Giáo trình điện tử công nghiệp dùng cho các trường đào tạo hệ THCN vũ quang hồi

THƯ VIỆN c CHUYÊN NGHIỆP ĐẠI HỌC NHA TRAN G M 381 H SÁCH DÙNG CHO CÁC TRƯỜNG ĐÀO TẠO HỆ TRUNG HỌC CHUYÊN NGHIỆP v ũ QUANG HỔI Giáo trình ĐIỆN TỬ CƠNG NGHIỆP (Sách dùng cho trường đào tạo hệ Trung học chuyên nghiệp) {Tậỉ lần thứ hai) NHÀ XUẤT BẢN GIÁO DỤC 04 - 2006/CXB/23 - 1860GD Mã số: 6H150T6 - DAI L ò i g iớ i th iêu Năm 2002, Vụ Giáo dục Chuyên nghiệp - Bộ Giáo dục Đào tạo phoi hợp với Nhà xuất Giáo dục xuất 21 giáo trình phục vụ cho đào tạo hệ THCN Các giáo trình nhiều trường sử dụng lioan nghênh Đ ể tiếp tục bổ sung nguồn giáo trình cịn thiếu, Vụ Giáo dục Chun nghiệp phối hợp Nhà xuất Giáo dục tiếp tục biên soạn sơ' giáo trình, sách tham khảo phục vụ cho đào tạo ngành : Điện - Điện tử, Tin học, Khai thác khí Những giáo trình trước hiên soạn, Vụ Giáo dục Chuyên nghiệp gửi đê cương 20 trường tổ chức hội tháo, lấy ý kiến đóng góp nội dung đê cương cấc giáo trình nói Trên sở nghiên cứu ý kiến đóng góp trường, nhóm tác giả điều chỉnh nội dung giáo trinh cho phù hợp với yêu cầu thực tiễn Với kinh nghiệm giảng dạy, kiến thức tích luỹ qua nhiều năm, tác giả cô' gắng để nội dung trình bày kiến thức vẩn cập nhật với tiến khoa học kỹ thuật, với thực tế sản xuất Nội dung giáo trình cịn tạo liên thơng từ Dạy nghề lên THCN Các giáo trình biên soạn theo hướng mở, kiến thức rộng cơ' gắng tính ứng dụng nội dung trình bày Trên sở tạo điều kiện đ ể trường sử dụng cách phù hợp với điều kiện sở vật chất phục vụ thực hành, thực tập đặc điểm ngành, chuyên ngành đào tạo Đ ể việc đổi phương pháp dạy học theo đạo Bộ Giáo dục Đào tạo nhằm nâng cao chất lượng dạy học, trường cần trang bị đủ sách cho thư viện tạo điều kiện để giáo viên học sinh có đủ sách theo ngành đào tạo Những giáo trình tài liệu tham khảo tốt cho học sinh tốt nghiệp cần đào tạo lại, nhân viên kỹ thuật trực tiếp sản xuất Các giáo trình xuất khơng thể tránh khỏi sai sót Rất mong thầy, giáo, bạn đọc góp ý để lần xuất sau.được tốt Mọi góp ỷ xin gửi : Công ty cổ phần sách đại học - dạy nghề, 25 Hàn Thuyên , Hà Nội VỤ GIÁO DỤC CHUYÊN NGHIỆP - NXB GI^ÁO DỤC M ỏ ĐẦU Tiến khoa học kỹ thuật ngày đổi phần tử, mạch điều khiển máy riêng lẻ công nghệ sản xuất nhiều lĩnh vực khác Điện tử Cơng nghiệp ngày khơng bó hẹp lĩnh vực Cơng nghiệp mà cịn có mặt hầu hết lĩnh vực kinh tế khác nhau, phấn đấu xây dựng kình tế theo phương hướng cơng nghiệp hố Vì giáo trình Điện tử công nghiệp nội dung học tập khơng thể thiếu ngành, có liên quan đến vận hành, quấn lý, sửa chữa máy móc, trang bị dây chuyên cóng nghệ có yêu cầu khống chê điều khiển Nội dung giáo trình Điện tử cơng nghiệp gồm ỉ chương, theo trình tự, giáo trình giới thịệu phần tử rời rạc, mạch điều khiển thiết bị phạm vi ứng dụng chúng thực tế sản xuất mà người học gặp thực tê'sản xuất Nội dung giáo trình rộng, tuỳ theo yêu cẩu ngành học mà di sâu vào chương tìm hiểu khái quát chương Trong trình biên soạn chúng tơi cơ' gắng trình bày nội dung mật cách đơn giản dễ hiểu nhất, đ ể người đọc tự học khơng có điều kiện tới lớp Giáo trình biên soạn chủ yếu cho đối tượng học sinh trường Trung học chuyên nghiệp, tốt cho học sinh học nghê, tự đào tạo lại kỹ thuật viên tài liệu tham khảo bổ ích cho sinh viên Cao đẳng Trong biên soạn cô' gắng cập nhật tiến khoa học kỹ thuật dược áp dụng vào thực tế sản xuất diễn đạt nội dung trình bày cách đơn giản, dễ hiểu ; Tuy nhiên không tránh khỏi cịn thiếu sổt Vì vậy, mong nhận ý kiến đóng góp bạn đọc đ ể lẩn xuất sau tốt Tác giả Chương I VẬT LIỆU DÙNG TRONG KĨ THUẬT ĐIỆN TỬ CÔNG NGHIỆP 1.1 VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN Vật liệu dẫn điện dùng kĩ thuật điện tử công nghiệp thường lầ kim loại hợp kim Các thồng số kĩ thuật chủ yếu vật liệu dẫn điện là: - Điện trở suất p 20°c, đơn vị Qm hay ^ - m - ; lfìm = 106 m m - Hệ số nhiệt điện trở a để tính điện trở nhiệt độ khác 20°c : R, - Rọ(l + at°) - Nhiệt độ nóng chảy, tính °c - Khối lượng riêng, đơn vị — ■hay m dm B ảng 1.1 CÁC THÔNG SỐ KĨ THUẬT CHỦ YẾU CỦA VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN THƯỜNG DÙNG Vật liệu dẫn điện Điện trỗ suất (fím) Hệ SỐ a í - ì lđ ộ j Đồng (Cu) 1,72.10® Nhơm (AI) Nhiệt độ nơng chảy (°C) Khối lượng riêng (kg/m3) 0,0040 1083 8,89.10® 2,82.10-® 0,0049 660 2,7.10® Sắt (Fe) 9,8.10® 0,0062 1535 7,8.10® Vàng (Au) 2,42.10® 0,0036 1063 19,3.10® Bạc (Ag) 1,62.10® 0,0038 961 10,5.10® Thiếc (Sn) 1,15.10® 0,0042 230 8,8.10® Chì (Pb) 2,1.10® 0,0040 330 11,4.10'® 1.2 VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN Vật liệu cách điện dùng kĩ thuật điện tử đa dạng Các thông số kĩ thuật chủ yếu vật liệu cách điện là: - Độ bền điện >là mức điện áp chịu đựng vật liệu đơn vị chiều dày mà khơng bị phóng điện thủng Đơn vị thường dùng kV/mm - Nhiệt độ chịu mà không bị hỏng (°C) - Hằng số điện môi s - Góc tổn hao (tgỗ) - Khối lượng riêng (kg/m1) B ảng 1.2 C Á C THÔNG SỐ CHỦ YẾU CỦA VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN THƯỜNG DÙNG Góc tổn hao (tg8) Độ điện (kV/mm) Khơng khí Mi ca 50 -5- 100 600 +8 0,0004 2.8.103 Sứ 20 + 28 150 4- 170 +7 0,03 (2,5 + 3,3).103 Thuỷ tinh -í-30 500 4- 1700 4+10 0,0005+0,001 (2,2 + 4).103 Ba-kê-lit 10 + 40 + 4,6 0,05 + 0,12 1.2.103 Ê-bô-nit 20 + 30 50 4- 60 2,7 + 3' 0,01 + 0,015 (1,2 + 1,4).103 Bìa cách điện Pret-xơ-pan 94-12 100 3+4 0,15 1,6.lo Cao su 20 55 0,15 1.6.103 Lụa cách điện 4-60 105 ,8 + 4,5 0,04 + 0,08 1,5.103 Sáp 20 4- 25 65 2,5 0,0002 0.95.103 Paraphin 20 + 30 49 + 55 1,9 + 2,2 Nhựa thông 10 4- 15 60 + 70 3,5 0,01 1,1.10* ■Ê-pô-xi 18 4- 20 140 3,7 + 3,9 0,013 (1,1 + 1,2).103 Nhiệt độ chịu đựhg (°C) Hằng sô' điện môi e Vật liệu cách điện 81 Khôi lượng riêng (kg/m3) 1.29.10"3 1.3 VẬT LIỆU TỪ Trong kĩ thuật điện tử, vật liệu từ sử dụng nhiều thiết bị cuộn hút, máy biến áp, nam châm, loa, micrô Các vật liệu từ thuộc nhóm chất sắt từ Các chất sắt từ có : sắt (Fe), kền (Ni), Coban (Co) hợp kim chúng Khi có từ trường ngoài, chất sắt từ nhiễm từ mạnh mạnh (hàng trăm, hàng ngàn so với từ trường ngoài) Thay đổi cường độ từ trường ngồi nhiễm từ chất sắt từ thay đổi Quan hệ phụ thuộc biểu thị thay đổi cảm ứng từ B từ trường chất sắt từ theo cường độ từ trường (từ trường từ hoá) biểu thị đường' cong gọi đường cong từ hố (hình 1.1) B Hình 1.1: Đường cong từ hoá chất sắt từ Bắt đầu tăng cường độ từ trường ngồi H cảm ứng từ B tăng nhanh từ đạt bão hoà (điểm a) Giảm H B giảm (đoạn aBd) Khi H = B khơng giảm mà cịn có giá trị Bd Ngun nhân chất sắt từ bị từ hoá Lượng Bd gọi cảm ứng từ dư Để khử từ dư này, cần từ trường ngược lại với cường độ Hk Sau từ hố ngược lại B B Hình 1.2: Vòng từ trễ vật liệu : a) Từ cứng ; b) Từ mềm Đường từ hoá khép kín aBđ(-Hk)b(-Bd)Hka gọi vịng từ trễ Vật liệu từ chia làm loại: Vật liệu từ cứng : vịng từ trễ có diện tích lớn (hình 1.2a), từ dư vật liệu lớn Vật liệu từ cứng thường dùng làm lõi nam châm, loa, micrô, nam châm vĩnh cửu.v.v Vật liệu từ mềm : vòng từ trễ có diện tích nhị (hình 1.2b), từ dư vật liệu nhỏ Vật liệu từ mềm thường dùng làm lõi cuộn hút (rơ le, công tắc tơ ), lõi máy biến áp.v v CÂU HỎI CHƯƠNG I Khác vật liệu dẫn điện Vật liệu cách điện gì? Có loại vật liệu từ? ứng dụng chúng có khác nhau? Chúng có dùng để dẫn điện khơng? Chương II KHÁI QUÁT VỀ CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ TƯƠNG Tự 2.1 CÁC LINH KIỆN ĐIỆN TỬ THỤ ĐỘNG Trong mạch điện, trạng thái điện linh kiện (hay phần tử) thể thông sô trạng thái điện áp u đặt (hay rơi) linh kiện dịng điện i chạy qua Các phần tử tự tạo u hay i gọi nguồn điện áp (nguồn áp) hay nguồn dòng điện (nguồn dịng) Các phần tử khơng tạo điện áp hay dòng điện phần tử tiêu thụ điện (các phụ tải) Tuỳ yêu cầu sử dụng, linh kiện chế tạo nhiều hình dạng khác có đặc tính kĩ thuật tương ứng với lĩnh vực sử dụng Các linh kiện điện tử chia làm loại: - Loại thụ động : điện trở, tụ điện, cuộn dây - Loại tích cực : điốt (diode), tranzito (transistor), thyristo (thyristo), điac, triac 2.1.1 Điện trở a) Điện trở sản xuất với nhiều giá trị danh định, từ vài phần ôm (Q) tới hàng trăm mêgaôm (Mf2)_với công suất khác b) Trong mạch điện, điện tỊẻr thường sử dụng với mục đích: - Để tạo dịng điện mong muốn (tại mạch nhánh) - Để tạo điện áp mong muốn (tại đoạn mạch) c) Giá trị c.ủa điện trở khơng phụ thuộc vào tần số dịng điện, nghĩa giá trị điện trở không thay đổi dùng mạch chiều xoay chiều d) Khi sử dụng điện trở, cần quan tâm tới tham số sau: - Giá trị điện trở ; 2.GTĐTC NGHIỆPA - Các phần tử mạch nối vào PLC hình 11.10 Input Output start JL stop X -(^m) — 11 _ COM H ình 11.9 : Sơ đồ điều khiển động pha 220V— H ìn h 11.10 : Sơ đồ nối mạch với PLC - Giản đồ LAD hình 11.11 - Bảng mã bảng 11.3 B ảng 11.3 : Đ ịa Mã lệnh Dữ liệu' 0000 LD 00000 0001 OR 10000 0002 AND NOT 00001 0003 OUT 10000 0004 END (01) 00000 11 11 10000 L 00001 \ T y T H ìn h 1 1 : Giản đồ LAD Lưu ý : - Các lệnh lưu giữ nhớ PLC sau nhìn phím WRITE tất chương trình phải có lệnh END (FUN 01) - Để xem lệnh chương trình, sử dụng phím UP ARROW (mũi tên lên t ) DOWN ARROW (mũi tên xuống I ) - Để chạy chương trình lưu giữ PLC, đặt chuyển mạch chọn chế độ RUN MONITOR - Để gọi lại chương trình, kiểm tra chương trình, chèn xố lệnh bạn độc cần xem tài liệu riông nhà sản xuất 279 11.5 ỨNG DỤNG CỦA CÁC BỘ ĐIỀU KHIỂN l ậ p tr ìn h ứng dụng điều khiển lập trình đa dạng, tuỳ theo yêu cầu, tính chất, độ phức tạp chương trình điều khiển mà hãng sản xuất điều khiển lập trình khác Dưới xét vài ứng dụng đơn giản : 11.5.1 Điều khiển đèn tín hiệu giao thơng Xét ví dụ đèn tín hiệu điều khiển giao thơng cầu xe (hình 11.12a) đoạn sửa đường (hình 11.12b) Đỏ Xanh / Chiểu A I n TH Đỏ =' A Xanh Chiều B H ìn h 11.12 : Tín hiệu giao thơng đường m ột xe lại chiều Thời gian bật - tắt đèn hình 11.13 giải thích sau : Thời gian thông xe tA chiều A tB chiều B tuỳ thuộc vào đoạn đường lưu lượng xe Giả sử thơng chiều B (hình 11.12b), đèn XB sáng Để chuẩn bị thống chiều A , cần : - Đèn Đ b sáng để dừng xe chiều B, - Đèn Đ a tiếp tục sáng thời gian để xe chiều B vào chiều chạy khỏi chiều (như hình 11.13 15s) 280 *A 30s t" tg 15s 30s tn 15s tA 30s tn 15s tB 30s t„ 15s tA 30s Chiều A M m m / À _ w m ?//////A \1 1' ' I ' {' 'I Chiều B ,' , H ìn h 11.13 : Thời gian bật - tẳt đèn X Đ Sau đó, đèn XA sáng cho xe chiều A chạy Đèn ĐBsáng để tiếp tục dừng xe chiều B Chương trình LAD mã nhớ hình 11.14 bảng 11.4 B ả n g 11.4 : Đ ịa Lệnh Dữ liệu Địa Lệnh Dữ liệu 0000 LD NOT TIM 001 0009 TIM 002 0001 TIM 000 #0150 # 0300 0010 LD TIM 002 0011 TIM 003 0002 LD TIM 000 0003 TIM 001 #0300 # 0600 0012 LD TIM 002 0004 LD NOT TIM 000 0013 AND NOT TIM 003 0005 OUT 10000 0014 OUT 10002 0006 LD NOT 10000 0015 LD NOT 10002 0007 OUT 10001 0016 OUT 10003 0008 LD 10001 0017 END (01) M.OTĐTC NQHIỆP 281 TIM 001 H ìn h 11.14 : Giản đổ LAD điều khiển tín hiệu giao thông 11.5.2 Điều khiển băng chuyền PLC dùng để khởi động dừng động băng chuyền đoạn Băng chuyền chạy có vật tải (hình 11.15) Khi cảm biến Ỡ S3 H ìn h 11.15: Sơ đổ bâng chuyền (sensor) cuối băilg tải phát có vật tải động kéo băng tải tiếp sau chạy Sau đó, Timer hoạt động định thời gian vật tải chuyển qua khỏi băng tải để dừng băng tải B ả n g 11.5 : Vào Phẩn tử Ra Phẩn tử 00000 S1 10000 M1 00001 S2 10001 M2 00002 S3 10002 M3 Phàn công đầu vào - (I/O) bảng 11.5 282 Vận hành : - Động M2 có điện cảm biến S3 phát có vật tải - Động M2 chạy MI có điện vật tải khỏi vùng kiểm sốt S2 - Động MI có điện cảm biến S2 phát có vật tải - Động MI chạy vật tải khỏi vùng kiểm sốt Sl Giản đồ thang hình 11.16 00002 T000 M2 10001 00001 1 11 10000 11 11 10001 11 II 00000 11 11 04000 11 11 04000 II II T001 ĨÝ M