nghiên cứu chế tạo máy dò dây điện trong tường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI VIỆN ĐIỆN TỬ-VIỄN THÔNG TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN GVHD Sinh viên Mssv Lớp : Thầy Phạm Mạnh Hùng : Giang Văn Hiến : 20111561 : ĐTTT06-K56 Hà nội 12 /2015 MỤC LỤC LỜI MỞ ĐẦU NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÁY DÒ DÂY ĐIỆN TRONG TƯỜNG I Đặt vấn đề II Hiện tượng cảm ứng điện từ III Nguyên lý dò tìm dây điện tường IV Mạch dò tìm dây điện tường đơn giản Sơ đồ khối Sơ đồ nguyên lý Nguyên lý hoạt động Kết thực nghiệm nhận xét Sơ đồ mạch in V Tính toán thông số mạch Lựa chọn thông số linh kiện Tính toán giá trị điện trở hạn dòng cho led Tính giá trị Iu VI Kết luận 11 PHỤ LỤC I: CÁC HÌNH ẢNH SỬ DỤNG TRONG BÁO CÁO 12 PHỤ LỤC II: TÀI LIỆU THAM KHẢO 12 LỜI MỞ ĐẦU Trong đời sống nay, điện đóng vai trò quan trọng,có mặt khắp nơi, tất lĩnh vực, ứng dụng rộng rãi dùng điện để thắp sáng Điện cò sử dụng để sản xuất hàng hóa ngành công nghiệp (dệt may, in ấn ), nông nghiệp (sản xuất thức ăn chăn nuôi, làm lạnh ) dịch vụ (viễn thông, truyền thông ) Điện áp dụng rộng rãi nhà máy sản xuất hóa học Tuy nhiên, song song với lợi ích thiết thực cho sống hàng ngày nguy hiểm tiềm tàng từ việc sử dụng điện cho sản xuất sinh hoạt Các trường hợp chấn thương sản suất nói chung chấn thương nặng chết người phần lớn điện giật Cũng lý mà hệ thống thiết bị đóng cắt bảo vệ an toàn cho người phát dòng rò đóng vai trò quan trọng, đảm bảo cho an toàn người có dòng điện rò rỉ bảo vệ thiết bị điện gia đình toàn hệ thống điện làm việc an toàn tin cậy Trong tiểu luận em tập trung vào vấn đề tìm hiểu ứng dụng mạch điện tử “Nghiên cứu, chế tạo máy dò dây điện tường” gồm linh kiện điện tử đơn giản điện trở, cuộn cảm, tranzito Em mong đề tài góp phần vào việc tăng cường an toàn sử dụng điện gia đình, số nơi khác Em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới thầy Phạm Mạnh Hùng tận tình hướng dẫn, xin cảm ơn bạn chia sẻ kiến thức quý báu để em hoàn thành tiểu luận Dù cố gắng hoàn thành tiểu luân cách tốt nhiên thời gian kiến thức có hạn nên không tránh khỏi thiếu sót Em hi vọng nhận góp ý thầy bạn để hoàn thiện Hà Nội 12/2015 TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN SVTH: GIANG VĂN HIẾN NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÁY DÒ DÂY ĐIỆN TRONG TƯỜNG I Đặt vấn đề Thông thường, để kiểm tra xem dây dẫn có điện hay không, ta cần sử dụng bút thử điện loại thường: đặt đầu bút thử điện tiếp xúc trực tiếp với nguồn điện cần kiểm tra Nếu đèn sáng (có dòng điện chạy qua đèn) tức có điện, ngược lại đèn không sáng nghĩa dây điện Trong số trường hợp, ta đặt bút thử điện tiếp xúc với nguồn điện cần kiểm tra Ví dụ: cần dò tìm dây điện tường  thứ nhất: ta xác vị trí đặt dây, thứ hai: dây đặt tường nên cho đầu bút thử điện tiếp xúc với dây Để giải vấn đề trên, ta sử dụng tượng cảm ứng điện từ Và dựa tượng cảm ứng điện từ, nghiên cứu, thiết kế, chế tạo máy dò tìm dây điện đơn giản mà dây điện chôn tường II Hiện tượng cảm ứng điện từ Như nói thiết kế máy dò tìm dây điện đơn giản dựa vào tượng cảm ứng điện từ Sau vài kiến thức tượng cảm ứng điện từ: Hình 1: Hiện tượng cảm ứng điện từ  Hiện tượng cảm ứng điện từ tượng xuất suất điện động cảm ứng từ thông gửi qua mạch kín biến thiên  Suất điện động cảm ứng sđđ xuất tượng cảm ứng Kí hiệu εu GVHD: THẦY PHẠM MẠNH HÙNG Page TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN SVTH: GIANG VĂN HIẾN  Dòng điện cảm ứng: Dòng điện cảm ứng dòng điện xuất tượng cảm ứng Kí hiệu Iu III Nguyên lý dò tìm dây điện tường  Khi cho dòng điện biến thiên ( 220V AC, 50 Hz) chạy qua dây dẫn xung quang dây dẫn xuất từ trường biến thiên Nếu đặt một cuộn dây từ trường biến thiên cuộn dây xuất dòng điện cảm ứng  tượng gọi cảm ứng điện từ  Sau đó, dòng điện cảm ứng (sau xử lý) làm sáng đèn, nhấp nháy làm cho loa kêu để báo hiệu cho người sử dụng biết IV Mạch dò tìm dây điện tường đơn giản Sơ đồ khối Mạch dò tìm điện tường đơn giản có khối sau: Thu tín hiệu Xử lý khuếch đại Hiển thị báo hiệu Nguồn Hình 2: Sơ đồ khối thiết bị Sơ đồ nguyên lý GVHD: THẦY PHẠM MẠNH HÙNG Page TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN SVTH: GIANG VĂN HIẾN Hình 3: Sơ đồ nguyên lý Các linh kiện mạch:  Cuộn dây L dùng dây 0.5 mm, lõi 1.5 mm, số vòng khoảng từ 1500 – 2500 vòng Hoặc sử dụng cuộn dây 6V – 10A thông dụng  Các transistor Q1, Q2, Q3 có tác dụng khuếch đại dòng điện cảm ứng cuộn dây trước đưa LED  Led dùng để hiển thị kết  Nguồn pin cung cấp toàn điện cho mạch hoạt động Nguyên lý hoạt động  Bình thường, không đặt gần dây dẫn điện, xung quanh anten cuộn dây có từ trường môi trường từ trường trái đất Các từ trường có cường độ nhỏ  dòng điện cảm ứng sinh cuộn dây nhỏ  không đủ để làm mở transistor Q3  transistor Q1 Q2 tiếp tục đóng  điện áp đặt vào đầu LED không đủ để làm LED nhấp nháy  Nếu đặt anten gần dây dẫn có dòng điện chạy qua, từ trường biến thiên dòng điện dây dẫn sinh làm xuất cuộn dây dòng điện cảm ứng Dòng điện cảm ứng có cường độ đủ lớn ( lớn nhiều so với dòng điện cảm ứng từ trường trái đất từ trường vật xung quanh gây ) GVHD: THẦY PHẠM MẠNH HÙNG Page TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN SVTH: GIANG VĂN HIẾN để làm mở transistor Q3 Dòng điện cảm ứng xuất cuộn dây có cường độ nhỏ Do đó, trước sử dụng để làm sáng đèn hay làm cho loa kêu cần phải khuếch đại Kết thực nghiệm nhận xét  Sau lắp mạch hoàn chỉnh thực trình chạy thử mạch thu số kết sau: - Đèn sáng cấp nguồn cho mạch - Khi đưa anten lại gần dây dẫn điện, đèn sáng nhấp nháy liên tục Đưa anten xa dây dẫn điện, đèn lại sáng yếu không tượng nhấp nháy  Nhận xét - Đèn sáng cấp nguồn cho mạch, không đủ làm cho đèn nhấp nháy nhiễu môi trường nhiễu nguồn xạ điện từ sóng AM, FM, … chưa đủ lớn để làm cho đèn nhấp nháy - Khi đưa anten lại gần dây dẫn điện, ta thấy đèn nhấp nháy liên tục Khi đưa xa dây dẫn điện, ta thấy đèn không nhấp nháy Đó do, đưa lại gần dây dẫn điện, cường độ từ trường mà anten thu mạnh dẫn đến dòng điện cảm ứng thu cuộn dây có cường độ mạnh làm cho đèn nhấp nháy liên tục Sơ đồ mạch in Sau tìm hiều rõ nguyên lý làm việc sơ đồ khối, sơ đồ nguyên lý linh kiện cần thiết mạch Cũng qua trình chạy thử nhóm thực dùng công cụ mô Ocard 9.2 hay Altium Designer để vẽ mạch mô mạch in Dưới sơ đồ mạch in mà nhóm dùng phần mềm vẽ được: GVHD: THẦY PHẠM MẠNH HÙNG Page TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN SVTH: GIANG VĂN HIẾN Hình 4: Mạch in V Tính toán thông số mạch Lựa chọn thông số linh kiện Dựa vào Datasheet nhà sản xuất xác định thông số linh kiện dùng mạch sau:  Chọn cuộn dây có số vòng là: N=2000 vòng, dây đồng có đường kính: r=0.5mm, đường kính lõi dây R= 1cm  Led: chọn led xanh có điện áp khoảng (  3.4 v), dòng định mức 20mA  Transistor: A1015,C1815: có  =70  =25, dòng I c max=150mA, dòng I B max = 50mA Tính toán giá trị điện trở hạn dòng cho led Khi chưa có dòng điện cảm ứng xuất mạch mạch nuôi nguồn pin 9v lúc transistor Q2, Q3 đóng toàn điện áp đưa qua cực E Q1 chạy thẳng sang cực C Q2 đóng coi Q2 có điện trở vô lớn làm điên áp sụt cực B Q1 không đáng kể Q1 thông bão hoà toàn điện áp chạy thẳng từ cực E sang cực C xuống Led Do điện áp Led từ(  3.4 v) nên trở hạn dòng gây cháy Led ta cần xác định điện trở cẩn thiết để làm giảm điện áp qua Led để Led hoạt động bình thường: Rhandong  Vnguon  Vmax_ Led I max_ Led GVHD: THẦY PHẠM MẠNH HÙNG   3.4  280 20mA Page TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN SVTH: GIANG VĂN HIẾN  Ta chọn Rhandong  330 , dễ kiếm thị trường Tính giá trị Iu Để tính toán giá trị I u cuộn dây trước hết ta phải xác định tham số sau:  Điện trở của cuộn dây  Cảm ứng từ sinh mạch thu điểm cách dây dẫn khoảng D  Suất điện động cảm ứng a) Điện trở của cuộn dây Như ta biết điện trở cuộn dây tính công thưc: R S (1) Trong đó:  điện trở suất dây đồng:   1,7.108 (.m)  N.C  N.2. R '  N. R r2 S tiết diện cuộn dây: S   (r ' )2   N  R 4.N R Từ (1) suy ta có: R      r2 S r2  4.2000.0, 01  5.44() Thay số ta được: R  1, 7.108 (0,5.103 )2  Vậy ta tính điện trở cuộn dây 5.44() chiều dài cuộn dây: b) Cảm ứng từ sinh mà mạch thu điểm cách dây dẫn khoảng D Ta coi dây điện dây dẫn thẳng dài vô hạn có dòng điện chạy qua ta có công thức tính độ lớn cảm ứng từ B điểm cách dây dẫn điện khoảng D: B  .o I (t ) (2) 2. D Đơn vị Tesla(T) Với I (t ) có giá trị biến thiên theo quy luật hình sin: I (t )  I o Sin(t )( A) , với f  50Hz  độ từ thẩm môi trường:  =1 không khí H m o số từ: o  4 107 ( ) c) Suất điện động cảm ứng Suất điện động cảm ứng sinh biến thiên cảm ứng từ B xác định công thức: GVHD: THẦY PHẠM MẠNH HÙNG Page TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN SVTH: GIANG VĂN HIẾN eu   d (*) dt Với  từ thông gửi qua cuộn dây tính công thức:   N B.S.Cos(t ) d d ( N B.S Cos(t )) d (Cos(t ))    N B.S dt dt dt Từ (*) suy ta có: eu    eu  N B.S..Sin(t )(3) Vậy từ (1), (2) (3) ta có công thức tính I u sau:  Iu  eu N B.S .Sin(t ) I (t ).Sin(t ) .o N S    (4) R R D R.2.  Nhận xét: Từ biểu thức thứ (3) ta rút nhận xét dòng điện cảm ứng phụ thuộc vào số yếu tố sau: - Cường độ dòng điện dây dẫn - Khoảng cách từ điểm ta xét tới dây dẫn Với dòng định mức Led I dm _ Led  20mA ta phải có dòng tối đa transistor Q1 phải I c1  I dm _ Led  20mA Gọi transistor Q1, Q2 Q3 có độ khuếch đại là: 1 ,  ,  Với dòng là: I B1 , I B , I B , I C1 , I C , I C , I E1 , I E , I E  Theo sơ đồ mạch ta có: I B1  I C  I C1 1  I dm _ Led , I B2  I E3  1 Do I E  I B3 nên I B  IC 3  I E3 3  Mặt khác I u = I B nên I u   IC 2  I dm _ Led  1 I dm _ Led 3  1 I dm _ Led 3  1 Từ (4) (5) ta suy được: I dm _ Led 3  1 D  I (t ).Sin(t ) .o N S  D R.2. I (t ).Sin(t )..o N S .3. 1 I dm _ Led R.2. GVHD: THẦY PHẠM MẠNH HÙNG Page 10 TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN SVTH: GIANG VĂN HIẾN  Nhận xét: Với giá trị cho trước như: N , f , 1 ,  ,  , I dm _ Led ,… Và thời điểm t ta xác định khoảng cách lớn nhận biết có dây điện qua không VI Kết luận Với đề tài “Nghiên cứu, chế tạo máy dò dây điện tường” em thiết kế chế tạo máy có khả dò tìm dây điện tường, xác định khoảng cách lớn nhân biết có mặt dây điện có dòng điện chạy qua Khuôn khổ đề tài nghiên cứu cho kết nói chấp nhận Em hi vọng sau đề tài có cải tiến thiết thực để nâng cao việc bảo vệ an toàn điện nhằm giảm thiểu tai nạn điện gây Theo em nghĩ, ta cải tiến thêm cách sử dụng vi điều khiển vào làm mạch chất lượng mạch tốt Nhưng thời gian định, em thiết kế chế tạo máy với linh kiện điện tử đơn giản Việc ứng dụng vi điều khiển vào thiết kế mạch em dự kiến làm dự án GVHD: THẦY PHẠM MẠNH HÙNG Page 11 TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN SVTH: GIANG VĂN HIẾN PHỤ LỤC I: CÁC HÌNH ẢNH SỬ DỤNG TRONG BÁO CÁO Hình 1: Hiện tượng cảm ứng điện từ Hình 2: Sơ đồ khối thiết bị Hình 3: Sơ đồ nguyên lý Hình 4: Mạch in PHỤ LỤC II: TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] http://www.dientuvietnam.net/ [2] http://www.alldatasheet.com/ GVHD: THẦY PHẠM MẠNH HÙNG Page 12 [...]... TOÀN ĐIỆN SVTH: GIANG VĂN HIẾN  Nhận xét: Với các giá trị cho trước như: N , f , 1 ,  2 ,  3 , I dm _ Led ,… Và tại một thời điểm t bất kỳ thì ta sẽ xác định được khoảng cách lớn nhất vẫn còn có thể nhận biết ở đó có dây điện đi qua hay là không VI Kết luận Với đề tài Nghiên cứu, chế tạo máy dò dây điện trong tường em đã thiết kế và chế tạo được một máy có khả năng dò tìm được dây điện đi trong tường, ... được khoảng cách lớn nhất có thể vẫn còn nhân biết được sự có mặt của dây điện khi có dòng điện chạy qua nó Khuôn khổ của đề tài chỉ là nghiên cứu nhưng đã cho kết quả có thể nói là chấp nhận được Em hi vọng sau đề tài này sẽ có những cải tiến thiết thực hơn nữa để có thể nâng cao việc bảo vệ an toàn điện nhằm giảm thiểu tai nạn do điện năng gây ra Theo em nghĩ, ta có thể cải tiến thêm bằng cách sử dụng... lượng của mạch sẽ tốt hơn Nhưng trong thời gian nhất định, em mới thiết kế và chế tạo máy chỉ với các linh kiện điện tử đơn giản Việc ứng dụng vi điều khiển vào thiết kế mạch thì em dự kiến sẽ làm ở nhưng dự án tiếp theo GVHD: THẦY PHẠM MẠNH HÙNG Page 11 TIỂU LUẬN AN TOÀN ĐIỆN SVTH: GIANG VĂN HIẾN PHỤ LỤC I: CÁC HÌNH ẢNH SỬ DỤNG TRONG BÁO CÁO Hình 1: Hiện tượng cảm ứng điện từ 4 Hình 2: Sơ