Bài giảng Trang bị điện-Điện tử - Chương 1 : Khí cụ điện và điện tử -TS. Lê Ngọc Bích

Nội dung text: Bài giảng Trang bị điện-Điện tử - Chương 1 : Khí cụ điện và điện tử -TS. Lê Ngọc Bích

1. 1/12/2012 Nội dung chính Động cơ điện 1/12/2012 Giới thiệu môn học Trang Bị Điện-Điện Tử Trang Bị Điện -Điện Tử TS. Lê Ngọc Bích Các Khí cụ Khoa Cơ Khí Bộ môn Cơ Điện Tử mạch điện và điện điện tử Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Tài liệu tham khảo Các hiểu biết, các kỹ năng cần đạt được . [1] Nguyễn ngọc Cẩn : Trang bị điện trong Phân tích để tìm hiểu các mạch điện có sẵn trên MCKL - ĐHSPKT Thủ Đức - 1994 máy. . [2] Nguyễn xuân Phú : Khí cụ điện - NXB Phác hoạ một vài sơ đồ đơn giản khi cần phải thiết KHKT - Hà Nội - 1991 kế máy. . [3] Cyril W. Lander : Power Electronic - NXB KHKT dịch ‟ 1994 . [4] Điện tử công suất ‟ Lê Văn Doanh . [5] Giáo trình điện tử công suất ‟ Nguyễn Văn Nhờ . [6] Điện tử công suất ‟ Nguyễn Bính Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Cách đánh giá môn học Tham dự giờ giảng trên lớp + làm bài tập chấm điểm chuyên cần: 10% Kiểm tra viết : 20% Tổng hợp thành điểm kiểm tra: 30% Thi viết cuối học kỳ : 70% Chương 1 : Khí cụ điện và điện tử Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 1
2. 1/12/2012 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay: 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay:  Công tắc  Phân loại và ký hiệu trong sơ đồ điện: . Công tắc là một loại khí cụ điện được sử dụng để đóng cắt hoặc đổi . công tắc đóng cắt loại đơn: nối sơ đồ kết dây của mạch điện công suất nhỏ thao tác trực tiếp bằng tay. . công tắc chuyển mạch loại đơn: Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay: 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay:  Phân loại và ký hiệu trong sơ đồ điện: Phân loại theo phương pháp tác động . công tắc đóng cắt loại kép: . Dạng nút nhấn . công tắc chuyển mạch loại kép: . Dạng nút gạt . công tắc đảo chiều dòng điện: Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay: 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay:  Một số thông số chính:  Cầu dao . Dòng điện định mức . Cầu dao là một loại khí cụ điện hạ áp được sử dụng để đóng cắt . Điện áp định mức hoặc đổi nối sơ đồ kết dây của mạch điện thao tác trực tiếp bằng tay. . Ký hiệu trong sơ đồ điện: Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 2
3. 1/12/2012 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay: 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay: Hình dạng thực tế thường gặp:  Phân loại: . Cầu dao một pha, cầu dao ba pha. . Cầu dao một chiều, cầu dao hai chiều . Cầu dao có cầu chì, cầu dao không có cầu chì. . Cầu dao có lưỡi dao phụ và cầu dao không có lưỡi dao phụ. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay: 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay:  Cấu tạo một số loại cầu dao thường gặp:  Ưu điểm cầu dao là đơn giản, dễ lắp đặt và dễ thao . Cấu tạo chính của cầu dao gồm : Tiếp xúc động và tiễp tác, dễ kiểm tra và sữa chữa, giá thành rẻ nên được xúc tĩnh, sử dụng rộng rãi. . Cốt bắt dây từ nguồn vào cầu dao và từ cầu dao ra tải, . Tiếp xúc động thường là lưỡi dao, . Ngoài ra cầu dao còn có tay đóng cắt bằng vật liệu cách điện là gỗ, sứ, nhựa để đảm bảo an toàn cho người thao tác, cầu dao còn được bao bọc bằng võ nhựa cách điện. . Cầu dao sử dụng trong mạch điện hạ áp thường lắp kèm theo cầu chì để bảo vệ quá tải hoặc ngắn mạch. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay: 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay:  Cầu chì:  Nguyên tắc tác động cắt mạch: . Cầu chì là một loại khí cụ điện được sử dụng để . Cầu chì tác động theo nguyên tắc dựa vào hiệu ứng nhiệt bảo vệ quá tải hoặc ngắn mạch cho thiết bị và lưới của dòng điện. điện. Thành phần chính là dây kim loại có nhiệt độ  Cấu tạo: Cấu tạo cầu chì gồm các bộ phận chính như nóng chảy thấp. sau : . Thân cầu chì đđược chế tạo từ gốm sứ hoặc nhựa tổng hợp Ký hiệu trong sơ đồ mạch điện có thể có nắp hoặc không có nắp. . ốc, đinh vít bắt dây chảy còn được gọi là cốt bắt dây được chế tạo từ kim loại dẫn điện như đồng, bạc, nhôm . Dây chảy cầu chì đđược chế tạo từ hợp kim chì hoặc đồng hoặc các kim loại có nhiệt độ nóng chảy thấp và được chia ra dây chảy nhanh, dây chảy chậm . Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 3
4. 1/12/2012 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay: 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay:  Yêu cầu kỹ thuật cơ bản khi lắp đặt cầu chì:  Phân loại cầu chì: . Cầu chì phải được lắp đặt nối tiếp ở dây pha, không lắp đặt ở dây . Cầu chì hộp trung tính. . Đặc tính A-s của dây chảy cầu chì phải thấp hơn đặc tính A-s của đối tượng được lắp đặt cầu chì được bảo vệ và phải ổn định. . Khi lắp đặt cầu chì bảo vệ phải bảo đảm tính chọn lọc theo thứ tự từ tải về nguồn tức là phần tử nào bị sự cố ngắn mạch hoặc quá tải lớn thì cầu chì bảo vệ nó phải tác động. . Cầu chì làm việc bảo đảm tin cậy tức là khi phần tử được cầu chì bảo vệ bị quá tải lớn hoặc ngắn mạch, thì cầu chì phải tác động cắt phần tử bị quá tải hoặc ngắn mạch ra khỏi hệ thống điện. Không được từ chối tác động. . Khi cần thay thế sữa chữa cầu chì phải đảm bảo an toàn tiện lợi. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay: 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay:  Cầu chì cá  Cầu chì kiểu nắp vặn. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay: 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay:  Cầu chì kiểu ống sứ.  Cầu chì kính Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 4
5. 1/12/2012 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay: 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay:  Một số thông số chính: Bộ chuyển đổi . Dòng điện định mức . Là thiết bị chuyển mạch dùng để lựa chọn hoặc chuyển . Điện áp định mức mạch đến các kênh khác nhau. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay: 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay: Phân loại:  Các thông số cần chú ý: . Dạng nút gạt . Số mức . Dòng điện định mức . Điện áp định mức . Dạng thanh trượt Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay: 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay:  Nút nhấn  Phân loại: . Là khí cụ điện dùng để đóng cắt mạch ở lưới điện hạ áp. . Thường đóng Nút nhấn thường được dùng để điều khiển các rờ le, công tắc tơ, chuyển đổi mạch tín hiệu. . Nút nhấn có loại hở và loại kín để chống bụi, nước, . Thường hở phòng nổ, và có loại có cả đèn báo để hiển thị trạng thái. . Kết hợp Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 5
6. 1/12/2012 1.1 Khí cụ điều khiển bằng tay:  Các dạng thường gặp Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Rờ le  Rờ le là khí cụ đĩng cắt mạch điện cơng suất nhỏ tự động (khơng điều khiển bằng tay). Nguyên l{ đĩng cắt dựa vào các nguyên nhân vật l{ khác nhau và từ đĩ hình thành tên gọi rờ le. 1/12/2012 Khí cụ đĩng cắt: Rơ le, cơng tắc tơ TS. Lê Ngọc Bích Khoa Cơ Khí Bộ môn Cơ Điện Tử Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Rờ le điện Rờ le điện  Cơng dụng :  Các bộ phận chính của rơle : . Rơle điện là một loại thiết bị điện tự động, thường được lắp đặt ở mạch điện nhị thứ, dùng để điều khiển đĩng cắt hoặc báo tín hiệu, bảo vệ an tồn trong quá trình vận hành của thiết bị điện mạch nhất thứ trong hệ thống điện. a. Cơ cấu tiếp nhận tín hiệu (khối tiếp nhận tín hiệu vào) cĩ nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu làm việc khơng bình thường hoặc sự cố trong hệ thống điện từ BU, BI hoặc các bộ cảm biến điện, để biến đổi thành đại lượng cần thiết cung cấp tín hiệu cho khối trung gian. b. Cơ cấu trung gian (khối trung gian) làm nhiệm vụ tiếp nhận tín hiệu đa đến từ khối tiếp nhận tín hiệu, để biến đổi nĩ thành đại lợng cần thiết cho rơle tác động. c. Cơ cấu chấp hành (khối chấp hành) Làm nhiệm vụ phát tín hiệu cho mạch điều khiển. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 6
7. 1/12/2012 Rờ le điện Rờ le điện  Phân loại rơle điện : . b. Phân loại theo nguyên tắc tác động của cơ cấu chấp hành : . a. Phân loại theo nguyên l{ làm việc : Gồm • Rơle cĩ tiếp điểm : đĩng ngắt mạch bằng tiếp điểm. • Rơle điện cơ (rơle điện từ, rơle cảm ứng, rơle từ điện, rơle phân cực ) • Rơle khơng cĩ tiếp điểm (rơle tĩnh) tác động đĩng cắt mạch bằng cách thay đổi tham số điện trở, điện cảm hoặc điện dung. • Rơle từ • Rơle nhiệt . c. Phân loại theo tín hiệu đầu vào : • Rơle điện tử, bán dẫn, vi mạch. • Rơle dịng điện • Rơle số • Rơle điện áp • Rơle cơng suất • Rơle tổng trở Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Rờ le điện Rờ le điện . d. Phân loại theo vị trí lăp đặt :  Các thơng số kỹ thuật cơ bản của rơle điện • Rơle nhất thứ lắp đặt trực tiếp ở mạch động lực . a. Hệ số điều khiển : • Rơle nhị thứ lắp đặt ở mạch nhị thứ thơng qua BU, BI, cảm biến. • Trong đĩ : Pđk là cơng suất điều khiển định mức của rơle (chính là cơng suất của . e. Phân loại theo trị số và chiều của tín hiệu đầu vào : tiếp điểm Rơle). • Rơle cực đại • Ptđ là cơng suất tác động (cơng suất khối tiếp nhận tín hiệu vào) loại rơle điện từ • Rơle cực tiểu chính là cơng suất của cuộn dây điện từ. • Rơle cực đại, cực tiểu • Rơle so lệch • Rơle định hướng chiều tiếp nhận tín hiệu đầu vào. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Rờ le điện Rờ le điện . b. Thời gian tác động :  d. Độ nhạy của rơle : Kn=IR/Ikd • Ttđ là thời gian kể từ khi khối tiếp nhận cĩ tín hiệu đến khi khối chấp hành làm việc, . Trong đĩ : IR là dịng điện chạy qua rơle khi ngắn mạch cuối vùng bảo vệ. Yêu ví dụ đối với loại rơle điện từ là quãng thời gian từ khi cuộn dây rơle cĩ điện đến cầu kỹ thuật đối với sơ đồ bảo vệ chính K >= 1,5 và đối với sơ đồ bảo vệ dự khi tiếp điểm của nĩ đĩng hoặc mở hồn tồn. n trữ (dự phịng) Kn >= 1,2. . c. Hệ số trở về : Ktv = I/Itv • Trong đĩ : Itv là trị số dịng điện trở về xác định bằng cách sau khi tiếp điểm thường mở rơle đĩng hịan tồn, thí nghiệm giảm từ từ dịng điện khởi động đến khi tiếp điểm rơle mở ra, tại thời điểm đĩ sẽ đo được Itv. Ktv càng gần 1 thì rơle càng chính xác. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 7
8. 1/12/2012 Rờ le điện từ Rờ le điện từ  K{ hiệu trong mạch điện Lê Ngọc Bích 44 Lê Ngọc Bích Rờ le điện từ Rờ le điện từ  Cấu tạo và nguyên lý làm việc : Hệ số điều khiển rơle : Với: Pđk là cơng suất điều khiển. Ptđ là cơng suất tác động của rơle. Lực hút điện từ đặt vào nắp : Rơle càng nhạy thì Kđk càng lớn δ : khe hở Khoảng thời gian từ lúc dịng điện i bắt đầu > Itđ đến lúc chấm dứt I : dịng điện hoạt động của rơle gọi là thời gian tác động ttđ. K : hệ số Khi dịng điện vào cuộn dây i > Itđ (dịng điện tác động) thì lực hút F tăng dẫn đến khe hở giảm làm đĩng tiếp điểm (do tiếp điểm đợc gắn với nắp). Khi dịng điện i ≤ Itv (dịng trở về) thì lị xo F lị xo > F (lực điện từ) vμ rơle nhả. Tỷ số được gọi là hệ số trở về. Rơle dịng cực đại Ktv 1 Rơle càng chính xác thì Ktv càng gần 1. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Rờ le điện từ Rờ le điện từ  Rơle điện từ phân ra làm hai loại :  Rơle điện từ cĩ : . Rơle một chiều thì cĩ U là điện áp đặt vào cuộn dây. . - Cơng suất điều khiển Pđk từ vài (W) đến vài nghìn (W). . - Cơng suất tác động Ptđ từ vμi (W) đến vài nghìn (W). . - Hệ số điều khiển Kđk = (5 - 20). . - Thời gian tác động ttđ = (2 - 20)ms. . Rơle xoay chiều :  Nhược điểm của rơle điện từ : . Cơng suất tác động Ptđ tương đối lớn, độ nhạy thấp, Kđk nhỏ. . Lực F = 0 (tần số 2f) khi I = 0. Giá trị trung bình của lực hút sẽ là: . Loại mới tăng được Kđk. nếu cuộn dây đặt song song với nguồn U thì . Nam châm xoay chiều khi lực F = 0 lị xo kéo nắp ra do vậy rơle loại này khi làm việc cĩ rung động gây tiếng kêu, để hạn chế người ta sử dụng vịng ngắn mạch . Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 8
9. 1/12/2012 Rờ le thời gian-Timer Cơng tắt tơ  Rơ le thời gian được thiết kế để trì hoãn thời gian đóng/mở tiếp điểm khi được kích hoạt. 49 Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Cơng tắt tơ Cơng tắt tơ  Cơng dụng:  Phân loại: . Cơng tắc tơ là một loại khí cụ điện hạ áp đợc sử dụng để điều khiển đĩng cắt . Phân loại theo nguyên l{ truyền động: mạch từxa tự động hoặc bằng nút ấn các mạch điện lực cĩ phụ tải điện áp đến • Cơng tắc tơ điện từ. 500V, dịng điện đến 600A. • Cơng tắc tơ kiểu hơi ép. . Cơng tắc tơ cĩ hai vị trí đĩng- cắt. Tần số cĩ thể đến 1500 lần/giờ. • Cơng tắc tơ kiểu thuỷ lực.  Nhiệm vụ . Phân loại theo dạng dịng điện: . Cơng tắc tơ là một thiết bị điện đĩng cắt điện áp thấp dùng để khống chế tự • Loại cơng tắc tơ điều khiển điện áp một chiều. động và điều khiển xa các thiết bị điện một chiều và xoay chiều cĩ điện áp tới • Loại cơng tắc tơ điều khiển điện áp xoay chiều. 500 v. Cơng tắc tơ được tính với tần số đĩng cắt lớn nhất tới 1500 lần trong . Phân loại theo kiểu kết cấu: một giờ. • Cơng tắc tơ hạn chế chiều cao. • Cơng tắc tơ hạn chế chiều rộng. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Cơng tắt tơ Cơng tắt tơ  Đặc điểm cấu tạo:  Cấu tạo nguyên l{ như hình vẽ: gồm các bộ phận chính sau: . Cuộn dây điện áp điều khiển số. . Mạch từ chế tạo từ thép kỹ thuật điện. . Vỏ thường được chế tạo từ nhựa cứng. . Bộ phận truyền động gồm lị xo và thanh truyền động. . Hệ thống tiếp điểm thường mở và thường đĩng. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 9
10. 1/12/2012 Cơng tắt tơ Cơng tắt tơ  Ký hiệu cơng tắc tơ  Nguyên l{ làm việc: . Muốn đĩng điện cho tải thì đĩng khố K trên mạch điều khiển, cuộn dây cơng tắc tơ sẽ sinh ra lực điện từ hút chập hai nửa mạch từ lại với nhau, vì Ftđ > Flị xo nên lị xo bị nén lại đồng thời thanh truyền động kéo tiếp xúc động đĩng chặt vào tiếp xúc tĩnh, khi đĩ tiếp điểm thường đĩng mở ra, cịn tiếp điểm thường mở đĩng lại, mạch điện được nối liền. . Muốn cắt điện khỏi tải, ngắt khố K cuộn dây điện áp mất điện, lực điện từ bị triệt tiêu, lị xo đẩy 2 nửa mạch từ ra xa nhau đa tiếp xúc động rời khỏi tiếp xúc tĩnh, mạch điện được cắt. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Cơng tắt tơ Cơng tắt tơ  Các tham số chủ yếu của cơng tắc tơ: . a. Điện áp định mức: là điện áp của mạch điện tương ứng mà tiếp Các tham số chủ yếu của cơng tắc tơ: điểm chính phải đĩng cắt, cĩ các cấp : + 110V, 220V, 440 V một chiều. . d. Tuổi thọ cơng tắc tơ: Tính bằng số lần đĩng cắt, + 127V, 220V, 380V, 500V xoay chiều. Cuộn hút cĩ thể làm việc bình thường ở điện áp trong giới hạn từ 85% tới 105%. sau số lần đĩng cắt ấy cơng tắc tơ sẽ khơng dùng . b. Dịng điện định mức: là dịng điện đi qua tiếp điểm chính trong chế đợc tiếp tục. Hư hỏng cĩ thể do mất độ bền cơ độ làm việc gián đoạn lâu dài, nghĩa là ở chế độ này thời gian cơng tắc học hoặc bền điện. tơ đĩng khơng lâu quá 8 giờ. Cơng tắc tơ hạ áp cĩ các cấp dịng thơng dụng: 10, 25, 40, 60, 75, 100, 150, 250, 300, 600A. Nếu đặt cơng tắc tơ . e. Tần số thao tác: số lần đĩng cắt trong thời gian trong tủ điện thì dịng điện định mức phải lấy thấp hơn 10% vì làm 1 giờ, bị hạn chế bởi sự phát nĩng của tiếp điểm mát kém, khi làm việc dài hạn thì chọn dịng điện định mức nhỏ hơn nữa. chính do hồ quang. Cĩ các cấp : 30, 100, 120, 150, . c. Khả năng đĩng cắt: là dịng điện cho phép đi qua tiếp điểm chính khi 300, 600, 1200, 1500 lần trên một giờ, tuz chế độ cắt và khi đĩng mạch. Ví dụ như cơng tắc tơ xoay chiều dùng để điều cơng tác của máy sản xuất mà chọn cơng tắc tơ cĩ khiển động cơ khơng đồng bộ ba pha lồng sĩc cần cĩ khả năng đĩng yêu cầu (3 đến 7) Iđm. tần số thao tác khác nhau. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Cơng tắt tơ Khởi động từ  U nhược điểm :  Khái niệm và cơng dụng: . Kích thước gọn nhỏ cĩ thể tận dụng khoảng khơng gian hẹp để lắp đặt và thao . Khởi động từ là một loại thiết bị điện (kết hợp giữa cơng tắt tơ và rờ le nhiệt) tác mà cầu dao khơng thực hiện được. Điều khiển đĩng cắt từ xa, cĩ vỏ ngăn dùng để điều khiển từ xa việc đĩng cắt đảo chiều và bảo vệ quá tải (nếu cĩ hồ quang phĩng ra bên ngồi nên an tồn tuyệt đối cho ngời thao tác, thời mắc thêm rơle nhiệt) cho các động cơ. Khởi động từ khi cĩ một cơng tắc tơ gian đĩng cắt nhanh, vì những u điểm trên cơng tắc tơ đợc sử dụng rộng rãi gọi là khởi động từ đơn, thường dùng để đĩng cắt động cơ điện. điều khiển đĩng cắt trong mạch điện hạ áp đặc biệt sử dụng nhiều trong các . Khởi động từ khi cĩ hai cơng tắc tơ gọi là khởi động từ kép, thường dùng khởi nhà máy cơng nghiệp. động và điều khiển đảo chiều động cơ điện. Muốn khởi động từ bảo vệ đợc ngắn mạch phải mắc thêm cầu chì. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 10
11. 1/12/2012 Khởi động từ  Ưu nhược điểm và phạm vi ứng dụng: . Khởi động từ ưu điểm hơn cầu dao ở chỗ điều khiển đĩng cắt từ xa nên an tồn cho người thao tác, đĩng cắt nhanh, bảo vệ được quá tải cho động cơ, khoảng khơng gian lắp đặt và thao tác gọn (một tủ điện cĩ thể lắp đặt nhiều động cơ). Vì vậy được sử dụng rộng rãi cho mạch điện hạ áp. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Transistor BJT cơng suất 1/12/2012 Khí cụ điện tử TS. Lê Ngọc Bích Khoa Cơ Khí Bộ môn Cơ Điện Tử Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Transistor BJT cơng suất Transistor BJT cơng suất  Transistor cơng suất là linh kiện bán dẫn được điều khiển đĩng và điều  BJT cĩ cấu trúc gồm 3 lớp dạng N-P-N hoặc P-N-P. khiển ngắt. Tuy nhiên dạng N-P-N được sử dụng nhiều hơn vì  Transistor cơng suất hoạt động ở vùng bão hịa vì vậy cĩ điện áp khi đĩng loại này cĩ kích thước nhỏ hơn với cùng một mức nhỏ, giống như khĩa đĩng ngắt. điện áp và dịng điện.  Tần số đĩng ngắt của Transistor cơng suất lớn hơn gấp nhiều lần so với  BJT cĩ hai lớp tiếp xúc p-n: Collector ‟ Base (CBJ) thyristors, tuy nhiên điện áp và dịng điện định mức của một số transistor và Base ‟ Emitter (BEJ). Lớp tiếp xúc BEJ phân cực cơng suất nhỏ hơn so với Thyristors, vì vậy cĩ ứng dụng trong các bộ biến đổi cơng suất vừa và nhỏ. theo chiều thuận để kéo điện tử về vùng Base, Lớp tiếp xúc CBJ phân cực theo chiều nghịch để thu điện  Ứng dụng trong các bộ biến đổi DC-DC, DC-AC với diode ngược để cĩ thể cho dịng điện chạy cả hai chiều tử về vùng Collector.  BJT cĩ 3 điện cực Collector (C), Emitter (E) và Base (B) và được điều khiển hồn tồn bằng dịng điện IB thơng qua cực B và E. Mạch cơng suất nối giữa 2 cực C và E. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 11
12. 1/12/2012 Transistor BJT cơng suất Transistor BJT cơng suất  Cấu tạo và nguyên lý hoạt  Loại PNP (tín hiệu kích âm) động: . Loại NPN (tín hiệu kích dương) Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Transistor BJT cơng suất Transistor BJT cơng suất  Active -Vùng tích cực hay  Một số tính chất của BJTở chế độ tuyến tính: vùng tuyến tính: là vùng mà . Dịng điện IC tỷ lệ với dịng IB. transistor hoạt động ở chế . Dịng IC hầu như khơng phụ thuộc vào điện áp trên Collector. . Điện áp trên Base khơng phụ thuộc vào điện áp trên Collector và hầu như độ khuếch đại tín hiệu, khơng phụ thuộc vào dịng IB. tương ứng với các giá trị làm việc UCE> UCESAT và dịng IC>ICO. IC=hFE.IB . Trongđĩ: „ hFE là hệ số khuếch đại dịngđiện Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Transistor BJT cơng suất Transistor BJT cơng suất  b. Saturation -Vùng bão hịa: Dịngđiện Base IB khá lớn với điện áp VCE  Cutoff - Vùng nghịch: Đặc tính ra với thơng số iB = 0 nằm nhỏ mà BJT hoạt m động như một khĩa. Cả hai lớp tiếp xúc đều phân cực thuận Collector – Base (CBJ) và Base – Emitter (BEJ). trong vùng này. Transistor ở chế độ ngắt. Dịng Base khơng . Để chuyển chế đột uyến tính sang chế độ bão hịa cần phải tăng giá trị dịng IB đủ lớn để đĩng BJT. Cả hai lớp tiếp xúc đều phân cực ngược cho đến khi điện áp UCE giảm đến giá trị mà ở đĩ lớp tiếp xúc C-B phân cực thuận.Ở chế độ bão hịa điện áp giữa C và E khá nhỏ nên BJT cĩ thể thay thế  Tổn hao cơng suất trong BJT: bằng khĩa đĩng với điện áp rơi nhỏ. . Tại điểm làm việc nằm trong vùng bão hịa, transistor sẽ đĩng, dịng IC dẫn và điện thế UCE= UCESAT =1-2 V. BJT cĩ thể thay thế bằng khĩa đĩng ngắt với điện áp rơi nhỏ. Do dịng điện IB>IB_SAT, dịng điện qua collector IC hầu như khơng thay đổi. . Điều kiện bão hịa của BJT l UCB=UCE-UBE=0.Độ bõa hịa đạt được khi thỏa mãn điều kiện UBE>0. . Trong chế độ bão hịa dịng điện IB bao giờ cũng cĩ giá trị lớn hơn dịng điện cần thiết để tạo dịng IC so với chế độ tuyến tính. . Điều kiện UBE=0 thường được gọi là chế độ giới hạn (biên giới), nghĩa là nĩ đặc trưng cho việc chuyển từ chế độ tuyến tính sang chế độ bão hịa. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 12
13. 1/12/2012 Transistor BJT cơng suất Transistor BJT cơng suất  Mạnh Darlinton:  Các thơng số cơ bản BJT . Các transistor cơng suất lớn cĩ . a.Điện áp định mức: phụ thuộc vào điện áp đánh thủng các lớp bán hệ số hFE chỉ khoảng 10- 20. dẫn và xác định bởi giá điện áp cực đại đặt lên lớp collector-emitter Do đĩ, để giảm bớt dịng kích UCEOM khi IB = 0 và giá trị cực đại điện thế lớp emitter-base b UEBOM khi IB, tức tăng hFE cĩ thể ghép nối IC = 0. tiếp các transistor cơng suất . b. Dịng điện định mức: giá trị cực đại của dịng collector ICM, dịng theo cấu hình Darlington. Bất emitter IEM và dịng kích IBM. Đĩ là các giá trị cực đại tức thời của lợi của cấu hình Darlington là transistor khi đĩng trong trạng thái bão hịa. Khi thiết lập chúng, ta xét độ sụt áp UCE bị tăng lên và tần đ ế n ảnh hưởng của các mối tiếp xúc, dây dẫn tới điện cực và các giá số đĩng ngắt bị giảm. trị hFESAT và UCESAT. . c. Cơng suất tổn hao: cơng suất tổn hao tạo nên trong hoạt động của transistor khơng được phép làm nĩng bán dẫn vượt quá giá trị nhiệt độ cho phép TM(TM =1500C). Vì thế, cần làm mát transistor và tồn bộ cơng suất tổn hao phải nhỏ hơn PM. Giá trị PM phụ thuộc vào phương pháp làm mát và nhiệt độ mơi trường. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Transistor BJT cơng suất Transistor BJT cơng suất  d. Một số tính chất và thơng số  Mạch bảo vệ: . BJT là linh kiện bán dẫn điều khiển đĩng ngắt bằng dịng điện Base IB. . Để bảo vệ quá áp trong quá trình đĩng ngắt BJT ta cĩ thể sử dụng các Nếu muốn điều khiển dịng tải (IC) lớn cần phải tăng dịng điện IB, làm mạch dưới đây: cho tổn hao cơng suất và nhiệt độ linh kiện tăng. „ Để giảm tốc độ tăng áp khố dt/du trong quá trình ngắt ta mắc -Khơng cĩ khả năng khố áp ngược. song song BJT với tụ (mạch Snubber RC và R, diode, C) -Điện áp định mức đến 1500V. „ Để giảm tốc độ tăng dịng dt/di khi đĩng mạch ta dùng cuộn cảm -Dịng điện định mức đ ến 400A. mắc nối tiếp với BJT vì L cĩ tác dụng giảm tốc độ tăng dịng, tích -Tần số định mức 10 kHz. năng lượng, sau đĩ đ ược xả qua mạch L,R. -Điện áp VBE 1- 2V -Hệ số khuếch đ ại dịng hFE=15 đến 100. . Dịng điều khiển IB đến 10A và lớn hơn dịng điều khiển của Thyristor . Các trạng thái đĩng ngắt. • UCE>0, IB>IBmin : BJT đĩng • IB<=0: BJT ngắt Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Transistor trường MOSFET (Metal Oxid Semiconductor Field Transistor BJT cơng suất Effect Transistor)  Mạch kích: . Nguyên tắc thiết kế mạch sao cho BJT được đĩng ngắt bởi dịng IB thích hợp, và thay đổi được dịng IC trong mọi điều kiện. Trong đĩ nhiệm vụ của mạch kích: • Giảm thời gian chuyển trạng thái (ton, toff): bằng cách cho dịng kích IB giai đoạn đầu khá lớn và sau đĩ giảm dần. • Cách ly điện giữa mạch điều khiển và mạch cơng suất: dùng biến áp xung hoặc linh kiện quang điện tử (opton) Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 13
14. 1/12/2012 Transistor trường MOSFET Transistor trường MOSFET  Lọai transistor cĩ khả năng đĩng ngắt nhanh và tổn hao do đĩng ngắt thấp được gọi là Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor (MOSFET) với cổng điều khiển bằng điện trường (điện áp). MOSFET được sử dụng nhiều trong các ứng dụng cơng suất nhỏ (vài kW) và khơng thích hợp sử dụng cho các ứng dụng cĩ cơng suất lớn. Tuy nhiên, linh kiện MOSFET khi kết hợp với cơng nghệ linh kiện GTO lại phát huy hiệu quả cao và chúng kết hợp với nhau tạo nên linh kiện MTO cĩ ứng dụng cho các tải cơng suất lớn. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Transistor trường MOSFET Transistor trường MOSFET  MOSFET cĩ hai lọai pnp và npn. Trên  MOSFET địi hỏi cơng suất tiêu hình bên mơ tả cấu trúc MOSFET lọai thụ ở mạch cổng kích thấp, tốc độ npn. Giữa lớp kim lọai mạch cổng và kích đĩng nhanh và tổn hao do các mối nối n+ và p cĩ lớp điện mơi đĩng ngắt thấp. Tuy nhiên, silicon oxid SiO. Điểm thuận lợi cơ MOSFET cĩ điện trở khi dẫn điện bản của MOSFET là khả năng điều lớn. Do đĩ, cơng suất tổn hao khi khiển kích đĩng ngắt linh kiện bằng dẫn điện lớn làm nĩ khơng thể phát xung điện áp ở mạch cổng. Khi điện áp triển thành linh kiện cơng suất lớn. dương áp đặt lên giữa cổng G và Source,  Đặc tính V-A linh kiện loại n tác dụng của điện trường (FET) sẽ kéo được vẽ trên hình bên, cĩ dạng các electron từ lớp n+ vào lớp p tạo điều tương tự với đặc tính V-A của kiện hình thành một kênh nối gần cổng BJT. Điểm khác biệt là tham số nhất, cho phép dịng điện dẫn từ cực điều khiển là điện áp kích UGS drain (collector) tới cực Source thay cho dịng điện kích IBE. (emitter). Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Transistor trường MOSFET Transistor trường MOSFET  MOSFET ở trạng thái ngắt khi điện áp cổng thấp hơn giá trị UGS.  Mạch kích MOSFET  Để MOSFET ở trạng thái đĩng, địi hỏi điện áp cổng tác dụng liên tục. Dịng điện đi vào mạch cổng điều khiển khơng đáng kể trừ khi mạch ở trạng thái quá độ, đĩng hoặc ngắt dịng.  Thời gian đĩng ngắt rất nhỏ, khoảng vài ns đến hàng trăm ns phụ thuộc vào linh kiện.  Điện trở trong của MOSFET khi dẫn điện Ron thay đổi phụ thuộc vào khả năng chịu áp của linh kiện. Do đĩ, các linh kiện MOSFET thường cĩ định mức áp thấp tương ứng với trở kháng trong nhỏ và tổn hao ít.  Tuy nhiên, do tốc độ đĩng ngắt nhanh, tổn hao phát sinh thấp. Do đĩ, với Để giảm thời gian kích đĩng ton của MOSFET ta cĩ thể sử dụng dạng mạch định mức áp từ 300V- 400V MOSFET tỏ ra ưu điểm so với BJT ở tần số vài (hình a) chục kHz.  MOSFET cĩ thể sử dụng đến mức điện áp 1000V, dịng điện vài chục Khi tác dụng điện áp UG , dịng điện tích điện ban đầu cho tụ mạch cổng G: amper và với mức điện áp vài trăm volt với dịng cho phép đến khoảng 100A. Điện áp điều khiển tối đa 20V (2V,5V,10V tùy theo loại), mặc dù thơng thường cĩ thể dùng áp đến 5V để điều khiển được nĩ.  Các linh kiện MOSFET cĩ thể đấu song song để mở rộng cơng suất. Sau đĩ điện áp xác lập trên cổng là Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 14
15. 1/12/2012 Transistor trường MOSFET Transistor trường MOSFET  Sơ đồ mạch kích được cải thiện  Cấu tạo khác biệt của trên hình b và sử dụng cấu trúc MOSFET so với BJT totem-pole gồm 2 transistor NPN làm cho linh kiện hoạt và PNP. Khi điện áp kích U1 ở mức cao, Q1 dẫn và Q2 khĩa làm động tốt mà khơng cần MOSFET dẫn. Khi tin hiệu U1 bảo vệ nhiều như BJT. thấp, Q1 ngắt, Q2 dẫn làm các điện Tuy nhiên, ta cĩ thể sử tích trên mạch cổng được phĩng dụng mạch RC nhỏ thích và MOSFET trở nên ngắt mắc song song với ngõ điện. Tín hiệu U1 cĩ thể lấy từ mạch collector mở (open- ra của linh kiện để hạn collector TTL) và totem-pole đĩng chế tác dụng các gai điện vai trị mạch đệm (buffer). áp và các xung nhiễu dao động xuất hiện khi linh kiện đĩng. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích IGBT (INSULATED GATE BIPOLAR TRANSISTOR) IGBT  IGBT là transistor cơng suất  IGBT cĩ ký hiệu, mạch điện tương đương vẽ trên hình dưới. hiện đại, chế tạo trên cơng nghệ VLSI, cho nên kích thước gọn nhẹ. Nĩ cĩ khả năng chịu được điện áp và dịng điện lớn cũng như tạo nên độ sụt áp vừa phải khi dẫn điện. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích IGBT IGBT  IGBT cĩ phần tử MOS với cổng cách điện được tích hợp trong  Ưu điểm của IGBT là khả năng đĩng ngắt nhanh, làm nĩ được sử dụng trong các bộ biến đổi điều chế độ rộng xung tần số cao. Mặc khác, với cấu tạo của một cấu trúc của nĩ. Giống như thyristor và GTO, nĩ cĩ cấu tạo transistor, IGBT cĩ độ sụt áp khi dẫn điện lớn hơn so với các linh kiện thuộc dạng gồm hai transistor. Việc điều khiển đĩng và ngắt IGBT được thyristor như GTO. Tuy nhiên, IGBT hiện chiếm vị trí quan trọng trong cơng nghiệp thực hiện nhờ phần tử MOSFET đấu nối giữa hai cực với họat động trong phạm vi cơng suất đến 10MW hoặc cao hơn nữa. transistor npn.  IGBT cĩ thể làm việc với dịng điện lớn. Tương tự như GTO, transistor IGBT cĩ khả năng chịu áp ngược cao.  Việc kích dẫn IGBT được thực hiện bằng xung điện áp đưa vào  So với thyristor, thời gian đáp ứng đĩng và ngắt IGBT rất nhanh, khoảng một vài μs cổng kích G. Đặc tính V-A của IGBT cĩ dạng tương tự như đặc và khả năng chịu tải đến 4,5kV-2.000A. Hiện nay cơng nghệ chế tạo IGBT đang được đặc biệt phát triển để đạt dến mức điện áp vài ngàn Volt (6kV) và dịng điện tính V-A của MOSFET. vài ngàn Amper.  Khi tác dụng lên cổng G điện thế dương so với emitter để kích  IGBT cĩ khả năng hoạt động tốt khơng cần đến mạch bảo vệ. Trong trường hợp đĩng IGBT, các hạt mang điện loại n được kéo vào kênh p gần đặc biệt, cĩ thể sử dụng mạch bảo vệ của MOSFET áp dụng cho IGBT. cổng G làm giàu điện tích mạch cổng p của transistor npn và  Mạch kích IGBT đượt thiết kế tương tự như mạch kích cho MOSFET. Do giá thành IGBT cao, và đặc biệt cho cơng suất lớn, mạch kích lái IGBT được chế tạo dưới làm cho transistor này dẫn điện. Điều này sẽ làm IGBT dẫn dạng IC cơng nghiệp. Các IC này cĩ khả năng tự bảo vệ chống quá tải, ngắn mạch, điện. Việc ngắt IGBT cĩ thể thực hiện bằng cách khĩa điện thế được chế tạo tích hợp dạng modul riêng (1,2,4,6 driver) hoặc tích hợp trên cả cấp cho cổng kích để ngắt kênh dẫn p. Mạch kích của IGBT vì modul bán dẫn (hình thành dạng complex (bao gồm mạch lái, IGBT và mạch bảo thế rất đơn giản. vệ) ) Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 15
16. 1/12/2012 SCR SCR  Cấu tạo và nguyên lý hoạt động  Thyristor là linh kiện bán dẫn với cấu trúc gồm 4 lớp tiếp xúc n-p. Với ba cực Anode (A), Cathode (K), Gate (G).  Mạch điều khiển gắn với cổng GK, mạch cơng suất gắn với cổng AK.  Điều kiện để mở Thyristor . UAK > 0 . Xung điều khiển đưa vào cực điều khiển.  Điều kiện để đĩng Thyristor  Đặt điện áp ngược lên A ‟ K Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích SCR SCR  Đặt tính volt-amper  Thyristor thực tế: . Thyristor lý tưởng: . Ba trạng thái: đĩng ‟ mở ‟ khĩa Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích SCR SCR  -Nhánh thuận : UAK>0 và IG>0, Thyristor dẫn tương ứng với giá trị khác nhau của  Các thơng số cơ bản của SCR điện áp UAK mà dịngđiều khiển IG cĩ những gía trị khác nhau. Thyristor cĩ thể dẫn với IG =0 khi điện áp UAK cĩ giá trị khá lớn. Mạch tươngđ ương của SCR gồm 2 . - Sau khi thyristor dẫn cực điều khiển mất tính chất điều khiển vì thế Transistor mắcđối Collector và Base với nhau xung IG làm 2 Transistor nhanh khơng thể sử dụng nĩ đ ể ngắt Thyristor. Thyristor cĩ thể tự ngắt khi chĩng dẫn bão hồ. dịng điện qua nĩ nhỏ hơn dịng điện duy trì. Đối với Thyristor l{  -Nhánh nghịch khi UAK IG1>IG0→ VB02<UB01<UB0. . - Khơng cĩ khả năng kích ngắt, SCR chỉ bị ngắt khi dịng qua nĩ nhỏ  - IL (L- Latching) - Dịng chốt : Khi dịng thuận qua SCR IF lớn hơn giá trị dịng chốt IL mới cĩ thể tắt xung điều khiển hơn dịng duy trì.  - IH (H – Holding)- Dịng duy trì : trong quá trình dịng thuận SCR IF thấp hơn dịng . - Áp đ ịnh mức SCR vài kV, dịng đ ịnh mức vài kA duy trì IH thì SCR tự động chuyển sang trạng thái ngắt . - Tín hiệu điều khiển là dịng điện, dịng điều khiển nhỏ hơn dịng điều  - VBR – Áp đánh thủng SCR. khiển của BJT Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 16
17. 1/12/2012 SCR SCR  Các trạng thái của SCR: SCR cĩ 3 trạng thái:  Mạch bảo vệ . - Trạng thái ngắt khi điện áp trên cực anode âm so với cực cathode. . - Nếu dU/dt quá lớn dẫnđến SCR dẫn ngồi ý muốn. Vì thế người ta . - Trạng thái ngắt khi điện áp trên cực anode dương so với cực cathode. giới han tốc độ thay đổi điện áp khố trong khoảng 10-100 V/ μs . - Trạng thái dẫn. . - Nếu dIf/dt lớn quá sẽ làm tiết diện SCR bị quá tải ở chỗ nối với cổng làm hỏng SCR .Vì thế người ta giới hạn độ tăng của dịng thuận trong khoảng 10-100A/μs Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích SCR Triac  Hình dạng thực tế thường gặp: Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Triac Triac  Cấu tạo và nguyên lý hoạt  Ký hiệu và sơ đồ kết nối: động: . -TRIAC được cấu tạo bởi hai Thyristor mắc đối song song. Do đĩ linh kiện dẫn điện ở cả hai nửa chu kỳ. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 17
18. 1/12/2012 Triac Triac  Đặc tính Volt-Amper  Các thơng số và tính chất cơ bản TRIAC TRIAC . - Khái niệm Anode và Cathode khơng cĩ { nghĩa đối với TRIAC, ta đánh số T1 là cực gần cực . -Đặc tính Volt-Amper của . điều khiển G. TRIAC vẽ theo chiều quy . - TRIAC chỉ bị khố khi IG=0 và điện áp đặt nhỏ hơn áp ngưỡng. ước của cực T1. . -Ưu điểm cơ bản của TRIAC là mạch điều khiển đơn giản. Nhưng cơng suất . -Đặc tính Volt-Amper của giới hạn khơng cao đố ứ TRIAC cĩ tính i x ng . và nhỏ hơn Thyristor. . -TRIAC tự bảo vệ chống lại quá điện áp theo cả hai chiều. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 1/12/2012 Khí cụ đo lường và hiển thị TS. Lê Ngọc Bích Khoa Cơ Khí Bộ môn Cơ Điện Tử Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Amper kế Amper kế  Ampe kế là dụng cụ đo  Phân loại cường độ dịng điện được mắc nối tiếp trong mạch. Ampe kế dùng để đo dịng rất nhỏ cỡ miliampe gọi là miliampe kế. Tên của dụng cụ đo lường này được đặt theo đơn vị đo cường độ dịng điện là ampe. Các bộ phận của ampe kế. 1: nam châm. 2: lị xo xoắn. 3: chốt giữ lị xo. 4: thước hình cung. 5: cuộn dây dẫn điện. 6: kim. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 18
19. 1/12/2012 Ampere kế kìm Vơn kế  Trong dịng điện xoay chiều, từ trường biến thiên sinh ra bởi dịng điện cĩ thể gây cảm ứng điện từ lên một cuộn cảm nằm gần dịng điện. Đây là cơ chế hoạt động của Ampe kế kìm. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Vơn kế Vơn kế  Vơn kế là dụng cụ đo điện dùng để đo hiệu điện thế giữa hai đầu đoạn  Phân loại: mạch (hoặc các dụng cụ điện như đèn ). Các Vơn kế cĩ thể được cấu tạo từ một gavanơ kế, hiển thị số liệu trên một dải liên tục thơng qua một kim chỉ trên thang đo; hoặc ở dạng số khơng liên tục trên màn hiển thị, thơng qua bộ biến đổi tương tự sang số hĩa.  Trong các sơ đồ mạch điện Vơn kế thường được thể hiện bằng k{ hiệu (V). Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Đồng hồ vạn năng Đồng hồ vạn năng  Đồng hồ vạn năng hay vạn năng kế là một dụng cụ đo lường điện cĩ nhiều  Phân loại chức năng. Các chức năng cơ bản là ampe kế, vơn kế, và ơm kế, ngồi ra . Đồng hồ vạn năng hiển thị kim cĩ một số đồng hồ cịn cĩ thể đo tần số dịng điện, điện dung tụ điện, . Loại này ra đời trước và dần bị thay kiểm tra bĩng bán dẫn (transitor) thể bởi vạn năng kế điện tử. Bộ phận chính của nĩ là một Gavanơ kế. Nĩ thường chỉ thực hiện đo các đại lượng điện học cơ bản là cường độ dịng điện, hiệu điện thế và điện trở. Hiển thị kết quả đo được thực hiện bằng kim chỉ trên một thước hình cung. Loại này cĩ thể khơng cần nguồn điện nuơi khi hoạt động trong chế độ đo cường độ dịng điện và hiệu điện thế. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 19
20. 1/12/2012 Đồng hồ vạn năng Đồng hồ vạn năng  Đồng hồ vạn năng điện tử  Việc lựa chọn các đơn vị đo, thang đo hay vi chỉnh thường . Đồng hồ vạn năng điện tử, được tiến hành bằng các nút bấm, hay một cơng tắc xoay, cĩ cịn gọi là vạn năng kế điện tử nhiều nấc, và việc cắm dây nối kim đo vào đúng các lỗ. Nhiều là một đồng hồ vạn năng sử vạn năng kế hiện đại cĩ thể tự động chọn thang đo. dụng các link kiện điện tử chủ động, và do đĩ cần cĩ nguồn  Vạn năng kế điện tử cịn cĩ thể cĩ thêm các chức năng sau: điện như pin. Đây là loại thơng . Kiểm tra nối mạch: máy kêu "bíp" khi điện trở giữa 2 đầu đo (gần) dụng nhất hiện nay cho bằng 0. những người làm cơng tác kiểm . Hiển thị số thay cho kim chỉ trên thước. tra điện và điện tử. Kết quả . Thêm các bộ khuyếch đại điện để đo hiệu điện thế hay cường độ dịng của phép đo thường được hiển điện nhỏ, và điện trở lớn. thị trên một màn tinh thể lỏng nên đồng hộ cịn được gọi là . Đo độ tự cảm của cuộn cảm và điện dung của tụ điện. Cĩ ích khi kiểm đồng hồ vạn năng điện tử tra và lắp đặt mạch điện. hiện số. . Kiểm tra diode và transistor. Cĩ ích cho sửa chữa mạch điện. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Đồng hồ vạn năng Oscillocope . Hỗ trợ cho đo nhiệt độ bằng cặp nhiệt. . Đo tần số trung bình, khuyếch đại âm thanh, để điều chỉnh mạch điện của radio. Nĩ cho phép nghe tín hiệu thay cho nhìn thấy tín hiệu (như trong dao động kế). . Dao động kế cho tần số thấp. Xuất hiện ở các vạn năng kế cĩ giao tiếp với máy tính. . Bộ kiểm tra điện thoại. . Bộ kiểm tra mạch điện ơ-tơ. . Lưu giữ số liệu đo đạc (ví dụ của hiệu điện thế). Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Oscillocope Oscillocope  Dao động ký là một loại máy  Cơng dụng vẽ di động hai chiều X và Y . Dao động k{ là máy đo cĩ các tính năng sau: để hiển thị dạng tín hiệu . Quan sát tồn cảnh tín hiệu đưa vào cần quan sát theo tín . Đo các thơng số cường độ của tín hiệu: • Đo điện áp, đo dịng điện, đo cơng suất hiệu khác hay theo thời gian. • Đo tần số, chu kì, khoảng thời gian của tín hiệu Kim bút vẽ của máy là một • Đo độ di pha của tín hiệu chấm sáng, di chuyển trên màn • Vẽ tự động và đo được đặc tính phổ của tín hiệu hình của ống tia điện tử • Vẽ đặc tuyến Vơn-ampe của linh kiện • Vẽ tự động, đo đặc tuyến biên độ-tần số theo quy luật của điện áp đưa vào cần quan sát. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 20
21. 1/12/2012 Oscillocope Oscillocope  Cấu tạo  Phân loại . Ống tia điện tử là bộ phận trung tâm của máy. Sử dụng loại ống 1 tia khống . Dao động k{ bao gồm các loại: chế bằng điện trường, cĩ nhiệm vụ hiển thị song trên màn hình và là đối . Dao động k{ tần thấp, dao động k{ tần cao, dao động k{ siêu cao tần tượng điều khiển chính. . Dao động k{ xung . Màn hình . Dao động k{ 2 tia, dao động k{ nhiều kênh . Súng điện từ . dao động k{ cĩ nhớ (loại tương tự và số) . Hệ thống lái tia . Dao động k{ số; khơng cĩ cài đặt vi xử l{ Trong đĩ thơng dụng nhất là dao động k{ điện tử[1] Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Oscillocope  Các chỉ tiêu kỹ thuật . Phạm vi tần số cơng tác:được xác định bằng phạm vi tần số quyeets. . Độ nhạy(hệ số lái tia theo chiều dọc):mV/cm . Là mức điện áp cần thiết đưa đầu vào kênh lệch dọc bằng bao nhiêu mV để tia điện tử dịch chuyển được độ daif1 cm theo chiều dọc của màn sáng. Độ nhạy cĩ thể tính được bằng mm/V. . Đường kính màn sáng: Osiloscope càng lớn, chất lượng càng cao thì đường kính màn sáng càng lớn(thơng thường khoảng 70-150mm) . Ngồi ra cịn cĩ hệ số lái tia theo chiều ngang, trở kháng vào, Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Rơle nhiệt  Khái niệm và cơng dụng: . Rơle nhiệt là một loại thiết bị điện dùng để bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi bị quá tải. Thường dùng kèm với khởi động từ, cơng tắc tơ. 1/12/2012 Dùng ở điện áp xoay chiều đến 500V, tần số 50 Hz, loại mới Iđm đến 150A điện áp một chiều tới Khí cụ bảo vệ: Cầu chì, Rơle nhiệt, Circuit Breaker, 400V. Rơle khơng tác động tức Áptơmát thời theo trị dịng điện vì cĩ quán tính nhiệt lớn phải cĩ thời gian để phát nĩng. Thời gian làm việc khoảng vài giây đến vài phút, nên TS. Lê Ngọc Bích khơng dùng để bảo vệ ngắn mạch Khoa Cơ Khí đợc. Muốn bảo vệ ngắn mạch Bộ môn Cơ Điện Tử thường dùng kèm cầu chì. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 21
22. 1/12/2012 Rơle nhiệt Circuit Breaker  Nguyên l{ làm việc : . Dựa trên tác dụng nhiệt của dịng điện, ngày nay sử dụng phổ biến rơle nhiệt cĩ phiến kim loại kép, nguyên l{ làm việc dựa trên sự giãn nở dài của hai kim loại khi bị đốt nĩng. . Phần tử cơ bản của rơle nhiệt là phiến kim loại kép cấu tạo từ hai tấm kim loại, một tấm . hệ số giãn nở bé, một tấm cĩ hệ số giãn nở lớn hơn. Hai tấm kim loại đợc ghép lại với nhau thành một tấm bằng phơng pháp cán nĩng hoặc hàn. . Khi đốt nĩng do dịng điện phiến kim loại cong về phía kim loại cĩ hệ số giãn nở nhỏ hơn, cĩ thể dùng trực tiếp cho dịng điện qua hay dây điện trở bao quanh. Để độ uốn cong lớn yêu cầu phiến kim loại phải cĩ chiều dài lớn và mỏng. Nếu cần lực đẩy mạnh thì chế tạo tấm phiến Là thiết bị đĩng cắt mạch điện hoạt động tự động để bảo vệ mạch điện khỏi rộng, dày và ngắn. sự cố quá tải hay ngắn mạch. Chức năng chính là phát hiện các điều kiện bất thường và ngắt mạch ngay lập tức để bảo vệ mạch điện. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Cấu tạo và nguyên lý Áptơmát  Khi aptomat đang ở vị trí đĩng, tiếp xúc động 2 đĩng chặt lên tiếp xúc tĩnh 1, dịng điện từ nguồn chạy qua tiếp xúc tĩnh , qua tiếp xúc động, qua Rơle dịng điện 10, qua Rơle nhiệt 7, đi về tải. ở chế 1 Tiếp xúc tĩnh độ làm việc bình thừơng thì 2 Tiếp xúc động 3 Gối hướng dẫn lực điện từ Rơle dịng điện 4, 6 Thanh truyền động 5 Móc hãm sinh ra nhỏ hơn lực căng lị 7 Rờ le nhiệt xo 8 nên aptomat luơn giữ ở 8, 13 Lò xo kéo 9 Gối đỡ trạng thái đĩng. 10 Rờ le dòng điện 11 Chốt quay 12 Tay thao tác đóng cắt 14 Cách tử dập hồ quang Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Áptơmát Áptơmát  Nếu đường dây hoặc thiết bị điện sau áptomát bị ngắn mạch thì dịng điện  Sau khi kiểm tra khắc phục xong sự cố ngắn mạch ta đĩng lại áptomát qua chạy qua áptomát sẽ lớn hơn rất nhiều so với dịng điện định mức. Vì vậy tay thao tác đĩng cắt 12. Trường hợp đường dây hoặc thiết bị điện sau khi dịng điện ở rơle 10 sinh ra sẽ lớn hơn lực căng lị xo 8, cho nên thanh áptomát bị quá tải sau thời gian t (khoảng 1-2 phút) rơle nhiệt sẽ tác động truyền động 6 bị lực điện từ kéo tụt xuống lỡm cho mĩc hãm 5 mở ra, khi lên thanh truyền 6 làm cho mĩc hãm 5 mở ra. Khi đĩ lị xo 13 sẽ kéo thanh đĩ lị xo 13 sẽ kéo thanh truyền động 4 sang trái đa tiếp xúc động 2 rời truyền động 4 sang trái đưa tiếp xúc động rời khỏi tiếp xúc tĩnh, nên mạch khỏi tiếp xúc tĩnh 1, mạch điện được cắt, hồ quang điện phát sinh giữa hai điện được cắt ra. Muốn đĩng, cắt mạch thì tác động vào tay thao tác 12 đầu tiếp xúc động vỡ tĩnh được cách tử 14 dập tắt. (đẩy lên đĩng, đẩy xuống cắt như hình vẽ). Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 22
23. 1/12/2012 áptomát bảo vệ kém áp và mất điện áptomát bảo vệ kém áp và mất điện  Nhiệm vụ: Đĩng, cắt và tự động bảo vệ kém áp cho mạch điện hạ  Hoạt động: áp. . Khi đóng mạch bằng tay thao tác đóng cắt thì dòng điện sẽ cấp từ  Sơ đồ cấu tạo và nguyên lý làm việc: nguồn sang tải qua các tiếp điểm của tiếp xúc động 7 đồng thời dòng điện cuãng đi qua cuộn dây 5 tạo ra lực điện từ kéo giữ các . a.Cấu tạo: tiếp điểm 7 tiếp xúc với nhau. Lực Fđt này lớn hơn lực kéo của lò xo 1. Khi có sực có giảm áp hoặc mất điện, dòng điện qua cuộn dây 5 giảm làm giảm lực điện từ Fđt nhỏ hơn so với lực kéo của lò xo 1, do đó các tiếp điểm động bị kéo về phía lò xo và làm hở mạch. Nếu muốn đóng mạch lại thì phải đóng bằng tay thao tác đóng cắt 10. 1. Lò xo kéo 4. Lõi thép non 7. Tiếp xúc động 2. Gối đỡ trượt 5. Rờ le điện áp 8. Thanh truyền động 3. Cách tử dập hồ quang 6. Tiếp xúc tĩnh 9. Chốt quay Lê Ngọc Bích 134 Lê Ngọc Bích Nam châm điện  Khái niệm chung : . Trong cơ cấu điện từ chấp hành nam châm điện là bộ phận chủ yếu. Nĩ sinh ra lực điện từ cần thiết để cho các cơ cấu đĩ làm việc. Nam châm điện một chiều cĩ cuộn dây điện áp đợc dùng rơng rãi hơn cả bởi nĩ cĩ những ưu điểm sau: . Khi làm việc khơng gây ra rung, ồn vì lực điện khơng thay đổi theo thời gian . Mạch từ khơng bị phát nĩng do tổn hao sắt gây ra, lực điện từ lớn hơn Khí cụ tác động điện cơ gấp hai lần so với lực điện từ ở mạch điện từ xoay chiều cĩ cùng kích thướt và cùng mật độ từ cảm. . Dịng điện trong cuộn dây khơng phụ thuộc vào kích thước mạch từ và khe hở khơng khí của mạch từ. . Cĩ thể dùng nguồn ắc quy thay thế khi mất điện lới . Cĩ nhiều dạng, loại cơ cấu điện từ chấp hành khác nhau với những chức năng khác nhau. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Nam châm điện Nam châm điện  Cấu tạo:  Hoạt động: . Cuộn dây . Khi dòng điện đi qua cuộn dây thì sẽ sinh ra từ trường bên trong lõi sắt. Tùy theo chiều của dòng điện mà sự phân cực cửa từ trường là khác nhau được xác định bằng . Lõi sắt quy tắt bàn tay phải. Với quy tắc này và tưởng tượng rằng , đoạn dây thằng bây giờ . Mặt cực được uốn thành một vòng dây ,ta xác định được từ trường của vòng dây . Khi từ trường . Dây dẫn đưa điện vào của nhiều vòng dây kết hợp lại với nhau sẽ tạo thành từ trường của cuộn dây . Từ trường đều và mạnh nhất trong lòng cuộn dây .Chiều từ trường của cuộn dây cũng . Vành bảo vệ bằng vật tương ứng với chiều từ trường của các vòng dây.Ở vòng dây ngoài cùng , nơi các liệu khơng dẫn từ. đường sức từ có hướng đi ra khỏi cuộn dây là cực bắc của nam châm .Vòng dây ngoài cùng còn lại , nơi các đường sức từ đi vào cuộn dây là cực nam của nam châm (tương tự nam châm vĩnh cửu) Lê Ngọc Bích 138 Lê Ngọc Bích 23
24. 1/12/2012 Ly hợp điện từ Ly hợp điện từ  Khái niệm :  Khớp ly hợp điện từ kiểu ma sát : . Khớp ly hợp điện từ là cơ cấu giúp quá trình truyền lực từ trục này sang trục . Mo men được truyền từ trục dẫn sang trục bị dẫn nhờ các đĩa ma sát khi kia bằng lực điện từ. Hiện nay vẫn cịn dùng nhiều trong tự động hố và điều chúng bị ép chặt vào nhau. Cịn ly và hợp thì đợc điều khiển bằng thao tác khiển từ xa để thay đổi tốc độ của trục dẫn. Khớp ly hợp điện từ gồm : “ngắt” và “đĩng” của cuộn dây nam châm. • Khớp ly hợp điện từ kiểu ma sát. . Nhược điểm của loại ly hợp này là khơng điều chỉnh đợc tốc độ trục bị dẫn vì • Khớp ly hợp điện từ kiểu bám. nếu giảm lực hút điện từ thì đĩa sẽ bị trượt dài phá hỏng bề mặt ma sát. • Khớp ly hợp điện từ kiểu từ trễ. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Ly hợp điện từ Ly hợp điện từ  Khớp ly hợp điện từ kiểu bám : moment truyền lực nhờ lực bám giữa hai mặt quay của trục dẫn và trục bị dẫn cĩ trộn bột sắn và bột than, dầu nhờn để giảm ma sát. Khi cĩ từ trường do cuộn dây sinh ra một lớp bột này sẽ trở nên “cứng” và ‘nổi” hai mặt quay của trục dẫn. Khi khơng cĩ dịng bột dạng lỏng trượt (cho phép điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi dịng điện cuộn dây nam châm điện). Nếu mơment cản của trục 1 trục dẫn 2. tang trống 3. cuộn dây bị dẫn lớn sẽ dẫn đến trợt so với 4. mạch từ 5. trục bị dẫn 6. mạt sắt trục dẫn nhưng khơng sợ hỏng mặt quay. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Ly hợp điện từ Phanh điện từ Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 24
25. 1/12/2012 Phanh điện từ Van điện từ  Phanh hãm điện từ là cơ cấu  Dùng để đĩng mở các ống dẫn điện từ dùng để hãm các thiết chất lỏng hoặc khí, phần bị đang quay. Nĩ là bộ phận động mạch từ gắn với cơ khơng thể thiếu của cần cấu làm việc của van. Khi đa cẩu, thang máy hay tài điện. điện vào cuộn dây NCĐ lực  Thơng thường nhất là loại hút điện từ làm phần động cơ phanh hãm bằng má và bằng cấu chuyển động làm van đai, ở các loại này lực hãm và đĩng hoặc mở. 1. mạch từ nhả được khuếch đại qua hệ 2. cuộn dây  Cần thiết kế sao cho áp lực 3. phần ứng 1. Đế lắp ống dẫn khí thống địn bẩy. Ngồi ra cịn 4. lị xo của chất lỏng dẫn cùng chiều 2. Ống vào bộ đếm và bọ chọn bước 5. má phanh lực điện từ để điều khiển 3. Ống dẫn ra 6. đĩa hãm 4. Võ bao phần điện từ điện từ 7. trục quay van được dễ dàng. 5. Cuộn dây 8. đệm da 6. Mạch từ 7. Nam châm 8. Lị xo Lê Ngọc Bích 9. Cổng van Lê Ngọc Bích Van điện từ Van điện từ  Các dạng thức tế thường  Mạch khí ứng dụng: gặp: Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Phương pháp thiết kế hệ thống tự động với PLC Khí cụ điều khiển lập trình được: PLC Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 25
26. 1/12/2012 Khái niệm PLC: Cấu trúc của hệ thống tự động dùng PLC  PLC là thuật ngữ viết tắt từ danh từ : PROGRAMMABLE LOGIC CONTROLLER.  Cấu trúc tổng quát của một PLC bao gồm các thành phần sau: . Bộ nguồn. . Bus (Trạm). . Bộ nhớ. . Bộ vi xử lý CPU. . Các ngỏ vào và ra. 151 Lê Ngọc Bích 152 Lê Ngọc Bích Các ứng dụng của PLC Cấu trúc cơ bản của PLC  Hệ thống băng tải  Dây chuyền đóng gói  Robot cấp phôi  Hệ thống bơm và tưới tiêu  Hệ thống sử lý nước  Sản xuất thủy tinh  Nhà máy xi măng  Công nghiệp in ấn  Dây chuyền xi mạ  Xử lý thực phẩm  Các máy công cụ  Công nghiệp thuốc lá  Công nghiệp sản xuất chất bán dẫn  Nhà máy đường  Nhà máy sản xuất dầu ăn  Điều khiển nhiệt độ  Hệ thống đèn giao thông  Dây chuyền sản xuất xe hơi  Công nghiệp luyện kim  Ứng dụng tự động hóa thiết bị gia dụng (nhà thông minh) Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích Cấu trúc cơ bản của PLC Ưu điểm:  PLC gồm có 4 thành phần cơ bản sau:  Dễ thay đổi chương trình khi cĩ yêu cầu thay đổi hệ thống . 1. Vùng đệm ngõ vào (Input Area) : Các tí n hiệu nhận vào từ các thiết bị  Chịu được mơi trường làm việc cơng nghiệp khắc nghiệt đầu vào bên ngoài (Input Devices) sẽ được lưu trong vùng nhớ này. . 2. Vùng đệm ngõ ra (Output Area) : Các lệnh điều khiển đầu ra sẽ được  Cấu tạo dạng mơ đun nên dễ thay đổi, mở rộng và thay thế. lưu tạm trong vùng nhớ này. Các mạch điện tử trong PLC sẽ xử lý lệnh và đưa ra tín hiệu điều khiển thiết bị ngoài (Output Devices). . 3. Bộ xử lý trung tâm (CPU) là nơi xử lý mọi hoạt động của PLC, bao gồm việc thực hiện chương trình. . 4. Bộ nhớ (Memory) là nơi lưu chương trình điều khiển và các trạng thái nhớ trung gian trong quá trình thực hiện. Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 26
27. 1/12/2012 Phương pháp đấu dây ngõ vào/ngõ ra. Phương pháp đấu dây ngõ vào/ngõ ra.  Ngõ vào tín hiệu rời rạc  Các ngõ vào dạng rời rạc và cách ly 157 Lê Ngọc Bích 158 Lê Ngọc Bích Phương pháp đấu dây ngõ vào/ngõ ra. Phương pháp đấu dây ngõ vào/ngõ ra.  Các ngõ ra dạng rời rạc  Các ngõ vào dạng tương tự 159 Lê Ngọc Bích 160 Lê Ngọc Bích Phương pháp đấu dây ngõ vào/ngõ ra.  Các ngõ ra dạng tương tự 161 Lê Ngọc Bích Lê Ngọc Bích 27