Từ ĐIỆN xuất phát từ Ai Cập cổ. Đã có khám phá rằng, thanh hổ phách tạo lực lạ hút tóc người và tạo tia lửa. Tên Ai Cập của hổ phách là (elektron) và các khám phá sâu hơn về các hiện tượng bí ẩn, lực này mang điện. Điều mà người Ai Cập cổ phát hiện ra nay gọi là Điện tĩnh và chúng ta biết rằng có trường điện tĩnh xung quanh vật tích điện, tương tự trường điện từ. Thậm chí đến thời đại máy tính ngày nay, năng lượng hạt nhân và các nghiên cứu về vật liệu siêu dẫn, câu hỏi Điện là gì? còn chưa thể giải đáp hết. Chúng ta chỉ có thể quan sát và mô tả các tác động của điện và chúng ta biết rằng có sự khác biệt khi thay đổi vật liệu (như kim loại chẳng hạn), nhưng chúng ta không biết chính xác đó là gì. Điện tĩnh không thể được sử dụng như nguồn điện. Điện áp có thể tăng rất cao, nhưng dòng điện lại rất nhỏ và khi mất điện, mọi thứ biến mất mãi đến khi sự ma sát tạo ra điện trường mới. Ứng dụng năng lượng điện cần một nguồn khác.
Điện là gì?
Điện tĩnh
Từ "điện" có nguồn gốc từ Ai Cập cổ, nơi người ta phát hiện rằng thanh hổ phách có khả năng hút tóc người và tạo ra tia lửa Tên gọi của hổ phách trong tiếng Ai Cập là "elektron" Những khám phá này đã dẫn đến việc hiểu biết về hiện tượng "điện tĩnh", một lực bí ẩn mà người Ai Cập cổ đã nhận ra.
"trường điện tĩnh" xung quanh vật tích điện, tương tự trường điện từ.
Dù trong thời đại máy tính hiện đại, câu hỏi "Điện là gì?" vẫn chưa có lời giải đáp thỏa đáng Chúng ta chỉ có thể quan sát và mô tả tác động của điện, nhận thấy sự khác biệt khi thay đổi vật liệu như kim loại, nhưng bản chất thực sự của điện vẫn là một bí ẩn Điện tĩnh không thể được sử dụng làm nguồn điện, vì mặc dù điện áp có thể rất cao, dòng điện lại rất nhỏ và sẽ biến mất khi không có nguồn cung cấp, cho đến khi sự ma sát tạo ra một điện trường mới Do đó, việc ứng dụng năng lượng điện cần phải có một nguồn khác.
PIN, Dòng Điện Một Chiều
Count Alessandro Volta là nhà vật lý người Ý, sống từ năm 1745 đến
Năm 1827, một trong những khám phá quan trọng nhất là sự ra đời của PIN, được cấu tạo từ hai tấm kim loại khác nhau và một lớp vật liệu giống felt nằm trong dung dịch acid Nguyên lý hoạt động đơn giản của "bánh mì kẹp thịt" này tạo ra dòng điện Để tăng cường năng lượng, nhà phát minh Volta đã gia tăng số lượng các ổ bánh, từ đó tạo ra nguồn điện có thể sử dụng lâu dài, được gọi là "Chuỗi Điện Áp" Điện áp của PIN phụ thuộc vào hai bản cực, và loại thành phần này được biết đến với tên gọi "PIN khô".
Có một loại pin gọi là "PIN ướt" hay "PIN Galvanic", được phát triển bởi L Galvani, một nhà vật lý và giáo sư y khoa người Ý PIN Galvanic bao gồm một bình chứa axit sulfuric làm chất điện phân, cùng với một thanh đồng và một thanh kẽm Khi hai thanh này được kết nối bằng dây dẫn, thanh đồng sẽ nhường điện tích cho thanh kẽm, tạo ra dòng điện.
Hình 1.1 - PIN “ướt” trước đây đã gợi ra nhiều câu hỏi về năng lượng bí ẩn Để hiểu rõ vấn đề, các thí nghiệm hóa học đã cung cấp những mô tả đơn giản nhưng chính xác về nguyên lý hoạt động của PIN Việc này không chỉ giúp giải thích cách thức hoạt động của PIN qua các thời kỳ mà còn mở rộng hiểu biết về các hiện tượng tương tự trong lĩnh vực điện tử, đặc biệt là các linh kiện bán dẫn.
Oxy có ký hiệu là O, trong khi Hydro được ký hiệu là H Chẳng hạn, trong nước, hai nguyên tử hydro kết hợp với một nguyên tử oxy tạo thành phân tử H2O Tương tự, Acid Sulfuric được biểu diễn bằng công thức H2SO4, trong đó mỗi phân tử bao gồm hai nguyên tử hydro, một nguyên tử sulfur và bốn nguyên tử oxy.
Acid sulfuric tách lại thành hai phần, H2 và SO4 (Sulphate), tạo ra ion sulphate mang điện tích âm và ion hydro mang điện tích dương.
Ion là gì? Nguyên tử của tất cả các vật liệu chủ yếu bao gồm hạt nhân và các điện tích xung quanh Ví dụ, nguyên tử oxy có tám điện tích, với hai ở lớp trong và sáu ở lớp ngoài, trong khi nguyên tử nitơ có năm điện tích ở lớp ngoài Hạt nhân giữ các điện tích này ổn định nhờ lực điện, duy trì trạng thái cân bằng Khi một điện tích rời khỏi quỹ đạo do tác động bên ngoài, nguyên tử trở thành ion dương vì mất điện tích Ngược lại, khi một điện tích gia nhập vào nguyên tử, nó trở thành ion âm.
Kẽm giải phóng các ion kẽm mang điện tích dương trong dung dịch acid, dẫn đến việc thanh kẽm còn lại một lượng điện tích âm Quá trình này tiếp tục diễn ra cho đến khi đạt trạng thái cân bằng Tương tự, thanh đồng cũng có sự thay đổi điện tích, nhưng thanh kẽm vẫn giữ được điện tích âm cao hơn, tức là tích trữ nhiều điện tích hơn thanh đồng Khi hai thanh kim loại được kết nối bằng sợi dây kim loại, điện tích sẽ di chuyển từ thanh kẽm sang thanh đồng, tạo ra dòng điện.
Sự khác biệt về tích điện giữa hai thanh kim loại được gọi là điện thế, hay lực điện, và được đo bằng đơn vị Volt, mang tên nhà phát minh đầu tiên ra năng lượng điện Trong tiếng Anh, điện thế được gọi là "Điện Áp" Cụ thể, sự kết hợp giữa Kẽm và Đồng tạo ra năng lượng điện động đạt 1.1 Volt.
Khi ô galvanic hoạt động, điện tích di chuyển từ thanh kẽm đến thanh đồng qua các electrolyte, dẫn đến quá trình phân hủy điện phân Hydro hình thành và bao phủ điện cực đồng, làm dừng sự dịch chuyển của điện tích Axit sulfuric còn lại tác dụng với kẽm, nhanh chóng giảm năng lượng điện động Để duy trì hoạt động của ô, thanh đồng được phủ bằng vật liệu có khả năng liên kết hydro và chuyển đổi thành nước bằng cách giải phóng oxy, cho phép ô hoạt động cho đến khi kẽm hoàn toàn bị ăn mòn.
Trả lời khái quát câu hỏi đầu đề: "Điện là dòng di chuyển của các hạt mang điện tích".
Các Thiết Bị Tiêu Thụ Điện
Ô "Tiêu Thụ" hoạt động giống như ô galvanic, nhưng thay vì sử dụng thanh đồng và thanh kẽm, nó có hai thanh dẫn điện Thanh điện phân được bảo vệ chống ăn mòn bởi axit, tuy nhiên, hệ thống này chưa hoạt động hiệu quả Bề mặt của tấm kim loại sẽ sớm bị bao phủ bởi chì, sản phẩm kết hợp giữa chì và axit sulfuric.
Trước khi tích điện chúng ta có lead sulphate, PbSO4 trên cả hai tấm kim loại và electrolyte, acid sulphuric H2SO4.
Khi cho phép dòng điện một chiều chạy qua ô dẫn, hydro (H2) di chuyển đến đĩa tích điện âm, trong khi SO4 di chuyển đến đĩa tích điện dương Quá trình này dẫn đến việc hydro kết hợp với lead sulphate để tạo ra lead thuần khiết, trong khi SO4 từ acid kết hợp lại để hình thành acid sulphuric Phương trình phản ứng có thể được biểu diễn như sau: PbSO4 + PbSO4 + 2 H2O.
Theo phương trình Pb + PbSO4 + 2 H2SO4, hai đĩa có giá trị bằng nhau, cho thấy sự tương đồng giữa tất cả các nguyên tố ở cả hai phía của phương trình, mặc dù chúng được kết hợp lại.
Phản ứng xảy ra ngược lại khi tiêu thụ xảy ra và dòng điện chạy theo hướng ngược lại:
Pb + PbSO4 + 2 H2SO4 => PbSO4 + PbSO4 +2 H2O.
Tiến trình này tạo ra lực hút điện khoảng 2 Volt giữa hai cặp điện cực và có thể được lặp lại bằng cách nạp lại điện Để đạt được 6 Volt, cần nối ba ô điện liên tiếp.
Máy Phát Điện
Nguồn cấp điện hiện nay được sản xuất bởi máy phát, được dẫn động bởi nước, hơi nước hoặc các nguồn năng lượng khác Năng lượng lớn này được chuyển đổi thành điện năng và được phân phối trên toàn cầu qua hệ thống đường dây cao áp.
Nguyên lý hoạt động của máy phát điện dựa trên lực hút nam châm, và chúng ta sẽ giải thích chi tiết về nguyên lý này trong phần "Máy Phát Điện".
Các định luật cơ bản
Mạch Điện Cơ Bản
Một mạch điện cơ bản luôn là vòng kín, với ba phần thiết yếu sau:
Phần tử đóng ngắt mạch
Mở công tắc Đóng công tắc
Hình 1.2 - Mạch điện cơ bản; a: tiếp điểm mở, đèn tắt; b: tiếp điểm đóng, đèn sáng
Nguồn điện, bao gồm PIN, tích điện và máy phát điện, là nguồn cung cấp điện chủ yếu, đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra lực di chuyển cho các điện tích Nếu thiếu các thiết bị này, quá trình di chuyển điện tích sẽ không thể diễn ra.
Tải điện có thể là đèn, cuộn dây, hoặc dây đốt Nếu không có tải, hiện tượng "ngắn mạch" sẽ xảy ra khi hai cực của nguồn điện được nối với nhau, dẫn đến dòng điện đạt cực đại có khả năng làm nóng và nung chảy dây dẫn Để ngăn ngừa hỏa hoạn, nguồn điện cần được bảo vệ bởi cầu chì, một sợi dây dẫn mảnh dễ bị nung chảy và đứt khi dòng điện vượt quá mức cho phép.
Phần tử đóng ngắt mạch là thiết bị quan trọng dùng để điều khiển tải trong mạch điện Chúng có thể được lắp đặt ở bất kỳ vị trí nào trong mạch, thực hiện chức năng đóng và ngắt mạch Khi không có tiếp xúc, tiếp điểm ở trạng thái "mở", và khi có tiếp xúc giữa hai đầu, tiếp điểm sẽ chuyển sang trạng thái "đóng".
Trong các van khí nén, cần lưu ý rằng ý nghĩa của các thuật ngữ có sự khác biệt; van được coi là "mở" khi có kết nối giữa ngõ vào và ngõ ra, trong khi đó, nó được xem là "đóng" khi nguồn cấp bị ngắt.
Định luật Ohm
Định luật Ohm mô tả mối quan hệ giữa điện áp, dòng điện và điện trở. Chúng ta có thể so sánh như sau:
Điện áp so sánh với áp suất vì cả hai cùng là thế năng, Đèn
Dòng điện có thể được so sánh với lưu lượng dòng khí, vì cả hai đều được tạo ra từ các nguồn thế năng riêng biệt Sự dư thừa của phân tử khí trong bình chứa được nén lại, tương tự như cách mà dòng điện tích dư thừa di chuyển từ thanh kẽm sang thanh đồng trong pin, khi có sự chênh lệch áp suất.
Điện trở trong kỹ thuật khí nén không có đơn vị riêng, nhưng nghịch đảo của nó, gọi là Điện dẫn G, có đơn vị là Siemens (S), với S = 1/W Điện dẫn G thể hiện khả năng dòng chảy của khí nén, được đo bằng tiết diện mặt cắt ngang S tính bằng mm², hoặc so sánh với hệ số lưu lượng kv hoặc Cv.
Để hiểu rõ về điện trở, điện áp và dòng điện, chúng ta cần xem xét vai trò của PIN trong việc giải thích sự di chuyển của các hạt mang điện tích giữa các nguyên tử Sự di chuyển này phụ thuộc vào loại vật liệu sử dụng trong kết nối, cũng như chiều dài và tiết diện của dây dẫn Cụ thể, một dây dẫn lớn và ngắn sẽ có điện trở nhỏ hơn so với dây dẫn nhỏ và dài, tương tự như cách mà ống dẫn khí nén hoạt động.
Đối với các vật liệu như đất nung hoặc kính, khả năng cho phép điện tích di chuyển qua lại rất hạn chế, dẫn đến trở kháng của chúng trở nên vô cùng lớn Những vật liệu này được gọi là "Vật Cách Ly".
Định luật Ohm xác định:
Điện áp bằng tích của dòng điện và trở kháng V = A Ohm
Ohm là đơn vị của trở kháng, Ohm Tuy nhiên, đơn vị này không phù hợp trong nội dung này, nhưng mà mối liên hệ:
1 Ohm = 1 V / 1 A Đơn vị của dòng điện là A (Ampere), là khám phá quan trọng của nhà toán học người Pháp và nhà vật lý Andre Ampere (1775-1836).
Mẹo nhỏ để nhớ mối liên hệ giữa ba đơn vị trong định luật Ohm có tam giác ở hình 1.3.
Hình 1.3 - Tam giác định luật Ohm
Kết nối nối tiếp
Khi Volta cần tăng năng lượng cho phần tử tích điện, ông kết nối chúng theo cách nối tiếp, giúp điện thế của từng phần tử được cộng lại Việc sử dụng đĩa có điện tích lớn hơn sẽ tạo ra dòng điện mạnh hơn Tương tự, nếu các phần tử được kết nối song song, kết quả cũng sẽ đạt được hiệu suất tương tự.
Tổng trở kháng của số điện trở mắc liên tiếp lá của các giá trị riêng lẻ.
Hình 1.4 - Mắc mạch nối tiếp, a là điện trở, b là PIN
Mạch mắc nối tiếp của ba điện trở với giá trị khác nhau cho thấy rằng tất cả các phần tử trong mạch đều có cùng dòng điện Theo định luật Ohm, áp rơi trên mỗi điện trở được tính bằng công thức V = I x R Trong mạch, tổng trở kháng là 3.5 ohm và khi dòng điện là 2 A, áp đầu vào là 12 V sẽ giảm xuống còn 10 V sau khi đi qua điện trở đầu tiên Tại điện trở giữa, áp rơi là 4 V, dẫn đến áp còn lại là 6 V, trong khi điện trở cuối 0.5 ohm làm giảm áp thêm 1 V, còn lại 5 V.
V Tổng trở kháng 3.5 ohm, tổng rơi áp là 2*3.5 = 7 V.
Trong hình 1.4b, ba PIN được mắc nối tiếp, mỗi PIN cung cấp 1.5 V và dòng điện 0.5 A Cực âm của PIN thứ hai tiếp xúc với cực dương của PIN thứ nhất, tạo ra điện áp 1.5 V cho cực âm đầu và 3 V cho cực âm thứ hai Số lượng PIN có thể gia tăng để đạt được điện áp mong muốn, miễn là tất cả các PIN đều có cùng dòng điện Việc mắc nối tiếp các PIN sẽ tăng điện áp, trong khi dòng điện qua mỗi PIN vẫn giữ nguyên.
Mắc song song
Mạch song song, dòng điện có thể được cộng lại và tổng điện trở thấp hơn điện trở nhỏ nhất Giá trị điện trở là:
Hình 1.5 - Mắc song song, a là điện trở, b là PIN
Hình 1.5a, ba điện trở là 10, 20 và 50 ohm được mắc song song Trở kháng tổng là.
Tổng dòng điện lúc này là I = 10 V / 100/17ohm = 1.7 A
Định luật Kirchhoff
Định luật Kirchhoff mô tả cách dòng điện phân chia qua các kết nối song song, với công thức tổng quát là tổng dòng điện I tổng bằng tổng các dòng điện thành phần, tức là I tổng = I1 + I2 + + In.
Hình 1.5a, áp trên mỗi điện trở bằng 10 V.
Dòng điện qua điện trở bên trái là 1 A, trong khi điện trở giữa cho 0.5 A và điện trở bên phải là 0.2 A Tổng dòng điện trong mạch đạt 1.7 A, và kết quả này cũng được xác nhận khi tính toán tổng điện trở và áp dụng định luật Ohm.
Mạch mắc song song của ba PIN, như thể hiện trong Hình 1.5b, có đặc điểm là điện áp bằng nhau cho tất cả các PIN, điều này là điều kiện cần thiết cho mạch song song Tổng dòng điện trong mạch này bằng tổng dòng điện của từng PIN, mặc dù điện áp không thay đổi nhưng dòng điện lại lớn hơn Điều này được giải thích bởi diện tích bề mặt kim loại lớn hơn ba lần, cho phép nhiều điện tích di chuyển qua trong cùng một khoảng thời gian.
Từ Trường
Khi một thanh kim loại được đặt trong vùng từ trường, nó sẽ trở thành nam châm và có khả năng hút các vật bằng sắt Đường sức từ được thể hiện qua sự sắp xếp của các miếng sắt trên tấm giấy đặt trên nam châm Nam châm có hai đầu, được gọi là cực bắc và cực nam Nếu nam châm được thả nổi trên mặt nước, một đầu sẽ tự động hướng về cực bắc, được gọi là cực bắc.
Hai cực khác dấu hút nhau, hai cực cùng dấu đẩy nhau. Đường sức từ như trong hình 2.6a.
Các nam châm có thể được sắp xếp liên tiếp, tạo ra một từ trường tổng hợp Khi hai nam châm có cực khác nhau được nối lại, từ trường của chúng kết hợp thành một từ trường duy nhất với độ lớn bằng tổng độ lớn của hai từ trường thành phần.
Hình 1.6 - Đường sức từ của nam châ m
Dòng điện trong dây dẫn tạo ra trường điện từ, thể hiện mối quan hệ tương hỗ giữa chúng Trường điện từ bao gồm các "đường sức từ" khép kín, xuất phát từ tâm.
Hiện tượng dẫn điện xảy ra khi dây dẫn đi xuyên qua một trường điện từ, tạo ra dòng điện trong sợi dây Điều này được minh họa trong hình 2.7b, nơi đồng hồ Ampere cho thấy kim chỉ ở điểm chuẩn trước khi dịch chuyển và xoay theo chiều kim đồng hồ khi có dòng điện.
Điện từ dẫn là hiện tượng mà dòng điện tạo ra một trường điện từ xung quanh dây dẫn Khi dây dẫn di chuyển qua trường điện từ, nó sẽ sinh ra dòng điện bên trong dây dẫn đó.
Sản phẩm của dòng điện trong vật dẫn được gọi là điện từ "dẫn", xảy ra khi từ trường thay đổi Hiện tượng này được ứng dụng trong máy phát điện, nơi dòng điện được sinh ra từ cuộn dây xoay trong trường điện tĩnh Dòng điện xoay chiều, với sự thay đổi liên tục trong mỗi bán kỳ, là kết quả của quá trình này.
Hướng di chuyển của vật dẫn điện trong từ trường xác định chiều dòng điện Nếu vòng dây trong hình 1.7b quay ngược lại, kim chỉ của đồng hồ Ampere sẽ xoay theo hướng ngược lại.
- Nguyên lý Phát Điện, Dòng xoay chiều
Hiện tượng trong hình 1.7b được ứng dụng vào máy phát điện Nguyên lý được cho trong hình 1.8
Hình 1.8 - Nguyên lý máy phát điện
Khi vòng dây được quay qua trục quay, hai phần song song của nó cắt qua đường giữa hai cực nam châm, tạo ra một dòng điện trong vòng dây Vòng dây này có hai cổ góp cho phép dòng điện truyền qua bề mặt trượt.
Khi crank di chuyển xuống phía cực nam, dòng điện trong vòng dây phía trên sẽ chạy xuyên qua crank, được gọi là dòng điện dương Ngược lại, dòng điện trong vòng dây phía dưới sẽ mang giá trị âm do đường từ bị cắt theo hướng ngược lại Nếu quan sát từ phía cực S, dòng điện trong vòng dây sẽ ngược chiều kim đồng hồ tại cực S và thuận chiều kim đồng hồ khi crank di chuyển đến phần khác.
N Vì thế dòng điện là thay đổi với mỗi lần, không chỉ về hướng mà còn độ mạnh Hình 1.9 thể hiện điều này:
Hình 1.9 - Dòng dẫn trong vòng dây xoay trong một chu kỳ
Trong bài viết này, chúng ta sẽ khám phá sự thay đổi của dòng điện xoay chiều (AC) qua các vị trí trong chu kỳ Tại vị trí 1, không có đường từ nào bị cắt, do đó dòng điện bằng 0 Khi di chuyển đến điểm 2, một số đường từ bị cắt và dòng điện bắt đầu chạy theo chiều dương Số đường bị cắt càng nhiều thì dòng điện càng lớn, đạt cực trị từ điểm 1 đến điểm 10 và sau đó trở lại điểm 1 nhưng theo chiều ngược lại Hình b minh họa độ lớn và dấu của dòng điện ở 12 vị trí, cho thấy dạng sóng sine Sóng này được gọi là "chu kỳ" của dòng điện xoay chiều Nếu máy phát quay với tốc độ 3000 vòng trên giây, dòng điện AC sẽ thay đổi cực 50 lần mỗi giây, được gọi là dòng AC 50Hz, với Hertz (Hz) là đơn vị đo tần số, biểu thị số sóng trong một giây.
Nguồn Điện áp Điện áp
Lõi sắt di chuyển Lõi sắt đứng yên
Chúng ta xem sơ qua nguyên lý của máy biến áp:
Hình 1.10 Nguyên lý của máy biến áp
Bài viết đề cập đến một hệ thống bao gồm hai cuộn dây quấn quanh lõi sắt Theo luật tương tác, dòng điện xoay chiều không chỉ tạo ra từ trường xoay chiều mà còn sinh ra dòng điện xoay chiều trong cuộn dây thứ cấp Hình 1.10b minh họa sự dịch chuyển pha giữa dòng điện và điện áp, đồng thời thể hiện sự dịch chuyển pha giữa hai từ trường.
Cuộn dây sơ cấp trong hình 1.10b có nhiều vòng dây, tạo ra điện áp cao với dòng điện thấp từ nguồn AC Trong khi đó, cuộn dây thứ cấp với ít vòng dây hơn cho ra điện áp thấp nhưng dòng điện cao Công suất (W) được tính bằng điện áp nhân với dòng điện, cho phép chúng ta lựa chọn giữa việc chuyển đổi điện áp cao sang điện áp thấp hoặc ngược lại.
Cuộn dây quấn trên lõi tobular của vật liệu không phải là nam châm, nhưng nó tập trung các đường sức từ giống như một máy bơm, tạo ra lưu lượng lớn Điểm mà các đường từ trường vào và ra lõi nam châm được gọi là "cực", tương tự như nam châm với các cực "bắc" và "nam".
Khi sử dụng thanh kim loại là sắt, dòng từ sẽ mạnh hơn đáng kể Cụ thể, sức từ qua thanh sắt mạnh hơn hàng ngàn lần so với khi đi qua không khí.
Hình 1.11 Điện từ và nguyên lý nâng nam châm
Vị trí cuối cùng của lõi sắt di chuyển
Hình 1.11b minh họa quá trình nâng nam châm thực tế, với phần sắt đứng yên hình chữ U và một gờ nhỏ ở giữa Cuộn dây được gắn cố định trên gờ giữa, trong khi phần di chuyển hình chữ T được kéo lại gần khi cuộn dây được cấp điện Mạch sắt được thiết kế với ba khoảng hở khí bằng nhau, nhằm tối ưu hóa lực hút giữa hai thanh sắt Lực hút này được ứng dụng để điều khiển các phần cơ khí, như trong van điện từ, giúp đóng hoặc ngắt dòng xoay chiều.
Lực nam châm phụ thuộc phần lớn vào khoảng hở không khí giữa hai tấm kim loại.
Hình 1.12 - Mối liên hệ giữa lực nam châm và khoảng hở không khí e
Biểu đồ hình 1.12 thể hiện điều này, với các số liệu thực tế, là lõi di chuyển trong cuộn dây điện từ:
Cảm biến từ trên xi lanh
Nguyên lý
Có hai loại cảm biến cho xylanh chính: cảm biến "tiếp xúc tiệm cận" và cảm biến tĩnh Cảm biến tĩnh không có bộ phận di chuyển, do đó tuổi thọ của nó là vô hạn và không bị giới hạn bởi số lần tác động Loại cảm biến này luôn phù hợp cho các ứng dụng yêu cầu tần số đóng ngắt cao.
Cảm biến tiếp xúc cơ khí có tuổi thọ lên đến vài triệu chu kỳ đóng ngắt, tùy thuộc vào dòng điện đi qua Đặc tính của tiếp điểm đóng ngắt được thể hiện trong Hình 2.1.
Hình 2.1 Tuổi bền của tiếp điểm đóng ngắt theo số chu kỳ đóng ngắt (n) phụ thuộc vào công suất tải watt (w)
Tải thể hiện trên trục w với điện áp 24 VDC Trong trường hợp là cuộn dây điện từ AC, công suất tải được xét là VA.
Cảm biến tĩnh sử dụng điện trở cảm ứng từ, trong khi điện trở cảm ứng quang giảm trở kháng dưới tác động của ánh sáng Điện trở này tương tác với từ trường nam châm, và sự thay đổi trở kháng được chuyển đổi thành tín hiệu đóng/mở trong mạch điện tử Ngõ ra của cảm biến không thay đổi khi chỉ có tác động của điện trở, nhưng có thể điều chỉnh từ mức rất cao đến rất thấp khi gần tiếp điểm tiếp xúc.
Phương pháp lắp đặt
Bên cạnh các kiểu cơ bản cho một cơ cấu chấp hành xác định (thành phần nhỏ, xylanh xoay, xylanh trượt, ) thì có ba cách lắp chính.
Hình 2.2 - Ba phương pháp lắp chính a có nẹp, b có thanh ray, c lắp trên thanh giằng
Phương pháp đầu tiên hoàn toàn an toàn với vong kẹp bằng thép không gỉ, được phủ nhựa chống trượt Sản phẩm này được siết chặt bằng lò xo thông qua vòng kẹp và vít, đảm bảo độ bền và hiệu quả sử dụng.
Các xylanh nhỏ và thiết bị khác cần được lắp đặt trên thanh ray Vỏ cảm biến có thiết kế với lỗ bắt vít, giúp cố định bằng đai ốc trên thanh ray, cho phép điều chỉnh vị trí một cách dễ dàng.
Phương pháp thứ ba sử dụng giá đỡ cố định trên thay giằng của xylanh bằng một hoặc hai vít siết Tuy nhiên, phương pháp này không đảm bảo an toàn khi tháo cảm biến bằng cách kéo ra, vì cảm biến không được giữ chặt vững chắc vào ống tròn của xylanh.
- Các cách lắp cảm biến
Yêu cầu thực tế ngày càng cao đối với bộ chỉ thị quang tích hợp, tùy thuộc vào ứng dụng và mạch điện tử Một trong những yếu tố quan trọng là bảo vệ tiếp điểm khi cảm biến tiếp xúc Khi tải dẫn, việc ngắt điện cuộn dây van điện từ có thể gây hỏng tiếp điểm do điện tích trên hai bản cực Mỗi lần đóng ngắt sẽ làm giảm dần bề mặt tiếp xúc, ảnh hưởng đến khả năng hoạt động của tiếp điểm Do đó, cảm biến cần được kết nối qua mạch bảo vệ để đảm bảo hiệu suất, như minh họa trong hình 2.3; a cho mạch AC hoặc b cho DC.
Hình 2.3 - Mạch bảo vệ tiếp điểm
Sự khác biệt giữa mạch DC và AC nằm ở cách kết nối điện trở và sử dụng bộ chỉnh lưu áp Mạch DC thường có nhiều điện trở nối tiếp, trong khi mạch AC sử dụng bộ chỉnh lưu Cả hai loại mạch đều được trang bị "cuộn dây choke" ở đầu vào Để hiểu rõ hơn về chức năng của mạch, chúng ta cần xem xét hoạt động của mạch DC, trong đó có hình 2.4 mô tả mạch điện kín với tải, thường là kết nối đến bộ điều khiển, và PIN được sử dụng làm nguồn điện.
Khi tiếp điểm đóng, hai tiếp điểm (+) và (-) kết nối trực tiếp, dẫn đến không có chênh lệch điện áp và điện tích được xả hoàn toàn Khi cảm biến mở, dòng điện ngừng chạy và điện áp 24 V đột ngột xuất hiện giữa hai tiếp điểm Nếu tải có điện tích, dòng điện cao sẽ chạy ngược lại, nạp tụ điện CD-P12 thay vì xả qua tiếp điểm mở, gây ra tia lửa điện.
Cuộn dây choke có trở kháng rất cao đối với sự thay đổi nhanh của mạch.
Trong một số trường hợp, trở kháng cao có thể "ngăn cản" dòng điện như trong hình 2.4, khiến cho dòng điện từ việc xả qua tải dễ dàng đi vào tụ điện Tuy nhiên, đường đi của dòng điện trong hình 2.4 bị nghẽn do cuộn dây choke, dẫn đến việc không xuất hiện tia lửa điện ở khoảng hở không khí trong cảm biến.
Kiểu AC có mạch chỉnh lưu hoạt động theo cùng nguyên lý, nhưng xem xét toàn diện các chi tiết khác sẽ được đề cập ở phần sau.
Lựa chọn cảm biến dựa vào:
Cảm biến điều khiển cái gì
Cảm biến không có mạch điện được gọi là kiểu universal, với các thông số điện áp cực đại, dòng điện cực đại và công suất cực đại Chẳng hạn, một cảm biến có công suất 1W, điện áp tối đa 50V và dòng điện tối đa 1A có khả năng đóng ngắt ở mức 20mA và 50V, hoặc 100mA và 10V, nhưng không thể hoạt động ở mức 1mA và 100V, mặc dù vẫn đạt công suất 0.1W.
Lắp cảm biến có đèn chỉ thị yêu cầu mạch điện tử cung cấp điện áp chính xác cho cảm biến, đảm bảo hoạt động hiệu quả trong dãy dòng điện Việc lắp đặt không chỉ cần chú ý đến dòng điện cực đại mà còn phải xem xét cả dòng điện cực tiểu Trong trường hợp dòng điện cực tiểu, cảm biến vẫn có thể hoạt động, nhưng đèn chỉ thị có thể không sáng đủ để nhìn thấy.
Cảm biến DC cho bộ điều khiển lập trình có mạch có mạch bảo vệ cho mạch điện tử.
Lắp đặt role có mạch hấp thụ dòng ngược của tải dẫn,…
Các ví dụ này cho thấy rằng việc chuyển đổi kiểu điều khiển qua mạch lắp đặt là rất quan trọng, bao gồm các mạch IC, chuyển mạch relay và PLC cho thiết bị điều khiển Sử dụng kiểu sai có thể mang lại độ tin cậy tạm thời, nhưng sẽ làm giảm tuổi thọ thực tế của công tắc.
Van Điện Từ
Tác Động Trực Tiếp
Van điện từ 2/2 tác động gián tiếp, được Skinner phát minh vào thập kỷ 1930 tại Mỹ, hoạt động dựa trên nguyên lý lõi di chuyển Lõi di chuyển, gắn với ống làm từ vật liệu không nhiễm từ, có nhiệm vụ ngắt nguồn khí với tấm nhựa laid-in nhờ lực lò xo Khi năng lượng cuộn dây được cung cấp, lõi di chuyển sẽ nâng lên, cho phép nguồn khí tiếp cận cổng ra.
Bằng cách chèn tấm cao su vào hai đầu và tạo lỗ thoát trên đầu, như hình 2.5b, cấu trúc tương tự van 3/2
Van điện từ theo nguyên lý Skinner có hai loại chính: van 2/2 và van 3/2 Để đánh giá ưu điểm và nhược điểm của nguyên lý này, cần xem xét cấu trúc của chúng một cách chi tiết hơn.
Lực lõi di chuyển ở vị trí bình thường là: Đi xuống: Lực lò xo
Khối lượng lõi di chuyển Đi lên: Lực áp suất cung cấp trên
Lực ban đầu vượt qua lực nam châm từ trường của cuộn dây đặt trên ống không chỉ vượt qua mà còn cao hơn, nhờ vào lực lò xo tăng khi lõi sắt được thay thế Cuộn dây này cung cấp lực lò xo tối đa dựa trên áp suất và tiết diện dòng chảy Nó có thể được sử dụng cho áp suất cao với lưu lượng thấp hoặc lưu lượng lớn hơn nhưng áp suất thấp Một vấn đề thường gặp với nguyên lý Skinner là độ bền của vòng kín di chuyển, đặc biệt là khi có tác động lên ghế Cải tiến tốt nhất cho lò xo nâng đệm kín, như hình 2.6, hiện đang được áp dụng rộng rãi.
Hình 2.6 - Van điện từ 3/2 có đệm kín lò xo tải
Thay vì di chuyển lõi, vòng kín được lắp đặt trong bộ phận đĩa di chuyển trong buồng Lõi di chuyển được treo giữa lò xo di chuyển và lò xo tác động, tạo ra hiệu ứng hấp thụ chấn động và cải thiện đáng kể tuổi thọ của đệm kín Khi cuộn dây được cấp điện, đĩa đệm kín (poppet) sẽ dừng lại ở viền bên trong buồng.
Lò xo vòng kín cung cấp hỗ trợ ban đầu, như được minh họa trong hình 2.7 Trong hành trình "X", khoảng cách tự do giữa popper và rim trong hình 2.6b cho phép lò xo đệm kín nở rộng, từ đó tạo ra lực bổ sung để tác động ngược lại lò xo chính.
Khi poppet chọn điểm dừng, sự hỗ trợ ban đầu bị mất và lực tổng cộng của lò xo steops dần tăng lên bằng lực lò xo lõi sắt Nếu biên giữa lực lò xo và lực nam châm quá nhỏ, lõi sắt sẽ rơi để được nâng Trong trường hợp dòng điện xoay chiều, cuộn dây có thể bị chảy do điện áp thấp hoặc mất tác dụng vì nhiệt Việc nâng lên trễ do biên an toàn quá ít làm nhiệt cuộn dây AC tăng nhanh, gây ra hiệu ứng bông tuyết do dòng điện inrush kéo dài.
Hình 2.7 - Đặc tính lực của van điện từ 2/2 đến hình
Van công suất với đệm kín kim loại là loại duy nhất có khả năng đóng ngắt trực tiếp bằng lực nam châm Van poppet giải thích rõ ràng lý do này, trong khi van spool sử dụng đệm kín elastomere lại gặp phải vấn đề về ma sát, ảnh hưởng đến chiều dài hành trình dịch chuyển của cuộn dây.
Hình 2.8 cho thấy kiểu cơ bản của van công suất tác động gián tiếp.
Hình 2.8 - Van công suất điển hình có van điện từ tác động gián tiếp
Kiểu lưỡng ổn yêu cầu sử dụng detent để giữ spool ở vị trí cuối, bất chấp tác động của lực ma sát hay lực khí nén Ngay cả khi áp suất khí cung cấp đạt mức tối đa và trong điều kiện lắp đặt nằm ngang, spool vẫn có khả năng dịch chuyển dưới ảnh hưởng của rung động hoặc chấn động.
Tác Động Gián Tiếp
Việc sản xuất van như hình 2.6 đòi hỏi kỹ thuật cao và thời gian dài, dẫn đến việc tăng giá thành sản phẩm Trong khi đó, các loại van khác như van poppet và van spool với vòng kín co dãn có thể thực hiện việc đóng ngắt một cách hiệu quả hơn.
Lực nam châm hiện có Lực lò xo tổng cộng
Cuộn dây Lõi sắt di chuyển
Vòng sắt từ hoàn toàn bằng khí nén và tích hợp cuộn dây điện từ cung cấp áp suất tác động gián tiếp.
Nguyên lý tác động gián tiếp cho trong hình 2.9:
Hình 2.9 - Nguyên lý van điện từ tác động gián tiếp; a là van popper và b là van spool lưỡng ổn
Độ tin cậy thấp của cuộn dây điện từ là một trong những nguyên nhân chính thúc đẩy sự phát triển kỹ thuật điều khiển khí nén với độ yên tĩnh cao tại Châu Âu.
Sự ra đời của bộ điều khiển lập trình PLC đã cho phép điều khiển các hệ thống lớn chỉ bằng một thiết bị, mang lại ưu điểm về độ tin cậy cho van điện từ tác động gián tiếp Mặc dù van tác động gián tiếp truyền thống với cuộn dây bị kẹt trong ống vẫn hoạt động, nhưng hiệu suất của nó không cao Sự mất từ trường trong quá trình hoạt động chuyển hóa thành nhiệt, ảnh hưởng đến tuổi thọ của cuộn dây.
Hình 2.10 cho thấy nguồn gốc của sự mất mát từ trường
Trở kháng từ trường cao
Hình 2.10 - Sự mất mát từ trường trong cuộn dây điện từ kiểu Skinner
Qua khe hở không khí giữa các lõi sắt từ xung quanh ống, một phần lực từ bị mất và chuyển đổi thành nhiệt Khoảng hở không khí bên dưới tạo lực hút từ tâm lõi di động, khiến nó không được nâng lên mà lại bị ép vào trong ống, làm tăng lực ma sát Để nâng cao hiệu suất và độ tin cậy, cần loại bỏ vật liệu ống không nhiễm từ, áp dụng nguyên lý cuộn dây được thiết kế riêng cho van.
Giải pháp cho trong hình 2.11:
Nhựa có thể dẫn điện ở nhiệt độ cao
Van điện từ tác động gián tiếp được thiết kế với collar “bán từ trường” thay thế ống cho lõi di chuyển, giúp loại bỏ khoảng hở không khí trong mạch sắt từ Thiết kế này tối ưu hóa đường sức từ, tăng hiệu suất gấp đôi và cho phép van thực hiện hàng triệu chu kỳ đóng ngắt mà không hư hỏng Năng lượng tiêu thụ thấp, cho phép van được kết nối trực tiếp với bộ điều khiển điện tử sử dụng nguồn 24 VDC và dòng điện 100 mA.
Các thiết bị điều khiển
Role có chức năng như một công tắc để đóng ngắt mạch điện, bao gồm cuộn dây với lõi sắt và một hoặc nhiều tiếp điểm Việc đóng ngắt được thực hiện nhờ lực từ của cuộn dây gắn vào Nguyên lý hoạt động của role được thể hiện trong hình 2.12.
Hình 2.12 minh họa nguyên lý hoạt động của role, trong đó a là vị trí bình thường và b là cuộn dây có nạp điện Ở vị trí bình thường (hình a), lò xo được kéo đến điểm cuối của phần lõi di chuyển, khiến đĩa sắt pivoting di chuyển sang bên phải Khối vật liệu không dẫn điện trong phần lõi di chuyển giữ lò xo lá có hình dạng gương cầu ở vị trí thấp nhất Vị trí cuối của lò xo tác động đến tiếp điểm “chung C” của role, trong khi hai tiếp điểm khác được đặt đối xứng trong vỏ hộp role; tiếp điểm của lò xo lá luôn tiếp xúc với một trong các tiếp điểm, được gọi là tiếp điểm thường đóng (NC).
Khi cuộn dây được cấp điện, tiếp điểm thứ hai sẽ chạm tiếp điểm thường đóng theo hình b; nó là tiếp điểm thường mở (NO).
Role thường có ít nhất hai tiếp điểm chuyển đổi, và có thể có thêm ba đến bốn tiếp điểm dự trù khác Trong một số ứng dụng quan trọng, tiếp điểm "chạm rồi hở" hoặc ngược lại là cần thiết Khi cấp điện cho cuộn dây, tiếp xúc giữa tiếp điểm "C" và "NO" sẽ được thực hiện trước khi tiếp xúc giữa "N" và "NC" Do đó, trong một khoảng thời gian ngắn, tất cả ba kết nối sẽ bị ngắt Tuy nhiên, trong các ứng dụng khác, điều này có thể không được phép, và do đó, chuyển mạch với tiếp điểm "Hở trước thực hiện" sẽ được lựa chọn, dẫn đến không có tiếp xúc nào trong thời gian ngắn trong suốt quá trình chuyển tiếp.
Thiết lập trì hoãn có thể bao gồm nhiều sự kết hợp và số lượng tiếp điểm khác nhau, bao gồm cả tiếp điểm đơn make và tiếp điểm đơn break Tuy nhiên, trong lĩnh vực điện-khí nén, kiểu chuẩn hiện có đủ khả năng đáp ứng mọi yêu cầu mà người dùng mong muốn.
Chức năng chính của role là:
Thay đổi từ tiếp điểm thường đóng sang thường mở (và ngược lại)
Tạo nhiều tiếp điểm từ một cuộn dây
Chức năng nhớ trong mạch chuyển mạch, được gọi là "Mạch Giữ", đóng vai trò rất quan trọng Chúng tôi sẽ giải thích chi tiết về chức năng này trong chương 4 thông qua các Mạch Cơ Bản.
Có nhiều loại chuyển mạch khác nhau, được phân loại dựa trên phương pháp lắp đặt như cắm và chạy hoặc loại in Hình 2.13 minh họa hai mẫu chuyển mạch: mẫu a có thân tròn với đế tròn, trong khi mẫu b có chân dẹp dành cho đế đặc biệt.
Hình 2.13 - Hai loại chuyển mạch cắm và chạy
Chuyển mạch in là một thành phần được hàn trực tiếp vào bo mạch, với các bảng nối hoặc chân nối có thể dễ dàng gắn vào các lỗ trên mạch in Những chân nối này được hàn cùng với các thiết bị điện tử khác, tạo ra sự kết nối chắc chắn và hiệu quả Kích thước của chuyển mạch in thường dao động từ 1x1x1,5 cm.
2 cm, nhưng có những mẫu có công suất đóng ngắt khoảng vài Ampere.
Hình 2.14 minh họa một ứng dụng điển hình, trong đó một só rowle được hàn lên bo mạch và kết nối với mạch điện tử thông qua đầu nối nhiều chân Kỹ thuật này thường được sử dụng cho ngõ ra của động cơ bước và các thiết bị điều khiển lập trình khác như PLC.
Hình 2.14 - Một role mạch in điển hình
- Những chức năng đặc biệt
Một cách phân biệt thiết bị là dựa trên chức năng, ví dụ như role chốt Role chốt, như hình 2.15, là thiết bị có hai trạng thái và được cấu tạo từ hai role, với một chốt nằm trên lõi di động Khi có điện cấp cho một trong hai role, chốt sẽ được mở để cho phép role còn lại hoạt động.
Hình 2.15 - Thí dụ của role mạch chốt
Bộ định thời trong hình 2.16 kết hợp với chuyển mạch được cắm vào đế phụ, sử dụng mạch định thời gian điện tử để điều khiển việc đóng ngắt nguồn qua hai tiếp điểm Thời gian trì hoãn có thể được điều chỉnh dễ dàng thông qua núm trên đế phụ.
Hình 2.16 - Bộ định thời có role cắm như nguồn ngõ vào
Tiêu Chuẩn
Cũng giống như mạch khí nén được đề cập trong sách Huấn Luyện Khí Nén Cơ Bản, mạch điện cần được thiết kế dựa trên chức năng thay vì chỉ đơn thuần là "vẽ bản đồ".
Một mạch điện được phân chia thành các mạch con, hay còn gọi là "đường dòng điện", mỗi mạch con này hoạt động như một mạch cơ bản, bao gồm một hoặc nhiều điểm chuyển mạch và một tải tiêu thụ Nguồn cung cấp điện được biểu diễn bằng hai đường thẳng song song nằm ngang.
Các đường điện được đánh số khác nhau, và các tiếp điểm của rơ-le không được vẽ ngay bên cạnh cuộn dây mà nằm trong một đường dây hoạt động Dưới đường dây của rơ-le có danh sách số của các đường dẫn, chỉ rõ vị trí của các tiếp điểm Đồng thời, các tiếp điểm và cuộn dây có cùng một mã Hình 3.1 minh họa biểu đồ này.
Hình 3.1 Mặt cắt tham khảo của các tiếp điểm
Tiêu chuẩn của Mỹ (JIC, công bố năm 1947) đã phân biệt rõ ràng các ký hiệu cho các công tắc hành trình ở vị trí nghỉ, trong khi tiêu chuẩn Châu Âu (ví dụ: BS 3939) lại không thể hiện điều này Sự khác biệt này cho thấy những người tham gia xây dựng tiêu chuẩn JIC đã hiểu rõ vấn đề mà họ đang đề cập Điều này không chỉ phản ánh thực tế mà còn giúp việc đọc mạch điện trở nên dễ dàng hơn.
Cầu chì phụ thuộc lẫn nhau
Tiếp điểm của rờle CR được tìm thấy trong đường dây nsr 2 và 3 Tiếp điểm của rờle R 1 được tìm thấy trong đường dây nsr 5 và 6
Công tắc hành trình, hoạt động tại vị trí làm việc của A
Tiếp điểm của rờ le R 1
Công tắc hành trình, hoạt động tại vị trí nghỉ của A
Cuộn dây của rờ le R 1
Cuộn điện từ của Van B được mô tả dễ hiểu hơn khi các tiếp điểm được thể hiện ở vị trí nghỉ Trong quyển sách này, chúng ta có thể phân biệt rõ ràng giữa công tắc hoạt động và không hoạt động, đồng thời hướng dẫn cách vẽ mạch theo tiêu chuẩn Châu Âu.
Trong hệ thống JIC, có bốn ký tự cơ bản cho công tắc hành trình: N.O, N.O giữ đóng, N.C và N.C giữ mở Cần lưu ý sự khác biệt giữa các tiếp điểm a0 ở đường số 3 và a1 ở đường số 4 Khi rờ le vòng CR được bật, A+ sẽ được cấp điện ngay lập tức Mặc dù công tắc b0 là một tiếp điểm thường mở, nhưng nó vẫn có khả năng tác động.
Kiến thức về tiêu chuẩn Mỹ rất quan trọng cho nhân viên kỹ thuật làm việc ngoài nước Mỹ Sơ đồ điện JIC, phổ biến tại Châu Âu cho PLC, được gọi là "Sơ đồ bậc thang" (Ladder) Vì vậy, việc vẽ mạch đan xen giữa hai hệ thống là cần thiết.
Mạch điện khí nén
Dựa vào mức độ phức tạp, mạch điều khiển có thể được thiết kế mà không cần phân tích logic trước, thông qua phương pháp “thử nghiệm và lỗi” để vẽ sơ đồ cho một dãy hoạt động liên tục Việc này thực hiện dễ dàng hơn với mạch điện so với mạch khí nén Chương trình này dựa trên kiến thức về mạch cơ bản, từ đó chúng ta sẽ phát triển thành một hệ thống lớn hơn, phục vụ như một khối tiêu chuẩn cho các mạch điện.
Ta gọi chúng lá những mạch phụ và lưu trữ chúng trong phụ lục dưới “Thư viện SC” (SC=Mạch phụ).
Để luyện tập nhân rộng một tiếp điểm đơn thường mở với một rờ le, chúng ta giả sử rằng khi nhấn nút pb1, cả hai chức năng sẽ được kích hoạt, bao gồm việc bật đèn và di chuyển xy lanh A ra ngoài Khi hai chức năng này luôn được kết hợp, một tiếp điểm đơn có thể cung cấp điện cho cả hai thiết bị song song Tuy nhiên, nếu ít nhất một trong hai chức năng được kích hoạt từ một công tắc khác, như cuộn điện từ A, thì pb1 cần phải có hai tiếp điểm thường đóng Nếu một công tắc không khả dụng, chẳng hạn như công tắc lưỡi gà hoặc tiếp điểm nhỏ khác, một rờ le với hai hoặc nhiều tiếp điểm có thể cung cấp hai tiếp điểm riêng biệt.
Hình 3.2 - Mạch điện khí nén cơ bản: Nhân rộng một tiếp điểm
Trong hình 3.2, xy lanh tác động khi nhấn pb1 hoặc pb2, với đèn chỉ sáng khi pb1 được kích hoạt Hình 3.2 cũng thể hiện toàn bộ bộ cấp nguồn Các mạch trong hình vẽ sử dụng hai đường dây song song theo tiêu chuẩn Châu Âu.
Hình 3.3 mô tả một mạch giữ với rờ le và nút nhấn ở trạng thái nghỉ Mạch được cấp điện áp từ một pin, nhưng không có dòng điện do mạch chưa kín Đầu nối trên của cuộn dây được kết nối với cực âm của pin, trong khi đầu còn lại không được nối.
Khi nút nhấn được tác động, mạch sẽ thay đổi ngay lập tức, cuộn dây nhận điện và đầu nối tiếp xúc với cực dương của pin qua nút nhấn đã đóng Việc cuộn dây được cấp điện dẫn đến việc tiếp điểm của rờ le thay đổi trạng thái, đồng thời công tắc thường mở (N.O) cũng sẽ kết nối từ cực dương của pin đến đầu nối phía dưới của cuộn dây.
Vì thế nó vẫn duy trì cấp điện thậm chí sau khi thả nút nhấn ra Tiếp điểm của chính nó giữ cho cuộn dây được cấp điện.
Hình 3.3 - Minh họa của nguyên tắc giữ
Mạch điện trong hình 3.3 chưa hoàn chỉnh, cuộn dây sẽ duy trì nguồn điện cho đến khi pin hết hoặc khi nguồn điện bị ngắt Việc ngắt nguồn này có thể được thực hiện bằng tay thông qua một công tắc thường đóng như thể hiện trong hình 3.4.
Hình 3.4 - Một mạch giữ hoàn chỉnh
Sự kết nối từ cực âm đến cuộn dây thông qua một nút nhấn thường đóng
Khi nút nhấn OFF được nhấn, cuộn dây sẽ ngừng nhận điện, tương tự như trạng thái ở hình 3.3c Sau khi thả nút, cuộn dây không còn kết nối nào nữa.
Chúng ta tiếp tục thảo luận về sơ đồ mạch điện, với Hình 3.3 và 3.4 chỉ mang tính chất giải thích Trong mạch điện, cuộn dây và tiếp điểm của rờ le được thể hiện tách biệt thay vì kết hợp thành một khối Hình 3.5 sẽ sắp xếp lại các đối tượng khác nhau trong mạch để làm rõ hơn.
Hình 3.5 Tiếp cận dần dần đến sơ đồ mạch thực tế
Hình 3.5 mô tả mạch điện tương tự như hình 3.4, nhưng với kích thước thiết bị nhỏ hơn Trong sơ đồ mạch, tính đồng nhất vật lý của cuộn dây và tiếp điểm của rờ le chỉ được thể hiện qua sự quy chiếu, ví dụ như R1 Ở hình b, tiếp điểm và cuộn dây đã được tách biệt Khi một rờ le có nhiều tiếp điểm phân bố trên sơ đồ, các đường điện được đánh số và số của những dòng điện có tiếp điểm của rờ le được ghi dưới cuộn dây.
Cuối cùng, pin nguồn đương nhiên không được sử dụng cho công nghiệp.
Sơ đồ minh họa hai đường thẳng nằm ngang cho hai cực của nguồn điện, như thể hiện trong hình 3.5c, với sự bổ sung nút nhấn OFF.
Nó là một tiếp điểm thường đóng, khi được nhấn, cuộn dây rờ le sẽ bị cắt nguồn cấp từ phía trên, dẫn đến việc rờ le ngắt điện Tiếp điểm mở ra và khi thả nút nhấn OFF, không có hành động nào xảy ra tiếp theo.
Trong hình 3.6 thể hiện mạch điện với những ký hiệu được tiêu chuẩn hóa theo IEC.
Hình 3.6 - Mạch giữ, theo tiêu chuẩn IEC
Một công tắc xy lanh thường chỉ có một tiếp điểm thường mở Nếu mạch điện cần một tiếp điểm thường đóng, có thể sử dụng rờ le để nghịch đảo trạng thái Dưới đây là một ví dụ minh họa cho trường hợp này.
Khi nhấn nút pb1, xy lanh A sẽ quay trở lại sau khi đã hoàn thành toàn bộ hành trình Lúc này, mạch điện sẽ được chia thành hai mạch cơ bản: mạch giữ và mạch nghịch đảo Việc tác động ngắn hạn vào A sẽ khiến nó tự động quay về khi đạt đến chiều dài hành trình tối đa.
Hình 3.7 - Mạch giữ và nghịch đảo tổng hợp cơ bản
Công tắc a1 trong hình 3.7a chỉ có một tiếp điểm thường mở, trong khi hình 3.7b minh họa cách sử dụng rờ le để tạo ra tiếp điểm thường đóng Mạch khí nén ở hình c tương tự như mạch trong hình 3.2.
Sử dụng hai rờ le thời gian, một xy lanh có khả năng thực hiện chuyển động tới và lui, với thời gian điều chỉnh để giữ ở mỗi vị trí cuối Cả hai cuộn điện từ được cấp điện thông qua một rờ le thời gian, như được minh họa trong Hình 3.8 với hai mạch điện.
Hình 3.8 - Hành trình tuần hoàn với thời gian có thể điều chỉnh tại mỗi vị trí cuối
