? Giải thích?

10 So sánh sự giống và khác nhau của Thyristor và điôt?

11 So sánh sự giống và khác nhau của Thyristor và transistor?

12 Có thể dùng 1 Thyristor và 1 cầu đi ốt để tạo thành công tắc xoay chiều được không? Nếu được hãy vẽ sơ đồ và trình bày phương pháp kích mở?

13 Sau khi kích thích để Thyristor mở, muốn Thyristor tắt ta phải làm thế nào?

14 Sử dụng công tắc bán dẫn xoay chiều 3 cực Triac có ưu điểm gì hơn so với sử dụngcông tắc cơ khí thông thường? Phương thức kích m ở Triac như thế nào? Tại sao cầnphải chọn tần số xung kích thích bằng tần số điện áp lưới?

15 Diac giống và khác triac ở chỗ nào? Hãy nêu m ột vài ứng dụng của diac Có thể ghép 2

đi ốt Zê ne ngược chiều thành Diac được không?

16 Cho 2 LED 7 thanh khác loại Chỉ dùng đồng hồ vạn năng làm thế nào để xác định được LED nào thuộc loại A nốt chung, LED nào thuộc loại Ca tôt chung?

17 Sự giống và khác nhau giữa quang trở và phôto đi ốt Vẽ sơ đồ lấy tín hiệu điện áp ra trên 2 linh kiện quang điện này?

18 Trong sơ đồ mạch tự động sáng đèn khi trời tối, biến trở VR có tác dụng gì?

19 Cho 1 bộ ghép quang phản xạ gương đầu ra là tín hiệu điện áp, hãy vẽ sơ đồ để có đầu

ra ở dạng tiếp điểm rơ le?

20 Cho 1 bộ ghép quang phản xạ khuyếch tán tín hiệu ra là điện áp, hãy vẽ sơ đồ cảnh báo (chống đột nhập) dùng bộ ghép quang này?

Chương 2

THIẾT BỊ ĐÓNG CẮT, ĐIỂU KHIÊN v à b ả o v ệ m ạ c h đ iệ n

2.1 CẦU DAO HẠ ÁP

2.1.1 Khái niệm chung

Cầu dao hạ áp là loại khí cụ diện dùng để đóng, ngắt mạch điện bẳng tay với tần số dóng cắt thấp, điện áp lên tới 50QV

Theo kết cấu người ta chia ra các !oại san:

Theo công dụng người ta chia ra 2 ¡oại sau.

" Cầu dao đóng cắt thông thường: Thường dùng đóng cắt phụ lải công suất nhỏ

- Cầu dao cách ly: Thường dùng đóng cắt dòng không tải cho các phụ tải công suất trung bình và lớn

2.1.2 Cấu tạo chung và nguyên lý làm việc của cầu dao hạ áp

1 Cấu tạo chung

Những cầu dao nhỏ thường có kết cấu đơn giản (hình 2-1) còn những cầu dao lớn (cỡ hàng trăm Am-pe) thì kết cấu khá phức tạp (xem hình 2-2)

Lưỡi dao

Hình 2-1

Để khắc phục hiện tượng này, người ta có thể giảm dòng ngắt mạch và khi đóng ngắi mạch phải thao tác một cách dứt khoát.

Để giảm dòng ngắt mạch thì trước khi ngắt cầu dao, người ta phải cắt điện các phụ tải trước Như vậy cầu dao này chỉ có nhiệm vu đóng ngắt dòng không tải, rất thuận tiện cho quá trình sửa chữa mạch điện và vì vậy nó còn có tên gọi là cầu dao cách ly Hê thống diều khiển động cơ ba pha gồm: cầu dao - cẩu chì - khởi động từ đơn là một ví dụ (xem chương 3) Trong hệ thống này, khi ta đóng cầu dao thì động cơ chưa hoạt động ngay (tức là đóng điện không tải) còn khi cắt điện thì công tắc tơ phải được cắt điện trước (tức là động cơ đã ngừng hoạt động) sau dó ta mới cắt cầu dao (tức là cầu dao chỉ cắt dòng không tải)

Để giúp cho việc ngắt mach điện bằng cầu dao m ột cách nhanh chóng và dứt khoát người ta bố trì ihCiii luõi uao phụ như sơ đồ nguyên lý cấu tạo hình 2-3

Bộ phận chính của nó gồm: Giá đỡ (1), đc cách điện (2), tiếp xúc tĩnh - ngàni (3), lưỡi dao phụ (4), tay gạt (5), lưỡi dao chính (6), lò so bật nhanh (7).

Ngoài ra, người ta còn trang bị thêm cho cầu dao hệ thống bảo vệ ngắn mạch diện Với cầu dao công suất nhỏ thường trang bị các dây cháy bằng đồng hoăc chì, còn các cầu dao công suất lớn thường trang bị cầu chì ống, bên trong có chứa cát và dây cháy Lóp cát này

có tác dụng tản nhiệt và chặn hồ quang, bảo vệ cho vỏ sứ khỏi bị nứt võ' khi có hiện tượng ngắn mạch

2 Nguyên lý làm viêc của cầu dao có lưỡi dao phụ (xem sơ đồ nguyên ỉỷ cấu tạo hình 2-3)

Khi đóng mạch điện ta kéo tay gạt (5)

lên, lưỡi dao phụ số (4) sẽ tiếp xúc với

ngàm (3) trước, sau đó đến lượt lưỡi dao

chính (6)

Khi ngắt mạch điện, ta kéo tay gạt (5)

xuống, lưỡi dao chính sẽ di chuyển khỏi

ngàm trước, làm cho lò so (7) bị kéo căng

Đồng thời lưỡi dao phụ (4) cũng di chuyển

và tách khỏi ngàm, nhưng nhờ có lực căng

của lò so (7) nên lưỡi dao phụ tách khỏi

ngàm một cách dứt khoát, mạch điện được

cắt đôt ngột, hạn chế được sự phát sinh

hồ quang

2.1.3 Thông sô kỹ thuật và cách chọn lựa cầu dao hạ áp

Khi lựa chọn cầu dao ta cần chú ý các thông số kĩ thuật chính như sau:

- Dòng điện định mức của cầu dao (74) Dòng điện này không được nhỏ hơn dòng điện

tính toán của phụ tải

Để tiết kiệm người ta thường chọn Iđm = ( 1,2-G 5) i tt

- Đ iện áp lùm việc của của cầu dan (V) Đây là điện áp cách điện an toàn giữa các bộ

phận tiếp điện với đế cách điện cỏa cầu dao Điện áp này phụ thuộc vào điện áp của lưới điện mà cầu dao sử dụng, v ề nguyên tắc điện áp này không nhỏ hơn điện áp cực đại của lưới điện

- Số cưc (số lưỡi dao chính)

2,2 ÁP TÔ MÁT

2.2.1 Khái niệm chung

Là loại khí cụ điện dùng để đóng, ngắt điện bang tay nhưng có thể tự động ngắt mạch điện khi có sự cố quá tải hoặc ngắn mạch

Hình 2-3

Theo cơ cấi' rác động (tự ngắt) người ta chia ra 3 loại sau:

Ap lô mát nhiệt: Tác động nhờ cơ cấu điện - nhiệt, như vậy thời gian tác dộng sẽ rất chạm Loại này thường dùng để bảo vệ quá tải

- Áp tô mát điện từ: Tác động nhờ cơ cấu diện - từ, như vậv thời gian tác động sẽ rất nhanh Loại này thường dùng để bảo vệ ngắn mạch

- Áp tô mát điện từ - nhiệt

Theo kết cấu người ta chia ra các loại sau:

Áp tô mát đa năng

2.2.2 Cấu tạo và nguyên lý làm việc cúa áp tô mát dòng cực đại và điện áp thấp.

1 Cấu tạo chung

Hình dáng và cấu tạo của một áp tô mát ba pha thông thường hình 2-4 Tuỳ theo chức nâng cụ thể mà áp tô m át có thể có đầy đủ hoặc một số bộ phận chính sau:

- Hệ thống tiếp điểm và hộ phận dập hô quan g

- C ơ cấu túc động (cơ cấu ngắt mạch) nhiệt: Cơ cấu này làm nhiệm vụ ngắt mạch khi

quá tải, hoạt động dựa trên sự co dan vì nhiệt của thanh lưỡng kim - tương tự như rơ le nhiệt thông thường

- C ơ câu tác động điện từ: Cơ cấu này gồm một nam chàm điện (cuộn dây diên từ và lõi

thép) làm nhiệm vụ ngắt mạch khi có hiện tượng ngắn mạch - hoạt động tương tự rơ le điện

từ v ể nguyên tắc, khi có hiện tượng ngắn mạch thì cơ câu tác động điện từ sẽ tác động trước, vì vậy nếu một áp tô mát được trang bị cả 2 cơ cấu trên thì dòng điện tác động tức thời phải có giá trị lớn hơn nhiều dòng điện tác động chậm

Hình 2-4

2 Nguyên lý làm việc của áp tỏ mát dòng cực đại và điện áp thấp

Xem nguyên lý cấu tạo trên hình 2-5

Khi đóng áp tô mát bằng tay

thì các tiếp điểm (2) của áp tô

mát đóng lại đê cấp điện cho

phụ tải làm việc

Khi mach điện bị quá tải,

dòng điện quá tải chạy qua phần

tử đốt nóng (8) lớn hơn bình

thường Nó sẽ đốt nóng thanh

lưỡng kim làm cho thanh lưỡng

kim bị cong lên tác độn« vào