Đề cương bài giảng Thực tập Kỹ thuật điện – điện tử gồm có 2 phần. Phần lý thuyết và phần thực hành. Phần lý thuyết gồm có các chương: Chương I: kỹ thuật điện; chương II: linh kiện điện tử căn bản; chương III: kỹ thuật số. Phần thực hành gồm có 14 bài. Mời các bạn cùng tham khảo.
MẠCH ĐIỆN
Khái niệm chung
Mạch điện là hệ thống bao gồm các thiết bị điện và điện tử, nơi diễn ra quá trình truyền đạt và biến đổi năng lượng hoặc tín hiệu điện thông qua dòng điện và điện áp Trong mạch điện, có hai loại phần tử chính: nguồn và phụ tải, được kết nối với nhau bằng dây dẫn theo một cách thức nhất định, sử dụng các thiết bị phụ trợ.
Nguồn điện là các thiết bị cung cấp năng lượng hoặc tín hiệu điện cho mạch, bao gồm máy phát điện, ắc quy, và cảm biến nhiệt Nguồn điện có thể được phân loại thành nguồn một chiều và nguồn xoay chiều.
- Nguồn một chiều: Pin, acquy, máy phát điện một chiều
- Nguồn xoay chiều: Lấy từ lưới điện, máy phát điện xoay chiều
Phụ tải là các thiết bị tiêu thụ năng lượng điện hoặc tín hiệu điện, chuyển hóa thành các dạng năng lượng khác như quang năng để thắp sáng, cơ năng để vận hành động cơ điện, và nhiệt năng cho các lò điện Trong mạch điện, phụ tải thường được ký hiệu bằng điện trở R hoặc trở kháng Z.
Các thiết bị phụ trợ: như các thiết bị đóng cắt (cầu dao, công tắc ), các máy đo
(ampemet, vônmet, wattmet …), các thiết bị bảo vệ (cầu chì, aptômát )
Một mạch điện phức tạp bao gồm nhiều nhánh kết nối với nhau tạo thành các mạch vòng khép kín (mắt) giao kết tại các nút:
- Nhánh: là một phần của mạch điện, trong đó các phần tử mạch mắc nối tiếp với nhau sao cho có cùng một dòng điện chạy qua
- Nút: là chỗ giao nhau của các nhánh
- Mắt: là một mạch vòng khép kín liên kết nhờ các nhánh
Mạch điện được mô tả trong hình 1-2 bao gồm 5 nhánh AB, AC, CB, CD và BD, kết nối với nhau để tạo thành 4 nút A, B, C và D Các mạch vòng khép kín hình thành các mắt (ACBA) và (BCDB).
Các định luật cơ bản
2.2 Định luật Kirchhoff 1: Định luật Kirchhoff 1 còn gọi là định luật Kirchhoff về dòng điện, được phát biểu như sau : Tổng đại số các dòng điện tại một nút bất kỳ bằng không: ú k 0 n t
trong đó, nếu qui ước dòng điện đi đến nút mang dấu dương (+) thì dòng điện rời khỏi nút phải mang dấu âm (-) và ngược lại
Ví dụ : Áp dụng định luật Kirchhoff 1, viết tại nút K ở hình 1.3 Ta có:
2.3 Định luật Kirchhoff 2: Định luật này còn gọi là định luật Kirchhoff về điện áp, được phát biểu như sau:
Tổng đại số các điện áp trên các phần tử dọc theo tất cả các nhánh trong một vòng kín với chiều tùy ý bằng không: ò k 0 v ng
Nếu chiều mạch vòng đi từ cực + sang - của một điện áp thì điện áp đó mang dấu +, còn ngược lại mang dấu -
Ví dụ: Như trên hình 1.4, áp dụng định luật Kirchhoff về điện áp viết phương trình điện áp cho hai mạch vòng I và II, như sau : u 1 - u 2 + e 2 - e 1 = 0 u 1 - u 3 + e 3 - e 1 = 0
Các biến đổi tương đương
giữa dòng điện và điện áp trên các cực của hai phần mạch là như nhau
3.1 Các nguồn sức điện động mắc nối tiếp : sẽ tương đương với một nguồn sức điện động duy nhất có trị số bằng tổng đại số các sức điện động đó: etđ = ek ( hình 1.5a)
Hình 1.5a: Các nguồn áp nối tiếp Hình 1.5b: Các nguồn dòng song song
3.2 Các nguồn dòng điện mắc song song : sẽ tương đương với một nguồn dòng duy nhất có trị số bằng tổng đại số các nguồn dòng đó: jtđ = jk ( hình 1.5b)
3.3 Các phần tử điện trở mắc nối tiếp : sẽ tương đương với một phần tử điện trở duy nhất có điện trở bằng tổng các điện trở các phần tử đó: Rtđ = Rk ( hình 1.6a)
Hình 1.6a: Điện trở ghép nối tiếp Hình 1.6b: Điện trở ghép song
3.4 Các phần tử điện trở mắc song song : sẽ tương đương với một phần tử điện trở duy nhất có điện dẫn bằng tổng các điện dẫn các phần tử đó: Gtđ = Gk ( hình 1.6b)
3.5 Nguồn sức điện động mắc nối tiếp với một điện trở : sẽ tương đương với một nguồn dòng mắc song song với điện trở đó và ngược lại ( hình 1.7)
3.6 Phép biến đổi sao – tam giác ( Y ): ( hình 1.8)
Các phương pháp phân tích mạch điện 1 chiều
4.1 Phương pháp dòng điện nhánh:
Phương pháp này có ẩn số trực tiếp là các dòng điện nhánh:
- Bước 1: Xác định số nhánh n và số nút d của mạch Chọn chiều tùy ý dòng điện trong các nhánh và chiều mắt lưới độc lập (nếu bài toán chưa cho)
Để lập hệ phương trình cho mạch điện, bước đầu tiên là xây dựng (d-1) phương trình nút dựa trên định luật Kirchhoff thứ nhất (K1) Tiếp theo, cần thiết lập (n-d+1) phương trình vòng hoặc mắt lưới nếu mạch là mạch phẳng, theo định luật Kirchhoff thứ hai (K2).
Để tìm trị số dòng điện trong các nhánh của mạch điện, bước thứ ba là giải hệ phương trình liên quan Lưu ý rằng nếu giá trị dòng điện tìm được là âm, điều này có nghĩa là chiều của dòng điện trong mạch sẽ là chiều ngược lại.
Ví dụ : Tìm dòng điện trong các nhánh của mạch điện sau đây:
Giải : B1: Mạch điện trên có 5 nhánh, 3 nút Chiều dòng điện trong các nhánh đã cho sẵn
Chọn chiều mắt lưới như hình 1.9
B2: Lập hệ 5 phương trình mạch điện:
B3: Giải hệ 5 phương trình trên, ta được:
Vậy dòng I5 có chiều ngược lại so với hình 1.9
Để bắt đầu phân tích mạch, bước đầu tiên là xác định số nút d của mạch Tiếp theo, bạn cần chọn chiều dòng điện trong các nhánh, nếu đề bài chưa chỉ định Trong trường hợp mạch có nguồn áp mắc nối tiếp với một trở kháng, hãy thay thế chúng bằng nguồn dòng tương đương để đơn giản hóa quá trình tính toán.
- Bước 2: Chọn tùy ý 1 nút (nút gốc) có điện thế bằng 0 Viết phương trình thế các nút còn lại (mạch có n nút thì viết n-1 phương trình)
- Bước 3: Giải hệ phương trình thế nút trên để tìm ra các thế nút
- Bước 4: Suy ra dòng trong từng nhánh theo định luật Ohm trong từng đoạn mạch
- Nút gốc có thể chọn tuỳ ý, thường ta chọn nút có nhiều nhánh nối tới nhất làm nút gốc
- Điện thế (gọi tắt là thế) của một nút được định nghĩa là điện áp của nút đó so với nút gốc
- Trở kháng của nguồn áp bằng 0, trở kháng của nguồn dòng bằng
Trong trường hợp tổng quát đối với mạch có d nút, người ta chứng minh được hệ phương trình đối với (d-1) thế nút có dạng sau:
Y Y Y J (Phương trình viết cho nút 1)
Y Y Y J (Phương trình viết cho nút 2)
Y Y Y J (Phương trình viết cho nút d-1) trong đó: o Yii (i = 1 ÷ d-1) = tổng các dẫn nạp của các nhánh nối tới nút i o Yij = Yji (i = 1 ÷ d-1, j = 1 ÷ d-1, i j ) = - (tổng các dẫn nạp của các nhánh nối giữa
2 nút i và j) o J đi = tổng đại số các nguồn dòng chảy vào nút i, mang dấu “+” nếu nguồn dòng chảy vào nút I, ngược lại mang dấu “-”
4.3 Phương pháp dòng mắt lưới:
Để phân tích mạch điện, bước đầu tiên là xác định số nhánh n và số nút d, từ đó tính số mắt lưới theo công thức (n-d+1) Tiếp theo, chọn chiều dòng điện cho các nhánh và các dòng điện ở mắt lưới nếu bài toán chưa cung cấp Nếu trong mạch có nguồn dòng mắc song song với một trở kháng, cần thay thế chúng bằng nguồn áp tương đương để đơn giản hóa việc phân tích.
- Bước 2: Viết hệ phương trình (n-d+1) dòng mắt lưới bằng định luật Kirchhoff 2
- Bước 3: Giải hệ phương trình trên, ta tìm được giá trị của các dòng mắt lưới
Để xác định các dòng nhánh, cần tuân theo hai nguyên tắc chính: Thứ nhất, nếu chỉ có một dòng mắt lưới duy nhất chạy qua nhánh, thì dòng mắt lưới đó chính là dòng nhánh Thứ hai, nếu có nhiều dòng mắt lưới chạy qua cùng một nhánh, hãy xếp chồng tất cả các dòng mắt lưới đó lại để xác định dòng nhánh.
Trong mạch điện có d nút và n nhánh, số mắt lưới L được tính bằng công thức L = n – d + 1 Hệ phương trình cho L dòng mắt lưới có dạng cụ thể, cho phép phân tích cấu trúc mạch một cách hiệu quả.
Z I Z I Z I E (Phương trình viết cho mắt lưới 1)
Z I Z I Z I E (Phương trình viết cho mắt lưới 2)
Phương trình cho mắt lưới L được biểu diễn như sau: Z I + Z I + + Z I = E Trong đó, Zii (i = 1 ÷ L) là tổng các trở kháng của các nhánh thuộc mắt lưới i, và Zij = Zji (i = 1 ÷ L, j = 1 ÷ L, i ≠ j) là tổng các trở kháng của các nhánh chung giữa hai mắt lưới i và j Dấu hiệu của Zij được xác định là “+” nếu dòng điện trên các nhánh chung chảy cùng chiều và “-” nếu ngược chiều Khi chọn tất cả các dòng mắt lưới có cùng chiều, dòng điện trên nhánh chung giữa hai mắt lưới sẽ luôn chảy ngược chiều nhau, do đó luôn lấy dấu “-” Cuối cùng, E mi là tổng đại số các sức điện động thuộc mắt lưới i; nếu dòng điện đi từ cực – đến cực + của nguồn sức điện động, nguồn đó sẽ mang dấu dương.
Nguyên lý xếp chồng cho rằng, khi có nhiều nguồn kích thích tác động đồng thời, đáp ứng tổng thể sẽ bằng tổng các đáp ứng từ từng nguồn kích thích riêng lẻ.
Mạch điện có hai nguồn kích thích, bao gồm nguồn dòng độc lập J1 và nguồn áp độc lập E2 Khi chỉ cho E2 tác động và triệt tiêu J1, ta thu được mạch như hình 1.10b với các đáp ứng I1', I2', I3' Ngược lại, nếu chỉ cho J1 tác động và triệt tiêu E2, ta có mạch như hình 1.10c với các đáp ứng I1'', I2'', I3''.
Theo nguyên lý xếp chồng: I 1 I 1 ' I 1 '' ; I 2 I 2 ' I 2 '' ; I 3 I 3 ' I 3 ''
TỪ TRƯỜNG
Các đại lượng từ cơ bản của từ trường
2.1 Cường độ từ cảm (cảm ứng từ): B
- Cường độ từ cảm là đại lượng đặc trưng cho tác dụng lực của từ trường
B vector tại một điểm là vectơ có phương trùng với tiếp tuyến của đường sức từ đi qua điểm đó, có chiều giống với chiều của đường sức từ và có độ lớn bằng sin.
trong đó: F : Lực từ tác dụng lên dây dẫn [N]
I : Cường độ dòng điện qua dây [A] l : Chiều dài dây dẫn [m]
B : Cảm ứng từ tại điểm xét [T]: 1T = 10 4 Gs
Thông qua mặt S, thông lượng từ B được xác định là tổng các đường sức từ xuyên qua mặt S vuông góc, ký hiệu là = BS, trong đó B đại diện cho cảm ứng từ với đơn vị là Tesla [T].
S : Diện tích mặt giới hạn [m 2 ]
2.3 Hệ số từ thẩm tương đối:
Tỉ số giữa cảm ứng từ trong môi trường chân không và cảm ứng từ trong môi trường bất kỳ do cùng một dòng điện kích thích gây ra là 0.
Là đại lượng đặc trưng cho khả năng gây từ của dòng điện Nó chỉ phụ thuộc vào dòng điện luyện từ mà không phụ thuộc vào môi trường
2.5 Hệ số từ thẩm tuyệt đối ( a ): a B
Định luật cảm ứng điện từ
3.1 Trường hợp từ thông xuyên qua vòng dây biến thiên:
Khi từ thông = (t) thay đổi qua vòng dây, sẽ xuất hiện suất điện động e(t) trong vòng dây Suất điện động này có chiều sao cho dòng điện được sinh ra sẽ tạo ra từ trường ngược lại, nhằm chống lại sự biến thiên của từ thông.
Hình 2.1 Chiều dương sđđ cảm ứng phù hợp với từ thông theo qui tắc văn nút chai
- Suất điện động cảm ứng trong một vòng dây được tính theo công thức Maxwell: e d dt
- Nếu cuộn dây có N vòng, suất điện động cảm ứng là: d d e N dt dt
(3-2) trong đó: = N [Wb] gọi là từ thông móc vòng của cuộn dây
3.2 Trường hợp thanh dẫn chuyển động trong từ trường:
Khi thanh dẫn chuyển động vuông góc với đường sức từ trường, hiện tượng cảm ứng suất điện động xảy ra với công thức e = Blv Trong đó, B là cường độ từ cảm tính bằng Tesla (T), l là chiều dài tác dụng của thanh dẫn tính bằng mét (m), và v là tốc độ dài của thanh dẫn tính bằng mét trên giây (m/s) Đây là trường hợp thường gặp trong các máy điện.
Chiều suất điện động cảm ứng xác định theo qui tắc bàn tay phải (hình 2.2).
Định luật lực điện từ
Khi thanh dẫn mang dòng điện đặt thẳng góc với đường sức từ trường, thanh dẫn sẽ chịu một lực điện từ tác dụng có trị số là:
F = IBl (3-4) trong đó: I : dòng điện chạy trong thanh dẫn [A]
B : cường độ từ cảm [T] l : chiều dài thanh dẫn [m]
Chiều của lực điện từ được xác định theo qui tắc bàn tay trái (hình 2.3).
Dòng điện xoáy
Khi từ trường thay đổi trong một khối vật dẫn bằng kim loại, suất điện động cảm ứng sẽ xuất hiện Suất điện động này tạo ra dòng điện cảm ứng chạy quanh trong vật dẫn, được gọi là dòng điện xoáy hay dòng điện Phu-cô.
- Tác hại: dòng điện xoáy làm nóng máy do đó làm giảm hiệu suất của máy
Để giảm thiểu dòng điện xoáy, các máy điện sử dụng mạch từ được cấu tạo từ các lá thép kỹ thuật điện cách điện với nhau Dòng điện xoáy chỉ chạy trong từng lá thép mỏng, thường được làm từ tôn silic, giúp giảm cường độ dòng điện xoáy một cách hiệu quả.
Dòng điện xoáy mang lại nhiều lợi ích quan trọng, bao gồm việc nấu chảy kim loại trong lò điện cảm ứng, tôi kim loại trong lò điện cao tần và ứng dụng trong công-tơ điện.
Hình 2.2 Xác định sđđ cảm ứng theo qui tắc bàn tay phải
Hình 2.3 Xác định sđđ cảm ứng theo qui tắc bàn tay trái
KHÍ CỤ ĐIỆN
Cầu chì
Cầu chì là thiết bị điện quan trọng, được sử dụng để bảo vệ thiết bị và lưới điện khỏi sự cố ngắn mạch Nó thường được lắp đặt để bảo vệ các đường dây dẫn, máy biến áp, động cơ điện, thiết bị điện, mạch điều khiển và mạch thắp sáng.
- Cầu chì có đặc điểm là đơn giản, kích thước bé, khả năng cắt lớn và giá thành hạ nên được ứng dụng rộng rãi
2.2 Các tính chất và yêu cầu của cầu chì:
- Cầu chì có đặc tính làm việc ổn định, không tác động khi có dòng điện mở máy và dòng điện định mức lâu dài đi qua
- Đặc tính A-s của cầu chì phải thấp hơn đặc tính của đối tượng bảo vệ
- Khi có sự cố ngắn mạch, cầu chì tác động phải có tính chọn lọc
- Việc thay thế cầu chì bị cháy phải dễ dàng và tốn ít thời gian
Cầu chì bao gồm các thành phần sau:
Phần tử ngắt mạch là thành phần chính của cầu chì, có khả năng cảm nhận giá trị hiệu dụng của dòng điện Nó thường được làm từ các vật liệu dẫn điện như bạc hoặc đồng với điện trở suất rất thấp Hình dạng của phần tử này có thể là dây tròn hoặc băng mỏng.
Thân cầu chì thường được làm từ thủy tinh, ceramic hoặc các vật liệu tương đương, yêu cầu có độ bền cơ khí cao và khả năng chịu nhiệt tốt Những vật liệu này cần đảm bảo không bị hư hỏng khi gặp các sự thay đổi nhiệt độ đột ngột.
Vật liệu lấp đầy trong thân cầu chì, thường là silicat dạng hạt, đóng vai trò quan trọng trong việc hấp thu năng lượng sinh ra từ hồ quang Nó không chỉ giúp bảo vệ các phần tử ngắt mạch mà còn đảm bảo tính cách điện khi xảy ra hiện tượng ngắt mạch.
Các đầu nối là các thành phần quan trọng, giúp định vị cầu chì một cách cố định trên các thiết bị đóng ngắt mạch, đồng thời đảm bảo tính tiếp xúc điện tốt.
2.4 Phân loại cầu chì và phạm vi sử dụng:
Cầu chì có thể được chia thành hai dạng cơ bản, tùy thuộc vào nhiệm vụ:
- Cầu chì loại g: cầu chì dạng này có khả năng ngắt mạch, khi có sự cố quá tải hay ngắn mạch xảy ra trên phụ tải
- Cầu chì loại a: cầu chì dạng này chỉ có khả năng bảo vệ duy nhất trạng thái ngắn mạch trên tải
Cầu chì trong lưới điện hạ thế có nhiều hình dạng khác nhau và thường được ký hiệu theo các dạng cụ thể trong sơ đồ nguyên lý (hình 3.1 & 3.2).
Hình 3.1 Các ký hiệu cầu chì
Hình 3.2: Hình dạng của cầu chì ống, và vỏ hộp (Cầu chì của SIEMENS)
2.5 Các thông số và phương pháp lựa chọn cầu chì:
Trong lưới điện ánh sáng sinh hoạt :
Cầu chì được chọn theo 2 điều kiện sau: dmCC dmLD dm tt
Trong đó: UđmCC : điện áp định mức của cầu chì
Iđm : dòng định mức của dây chảy (A), nhà chế tạo cho theo các bảng
Itt : là dòng lâu dài lớn nhất chạy qua dây chảy cầu chì (A)
Với thiết bị điện một pha, như các thiết bị gia dụng, dòng tính toán chính là dòng định mức của thiết bị, được xác định bằng công thức: cos dm tt dmtb dm.
Trong đó: Idmtb: Là dòng định mức của thiết bị (A)
Udm: điện áp pha định mức bằng 220V cos: lấy theo thiết bị điện
Với đèn sợi đốt, bàn là, bếp điện, bình nóng lạnh: cos = 1
Với quạt, đèn tuýp, điều hoà, tủ lạnh, máy giặt: cos = 0,8
Khi cầu chì bảo vệ lưới ba pha, dòng tính toán xác định như sau:
Trong đó: Udm: điện áp dây định mức của lưới điện bằng 380V
Cầu chì bảo vệ một động cơ:
Cầu chì bảo vệ một động cơ chọn theo hai điều kiện sau:
* dm tt t dmD mm mm dmD dm
Kt: hệ số tải của động cơ, nếu không biết lấy Kt = 1, khi đó: I dm I dmD
IdmD: dòng định mức của động cơ xác định theo công thức:
3 * *cos * dmD dmD dm dm
Với: Uđm = 380V là điện áp định mức lưới hạ áp của mạng 3 pha 380V,
Cos: hệ số công suất định mức của động cơ nhà chế tạo cho thường bằng 0.8,
: hiệu suất của động cơ,
Kmm: hệ số của động cơ nhà chế tạo cho, thường Kmm = (4 ÷7)
: = 2.5 (động cơ mở máy nhẹ hoặc không tải: máy bơm, máy cắt gọt kim loại), = 1.6 (động cơ mở máy nặng hoặc có tải: cần cẩu, cầu trục, máy nâng).
CB ( CIRCUIT BREAKER )
CB (Circuit Breaker) hay Aptômát là thiết bị điện quan trọng, được sử dụng để đóng ngắt mạch điện một pha và ba pha Thiết bị này có chức năng bảo vệ mạch điện khỏi các sự cố như quá tải, ngắn mạch và sụt áp, đảm bảo an toàn cho hệ thống điện.
3.1 CB phải thỏa ba yêu cầu sau:
Chế độ làm việc của cầu dao (CB) cần phải duy trì ở mức định mức trong thời gian dài, cho phép dòng điện định mức chạy qua CB một cách liên tục Đồng thời, mạch điện của CB phải có khả năng chịu đựng dòng điện lớn trong trường hợp xảy ra ngắn mạch, ngay cả khi các tiếp điểm của nó đã được đóng hoặc đang trong trạng thái đóng.
CB cần phải ngắt được dòng điện ngắn mạch lớn, có thể lên đến vài chục KA Sau khi ngắt dòng điện ngắn mạch, CB phải đảm bảo hoạt động hiệu quả ở trị số dòng điện định mức.
Để cải thiện tính ổn định nhiệt và điện động cho các thiết bị điện, cũng như giảm thiểu thiệt hại do dòng điện ngắn mạch, cần thiết phải sử dụng cầu dao (CB) với thời gian cắt ngắn Điều này thường yêu cầu sự kết hợp giữa lực thao tác cơ học và thiết bị dập hồ quang bên trong CB Để thực hiện bảo vệ có chọn lọc, cầu dao cần có khả năng điều chỉnh trị số dòng điện tác động và thời gian tác động một cách linh hoạt.
3.2 Cấu tạo: gồm các bộ phận chính sau đây:
CB thường có hai hoặc ba cấp tiếp điểm, bao gồm tiếp điểm chính, phụ và hồ quang Khi đóng mạch, tiếp điểm hồ quang sẽ đóng trước, tiếp theo là tiếp điểm phụ và cuối cùng là tiếp điểm chính Ngược lại, khi cắt mạch, tiếp điểm chính sẽ mở trước, sau đó là tiếp điểm phụ và cuối cùng là tiếp điểm hồ quang Điều này giúp hồ quang chỉ cháy trên tiếp điểm hồ quang, bảo vệ tiếp điểm chính khỏi hư hại Việc sử dụng tiếp điểm phụ giúp ngăn chặn sự lan rộng của hồ quang, bảo vệ tốt hơn cho tiếp điểm chính.
3.2.2 Hộp dập hồ quang: Để CB dập được hồ quang trong tất cả các chế độ làm việc của lưới điện, người ta thường dùng hai kiểu thiết bị dập hồ quang là: kiểu nửa kín và kiểu hở Kiểu nửa kín được đặt trong vỏ kín của CB và có lỗ thoát khí Kiểu này có dòng điện giới hạn cắt không quá 50KA Kiểu hở được dùng khi giới hạn dòng điện cắt lớn hơn 50KA hoặc điện áp > 1000V (cao áp)
Trong buồng dập hồ quang thông dụng, việc sử dụng các tấm thép xếp thành lưới ngăn giúp phân chia hồ quang thành nhiều đoạn ngắn, từ đó tạo điều kiện thuận lợi cho việc dập tắt hồ quang hiệu quả.
3.2.3 Cơ cấu truyền động cắt CB:
Truyền động cắt CB có hai phương pháp chính: điều khiển bằng tay và điều khiển bằng cơ điện (bao gồm điện từ và động cơ điện) Phương pháp điều khiển bằng tay thường được áp dụng cho các CB có dòng điện định mức không vượt quá 600A, trong khi điều khiển bằng điện từ (sử dụng nam châm điện) được sử dụng cho các ứng dụng khác.
CB có khả năng chịu dòng điện lớn lên đến 1000A Để tăng cường khả năng điều khiển bằng tay, người ta sử dụng tay dài phụ theo nguyên lý đòn bẩy Bên cạnh đó, còn có các phương pháp điều khiển khác như sử dụng động cơ điện hoặc khí nén.
CB tự động cắt điện nhờ vào các phần tử bảo vệ, được gọi là móc bảo vệ Những móc này sẽ kích hoạt khi mạch điện gặp sự cố như quá dòng (quá tải hoặc ngắn mạch) và sụt áp.
Móc bảo vệ quá dòng điện, hay còn gọi là bảo vệ dòng điện cực đại, đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ thiết bị điện khỏi tình trạng quá tải và ngắn mạch Để đảm bảo an toàn, đường thời gian – dòng điện của móc bảo vệ cần phải nằm dưới đường đặc tính của thiết bị cần bảo vệ Hệ thống điện từ và rơle nhiệt thường được sử dụng làm móc bảo vệ, và chúng được lắp đặt bên trong cầu dao (CB).
Móc bảo vệ sụt áp, hay còn gọi là bảo vệ điện áp thấp, thường sử dụng kiểu điện từ Cuộn dây của thiết bị này được mắc song song với mạch điện chính và được quấn với ít vòng bằng dây tiết diện nhỏ, có khả năng chịu điện áp nguồn.
3.3.1 Sơ đồ nguyên lý của CB dòng điện cực đại (hình 3.3): Ở trạng thái bình thường sau khi đóng điện, CB được giữ ở trạng thái đóng tiếp điểm nhờ móc 2 khớp với móc 3 cùng một cụm với tiếp điểm động
Khi bật CB ở trạng thái ON, với dòng điện định mức, nam châm điện 5 và phần ứng 4 không hút Tuy nhiên, khi mạch điện quá tải hoặc ngắn mạch, lực hút từ nam châm điện 5 vượt quá lực lò xo 6, khiến nam châm điện 5 kéo phần ứng 4 xuống Điều này làm bật nhả móc 3, thả tự do móc 5 và làm lò xo 1 được thả lỏng, dẫn đến việc các tiếp điểm của CB mở ra và mạch điện bị ngắt.
Hình 3.3: Sơ đồ nguyên lý của CB dòng điện cực đại Hình 3.4: Sơ đồ nguyên lý của CB điện áp thấp
3.3.2 Sơ đồ nguyên lý của CB điện áp thấp (hình 3.4):
Khi bật CB ở trạng thái ON, nam châm điện 11 và phần ứng 10 sẽ hút nhau Nếu sụt áp vượt quá mức cho phép, nam châm điện 11 sẽ nhả phần ứng 10, làm cho lò xo 9 kéo móc 8 bật lên, dẫn đến móc 7 thả tự do và lò xo 1 được thả lỏng Kết quả là các tiếp điểm của CB mở ra, ngắt mạch điện.
- Theo kết cấu, người ta chia CB ra ba loại: một cực, hai cực và ba cực
- Theo thời gian thao tác, người ta chia CB ra loại tác động không tức thời và loại tác động tức thời (nhanh)
- Theo công dụng bảo vệ, người ta chia CB ra các loại: CB cực đại theo dòng điện,
CB cực tiểu theo điện áp, CB dòng điện ngược v.v…
- Trong một vài trường hợp có yêu cầu bảo vệ tổng hợp (cực đại theo dòng điện, cực tiểu theo điện áp), ta có loại CB vạn năng.
Contactor
Contactor là thiết bị điện dùng để điều khiển từ xa, cho phép đóng ngắt các mạch điện có tải, với điện áp lên đến 500V và dòng điện tối đa 600A Thiết bị này có thể hoạt động tự động hoặc thông qua nút nhấn, và vị trí điều khiển của contactor có thể cách xa các tiếp điểm đóng ngắt mạch điện.
Contactor được cấu tạo từ ba thành phần chính: cơ cấu điện từ (nam châm điện), hệ thống dập hồ quang và hệ thống tiếp điểm, bao gồm tiếp điểm chính và tiếp điểm phụ.
Nam châm điện gồm có 4 thành phần:
- Cuộn dây dùng tạo ra lực hút nam châm
Lõi sắt của nam châm bao gồm hai phần chính: phần cố định và phần nắp di động Lõi thép nam châm có thể được thiết kế với các dạng khác nhau như EE, EI hoặc CI.
- Lò xo phản lực có tác dụng đẩy phần nắp di động trở về vị trí ban đầu khi ngừng cung cấp điện vào cuộn dây
4.1.2 Hệ thống dập hồ quang điện:
Khi contactor chuyển mạch, hồ quang điện xuất hiện gây cháy và mòn các tiếp điểm Do đó, cần thiết phải có hệ thống dập hồ quang với nhiều vách ngăn kim loại đặt cạnh hai tiếp điểm, đặc biệt là ở các tiếp điểm chính của contactor.
4.1.3 Hệ thống tiếp điểm của contactor:
Hệ thống tiếp điểm kết nối với phần lõi từ di động thông qua bộ phận liên động cơ khí Dựa vào khả năng tải dẫn qua các tiếp điểm, có thể phân loại tiếp điểm của contactor thành hai loại khác nhau.
Tiếp điểm chính của contactor có khả năng cho dòng điện lớn đi qua, từ 10A đến vài nghìn A, ví dụ như 1600A hoặc 2250A Khi cấp nguồn vào mạch từ của contactor, tiếp điểm thường hở sẽ đóng lại, giúp mạch từ của contactor hút lại.
Tiếp điểm phụ có khả năng cho dòng điện đi qua các tiếp điểm nhỏ hơn 5A và có hai trạng thái: thường đóng và thường hở Tiếp điểm thường đóng ở trạng thái đóng khi cuộn dây nam châm trong contactor không được cung cấp điện, trong khi đó, nó sẽ hở ra khi contactor hoạt động Ngược lại, tiếp điểm thường hở luôn ở trạng thái mở.
Hệ thống tiếp điểm chính thường được lắp đặt trong mạch điện động lực, trong khi các tiếp điểm phụ được sử dụng trong hệ thống mạch điều khiển Các tiếp điểm phụ có nhiệm vụ điều khiển việc cung cấp điện đến các cuộn dây nam châm của contactor theo quy trình đã được định trước.
4.2 Nguyên lý hoạt động của contactor:
Khi cấp nguồn điện cho cuộn dây của contactor, lực từ tạo ra sẽ hút lõi từ di động, hình thành mạch từ kín và đưa contactor vào trạng thái hoạt động Bộ phận liên động giữa lõi từ di động và hệ thống tiếp điểm sẽ đóng tiếp điểm chính và chuyển đổi trạng thái các tiếp điểm phụ Khi ngưng cấp nguồn, contactor trở về trạng thái nghỉ và các tiếp điểm sẽ quay lại trạng thái ban đầu.
4.3 Các thông số cơ bản của contactor:
Điện áp định mức của contactor (Uđm) là điện áp mà tiếp điểm chính cần phải đóng ngắt, tương ứng với mạch điện Đây chính là điện áp được đặt vào hai đầu cuộn dây của nam châm điện, giúp mạch từ hoạt động hiệu quả.
Cuộn dây hút hoạt động hiệu quả trong khoảng điện áp từ 85% đến 105% điện áp định mức Thông tin này được ghi trên nhãn ở hai đầu cuộn dây contactor, với các mức điện áp định mức như 110V, 220V, 440V cho điện một chiều và 127V, 220V, 380V, 500V cho điện xoay chiều.
Dòng điện định mức của contactor (Iđm) là dòng điện tối đa cho phép đi qua tiếp điểm chính trong thời gian hoạt động liên tục, với điều kiện contactor không ở trạng thái đóng quá 8 giờ.
- Dòng điện định mức của contactor hạ áp thông dụng có các cấp là: 10A, 20A, 25A, 40A, 60A, 75A, 100A, 150A, 250A, 300A, 600A
Khi đặt contactor trong tủ điện, dòng điện định mức cần phải giảm xuống 10% do khả năng tản nhiệt kém Đối với chế độ làm việc dài hạn, dòng điện cho phép qua contactor còn phải được điều chỉnh thấp hơn nữa để đảm bảo an toàn và hiệu suất hoạt động.
4.3.3 Khả năng cắt và khả năng đóng:
- Khả năng cắt của contactor điện xoay chiều đạt bội số đến 10 lần dòng điện định mức với phụ tải điện cảm
- Khả năng đóng: contactor điện xoay chiều dùng để khởi động động cơ điện cần phải có khả năng đóng từ 4 đến 7 lần Iđm
4.3.4 Tuổi thọ của contactor: được tính bằng số lần đóng mở, sau số lần đóng mở ấy thì contactor sẽ bị hỏng và không dùng được
- Độ bền cơ khí: được xác định bởi số lần đóng cắt không tải contactor, contactor hiện đại đạt tuổi thọ cơ khí từ 10 20 triệu lần thao tác
- Độ bền điện: được xác định bởi số lần đóng cắt có tải định mức, contactor đạt tuổi thọ về điện tới 3 triệu lần thao tác
Tần số thao tác của contactor được xác định bởi số lần đóng cắt trong một giờ, và bị giới hạn bởi sự phát nóng của các tiếp điểm chính do hồ quang Các cấp tần số thao tác phổ biến bao gồm 30, 100, 120 và 150 lần mỗi giờ.
4.3.6 Tính ổn định lực điện động:
Contactor có khả năng cho phép dòng điện lớn gấp khoảng 10 lần dòng điện định mức đi qua mà không làm tách rời tiếp điểm, cho thấy tính ổn định của lực điện động trong thiết bị này.
Khởi động từ
Khởi động từ là thiết bị điện giúp điều khiển từ xa việc đóng, ngắt và đảo chiều động cơ không đồng bộ ba pha rôto lồng sóc Để bảo vệ quá tải, có thể lắp thêm rơle nhiệt, và để bảo vệ ngắn mạch, cần sử dụng cầu chì.
5.1 Các yêu cầu kỹ thuật:
Khởi động từ cần phải thỏa mãn các yêu cầu kỹ thuật sau:
- Tiếp điểm có độ bền chịu mài mòn cao
- Khả năng đóng – cắt cao
- Thao tác đóng – cắt dứt khoát
- Tiêu thụ công suất ít nhất
- Bảo vệ động cơ không bị quá tải lâu dài (có rơle nhiệt)
- Thỏa điều kiện khởi động: Ikđ = (4 7)Iđm
- Điện áp định mức của cuộn dây hút: 36V, 127V, 220V, 380V, 500V
- Kết cấu bảo vệ chống các tác động bởi môi trường xung quanh: hở, bảo vệ, chống bụi, nước, nổ…
- Khả năng làm biến đổi chiều quay động cơ điện: không đảo chiều quay và đảo chiều quay
- Số lượng và loại tiếp điểm: thường hở, thường đóng
5.3.Nguyên lý làm việc của khởi động từ:
Khi nhấn nút khởi động M, điện áp được cung cấp cho cuộn dây, khiến contactor hút lõi thép di động và khép kín mạch từ Quá trình này đóng các tiếp điểm chính để khởi động động cơ và tiếp điểm phụ thường hở để duy trì mạch điều khiển khi không còn nhấn nút khởi động.
Khi nhấn nút dừng D, khởi động từ sẽ ngắt điện, khiến lực lò xo nén đưa phần lõi từ di động trở về vị trí ban đầu; các tiếp điểm sẽ trở về trạng thái thường hở, dẫn đến việc động cơ dừng hoạt động.
Khi xảy ra sự cố quá tải động cơ, rơle nhiệt sẽ ngắt mạch điện cuộn dây, dẫn đến việc ngắt khởi động từ và dừng hoạt động của động cơ điện.
( a) (b) Hình 3.6 Sơ đồ điều khiển ĐCKĐB rotor lồng sóc quay một chiều mở máy trực tiếp (a), và đặc tính cơ khi mở máy ( b)
Mạch lực và mạch điều khiển được bảo vệ ngắn mạch bằng cầu chì
Sơ đồ bảo vệ điện áp thấp rất quan trọng trong hệ thống điện Khi điện áp giảm xuống còn 50-60% Udm hoặc xảy ra mất điện ngẫu nhiên, contactor K sẽ tự động nhả, đưa sơ đồ về trạng thái ban đầu Sau khi điện lưới được khôi phục, động cơ sẽ không tự khởi động lại mà cần phải nhấn nút M để vận hành.
5.3.2 Khởi động từ kép: (hình 3.7)
Khi ấn nút MT, côngtắctơ KT tác động, nối mạch lực cấp điện cho động cơ quay thuận Muốn dừng, ấn nút D, động cơ dừng tự do
Khi nhấn nút MN, công tắc KN sẽ tác động, đảo chiều mạch lực giữa hai pha R và T, giúp động cơ quay ngược Để ngăn chặn hiện tượng ngắn mạch giữa hai pha R và T khi cả hai công tắc KT và KN cùng hoạt động, mạch điều khiển cuộn KT và KN được thiết kế với khóa chéo.
- Khóa chéo về điện: tiếp điểm thường đóng KT gửi vào mạch cuộn KN và ngược lại
Khóa chéo về cơ sử dụng nút ấn liên động để đảm bảo an toàn trong mạch điện Khi nhấn nút thường mở MT, mạch cuộn KT sẽ được đóng để quay thuận, trong khi nút ấn thường đóng liên động sẽ mở mạch cuộn KN, ngăn không cho cuộn KN có điện Tương tự, nút thường đóng liên động với nút ấn thường mở MN sẽ được gửi vào cuộn KT, tạo ra một hệ thống kiểm soát an toàn hiệu quả.
Rơle thời gian
Rơle thời gian là một thiết bị điện quan trọng trong lĩnh vực điều khiển tự động, hoạt động như một bộ điều khiển trung gian, giúp điều chỉnh các thiết bị theo thời gian đã được xác định trước.
Khi lắp ráp hệ thống mạch điều khiển truyền động, có hai loại rơle thời gian phổ biến: rơle thời gian ON DELAY và rơle thời gian OFF DELAY, tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng.
( a) (b) Hình 3.7 Sơ đồ điều khiển ĐCKĐB rotor lồng sóc quay một chiều mở máy trực tiếp (a), và đặc tính cơ khi mở máy ( b)
6.2 Rơle thời gian ON DELAY:
- Ký hiệu cuộn dây rơle thời gian
- Điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây rơle thời gian được ghi trên nhãn, thông thường : 110V, 220V…
- Hệ thống tiếp điểm: Tiếp điểm tác động không tính thời gian: tiếp điểm này hoạt động tương tự các tiếp điểm của rơle trung gian
Nguyên lý hoạt động của rơle thời gian ON DELAY là khi cấp nguồn vào cuộn dây, các tiếp điểm tác động không thay đổi trạng thái ngay lập tức mà sẽ duy trì trạng thái ban đầu (thường đóng hở ra, thường hở đóng lại) Sau một khoảng thời gian đã được định trước, các tiếp điểm tác động có tính thời gian sẽ chuyển sang trạng thái mới và giữ nguyên trạng thái này.
Khi ngưng cấp nguồn vào cuộn dây, tất cả các tiếp điểm tức thời trở về trạng thái ban đầu
6.3 Rơ-le thời gian OFF DELAY:
- Ký hiệu cuộn dây rơ-le thời gian:
- Điện áp đặt vào hai đầu cuộn dây rơle thời gian được ghi trên nhãn, thông thường: 110V, 220V…
Tiếp điểm tác động không tính thời gian: tiếp điểm này hoạt động tương tự các tiếp điểm của rơle trung gian
Khi cấp nguồn vào cuộn dây của rơle thời gian OFF DELAY, các tiếp điểm tác động tức thời và duy trì trạng thái này
Khi ngừng cấp nguồn vào cuộn dây, tất cả các tiếp điểm tác động sẽ không trở về trạng thái ban đầu ngay lập tức Sau một khoảng thời gian đã được xác định trước, các tiếp điểm tác động có tính thời gian sẽ tự động chuyển về trạng thái ban đầu.
Rơle nhiệt ( OVER LOAD OL )
7.1 Khái niệm và cấu tạo: (hình 3.8)
Rơle nhiệt là thiết bị bảo vệ động cơ và mạch điện khỏi sự cố quá tải Với quán tính nhiệt lớn, rơle nhiệt không phản ứng ngay lập tức với dòng điện mà cần một khoảng thời gian để phát nóng, thường từ vài giây đến vài phút.
Phần tử phát nóng 1 được kết nối với mạch động lực qua vít 2 và ôm phiến lưỡng kim 3 Vít 6 trên giá nhựa cách điện 5 điều chỉnh độ uốn cong của phiến 3 Giá 5 xoay quanh trục 4, và mức độ cong của phiến lưỡng kim phụ thuộc vào dòng điện chạy qua phần tử phát nóng Khi phiến cong, nó tác động lên vít 6, làm xoay giá 5 và mở ngàm đòn bẩy 9 Lò xo 8 giúp đòn bẩy 9 xoay ngược chiều kim đồng hồ quanh trục 7, mở tiếp điểm động 11 khỏi tiếp điểm tĩnh 12 Nút nhấn 10 được sử dụng để reset rơle nhiệt về vị trí ban đầu sau khi phiến lưỡng kim nguội.
Nguyên lý hoạt động của rơle nhiệt dựa trên tác dụng nhiệt của dòng điện, gây giãn nở phiến kim loại kép Phiến kim loại kép được tạo thành từ hai lá kim loại có hệ số giãn nở khác nhau, với sự chênh lệch lên tới 20 lần, được ghép chặt bằng phương pháp cán nóng hoặc hàn Khi dòng điện vượt quá mức cho phép, phiến kim loại sẽ bị biến dạng, từ đó kích hoạt cơ chế ngắt mạch để bảo vệ hệ thống điện.
Khi lưỡng kim được đốt nóng và uốn cong về phía kim loại có hệ số giãn nở nhỏ, cần gạt sẽ bị đẩy, khiến lò xo co lại và chuyển đổi hệ thống tiếp điểm phụ Để rơle nhiệt hoạt động trở lại, cần phải đợi phiến kim loại nguội và kéo cần reset của rơ-le nhiệt.
- Theo kết cấu: rơle nhiệt chia thành hai loại: kiểu hở và kiểu kín
- Theo yêu cầu sử dụng: loại một cực và hai cực
Có ba phương thức đốt nóng chính: Đốt nóng trực tiếp, trong đó dòng điện đi qua tấm kim loại kép, tuy cấu tạo đơn giản nhưng không tiện dụng khi cần thay đổi dòng điện định mức Đốt nóng gián tiếp sử dụng phần tử đốt nóng độc lập, cho phép thay đổi dòng điện dễ dàng, nhưng có nguy cơ phần tử đốt nóng bị cháy đứt do truyền nhiệt kém Cuối cùng, đốt nóng hỗn hợp kết hợp cả hai phương pháp trên, mang lại tính ổn định nhiệt cao và khả năng làm việc ở bội số quá tải lớn.
MÁY ĐIỆN
Sơ lược về máy biến áp
2.1 Vai trò và công dụng của máy biến áp: Để dẫn điện từ nhà máy phát điện đến hộ tiêu thụ cần có đường dây tải điện (hình 4.2) Thông thường khoảng cách từ nơi sản xuất điện đến hộ tiêu thụ lớn
Hình 4.2 Sơ đồ mạng truyền tải điện đơn giản
Để truyền tải công suất lớn đi xa với ít tổn hao và tiết kiệm kim loại màu, cần sử dụng điện áp cao (thường là 35, 110, 220 hoặc 500 KV) trên đường dây tải Tuy nhiên, các máy phát điện thường chỉ có khả năng phát ra điện áp từ 3 đến 21 KV, vì vậy cần thiết phải sử dụng thiết bị tăng điện áp ở đầu đường dây.
Máy biến áp là thiết bị điện tĩnh quan trọng, có chức năng giảm điện áp xuống mức yêu cầu (như 380V, 220V, 24V…) tại hộ tiêu thụ Thiết bị này hoạt động dựa trên nguyên lý cảm ứng điện từ, cho phép biến đổi dòng điện xoay chiều từ một điện áp này sang điện áp khác mà không làm thay đổi tần số Máy biến áp đóng vai trò then chốt trong việc truyền tải và phân phối điện năng hiệu quả.
2.2 Các loại máy biến áp chính:
Máy biến áp điện lực: dùng để truyền tải và phân phối công suất trong hệ thống điện lực
Máy biến áp chuyên dùng: dùng trong các lò luyện kim, các thiết bị chỉnh lưu, máy biến áp hàn
Máy biến áp tự ngẫu: dùng để liên lạc trong hệ thống điện, mở máy động cơ không đồng bộ công suất lớn
Máy biến áp đo lường: dùng để giảm các điện áp và dòng điện lớn đưa vào các dụng cụ đo tiêu chuẩn hoặc để điều khiển
Máy biến áp thí nghiệm: dùng để thí nghiệm điện áp cao
2.3 Cấu tạo của máy biến áp:
Cấu tạo máy biến áp gồm ba bộ phận chính: lõi thép, dây quấn và vỏ máy
Hình 4.3 Lõi thép (mạch từ) máy biến áp một pha: a) Kiểu trụ; b) Kiểu bọc
Lõi thép máy biến áp được chế tạo từ các vật liệu dẫn từ tốt, chủ yếu là thép kỹ thuật điện với độ dày từ 0,3 – 1mm, và được phủ lớp cách điện bên ngoài Lõi thép bao gồm hai phần chính: phần trụ (T) dùng để quấn dây và phần gông (G) nối liền giữa các trụ, tạo thành mạch từ kín.
2.3.2 Dây quấn máy biến áp:
Dây quấn thường được làm từ dây đồng hoặc nhôm, có tiết diện hình tròn hoặc chữ nhật và được bọc cách điện bên ngoài Dây quấn bao gồm nhiều vòng dây được lồng vào trụ thép, với cách điện giữa các vòng dây, giữa các dây quấn và giữa dây quấn với lõi thép.
Máy biến áp thường bao gồm hai hoặc nhiều dây quấn Khi các dây quấn được đặt trên cùng một trụ, dây quấn điện áp thấp sẽ nằm sát trụ thép, trong khi dây quấn điện áp cao sẽ được đặt ở bên ngoài Cách sắp xếp này giúp giảm thiểu lượng vật liệu cách điện cần sử dụng.
2.3.3 Vỏ máy biến áp: làm bằng thép gồm 2 bộ phận: thùng và nắp thùng (hình 4.4)
Thùng máy biến áp chứa lõi thép, dây quấn và dầu biến áp, trong đó dầu đóng vai trò quan trọng trong việc tăng cường cách điện và tản nhiệt Khi máy biến áp hoạt động, một phần năng lượng tiêu hao biến thành nhiệt, làm nóng dây quấn, lõi thép và các bộ phận khác Sự đối lưu trong dầu giúp truyền nhiệt từ các bộ phận bên trong sang dầu, sau đó từ dầu qua vách thùng ra môi trường xung quanh Nắp thùng không chỉ đậy kín thùng mà còn chứa các bộ phận quan trọng khác.
- Sứ ra của dây quấn cao áp và dây quấn hạ áp
Bình giản dầu, hay còn gọi là bình dầu phụ, là một thùng hình trụ được làm bằng thép, được đặt trên nắp và kết nối với thùng chứa chính thông qua một ống dẫn dầu Chức năng chính của bình giản dầu là theo dõi mức dầu bên trong thùng, đảm bảo quá trình vận hành được hiệu quả và an toàn.
Ống bảo hiểm được làm bằng thép, với một đầu kết nối vào thùng và đầu còn lại được bịt bằng đĩa thủy tinh Khi áp suất trong thùng dầu tăng đột ngột, đĩa thủy tinh sẽ vỡ, cho phép dầu thoát ra ngoài, giúp bảo vệ máy biến áp khỏi hư hỏng.
Ngoài ra, trên nắp còn đặt bộ phận truyền động của cầu dao đổi nối các đầu điều chỉnh điện áp của dây quấn cao áp
2.4 Nguyên lý làm việc của máy biến áp:
Máy biến áp một pha hai dây quấn bao gồm dây quấn sơ cấp với W1 vòng dây và dây quấn thứ cấp với W2 vòng dây, được quấn trên lõi thép Khi điện áp xoay chiều u1 được áp vào dây quấn sơ cấp, dòng điện i1 sẽ tạo ra từ thông trong lõi thép, từ đó sinh ra suất điện động e1 và e2 ở cả hai dây quấn Suất điện động ở dây quấn thứ cấp sẽ tạo ra dòng điện i2 cung cấp cho tải với điện áp u2 Như vậy, năng lượng của dòng điện xoay chiều đã được truyền từ dây quấn sơ cấp sang dây quấn thứ cấp.
Giả sử điện áp xoay chiều đặt vào là một hàm số hình sin thì từ thông do nó sinh ra cũng là hàm số hình sin: = m sinwt (4-1)
Hình 4.4 Máy biến áp dầu 3 pha ,
Hình 4.5 Nguyên lý làm việc của MBA
Theo định luật cảm ứng điện từ, suất điện động cảm ứng trong các cuộn dây là:
Hệ số máy biến áp: 1 1
Nếu bỏ qua điện trở dây quấn và từ thông tản ra không khí, có thể coi U1 E1 ;
U2 E2 ; bỏ qua tổn hao trong máy biến áp ( U1I1 U2I2 ), ta có:
Nếu k 1 thì U1 U2 : máy biến áp giảm áp k 1 thì U1 U2 : máy biến áp tăng áp.
Động cơ không đồng bộ 3 pha
Làm động cơ điện (do chế tạo đơn giản, giá thành rẻ, độ tin cậy cao, vận hành đơn giản, hiệu suất cao…)
Trong công nghiệp (dùng làm nguồn động lực cho máy cán thép vừa và nhỏ, các máy công cụ…)
Trong hầm mỏ (làm máy tời, quạt gió)
Trong nông nghiệp (làm máy bơm, máy gia công…)
Trong đời sống (quạt gió, máy quay đĩa, động cơ tủ lạnh…)
* Nhược điểm: cos thường không cao lắm, đặc tính điều chỉnh tốc độ không tốt 3.2 Cấu tạo:
3.2.1 Stator (phần tĩnh): gồm (hình 4.6 & 4.7):
Lõi thép hình trụ được chế tạo từ lá thép kỹ thuật điện, được dập rãnh bên trong và ghép lại để tạo thành các rãnh theo hướng trục Lõi thép này được ép chặt vào trong vỏ máy, đảm bảo hiệu suất hoạt động tối ưu.
Hình 4.6 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ
1 Lõi thép stator; 2 Dây quấn stator; 3 Nắp máy; 4 Ổ bi; 5 Trục máy;
6 Hộp dầu cực; 7 Lõi thép rotor; 8 Thân máy; 9 Quạt gió làm mát; 10 Hộp quạt
- Dây quấn stator: thường làm bằng dây đồng có bọc cách điện và đặt vào các rãnh của lõi thép
- Vỏ máy: gồm có thân máy và nắp máy, cố định lõi sắt và dây quấn, thường bằng gang
3.2.2 Rotor (phần quay): gồm ( hình 4.8):
- Lõi thép: gồm các lá thép kỹ thuật điện ghép cách điện, mặt ngoài dập rãnh để đặt dây quấn, ở giữa có dập lỗ để lắp trục
Dây quấn rotor lồng sóc bao gồm các thanh đồng hoặc nhôm được đặt trong các rãnh và được ngắn mạch bởi hai vành ở hai đầu Đối với động cơ cỡ nhỏ, dây quấn rotor đóng vai trò quan trọng trong việc tạo ra từ trường cần thiết cho hoạt động của động cơ.
Hình 4.7 (a) Lá thép stator, (b)Lõi thép stator, (c) Dây quấn stator
31 | P a g e được đúc bằng nhôm nguyên khối gồm thanh dẫn, vành ngắn mạch, cánh tản nhiệt và cách quạt làm mát)
Cấu tạo rotor của động cơ không đồng bộ bao gồm các thành phần chính như dây quấn rotor lồng sóc, lõi thép rotor và ký hiệu động cơ trên sơ đồ Rotor dây quấn được thiết kế tương tự như dây quấn stator với cùng số cực từ, luôn được đấu hình sao Ba đầu ra của rotor được kết nối vào ba vành trượt gắn trên trục quay, cách điện với trục Ba chổi than cố định tiếp xúc với vành trượt để dẫn điện vào biến trở bên ngoài, giúp khởi động hoặc điều chỉnh tốc độ động cơ.
Hình 4.9 Cấu tạo của động cơ không đồng bộ 3 pha rotor dây quấn
- Khe hở : rất nhỏ (0.2 1 mm) : hạn chế dòng từ hóa
Khi áp dụng điện áp xoay chiều 3 pha với tần số f1 vào dây quấn stator, một hệ thống dòng 3 pha sẽ chạy qua, tạo ra từ trường quay với tốc độ đồng bộ n1 Từ trường này cắt các thanh dẫn trong dây quấn rotor, gây ra hiện tượng cảm ứng với sức điện động và dòng điện Từ thông do dòng điện trong rotor kết hợp với từ thông của stator tạo thành từ thông tổng ở khe hở Dòng điện trong dây quấn rotor tương tác với từ thông khe hở, sinh ra mômen, và mối quan hệ này có ảnh hưởng trực tiếp đến tốc độ quay n của rotor.
Động cơ không đồng bộ 1 pha
Các động cơ công suất nhỏ dưới 750W được sử dụng phổ biến trong nhiều lĩnh vực công nghiệp và dân dụng, bao gồm máy giặt, tủ lạnh, máy bơm, quạt và các dụng cụ cầm tay.
- Trên stator có hai dây quấn: dây quấn chính và dạy quấn phụ Rotor thường là lồng sóc
So với động cơ 3 pha cùng kích thước, động cơ một pha chỉ đạt khoảng 70% công suất, và trong nhiều trường hợp, công suất thực tế có thể chỉ còn từ 40 đến 50% so với động cơ 3 pha.
- Stator giống động cơ không đồng bộ 3 pha nhưng trên đó đặt dây quấn 1 pha, được cung cấp bởi nguồn điện xoay chiều 1 pha
- Rotor thường là rotor lồng sóc
Khi dòng điện xoay chiều hình sin được đưa vào dây quấn stator, từ trường stator sẽ có phương không đổi nhưng độ lớn thay đổi theo hình sin theo thời gian, được gọi là từ trường đập mạch B Từ trường này có thể được phân thành hai từ trường quay ngược chiều nhau, được ký hiệu là B1.
Động cơ 1 pha có thể được coi là tương đương với động cơ 3 pha khi stator được quấn bằng hai phần giống nhau mắc nối tiếp, tạo ra các từ trường quay ngược chiều nhau Các từ trường này tương tác với dòng điện ở rotor, sinh ra hai mômen ngược nhau M1 và M2, góp phần vào hiệu suất hoạt động của động cơ.
Khi khởi động động cơ với n = 0 và s = 1, mômen M1 và M2 bằng nhau và ngược chiều, dẫn đến mômen tổng M = 0, khiến động cơ không thể quay tự động Tuy nhiên, nếu động cơ được quay theo một chiều khác (s ≠ 1), mômen sẽ không bằng 0, và động cơ sẽ tiếp tục quay theo chiều đó.
Vậy để động cơ một pha làm việc được, ta phải tìm cách tạo ra cho động cơ một momen lúc rotor đứng yên (M = Mk 0 khi s = 1) (Hình 4.11)
4.3.1Động cơ dùng dây quấn phụ khởi động:
Loại này được dùng khá phổ biến như máy điều hòa, máy giặt, quạt, bơm ly tâm …
Động cơ KĐB 1 pha với một dây quấn hoạt động dựa trên từ thông và lực điện từ tác động lên rotor Từ trường đập mạch trong động cơ này được chia thành hai loại: từ trường quay thuận và từ trường quay ngược.
Hình 4.11 Mômen của ĐCKĐB một pha
Động cơ này bao gồm hai loại dây quấn: dây quấn chính Wc (dây quấn làm việc) và dây quấn phụ Wp (dây quấn khởi động) Hai cuộn dây này được bố trí lệch nhau một góc 90 độ trong không gian, cùng với rotor lồng sóc.
Để tạo ra góc lệch pha giữa dòng điện qua cuộn dây chính (Ic) và dòng qua cuộn dây phụ (Ip), có thể mắc thêm một điện trở nối tiếp với cuộn phụ hoặc sử dụng dây quấn có kích thước nhỏ hơn cho cuộn phụ; góc lệch này thường nhỏ hơn 30 độ Dòng điện trong dây quấn chính và dây quấn phụ tạo ra từ trường quay, từ đó sinh ra mô men mở máy.
Khi động cơ đạt từ 70% đến 75% tốc độ đồng bộ, cuộn dây phụ sẽ được cắt ra thông qua công tắc ly tâm K, và động cơ sẽ tiếp tục hoạt động chỉ với cuộn dây chính.
4.3.2Động cơ dùng tụ điện:
Động cơ điện một pha có cuộn dây phụ nối tiếp với tụ điện được gọi là động cơ tụ điện Cuộn dây phụ được bố trí lệch 90 độ so với cuộn dây chính Khi chọn giá trị tụ điện phù hợp, góc lệch pha giữa dòng điện phụ (Ic) và dòng điện chính (Ip) gần đạt 90 độ Tùy theo nhu cầu sử dụng, có nhiều loại động cơ tụ điện khác nhau.
Động cơ sử dụng tụ điện khởi động sẽ đạt từ 75% đến 85% tốc độ đồng bộ khi khởi động Sau khi công tắc K mở ra, động cơ sẽ đạt được tốc độ ổn định.
Động cơ dùng tụ điện thường trực: ( hình 4.13)
Cuộn dây phụ và tụ điện khởi động được kết nối liên tục khi động cơ hoạt động bình thường Loại động cơ này thường có công suất dưới 500W và sở hữu đặc tính cơ học tốt.
Để cải thiện hiệu suất làm việc và momen khởi động của động cơ, ta sử dụng động cơ hai tụ điện Tụ điện khởi động lớn, gấp khoảng 10 đến 15 lần tụ điện thường trực, được kết hợp song song với tụ điện thường trực Khi động cơ khởi động và đạt tốc độ từ 75 đến 85% tốc độ đồng bộ, tụ điện khởi động sẽ được ngắt kết nối khỏi cuộn phụ, chỉ giữ lại tụ điện thường trực để hoạt động bình thường.
Hình 4.12 Động cơ dùng dây quấn phụ a) Sơ đồ kết cấu b) Đồ thị vectơ lúc khởi động c) Đặc tính M=f(s)
4.4.3 Động cơ có vòng ngắn mạch ở cực từ:
Trên stator, dây quấn một pha được đặt cùng với cực từ chia thành hai phần: một phần có vòng ngắn mạch K ôm 1/3 cực từ và rotor lồng sóc Dòng điện I1 trong dây quấn stator tạo ra từ thông ’ qua phần cực từ không có vòng ngắn mạch và từ thông ” qua phần cực từ có vòng ngắn mạch Từ thông ” này cảm ứng trong vòng ngắn mạch tạo ra suất điện động En, chậm pha so với ” một góc 90 độ Vòng ngắn mạch có điện trở và điện kháng, dẫn đến dòng điện In chậm pha so với En một góc n nhỏ hơn 90 độ Dòng điện In tạo ra từ thông n, và từ thông tổng qua phần cực từ có vòng ngắn mạch được xác định từ các yếu tố trên.
Từ thông này lệch pha so với từ thông qua phần cực từ không có vòng ngắn mạch một góc
Động cơ này hoạt động nhờ vào sự lệch nhau trong không gian, tạo ra từ trường quay để quay rotor Mặc dù có momen khởi động nhỏ (0,2 đến 0,5 lần momen định mức) và hiệu suất thấp (25 đến 40%), loại động cơ này thường được chế tạo với công suất từ 20 đến 30W, đôi khi lên đến 300W Chúng thường được sử dụng cho các thiết bị như quạt bàn, quạt trần và máy quay đĩa.
AN TOÀN ĐIỆN
Tác dụng của dòng điện với cơ thể người
2.1 Điện giật và đốt cháy điện:
Dưới tác động của dòng điện, các sợi cơ tim co giãn nhanh chóng và hỗn loạn, gây ra tình trạng tim ngừng đập.
Sự đốt cháy do hồ quang có thể gây ra những tổn thương nghiêm trọng, dẫn đến hủy hoại cơ bắp, lớp mỡ, gân và xương Trong trường hợp nặng, nó có thể gây nguy hiểm đến tính mạng.
2.2 Những yếu tố xác định tình trạng nguy hiểm của điện giật:
Sự nguy hiểm do điện giật thuộc rất nhiều yếu tố sau:
2.2.1 Giá trị của dòng điện đi qua cơ thể người: Đây là yếu tố quan trọng nhất
Giá trị an toàn tối đa của dòng điện đối với con người là 10 mA cho dòng điện xoay chiều và 50 mA cho dòng điện một chiều Đối với dòng điện xoay chiều, mức độ an toàn này rất quan trọng để bảo vệ sức khỏe con người.
Khi dòng điện từ 10 đến 25 mA đi qua cơ thể, áp suất máu sẽ tăng dần, người bị ảnh hưởng sẽ cảm thấy khó rời khỏi vật mang điện, đồng thời cảm giác đau đớn và khó thở cũng gia tăng Tuy nhiên, tác động của dòng điện trong khoảng này không gây ra hậu quả nghiêm trọng.
Khi dòng điện chạy qua cơ thể từ 25 đến 80 mA, áp suất máu sẽ tiếp tục tăng và nhịp tim trở nên hỗn loạn, có nguy cơ dẫn đến ngừng tim hoàn toàn Thời gian dòng điện có thể tác động lên cơ thể không nên vượt quá 25 đến 30 giây.
- I = 80 mA 5A: tim rung, ngừng đập hẳn, thời gian chịu đựng cho phép là 0,1
0,3s (khi I = 100 mA 5A) và là 1 3s (I = 80 100mA) Giá trị I = 100 mA là giá trị nguy hiểm đối với cơ thể người
- I > 5A: máu ngưng lưu thông, tim ngừng đập, các cơ bắp bị tổn thương nặng có thể dẫn đến cơ thể bị đốt cháy
2.2.2 Điện áp mà người có thể chịu đựng được: Điện áp tiếp xúc và điện áp bước lớn nhất cho phép đối với trang thiết bị điện điện áp thấp là:
- 40V đối với trang thiết bị điện cố định và di động ở trên diện tích có mức độ nguy hiểm không cao
- 24V đối với trang thiết bị điện cố định và di động trong các đường hầm dưới mặt đất và ở nơi rất nguy hiểm
2.2.3 Điện trở cơ thể người:
Giá trị điện trở của cơ thể người không đồng nhất giữa các cá nhân và thay đổi theo điều kiện và thời điểm Điện trở cơ thể được chia thành hai phần: điện trở của da và điện trở của các bộ phận bên trong Các bộ phận bên trong có điện trở không đáng kể, thường chỉ từ 570Ω trở lên.
1000 Điện trở người phụ thuộc chủ yếu vào lớp da
Điện trở của cơ thể người thay đổi đáng kể tùy thuộc vào tình trạng da Khi da nguyên vẹn và khô, điện trở có thể dao động từ 40.000Ω đến 100.000Ω, thậm chí lên đến 500.000Ω Tuy nhiên, nếu da bị tổn thương hoặc cắt, điện trở có thể giảm xuống chỉ còn từ 600Ω đến 200Ω Các yếu tố ảnh hưởng đến điện trở cơ thể khi bị điện giật rất quan trọng.
- Điện áp mà cơ thể chịu đựng được
- Vị trí của cơ thể tiếp xúc với phần tử mang điện áp
- Độ ẩm của môi trường xung quanh
- Thời gian dòng điện tác dụng
2.2.4 Đường đi của dòng điện qua người:
Khi dòng điện đi qua tim, các vị trí có hệ thần kinh tập trung hoặc các khớp nối ở tay, mức độ nguy hiểm sẽ gia tăng đáng kể Đặc biệt, có bốn đường điện được coi là nguy hiểm nhất.
- Từ tay phải qua chân
- Từ tay trái quan chân
2.2.5 Trạng thái sức khỏe của con người:
Hiện tượng choáng điện (sốc điện) thể hiện rõ nét nhất nếu con người mệt mỏi hay trong tình trạng say rượu
Phụ nữ và trẻ em có độ nhạy cảm cao hơn nam giới đối với hiện tượng choáng, đặc biệt là những người bị đau tim và suy nhược, họ sẽ cảm thấy rất nhạy cảm khi có dòng điện chạy qua cơ thể.
Dòng điện 1 chiều được coi là ít nguy hiểm hơn dòng điện xoay chiều và đặc biệt là dòng điện xoay chiều tần số công nghiệp 50Hz – 60Hz
Khi cung cấp dòng điện một chiều (IDC) cho thiết bị, nguy cơ chấn thương do điện gia tăng, dẫn đến khả năng lao động tạm thời bị mất Điều này xảy ra do sự đốt cháy do hồ quang của IDC nghiêm trọng hơn so với dòng điện xoay chiều (IAC) Mức độ nguy hiểm của điện giật từ IDC tăng lên khi điện áp tăng, và ở mức 450V, mức độ nguy hiểm khi cung cấp cho thiết bị điện một chiều tương đương với thiết bị điện xoay chiều.
Mức độ nguy hiểm của dòng điện giảm dần khi tần số tăng lên do hiệu ứng bề mặt, nhưng ngược lại, sự đốt cháy do tần số cao gây ra lại càng trầm trọng hơn.
Các dụng cụ phòng hộ
Phương tiện cách điện dùng để bảo vệ chia ra loại chính và loại phụ
- Sào cách điện: dùng để thao tác đóng và mở dao cách ly, các máy cắt phụ tải…
- Kìm để đặt và tháo cầu chì kiểu ống
- Cán cách điện của các dụng cụ điện có U 1000V
- Găng tay cao su: không có vết nứt, lỗ thủng và lỗ rổ
Giày và ủng cao su được chế tạo từ các loại cao su đặc biệt màu xám trắng hoặc nâu nhạt và không sơn Để bảo quản tốt, bạn nên để giày và ủng ở trong nhà khô ráo với nhiệt độ từ 5 đến 20 độ C, đồng thời giữ khoảng cách ít nhất 1m với lò sưởi.
- Thảm cao su: dùng ở thiết bị có U > 1000V, không được có vết nứt, vết sướt
Giá cách điện thường bao gồm một mặt lát bằng gỗ được đặt trên các sứ đỡ, ưu tiên sử dụng gỗ khô tốt để đảm bảo độ bền và an toàn Thiết kế giá cách điện cần đảm bảo khe hở giữa các thanh gỗ không vượt quá 25 mm để hạn chế tối đa sự cố điện Ngoài ra, chiều cao của giá cách điện từ sàn gỗ đến nền nhà cũng cần được chú trọng, đảm bảo tối thiểu là 10cm để đáp ứng các tiêu chuẩn an toàn điện.
- Ngoài ra, còn có kính bảo vệ và mặt nạ phòng độc.
Một số biện pháp an toàn
- Bảo vệ nối dây trung tính: để tránh nguy hiểm khi đứt dây trung tính
- Bảo vệ bằng biện pháp cắt tự động khu vực bị sự cố ra khỏi lưới điện (dùng các hệ thống rơle)
- Bảo vệ chống sét cho đường dây và các công trình cao…
Cấp cứu người bị điện giật
Kinh nghiệm thực tế cho thấy rằng hầu hết các trường hợp bị điện giật nếu kịp thời cứu chữa thì khả năng cứu sống rất cao
5.1 Phương pháp cứu người bị nạn thoát khỏi mạch điện:
Việc đầu tiên là phải nhanh chóng đưa người bị nạn thoát khỏi mạch điện
Trường hợp cắt được mạch điện: Cắt điện bằng những thiết bị đóng cắt ở gần nhất như công tắc, cầu dao, máy cắt,
- Nếu mạch điện đi vào đèn thì phải chuẩn bị ngay ánh sáng khác để thay thế
Trường hợp không cắt được mạch điện: (hình 5.1)
Khi tiếp xúc với mạch điện cao thế, việc cứu hộ cần được thực hiện một cách cẩn thận Người cứu hộ nên trang bị ủng và găng tay cao su hoặc sử dụng sào cách điện để gạt nạn nhân ra khỏi mạch điện Trong trường hợp không có dụng cụ an toàn, biện pháp tạo ngắn mạch các pha bằng cách nối dây đồng, dây nhôm hoặc dây thép có thể được áp dụng.
5.2 Các phương pháp cứu chữa sau khi nạn nhân thoát khỏi mạch điện:
Ngay sau khi nạn nhân thoát khỏi mạch điện, phải căn cứu vào trạng thái của nạn nhân để xử lý cho thích hợp
Nếu nạn nhân chưa mất tri giác:
Nếu nạn nhân mất tri giác:
Nếu nạn nhân đã tắt thở:
5.3 Phương pháp hô hấp nhân tạo:
5.3.1 Hô hấp nhân tạo: có 2 phương pháp:
Hình 5.1 Cách cứu người bị nạn khi không cắt được điện
Phương pháp này chỉ cần 1 người thực hiện ( hình 5.2 a,b)
Phương pháp này cần 2 người thực hiện ( hình 5.3 )
Cứu chữa theo phương pháp này khối lượng không khí vào phổi nhiều hơn hai phương pháp kể trên từ 6 – 15 lần hiệu quả hơn
5.3.2 Cách thực hiện hà hơi thổi ngạt:
2, khi đó nạn nhân sẽ tự thở được do sức đàn hồi của lồng ngực
CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ THỤ ĐỘNG
Điện trở
1.1 Khái niệm Điện trở là hiểu một cách đơn giản là vật cản trở dòng điện, nếu một vật dẫn điện tốt thì điện trở nhỏ, vật dẫn điện kém thì điện trở lớn, vật cách điện thì điện trở là vô cùng lớn Điện trở của dây dẫn: phụ thuộc vào chất liệu, độ dài và tiết diện của dây, được tính theo công thức sau:
R () là điện trở đơn vị là Ohm
L (m) là chiều dài dây dẫn
S (m 2 ) là tiết diện dây dẫn
(m) là điện trở suất phụ thuộc vào chất liệu
Vật liệu Điện trở suất Vật liệu Điện trở suất
Nhôm 0.026 Niken 0.420 Điện trở suất thay đổi theo nhiệt độ: = o(1+at)
o: điện trở suất ở 0 o C, a: hệ số nhiệt, t: nhiệt độ o C
1.2 Hình dáng và ký hiệu: Ở đây ta chỉ xét điện trở dùng trong các thiết bị điện tử, thường có hình dạng và ký hiệu như sau:
Hình dạng của điện trở trong thiết bị điện tử
Ký hiệu của điện trở trên các sơ đồ nguyên lý
1.3 Cách đọc trị số điện trở theo vạch màu: (theo bảng quy ước màu)
Màu sắc Giá trị Cấp nhân Sai số Màu sắc Giá trị Cấp nhân Sai số Đen 0 10 0 Xanh lơ 6 10 6 0,25%
+ Cách đọc trị số điện trở 4 vòng màu:
Ví dụ: vòng 1: đỏ, vòng 2: tím, vòng 3: cam, vòng 4: nhũ vàng
+ Cách đọc trị số điện trở 5 vòng màu (điện trở chính xác):
Ví dụ: vòng 1: đỏ, vòng 2: tím, vòng 3: vàng, vòng 4: đỏ, vòng 5: nâu
+ Các trị số điện trở thông dụng:
Các nhà sản xuất chỉ đưa ra một số giá trị điện trở thông dụng:
- Điện trở oxit kim loại: kết lắng màng oxit thiếc trên thanh SiO2, có khả năng chống nhiệt và chống ẩm tốt, công suất danh định 1/2W
+ Biến trở: Là loại điện trở có thể điều chỉnh để thay đổi giá trị, ký hiệu là VR
(variable resistor) chúng thường có hình dạng như sau:
Cấu tạo của biến trở Ký hiệu trên sơ đồ
1.5 Công suất của điện trở
Khi mắc điện trở vào một đoạn mạch, bản thân điện trở tiêu thụ một công suất P tính theo công thức: P = U.I
Nếu đem một điện trở có công suất danh định nhỏ hơn công suất tiêu thụ thì điện trở sẽ bị cháy
Thông thường người ta lắp điện trở vào mạch có công suất danh định ≥ 2 lần công suất mà nó sẽ tiêu thụ
Ví dụ: trong hình 1.1 khi bật điện, các điện trở đều tiêu thụ một công suất là:
Do đó điện trở R2 (120Ω / 1W) bị cháy do quá công suất
1.6 Điện trở mắc nối tiếp – song song:
+ Điện trở mắc nối tiếp ( hình 1.2)
Theo hình bên ta có:
+ Điện trở mắc song song ( hình 1.3)
Theo hình bên ta có:
1.7 Ứng dụng của điện trở:
PR = 9 10 = 90mW = 0,09W chọn R công suất danh định 0,125W hoặc 0,25W
Ví dụ có một đèn 6V-0,5W, gắn vào nguồn 12V, ta có thể đấu nối tiếp đèn với điện trở R để sụt áp bớt 6V trên điện trở như hình
Nếu chúng ta chỉ có các điện trở công suất 0,5W thì ta phải mắc 2 điện trở song song: R1 = R2 = 144KΩ
+ Phân cực cho các linh kiện bán dẫn
Ví dụ mạch phân cực Transistor:
+ Tham gia vào các mạch tạo dao động RC, RL, IC555…
Mạch dao động RC Mạch dao động RL
Mạch dao động dùng IC555
Tụ điện
2.1 Cấu tạo của tụ điện
Cấu tạo tụ gốm Cấu tạo tụ hóa 2.2 Hình dáng thực tế của tụ điện
: hằng số điện môi của lớp cách điện d: bề dày của lớp cách điện (m)
S: diện tích bản cực của tụ điện (m 2 )
Một số kí hiệu tụ điện
2.4 Sự phóng nạp của tụ điện
Ví dụ xét mạch điện sau:
Nếu điện dung tụ càng lớn thì bóng đèn loé sáng càng lâu hay thời gian phóng nạp càng lâu Điện thế tức thời trên 2 đầu tụ:
Dòng điện tức thời qua tụ:
E t Điện thế nạp Điện thế xả
5 Đồ thị nạp, xả điện thế 2 đầu tụ
Tụ điện trong mạch xoay chiều:
Dòng điện tức thời: i(t) = Imsint Điện áp nạp trên tụ: t
2.5 Cách đọc giá trị điện dung trên tụ điện
Tụ hóa: giá trị điện dung của tụ hoá được ghi trực tiếp trên thân tụ, điện dung từ
1 – 10.000 àF, cú cực tớnh, điện thế giơi hạn < 500V
Ví dụ: trên tụ ghi Sai số:
Tụ mica: điện dung từ 1pF – dưới 1àF, khụng cú cực tớnh, điện thế giới hạn trờn 1000V, đọc theo chấm màu tương tự như điện trở
2.6 Ứng dụng của tụ điện
Tụ điện được sử dụng rất nhiều trong kỹ thuật điện và điện tử, dùng để truyền dẫn tín hiệu, lọc nhiễu, lọc điện nguồn, tạo dao động
Cuộn dây
3.1 Cấu tạo của cuộn cảm
Cuộn dây lõi không khí Cuộn dây lõi Ferit
L1 lõi không khí, L2 lõi ferit, L3 lõi chỉnh, L4 lõi thép kỹ thuật
3.2 Các đại lượng đặc trưng của cuộn cảm
+ Hệ số tự cảm (định luật Faraday)
Hệ số tự cảm là đại lượng đặc trưng cho sức điện động cảm ứng của cuộn dây khi có dòng điện biến thiên chạy qua
L: hệ số tự cảm của cuôn dây (H) n: số vòng dây của cuộn dây l: chiều dài của cuộn dây (m)
S: tiết diện của lõi (m 2 ) àr: hệ số từ thẩm của vật liệu làm lừi
Cảm kháng của cuộn dây là đại lượng đặc trưng cho sự cản trở dòng điện của cuộn dây đối với dòng điện xoay chiều
+ Dòng điện tức thời: i(t) = Imsint
+ Điện áp trên cuộn dây: dt
+ Điện trở thuần của cuộn dây
3.3 Tính chất nạp xả của cuộn cảm
Cuộn dây nạp năng lượng:
Khi cho một dòng điện chạy qua cuộn dây, cuộn dây nạp một năng lượng dưới dạng từ trường được tính theo công thức
Thí nghiệm về tính nạp xả của cuộn dây:
Hình 1.6 Cấu tạo của loa
Khi cho dòng điện vào cuộn dây rơle sẽ tạo ra lực hút để đóng mở tiếp điểm, ứng dụng để điều khiển đóng ngắt
Hình dáng và kết cấu rơle
Hình dáng một số biến áp
Ký hiệu của biến áp
Lõi thép Lõi ferit Lõi không khí
Tỉ số biến áp lý tưởng:
DIODE
Chất bán dẫn
Chất bán dẫn tinh khiết
Chất bán dẫn loại N Chất bán dẫn loại P
Diode
2.1 Cấu tạo của Diode bán dẫn
2.2 Ký hiệu và hình dáng của Diode bán dẫn
Diode nắn điện Diode công suất Cầu nắn điện
+ Đặc tuyến volt-ampe của diode:
Hình 2.3 Đặc tuyến volt – ampe của diode
2.4 Phương pháp đo kiểm tra Diode Đặt đồng hồ ở thang Rx1Ω, đặt hai que đo vào hai đầu Diode, nếu: Đo chiều thuận que đen vào Anode, que đỏ vào Cathode kim lên, đảo chiều đo kim không lên là Diode tốt
Nếu đo cả hai chiều kim lên = 0 là Diode bị chập
Nếu đo thuận chiều mà kim không lên là Diode bị đứt
Nếu để thang Rx1KΩ mà đo ngược vào Diode kim vẫn lên một chút là Diode bị rò
2.5 Ứng dụng của Diode bán dẫn
+ Mạch nắn điện bán kỳ
URTB = Vm / = 0,318Vm Dạng sóng ngõ ra trên R:
+ Mạch nắn điện toàn kỳ (dùng 2, 4 diode)
URTB = 2.Vm / = 0,63Vm Dạng sóng ngõ ra trên R:
Mạch tăng đôi điện áp bán sóng (kiểu Schenkel)
Mạch tăng đôi điện áp toàn sóng (kiểu Latour)
Hình dáng Diode Zener (Dz)
Mạch ổn áp ứng dụng Diode Zener
Thông thường người ta sử dụng nguồn V1 > 1,5 - 2 lần Vz và lắp trở hạn dòng R1 sao cho dòng ngược lớn nhất qua Dz < 30mA
Nếu V1 < Vz thì khi V1 thay đổi áp trên Dz cũng thay đổi
+ Diode thu quang (Photo Diode)
Sơ đồ mạch của Photo Diode
+ Diode phát quang (Light Emiting Diode: LED)
Diode phát phang là Diode phát ra ánh sáng khi được phân cực thuận, điện áp làm việc của LED khoảng 1,7 - 2,2V, dòng qua Led khoảng từ 5mA đến 20mA
Led được sử dụng để làm đèn báo nguồn, đèn nháy trang trí…
Hình dáng các diode phát quang
+ Diode Varicap (Diode biến dung)
Diode biến dung được sử dụng trong các bộ kênh Ti vi mầu, trong các mạch điều chỉnh tần số cộng hưởng bằng điện áp…
Diode xung có đặc điểm hình dáng tương tự như diode thường, nhưng chúng thường được phân biệt bởi vòng đánh dấu đứt nét hoặc hai vòng đánh dấu riêng biệt.
Là diode tiếp mặt dùng để nắn điện trong các bộ chỉnh lưu nguồn AC, diode này thường có 3 loại là 1A, 2A và 5A.
TRANSISTOR BJT
Cấu tạo của Transistor BJT
Nguyên tắc hoạt động của Transistor
2.1 Transistor NPN (phân cực ngược)
Khi công tắc hở, mặc dù hai cực C và E đã được cấp điện nhưng vẫn không có dòng điện chạy qua mối CE (lúc này dòng IC = 0)
IC = .IB IE = IB + IC IC (khi lớn)
là hệ số khuếch đại của transistor
Khi phân cực nghịch thì transistor hầu như không dẫn điện
Nguyên tắc hoạt động của transistor phân cực ngược
2.2 Transistor PNP ( phân cực thuận )
3 Ký hiệu và hình dáng của transistor
Hiện nay trên thị trường có nhiều loại transistor của nhiều nước sản xuất nhưng thông dụng nhất là các transistor của Nhật, Mỹ và Trung Quốc
Transistor Nhật: thường ký hiệu đầu là A, B, C, D Ví dụ A564, B733, C828,
Transistor Mỹ: thường ký hiệu đầu là 2N Ví dụ 2N3055, 2N4073
P là loại âm tần, A và G là loại cao tần Các chữ số ở sau chỉ thứ tự sản phẩm Ví dụ: 3CP25, 3AP20…
Ký hiệu transistor ngược NPN Ký hiệu transistor thuận PNP
5 Các thông số kỹ thuật của transistor
Tấn số cắt: là tần số giới hạn mà transistor làm việc bình thường, vượt quá tần số này thì độ khuyếch đại của transistor bị giảm
Hệ số khuyếch đại: là tỷ lệ biến đổi của dòng ICE lớn gấp bao nhiêu lần dòng IBE
6.2 Một số dạng phân cực cho transistor
+ Dùng một nguồn Áp dụng định luật Kirchoff, ta có hệ:
Khuếch đại: Vbe = 0,6V; Ic = .Ib
Bão hòa: Vbe = 0,8V; Ic = .Ib / k (k chọn = 3)
Mạch tương đương như dạng dùng hai nguồn
+ Đường tải tĩnh của transistor: mô tả trạng thái phân cực của transistor
Phương trình đường tải tĩnh cho các trường hợp trên: Ic = (Vcc – Vce) / Rc
Vùng ngắt Vùng bão hòa
Dạng phân áp Đồ thị đường tải tỉnh transistor
+ Ngoài ra để tăng độ ổn định cho mạch người ta còn dùng kiểu hồi tiếp như hình:
7 Các dạng mạch khuếch đại
Thường được định thiên sao cho điện áp U CE khoảng 60 ÷ 70 %Vcc Độ lợi áp lớn Độ lợi dòng nhỏ
Tín hiệu ra ngược pha với tín hiệu vào
8.1 Ghép tầng qua tụ điện
Tín hiệu ra cùng pha với tín hiệu vào Độ lợi áp trung bình Độ lợi dòng gần bằng -1
Tín hiệu ra cùng pha với tín hiệu vào
Sơ đồ mạch ghép tầng qua tụ điện
Trong mạch khuyếch đại âm tần, các tụ nối tầng thường dùng tụ hoá có trị số từ 1àF ữ 10àF
Trong các mạch khuyếch đại cao tần thì tụ nối tầng có trị số nhỏ khoảng vài nF
8.2 Ghép tầng qua biến áp Ở trên là sơ đồ mạch trung tần Radio sử dụng các biến áp ghép tầng, tín hiệu đầu ra của tầng này được ghép qua biến áp để đi vào tầng phía sau Ưu điểm của mạch là phối hợp được trở kháng giữa các tầng do đó khai thác được tối ưu hệ số khuyếch đại, hơn nữa cuộn sơ cấp biến áp có thể đấu song song với tụ để cộng hưởng khi mạch khuyếch đại ở một tần số cố định
Nhược điểm: nếu mạch hoạt động ở dải tần số rộng thì gây méo tần số, mạch chế tạo phức tạp và chiếm nhiều diện tích
Sơ đồ mạch ghép tầng qua biến áp
Sơ đồ mạch ghép tầng trực tiếp
Đọc tên Transistor
Hiện nay trên thị trường có nhiều loại transistor của nhiều nước sản xuất nhưng thông dụng nhất là các transistor của Nhật, Mỹ và Trung Quốc
Transistor Nhật: thường ký hiệu đầu là A, B, C, D Ví dụ A564, B733, C828,
Transistor Mỹ: thường ký hiệu đầu là 2N Ví dụ 2N3055, 2N4073
P là loại âm tần, A và G là loại cao tần Các chữ số ở sau chỉ thứ tự sản phẩm Ví dụ: 3CP25, 3AP20…
Ký hiệu transistor ngược NPN Ký hiệu transistor thuận PNP
Các thông số kỹ thuật của Transistor
Tấn số cắt: là tần số giới hạn mà transistor làm việc bình thường, vượt quá tần số này thì độ khuyếch đại của transistor bị giảm
Hệ số khuyếch đại: là tỷ lệ biến đổi của dòng ICE lớn gấp bao nhiêu lần dòng IBE
Phân cực cho Transistor
6.2 Một số dạng phân cực cho transistor
+ Dùng một nguồn Áp dụng định luật Kirchoff, ta có hệ:
Khuếch đại: Vbe = 0,6V; Ic = .Ib
Bão hòa: Vbe = 0,8V; Ic = .Ib / k (k chọn = 3)
Mạch tương đương như dạng dùng hai nguồn
+ Đường tải tĩnh của transistor: mô tả trạng thái phân cực của transistor
Phương trình đường tải tĩnh cho các trường hợp trên: Ic = (Vcc – Vce) / Rc
Vùng ngắt Vùng bão hòa
Dạng phân áp Đồ thị đường tải tỉnh transistor
+ Ngoài ra để tăng độ ổn định cho mạch người ta còn dùng kiểu hồi tiếp như hình:
Các dạng mạch khuếch đại
Thường được định thiên sao cho điện áp U CE khoảng 60 ÷ 70 %Vcc Độ lợi áp lớn Độ lợi dòng nhỏ
Tín hiệu ra ngược pha với tín hiệu vào
Các kiểu ghép tầng
8.1 Ghép tầng qua tụ điện
Tín hiệu ra cùng pha với tín hiệu vào Độ lợi áp trung bình Độ lợi dòng gần bằng -1
Tín hiệu ra cùng pha với tín hiệu vào
Sơ đồ mạch ghép tầng qua tụ điện
Trong mạch khuyếch đại âm tần, các tụ nối tầng thường dùng tụ hoá có trị số từ 1àF ữ 10àF
Trong các mạch khuyếch đại cao tần thì tụ nối tầng có trị số nhỏ khoảng vài nF
8.2 Ghép tầng qua biến áp Ở trên là sơ đồ mạch trung tần Radio sử dụng các biến áp ghép tầng, tín hiệu đầu ra của tầng này được ghép qua biến áp để đi vào tầng phía sau Ưu điểm của mạch là phối hợp được trở kháng giữa các tầng do đó khai thác được tối ưu hệ số khuyếch đại, hơn nữa cuộn sơ cấp biến áp có thể đấu song song với tụ để cộng hưởng khi mạch khuyếch đại ở một tần số cố định
Nhược điểm: nếu mạch hoạt động ở dải tần số rộng thì gây méo tần số, mạch chế tạo phức tạp và chiếm nhiều diện tích
Sơ đồ mạch ghép tầng qua biến áp
Sơ đồ mạch ghép tầng trực tiếp
OPAMP ( Operational Ampifier )
Tổng quan
- Đưa tín hiệu vào ngõ vào đảo: Vo = -Avo V-
Avo là hệ số khuếch đại vòng hở (opened loop gain)
- Đưa tín hiệu vào ngõ vào đảo: Vo = Avo V+
- Đưa tín hiệu vào cả hai ngõ (gọi là tín hiệu vào vi sai): Vo = Avo.(V+ - V-)
vi = V+ - V- khoảng vài chục đến vài trăm V Ở trạng thái tĩnh V+ = V- = 0 OPAMP làm việc ở 3 trạng thái:
- Khuếch đại: Vo = Avo vi vi nằm trong khoảng Vs
- Bão hòa dương: Vo = +Vcc vi > +Vs
- Bão hòa dương: Vo = -Vcc vi < -Vs
Các dạng mạch khuếch đại OPAMP
2.1 Mạch khuếch đại không đảo:
Hình dáng Ký hiệu Đặc tuyến của Opamp
2.3 Mạch khuếch đại có nhiều ngõ vào:
Dùng phương pháp xếp chồng:
(Va – V-)/Ra + (Vb – V-)/Rb + (Vo1 – V-)/Rf = 0
Vo1 = - Rf(Va/Ra + Vb/Rb)
V+ = V- = Vi Thành lập phương trình nút:
V+ = V- = 0 Thành lập phương trình nút: (Vin – V-)/R1 + (Vo – V-)/Rf = 0
Vo2 = V-[1 + Rf/(Ra//Rb)] = (V1/R1 + V2/R2)(R1//R2) [1 + Rf/(Ra//Rb)]
- Xếp chồng lại ta có Vo = Vo1 + Vo2
Vo = (V1/R1 + V2/R2)(R1//R2) [1 + Rf/(Ra//Rb)] - Rf(Va/Ra + Vb/Rb)
KỸ THUẬT SỐ I HỆ THỐNG SỐ & MÃ
Hệ thập phân ( Decimal)
Ví dụ: Số thập phân 2745,214 có thể biểu diễn theo trọng số 10 như sau:
Hệ nhị phân ( Binary )
Bao gồm hai chữ số 0 và 1 Trọng số của hệ là 2 Với N chữ số (N bit) có thể biểu diễn 2 N số nhị phân, có giá trị thập phân từ 0 đến 2 N-1
Ta có bảng số đếm nhị phân 4 bit như sau:
DEC DCBA DEC DCBA DEC DCBA DEC DCBA
D: MSB (Most Signficant Bit), A: MSB (Least Signficant Bit),
Ví dụ: Số nhị phân 1011,101 có thể biểu diễn theo trọng số 2 như sau:
Hệ bát phân ( Octal )
Bao gồm 8 chữ số từ 0 đến 7 Trọng số của hệ là 8
Chuyển đổi từ bát phân sang nhị phân: ta đổi mỗi chữ số của hệ bát phân thành từng số nhị phân 3 bit
Hệ thập lục phân ( Hexadecimal )
Bao gồm 16 chữ số từ 0 đến 9, A, B, C, D, E, F Trọng số của hệ là 16
Chuyển đổi từ thập lục phân sang nhị phân: ta đổi mỗi chữ số của hệ thành từng số nhị phân 4 bit
Mã BCD ( Binary coded Decimal )
Số thập phân được mã hóa thành dạng 4 bit nhị phân
Mã Gray
Là mã các bit nhị phân sao cho hai số liền nhau chỉ thay đổi 1 bit
Sau đây là bảng mã Gray 4 bit:
DEC DCBA DEC DCBA DEC DCBA DEC DCBA
Mã ASCII
ĐẠI SỐ BOOLE VÀ CÁC CỔNG LOGIC CĂN BẢN
Bảng sự thật (Truth Table) là bảng dùng mô tả mối quan hệ giữa ngõ ra và các ngõ vào của một mạch logic
2 Các cổng logic căn bản
Mạch mô tả Đại số Boole:
Bảng sự thật: Đảo lại các cổng OR, AND, EXOR ta được các cổng NOR, NAND, EXNOR
Là phép đại số logic dùng trong kỹ thuật số
Một số công thức cơ bản: x 0 = 0 x 1 = x x x = x x x = 0 x + 0 = x x + 1 = 1 x + x = x x + x = 1 x + xy = x x + xy = x + y Định luật DeMorgan: x+y=x.y (1) x.y=x+y (2)
ĐƠN GIẢN HÀM BẰNG PHƯƠNG PHÁP KARNAUGH
1 Biễu diễn bảng sự thật bằng biểu thức Ysp và Yps
1.1 Biễu diễn bảng sự thật bằng biểu thức Ysp:
1.2 Biễu diễn bảng sự thật bằng biểu thức Yps:
2 Rút gọn biểu thức bằng bảng Karnaugh
- Từ yêu cầu bài toán, lập bảng sự thật mô tả quan hệ ngõ vào ra
- Từ hàm suy ra mạch cần thiết kế
Thiết kế mạch điều khiển đèn yêu cầu sử dụng 4 công tắc D, C, B, A, được đánh số từ 0 đến 3 Đèn sẽ chỉ sáng khi có ít nhất một công tắc đóng và tổng số ghi trên các công tắc đó phải là số lẻ.
Giả sử trạng thái công tắc đóng và đèn sáng là 1, công tắc ngắt và đèn tắt là 0
Từ đầu bài ta có bảng sự thật như sau:
0123 Đèn 0123 Đèn 0123 Đèn 0123 Đèn DCBA Y DCBA Y DCBA Y DCBA Y
Rút gọn bằng bảng Karnaugh:
Ta được hàm Ysp+AC=A C (như vậy thực sự mạch chỉ còn 2 biến A và C) Nếu sử dụng đèn led thì có thể nối trực tiếp vào Y thông qua R"0
Nếu sử dụng đèn 220Vac thì kết nối qua rơle như hình 3.1 sau:
FLIP FLOP
Flip-flop (FF) là một phần tử nhớ có khả năng lưu trữ trạng thái 0 hoặc 1, còn được gọi là chốt (latch) hoặc dao động đa hài song ổn đối xứng (Bistable Multivibrator) Hầu hết các FF được cấu tạo từ 2 cổng NAND hoặc 2 cổng OR, và một FF thông thường được ký hiệu như hình 3.2.
Qo là trạng thái trước đó của Q, nếu Qo là trạng thái hiện tại thì Q là trạng thái tiếp theo
Dựa vào bảng trạng thái của các flip-flop (FF), chúng ta có thể sử dụng bảng Karnaugh để rút gọn biểu thức ngõ ra Q = f(Qo; R; S; J; K; D; T) Đối với các trạng thái cấm hoặc không xác định, chúng ta sẽ gán giá trị là x để thực hiện quá trình rút gọn.
Mỗi Flip-Flop (FF) thường đi kèm với hai chân Preset (Set) và Clear Khi cả hai chân này không ở trạng thái tích cực, FF hoạt động bình thường Nếu chân Preset ở trạng thái tích cực, đầu ra Q sẽ bằng 1, trong khi nếu chân Clear ở trạng thái tích cực, Q sẽ bằng 0 Đặc biệt, khi cả hai chân đều ở trạng thái tích cực, FF sẽ không hoạt động.
3 Chuyển đổi giữa các FF Để chuyển đổi từ dạng FF này sang dạng FF khác, hay nói cách khác, ta có một
Để kết nối một flip-flop (FF) với chức năng của một FF khác, cần dựa vào bảng đầu vào kích của các FF Việc này giúp xác định các tín hiệu đầu vào cần thiết để đạt được chức năng mong muốn.
Nếu muốn chuyển từ FF A sang FF B, ta cần xác định hàm sau:
Mỗi đầu vào của FF A = f ( các đầu vào của FF B ; Qo)
Ví dụ: Chuyển từ RSFF sang JKFF R,S=f(J;K;Qo)
MẠCH ĐẾM
Mạch đếm cơ bản được hình thành từ các Flip-Flop (FF) kết nối với nhau, mỗi Flip-Flop cung cấp một bit đếm Có hai kiểu đếm chính dựa trên cách kết nối: đếm đồng bộ (synchronous) và đếm không đồng bộ (asynchronous) Ngoài ra, dựa vào hướng đếm, mạch có thể được phân loại thành đếm lên (Up Counter) và đếm xuống (Down Counter).
1 Mạch đếm nhị phân không đồng bộ
Mạch đếm không đồng bộ chỉ đếm các số đếm liên tục từ thấp đến cao (đếm lên) hoặc từ cao đến thấp (đếm xuống)
Ngã ra của FF này sẽ xung vào CK của FF kế tiếp, trong đó FF A (ứng với bit thấp nhất) sẽ trực tiếp đáp ứng với xung CK, trong khi FF B (ứng với bit tiếp theo) cần phải chờ FF A thay đổi trạng thái trước khi được kích hoạt.
- Nếu sử dụng JKFF, thì các ngõ JK nối lên 1 (nếu sử dụng loại FF khác chuyển đổi tương tự )
- Mạch đếm lên: ngã ra Q của FF này nối vào CLK của FF kế
- Mạch đếm xuống: ngã ra Q của FF này nối vào CLK của FF kế
Mạch đếm MOD n có khả năng đếm n trạng thái, với n ≤ 2^N, trong đó N là số bit hoặc số flip-flop cần sử dụng Mạch này có chức năng chia tần số n lần, ví dụ, khi tín hiệu xung 60Hz được đưa qua mạch đếm MOD60, nó sẽ tạo ra một xung 1Hz ở bit cao nhất.
Dựa vào số trạng thái n của bộ đếm ta xác định N để biết số FF cần dùng, sau đó chỉ việc kết nối như đã nói trên
Ví dụ: Thiết kế mạch đếm lên nhị phân không đồng bộ MOD 16
Ta có 16 = 2 4 do đó ta cần sử dụng 4 JKFF Sơ đồ mạch kết nối như sau:
Mạch sử dụng xung CLK kích cạnh xuống, nghĩa là trạng thái chỉ thay đổi khi có cạnh xuống của xung CK Theo quy ước, A đại diện cho ngã ra QA của FF A và cũng là bit thấp nhất, trong khi D là bit cao nhất Do đó, mạch sẽ đếm tuần hoàn từ 0 đến 15, tương ứng với các giá trị từ DCBA00 đến FFFF.
Mỗi flip-flop (FF) có một chân CLEAR, khi chân này ở mức tích cực, nó sẽ xóa trạng thái đếm về 0 Do bộ đếm chỉ đếm tới số n, cần sử dụng một mạch logic để đưa tín hiệu vào chân CLEAR của các FF khi bộ đếm đạt đến n Cách kết nối tương tự như trước, nhưng cần thêm một cổng NAND, vì chân CLEAR thường hoạt động ở mức thấp; nếu chân CLEAR hoạt động ở mức cao, cần sử dụng cổng AND Các ngõ vào của cổng NAND là các bit ngõ ra ở mức 1 của số nhị phân n, và ngõ ra của cổng NAND sẽ bằng 0, được đưa vào chân CLEAR của các FF.
Ví dụ: Thiết kế mạch đếm lên nhị phân không đồng bộ MOD 6
Khi mạch đếm đến 6 (CBA0), ta sử dụng 3 FF kết nối và thêm 1 cổng NAND Tín hiệu CB từ FF được đưa vào ngõ vào cổng NAND, và ngõ ra của cổng NAND sẽ đưa vào chân CLEAR của các FF để reset CBA về 000 Sau đó, mạch tiếp tục đếm lên đến 101 (5) và khi vượt qua 110 (6), nó lại bị xóa về 000 Kết quả là sơ đồ mạch được thiết lập như mô tả.
2 Mạch đếm nhị phân đồng bộ
Mạch đếm đồng bộ có khả năng đếm các số theo trình tự tùy ý, miễn là có số 0 Tuy nhiên, việc thực hiện và thiết lập sơ đồ kết nối sẽ trở nên phức tạp hơn.
+ Đặc điểm kết nối: xung CK được đưa vào các CLK của các FF đồng thời
Khi sử dụng JKFF, các ngõ J và K được kết nối thông qua một mạch logic phụ thuộc vào các ngõ ra FF Mạch logic J,K = f(Q) được rút gọn từ bảng đầu vào kích, trong đó các ngõ ra Q (…CBA) biểu thị trạng thái đếm hiện tại, còn các ngõ ra Q’ (…C’B’A’) thể hiện trạng thái đếm tiếp theo.
Giả sử mạch đếm 3 bit đang đếm từ 1 (CBA1) qua 2 (C’B’A’0), ta có: C=0 chuyển sang C’=0 Jc=0, Kc=X
Với các số đếm được cung cấp, ta có thể xây dựng bảng đầu vào kích, trong đó Q và Q’ là đầu vào, còn J và K là các hàm đầu ra Từ bảng này, chúng ta sử dụng bảng Karnaugh để tối giản các hàm J và K, và từ đó thiết kế mạch Số lượng flip-flop (FF) cần thiết vẫn giữ nguyên là N.
Ví dụ: Thiết kế mạch đếm nhị phân đồng bộ có chu trình đếm từ 0 – 7
Ta thấy 7 < 2 3 cần sử dụng 3 FF Ta lập bảng đầu vào kích như sau:
Khi đã quen với việc lập bảng đầu vào kích, chúng ta có thể bỏ qua việc ghi các cột C’B’A’, CC’, BB’, AA’ Lúc này, trạng thái tiếp theo của một biến sẽ là trạng thái nằm ngay phía dưới nó.
Sử dụng bảng Karnaugh để rút gọn:
=> Jc = Kc = BA => Jb = Kb = A => Ja = Ka = 1
SỬ DỤNG ĐỒNG HỒ ĐO ĐA NĂNG ( VOM )
Dụng cụ, thiết bị, vật tư :
- Đồng hồ đo đa năng (VOM)
- Linh kiện đo : công tắc, điện trở, tụ điện, nguồn điện…
A Phần lý thuyết : Đồng hồ đo đa năng là loại đồng hồ bao gồm nhiều mạch đo các đại lượng điện như Volt, Ohm, Mili-ampe và các mạch đo khác mà chỉ dùng chung 1 điện kế loại khung dây quay và trên mặt điện kế có vạch nhiều thang đo
- Cần phải hiệu chỉnh thang đo cho phù hợp và luôn luôn chọn cấp điện áp lớn hơn điện áp định đo
Ohm kế chỉ nên được sử dụng để đo các mạch không có điện áp, vì trở kháng của nó rất thấp Việc đo điện áp một cách vô tình có thể gây hỏng hóc cho thiết bị đo.
- Mili-ampe kế phải mắc nối tiếp trong mạch định đo và chỉ đo dòng điện 1 chiều với dòng không quá
0,5A Phần mạch đo này chỉ sử dụng trong ngành điện tử
1 OHM KẾ : chỉ đo với mạch không có điện áp
- Cắm que đỏ vào cọc (+), que đen vào cọc COM
- Xoay núm chọn lọc ở vị trí đo ohm kế (R1, R10 …)
- Ở mỗi thang đo, chập 2 que đo và kiểm tra chỉnh kim đúng vạch 0 ( ở về phía phải )
- Khi đo chạm 2 que đo vào 2 đầu linh kiện muốn đo điện trở và đọc trị số điện trở ở thang đo tương ứng
* Thực hiện : đo điện trở của điện trở, cuộn dây hoặc kiểm tra sự liền mạch, hở mạch của công tắc, đo diod …
Kiểm tra tụ điện tốt, xấu như sau :
- Chạm 2 que đo vào 2 đầu tụ, nếu kim vọt lên rồi trở về vạch 0 tụ tốt không bị rò rỉ
- Nếu kim vọt lên rồi đứng luôn tụ bị chập, nối tắt
- Nếu kim không nhảy, kể cả đảo 2 que đo hoặc nâng thêm bậc đo đến R1, R10 … mà kim không nhảy tụ bị đứt
Nếu ta để thang đo quá cao thì kim chỉ lên một chút, như vậy đọc trị số sẽ không chính
Nếu ta để thang đo quá thấp, kim lên quá nhiều, và đọc trị số cũng không chính xác
Khi đo điện trở ta chọn thang đo sao cho kim báo gần vị trí giữa vạch chỉ số sẽ cho độ chính xác cao nhất
2 VOLT KẾ AC : đo điện áp xoay chiều VAC
- Cắm que đỏ vào cọc (+), que đen vào cọc (-)COM
- Xoay núm chọn lọc ở vị trí đo Volt kế AC với cấp điện áp lớn hơn điện áp định đo
- Chạm 2 que đo vào 2 điểm trong mạch điện muốn đo Chú ý an toàn điện
- Đọc trị số trên thang đo với cấp điện áp đã chọn trước
Khi thực hiện đo điện áp xoay chiều, tuyệt đối không được sử dụng thang đo điện trở hoặc thang đo dòng điện, vì việc nhầm lẫn này có thể dẫn đến hỏng hóc ngay lập tức cho đồng hồ đo.
Nếu để thang đo áp DC mà đo vào nguồn AC thì kim đồng hồ không báo, nhưng đồng hồ không ảnh hưởng (đôi khi kim lên)
3 VOLT KẾ DC : đo điện áp xoay chiều VDC
- Cắm que đỏ vào cọc (+), que đen vào cọc (-)
- Xoay núm chọn lọc ở vị trí đo Volt kế VDC với cấp điện áp thích hợp
- Chạm que đỏ vào điện thế (+), que đen vào điện thế (-) Kiểm tra kim lệch về phải đúng chiều
- Đọc trị số Volt trên thang đo
Nếu sử dụng thang đo không đúng, khi đo điện áp một chiều bằng đồng hồ thang xoay chiều, giá trị hiển thị sẽ sai lệch, thường cao gấp đôi so với giá trị thực của điện áp DC Tuy nhiên, đồng hồ sẽ không bị hỏng trong quá trình đo.
Khi đo điện áp một chiều (DC), tuyệt đối không được nhầm lẫn giữa thang đo dòng điện và thang đo điện trở, vì việc này có thể khiến đồng hồ bị hỏng ngay lập tức.
4 MILI-AMPE KẾ : chỉ đo cường độ dòng điện 1 chiều bé ( I 250mA ) Chủ yếu ở ngành điện tử
- Cắm que đỏ vào cọc (+), que đen vào cọc (-)
- Xoay núm chọn lọc đến vị trí đo cường độ dòng điện DCA
