BỘ XÂY DỰNG BAN XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH Đ IE « 0NG1NGHI!P| I p I ề V ^ r T T t r i I J* 1 rÉBPP -"0- T#Õ*- BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG TRUNG HỌC XÂY DựNG CÔNG TRÌNH ĐÒ THỊ BÙI HỒNG HUẾ GIÁO TRÌNH ĐIỆN CÔNG NGHIỆP (Tái bản) 4 SOM.1« stOt» ^*1 £ '1 / - «V i * ; ị t 1 í ! 0 < j u NHÀ XUẤT BẢN XÂY DựNG HÀ NỘI -2012 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 dế 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 kĩ 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 kĩ thuật dê hạn dọc có thế tính toán, lựa chọn hoặc tra cứu. Bên cạnh đó túc giả cũng trình bày một số 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 sẽ 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, kĩ 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 kĩ thuật diện tử - tin học trong công nghiệp dế giúp hạn dọc những hước di tiêị) theo trong việc nghiên cứu về lĩnh vực tự dộng hoá sau này. Do 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 kĩ 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 Tố chức lao dộng - Bộ Xây dưng, các thây, cô giáo ở trường Cao dẳng Xây dựng số ỉ, trường Cao đắng Xây dựng sô' II, trường Cao dắng Xúy dựng số 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 3 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 N K A K 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 Rlh < 1500Q, diện trơ ngược Rng>3MQ. Khi làm việc điện áp thuận u = 0,6 v-0.7 V. 5 Đi ốt Gec-ma-iu. Loại này có điện trở thuận Rth<500Q , điện trỏ' ngược Rng>lQ0KQ. 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 một điện áp ra ƯDZ = UngưSng tương đối ổn định khi điện áp nguồn lớn hơn điện áp ngưỡng. Thông thường ta nên chọn: UDZ <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. Mạch chỉnh lưu một pha nữa chu kỳ D Hình 1-3 a Điện áp ngược đặt lên đi ốt Ung= 3,14 U0. Khi chưa có tụ lọc và hở mạch tải thì: U0 =0,45 u 2 Khi có tụ lọc và hở mạch tải thì U0= V2 U2. Khi có tải điện áp này phụ thuộc vào điện trử tải. Trong đó: Ưng: Điện áp ngược đặt lên đi ốt; U2 I \ I \ 1 0 1 \ / 1 Uo , lo H A 0 ' Uo ■ lo > ìũưòn” phóim nnp cút 0 Hình l-3b 6 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 một 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 lý như 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 0 Khi chưa có tụ lọc và hở mạch tải thì: Ư0 =0,45 ư 2 Khi 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 1 Trong đó: u : Điện áp ngược đặt lên đi ốt; U0: Điện áp ra chỉnh lưu; U2 : Điện áp xoay chiều thứ cấp biến áp nguồn cho chỉnh lưu. 3. Mạch 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 0 Khi chưa có tụ lọc và hở mạch tải thì: u 0=0,9 u 2 Khi có tụ lọc c và hở mạch tải thì; U0= V 2 U 2 Khi 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. 8 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. Hình 1-7 1.2.2. Nguyên lý làm việc Để nghiên cứu nguyên lý hoạt đông của Transistor ta xét từng trường hợp cụ thể sau: 1. Transistor ngược NPN Thí nghiệm - Nối mạch như hình 1-8, mạch được cung cấp bởi nguồn một chiều E. Chân B của transistor NPN nối xuống cực âm nguồn, khi đó không có dòng điện chạy qua tiếp giáp BE của transistor NPN. 9 - Đo điện áp ra ở chân c của transistor (kí hiệu là Uc), ta thấy điện áp Uc = E. Như vậy liếp giáp CE đang ở trạng thái hở mạch. - Hở mạch chân B ta cũng có kết quả tương tự. +E lc=0 +E 1 Rt c Uc / E L * + 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 V V R ' J đó ta thấy điện áp Uc giảm dần. Tới một vị trí xác định của biến trở thì điện áp Uc « ov . 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 10 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 = ov . 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 [...]... 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 D 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. .. 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 - UB = UD - 0,6V VI điện áp trên đi ốt ổn E / 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. .. SCR 1 Dòng điện thuận cực đại Đây là trị số lớn nhất của dòng điện qua SCR theo chiều thuận mà SCR có thổ làm việc được trong thời gian lâu dài trước khi bị hỏng IA m Thông thường thì IA mx =1A - 1000A K ax Ka Để SCR làm việc tốt thì dòng điện qua tải 1A - ^ — ^ = R Trong đó: Vcc là điện áp nguồn; 0,7V là điện áp UAKkhi SCR thông; Rt là điện trở tải 16 < IX K 2 Điện áp ngược cục đại Đây là điện áp ngược... dòng điện Ig (rất nhỏ chỉ cỡ mA) mà 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. .. 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... đặt vào cực G (tính chất của Diac đã trình bày ở trên) M ạch tạo xung lấy nguồn từ điện lưới nên tần số của xung kích thích bằng tần số điện nguồn Điều chỉnh chiêt áp VR sẽ làm thay đổi bộ điện trở [R2 nt (V R//R,)] Từ đó làm thay đổi hằng số phóng nạp c , [R2 nt (VR//R,)] tức là thay đổi góc mở cp để thay đổi điện áp đặt vào đèn 22 c) Bảo vệ điện úp cao cho thiết hí điện tử Trong mạch này diac được mắc... 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 lo Hình 1-49 a 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. .. 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... giảm và theo công thức trên thì U 2 sẽ giảm Môt ứng dụng quan trọng của quang trở :à dùng làm cảm biến trong mạch tự động sáng 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... có điện, đong tiếp điểm, đèn sáng Để mạch hoạt động tin cậy hơn ta phải dùng 2 transistor mắc như hình 1-34 Mạch hoạt động như sau: 26 +12 V 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 . XÂY DỰNG GIÁO TRÌNH Đ IE « 0NG1NGHI!P| I p I ề V ^ r T T t r i I J* 1 rÉBPP -"0- T#Õ*- BỘ XÂY DỰNG TRƯỜNG TRUNG HỌC XÂY DựNG CÔNG TRÌNH ĐÒ THỊ BÙI HỒNG HUẾ GIÁO TRÌNH ĐIỆN CÔNG NGHIỆP (Tái. 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 kĩ thuật diện tử - tin học trong công nghiệp. 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