Giáo trình Kỹ thuật điện (Nghề Điện dân dụng)

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH LÀO CAI TRƢỜNG CAO ĐẲNG LÀO CAI GIÁO TRÌNH NỘI BỘ MƠN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN NGHỀ ĐÀO TẠO: ĐIỆN DÂN DỤNG TRÌNH ĐỘ: TRUNG CẤP LƢU HÀNH NỘI BỘ Năm 2020 LỜI GIỚI THIỆU Bài giảng Kỹ thuật điện đƣợc biên soạn sở chƣơng trình chi tiết mơn học Kỹ thuật điện nghề điện công nghiệp, đƣợc viết cho đối tƣợng đào tạo hệ cao đẳng trung cấp sử dụng đƣợc Bài giảng Điện kỹ thuật tập giảng kü thuËt sở nghề quan trọng chƣơng trình đào tạo cao đẳng trung cấp nghề.Vì nội dung bám sát chƣơng trình khung nghề nhằm đạt mục tiêu đào tạo nghề đồng thời tạo điều kiện cho ngƣời sử dụng tài liệu tốt hiệu Bài giảng đƣợc xây dựng với tham gia giáo viên khoa ĐiệnĐiện tử Trƣờng CĐ Lào cai Giáo trình đƣợc chia làm 03 chƣơng, đó: Chương 1: Cung cấp kiến thức phƣơng pháp biến đổi cơng thức tính tốn để giải mạch điện cụ thể nhƣ mạch điện chiều; xoay chiều pha ba pha Chương 2: Cung cấp kiến thức đảm bảo an toàn cho ngƣời thiết bị vận hành, kiểm tra sửa chữa thiết bị điện Cấp cứu đƣợc nạn nhân kỹ thuật xảy tai nạn điện Chương 3: Cung cấp kiến thức loại vật liệu điện để phục vụ cho công tác sửa chữa, thay Tác giả bày tỏ cảm ơn chân thành đến Ban giám hiệu, Phòng Đào tạo, Khoa Điện – Điện tử tạo điều kiện để giảng đƣợc hoàn thành Bài giảng biên soạn khó tránh khỏi thiếu sót, mong nhận đƣợc ý kiến đóng góp từ đồng nghiệp bạn đọc để giảng ngày hoàn thiện MỤC LỤC LỜI GIỚI THIỆU CHƢƠNG I: MẠCH ĐIỆN CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 1.1 MẠCH ĐIỆN VÀ MƠ HÌNH MẠCH ĐIỆN 1.2 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG MẠCH ĐIỆN MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 10 2.1 CÁC ĐỊNH LUẬT VÀ BIỂU THỨC CƠ BẢN TRONG MẠCH ĐIỆN MỘT CHIỀU 10 2.2 CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI TƢƠNG ĐƢƠNG 16 2.3 CÁC PHƢƠNG PHÁP GIẢI MẠCH MỘT CHIỀU 22 DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN 30 3.1 KHÁI NIỆM VỀ DỊNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN 30 3.2 CÁC ĐẠI LƢỢNG ĐẶC TRƢNG CỦA DÒNG ĐIỆN XOAY CHIỀU HÌNH SIN 32 3.3 BIỂU DIỄN ĐẠI LƢỢNG HÌNH SIN BẰNG ĐỒ THỊ VECTO 33 3.4 GIẢI MẠCH XOAY CHIỀU HÌNH SIN 36 MẠNG BA PHA 51 4.1 KHÁI NIỆM CHUNG 51 4.2 SƠ ĐỒ ĐẤU DÂY TRONG MẠNG BA PHA CÂN BẰNG 53 4.3 CÔNG SUẤT MẠNG BA PHA CÂN BẰNG 57 4.4 PHƢƠNG PHÁP GIẢI MẠNG BA PHA CÂN BẰNG 58 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG I 62 BÀI TẬP CHƢƠNG I 63 CHƯƠNG 2: AN TOÀN ĐIỆN 67 2.1 ẢNH HƢỞNG CỦA DÒNG ĐIỆN ĐỐI VỚI CƠ THỂ CON NGƢỜI 67 2.2 NGUYÊN NHÂN GÂY RA TAI NẠN VỀ ĐIỆN 70 2.3 CÁC BIỆN PHÁP SƠ CẤP CỨU CHO NẠN NHÂN KHI BỊ ĐIỆN GIẬT 72 2.4 CÁC BIỆN PHÁP BẢO VỆ AN TOÀN CHO NGƢỜI VÀ THIẾT BỊ KHI SỬ DỤNG ĐIỆN 75 2.5 TIÊU CHUẨN CẤP BẬC KỸ THUẬT AN TOÀN 83 2.6 CÁC BIỂN BÁO AN TOÀN VỀ ĐIỆN 85 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG II 92 CHƢƠNG III: VẬT LIỆU ĐIỆN 93 VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN 93 1.1.KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN 93 1.2 TÍNH CHẤT CHUNG CỦA VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN 95 1.3 NHỮNG HƢ HỎNG THƢỜNG GẶP VÀ CÁCH CHỌN VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN 99 1.4 MỘT SỐ VẬT LIỆU CÁCH ĐIỆN THÔNG DỤNG 100 VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN 112 2.1 KHÁI NIỆM VÀ TÍNH CHẤT CỦA VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN 112 2.2 TÍNH CHẤT CHUNG CỦA KIM LOẠI VÀ HỢP KIM 113 2.3 NHỮNG HƢ HỎNG THƢỜNG GẶP VÀ CÁCH CHỌN VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN 115 2.4 MỘT SỐ VẬT LIỆU DẪN ĐIỆN THÔNG DỤNG 118 VẬT LIỆU DẪN TỪ 125 3.1 KHÁI NIỆM VÀ TÍNH CHẤT VẬT LIỆU DẪN TỪ 125 3.2 MỘT SỐ VẬT LIỆU DẪN TỪ THÔNG DỤNG 127 VẬT LIỆU BÁN DẪN 129 4.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CHẤT BÁN DẪN 129 4.2 ỨNG DỤNG CHẤT BÁN DẪN 132 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG III 134 TẬP BÀI GIẢNG MƠN HỌC: KỸ THUẬT ĐIỆN Tên mơn học: Kỹ thuật điện Mã môn học: MH 07 I VỊ TRÍ, TÍNH CHẤT CỦA MƠN HỌC: - Vị trí mơn học: Mơn học đƣợc bố trí song song sau học sinh học xong môn học chung trƣớc môn học/ mô đun chuyên môn - Tính chất mơn học: Là mơn học lý thuyết sở bắt buộc II MỤC TIÊU MÔN HỌC: Kiến thức: - Vẽ đƣợc sơ đồ nguyên lý mạch điện, phân tích tính tốn đƣợc đại lƣợng điện mạch điện chiều; xoay chiều - Mô tả đƣợc tác dụng dòng điện thể ngƣời, nguyên nhân gây tai nạn điện, biện pháp cấp cứu ngƣời bị tai nạn điện giật biện pháp kỹ thuật an toàn điện - Mô tả đƣợc đặc điểm ứng dụng vật liệu dẫn điện, cách điện, dẫn từ, vật liệu kết cấu Kỹ năng: - Vận dụng cơng thức tính tốn cho mạch điện cụ thể tính tốn thơng số mạch điện cụ thể nhƣ mạch điện chiều; xoay chiều pha, xoay chiều ba pha - Vận dụng kiến thức đảm bảo an toàn vận hành, sửa chữa thiết bị điện Cấp cứu đƣợc nạn nhân xảy tai nạn điện - Lựa chọn loại vật liệu điện phục vụ cho công tác sửa chữa, thay Năng lực tự chủ trách nhiệm: - Nghiêm túc, chủ động học tập Ứng dụng kiến thức học vào thực tế CHƢƠNG I: MẠCH ĐIỆN I MỤC TIÊU CỦA CHƢƠNG: - Phát biểu đƣợc khái niệm, định luật, định lý mạch điện chiều, xoay chiều, mạch ba pha - Vận dụng biểu thức để tính tốn thơng số kỹ thuật mạch điện chiều, xoay chiều, mạch ba pha trạng thái xác lập - Vận dụng phƣơng pháp phân tích, biến đổi mạch để giải toán mạch điện hợp lý - Giải thích số ứng dụng đặc trƣng theo quan điểm kỹ thuật điện II NỘI DUNG CHI TIẾT CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ MẠCH ĐIỆN 1.1 MẠCH ĐIỆN VÀ MƠ HÌNH MẠCH ĐIỆN 1.1.1 Mạch điện Mạch điện tập hợp thiết bị điện nối với dây dẫn tạo thành vịng kín dịng điện chạy qua Mạch điện gồm phần tử nguồn điện, thiết bị tiêu thụ điện, dây dẫn ngồi cịn có thiết bị phụ trợ nhƣ: thiết bị đóng cắt, đo lƣờng, bảo vệ, tự động… Ví dụ: Sơ đồ mạch điện đơn giản nhƣ hình vẽ: a Nguồn điện - Là thiết bị để biến đổi dạng lƣợng nhƣ: Cơ năng, hoá năng, nhiệt năng, thuỷ năng, lƣợng nguyên tử…thành điện - Nguồn điện nguồn chiều xoay chiều + Nguồn chiều: Pin, acquy, máy phát điện chiều, + Nguồn xoay chiều: Lấy từ lƣới điện, máy phát điện xoay chiều,… - Các nguồn điện công suất lớn thƣờng đƣợc truyền tải từ nhà máy điện (nhiệt điện, thủy điện, điện nguyên tử ) - Các nguồn điện chiều thƣờng đƣợc đặc trƣng sức điện động E, điện trở r Với nguồn xoay chiều thƣờng biểu diễn công suất P (công suất máy phát) điện áp u Hình 1.2: Một số loại nguồn điện b Thiết bị tiêu thụ điện (Phụ tải) Là thiết bị sử dụng điện để chuyển hóa thành dạng lƣợng khác, nhƣ dùng để thắp sáng (quang năng), chạy động điện (cơ năng), dùng để chạy lò điện (nhiệt năng) Các thiết bị tiêu thụ điện thƣờng đƣợc gọi phụ tải (hoặc tải) ký hiệu điện trở R tổng trở Z Hình 1.3: Một số loại phụ tải thơng dụng c Dây dẫn Có nhiệm vụ liên kết truyền dẫn dòng điện từ nguồn điện đến nơi tiêu thụ Thƣờng làm kim loại đồng nhôm số vật liệu dẫn điện có điện dẫn suất cao khác d Các thiết bị phụ trợ: - Dùng để đóng cắt nhƣ: Cầu dao, công tắc, aptômát, máy cắt điện, công tắc tơ - Dùng để đo lƣờng: Ampe mét, vơn mét, ốt mét, cơng tơ điện… - Dùng để bảo vệ: Cầu chì, rơ le, … 1.1.2 Mơ hình mạch điện Khi tính tốn , mạch điện thực đƣợc thay sơ đồ gọi mô hình mạch điện, đó các phầ n tƣ̉ thƣ̣c đƣơ ̣c thay thế bằ ng các phầ n tƣ̉ lý tƣởng: E, J, R - Yêu cầu mô hình mạch điện: mơ hình mạch điện phải đảm bảo kết cấu hình học trình lƣợng giống nhƣ mạch điện thực - Một mạch thực có nhiều mơ hình mạch điện, điều tuỳ thuộc vào mục đích nghiên cứu điều kiện làm việc mạch điện a Phần tử điện trở Điện trở R đặc trƣng cho trình tiêu thụ điện biến đổi điện sang dạng lƣợng khác nhƣ nhiệt năng, quang năng, v…v Quan hệ dòng điện điện áp điện trở : UR =R.I (1.1) Đơn vị điện trở Ω (ôm) ; Công suất điện trở tiêu thụ: P = RI2 ; (1.2) R I UR - Điện tiêu thụ điện trở khoảng thời gian t là: A  RI 2t (1.3) - Đơn vị điện Wh, KWh b Phần tử điện cảm - Khi có dịng điện i chạy qua cuộn dây có w vịng sinh từ thơng móc vòng qua cuộn dây:   w (1.4) - Điện cảm cuộn dây đƣợc định nghĩa L  w  i i (1.5) - Sức điện động tự cảm: eL   L di dt (1.6) - Đơn vị điện cảm H (Henri) Quan hệ dòng điện điện áp điện cảm: UL = - eL = - L di dt (1.7) UL: gọi điện áp rơi điện cảm Công suất cuộn dây: PL = UL.i = L.i di dt (1.8) i2 Năng lƣợng từ trƣờng tích lũy cuộn dây: WM = L (1.9) Nhƣ điện cảm L đặc chƣng cho tƣợng tích lũy lăng lƣợng từ trƣờng cuộn dây L i uL c Phần tử điện dung - Khi đặt điện áp uc lên tụ điện có điện dung C tụ đƣợc nạp điện với điện tích q: q  CU C (1.10) - Quan hệ dòng điện điện áp điện dung C là: i= dq d C.U C d U = = c C dt dt dt  UC = i.dt C 0 (1.11) - Công suất tụ điện: pC = UC.i = C.UC d U C d U C = C.UC dt dt - Năng lƣợng điện trƣờng tụ điện: WE = (1.12) U C2 C (1.13) Nhƣ điện dung C đặc trƣng cho tƣợng tích lũy lƣợng điện tụ diện Đơn vị điện dung là: F (Fara)  F (1 F  106 F ); nF (1nF  109 F ) ; pF (1 pF  1012 F ) i C uC d Phần tử nguồn điện áp u(t) - Nguồn điện áp đặc trƣng cho khả tạo nên trì điện áp hai cực nguồn Chiều điện áp đƣợc quy định từ điểm có hiệu điện cao xuống điểm có hiệu điện thấp Chiều sức điện động đƣợc quy định từ điểm có điện thấp đến điểm có điện cao - Quan hệ sức điện động điện áp đầu cực nguồn: u(t)= e(t) u(t) e e Phần tử nguồn dòng điện j(t) Nguồn dòng đặc trƣng cho khả nguồn điện tạo nên trì dịng điện cung cấp cho mạch J(t) 1.2 CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN TRONG MẠCH ĐIỆN 1.2.1 Dòng điện chiều qui ƣớc dòng điện Khi đặt vật dẫn điện trƣờng, dƣới tác dụng lực điện trƣờng, điện tích dƣơng di chuyển từ nơi có điện cao đến nơi có điện thấp hơn, cịn điện tích âm (các điện tử) di chuyển ngƣợc lại từ nơi có điện thấp đến nơi có điện cao tạo thành dòng điện Vậy: Dịng điện dịng điện tử chuyển dời có hướng tác dụng lực điện trường * Chiều quy ƣớc dòng điện: Theo quy ƣớc: chiều dòng điện chiều chuyển rời điện tích dƣơng + Trong kim loại : Dòng điện dòng điện tử chuyển dời có hƣớng Vì điện tử di chuyển từ nơi có điện thấp đến nơi có điện cao nên dịng điện tử ngƣợc với chiều quy ƣớc dòng điện + Trong dung dịch điện ly : Dòng điện dòng ion chuyển dời có hƣớng Nó gồm có hai dịng ngƣợc chiều là: Dịng ion dương có chiều theo chiều quy ƣớc điện trƣờng dòng ion âm có chiều ngƣợc chiều quy ƣớc Các ion dƣơng di chuyển từ Anốt (cực dương) Catôt (cực âm) nên gọi Cation, ion âm di chuyển từ catốt Anôt nên gọi Anion + Trong mơi trường chất khí bị ion hố : Dịng điện dòng ion điện tử chuyển dời có hƣớng Nó gồm có dịng ion dƣơng theo chiều điện trƣờng từ Anốt Catốt, dòng ion âm điện tử ngƣợc chiều điện trƣờng từ Catốt Anốt Nhƣ vật dẫn, dòng điện từ nơi có điện cao đến nơi có điện thấp, nguồn điện ngƣợc lại dịng điện từ cực có điện thấp đến cực có điện cao 1.2.2 Cƣờng độ dịng điện Đại lƣơng đặc trƣng cho độ lớn dòng điện đƣợc gọi Cƣờng độ dòng điện, ký hiệu I (hoặc i) Cƣờng độ dòng điện lƣợng điện tích qua tiết diện dây dẫn đơn vị thời gian (tính giây) Ta có: I= q t (1.11) Trong đó: I: Cƣờng độ dịng điện, đơn vị ampe (A) t: thời gian, đơn vị giây (s) q: lƣợng điện tích, đơn vị culong (C) 1.2.3 Mật độ dòng điện Mật độ dòng điện đại lƣợng đo tỉ số dòng điện qua dây dẫn tiết diện dây: Đồng thau hợp kim đồng với kẽm, kẽm không vƣợt 46% Ở nhiệt độ cao, sức bền đồng thau ăn mòn oxyt hóa giảm Tốc độ oxyt hóa đồng thau nhỏ (so với đồng tinh khiết) tỷ lệ phần trăm kẽm lớn Nếu tỷ lệ phần trăm kẽm lớn 25%, lớp bảo vệ oxyt kẽm tạo nên bề mặt vật liệu nhanh nhiệt độ lớn Còn tỷ lệ phần trăm kẽm nhỏ bề mặt vật liệu tạo lớp màu đen giàu oxyt đồng Tính chất đồng thau với tỷ lệ lớn 25% kẽm tạo thành lớp bảo vệ 3000C đƣợc sử dụng để bảo vệ chi tiết chống lại ăn mịn khơng khí có Amơniac khơng sử dụng phƣơng pháp bảo vệ khác Để tăng sức đề kháng ăn mịn điện hố, ngƣời ta thƣờng tẩm thiếc hay tráng kẽm đồng thau cịn nóng Đồng thau đƣợc sử dụng nhiều nghành điện để gia cơng chi tiết dẫn dịng điện nhƣ: đầu cực, bảng phân phối, đầu nối đến hệ thống tiếp đất, móc giữ, móc hình chữ T, mối nối nhánh, đầu để gắn cầu chì, lƣỡi ngàm cầu dao vv 2.4.2 Nhôm hợp kim nhôm a Nhôm (Al) * Tầm quan trọng nhôm kỹ thuật điện Sau đồng, nhôm vật liệu quan trọng thứ hai đƣợc sử dụng kỹ thuật điện, nhơm có điện dẫn suất cao (nó thua bạc, đồng thiếc), trọng lƣợng riêng giảm (2,76 G/cm3), tính chất vật liệu hố học cho ta khả dùng làm dây dẫn điện Nhơm có cấu trúc mạng tinh thể „‟lập phƣơng diện tâm” không đổi nguội nhiệt độ thƣờng Nhơm có màu bạc trắng kim loại tiêu biểu cho kim loại nhẹ (nghĩa kim loại có khối lƣợng riêng nhỏ G/cm3) Khối lƣợng riêng nhôm đúc gần 2,6 G/cm3, nhôm cán 2,76 G/cm3, nhẹ đồng 3,5 lần Hệ số nhiệt độ dãn nở dài, nhiệt dung nhiệt nóng chảy nhơm lớn đồng Nhơm có sức bền ăn mịn mơi trƣờng có lớp màng mỏng oxyt tạo bề mặt tiếp xúc với khơng khí Lớp màng mỏng oxyt có điện trở lớn nên cản trở việc thực tiếp xúc tốt dây dẫn Cũng tƣơng tự lớp tạo khó khăn cho hàn dính kết dây dẫn Ngồi nhơm cịn có số ƣu nhƣợc điểm sau: * ƣu điểm: - Giá thành thấp nhiều lần so với đồng - Trọng lƣợng nhẹ nên đƣợc dùng để chế tạo đƣờng dây tải điện không, đƣờng cáp để có điện trở nhỏ, đƣờng kính dây phải lớn nên giảm đƣợc tƣợng phóng điện vầng quang 121 * Nhƣợc điểm: - Sức bền khí tƣơng đối bé gặp khó khăn việc thực tiếp xúc điện nối với - Cùng tiết diện độ dài, nhơm có điện trở cao đồng 1,63 lần - Khó hàn nối đồng, chổ nối tiếp xúc khơng hàn dễ hình thành lớp ơxít có trị số điện trở suất cao phá hủy chổ tiếp xúc - Khi cho nhôm đồng tiếp xúc nhau, bị ẩm hình thành pin cục có trị số suất điện động cao, dịng điện từ nhôm sang đồng phá huỷ mối tiếp xúc nhanh * Ứng dụng: Trong kỹ thuật điện, nhôm đƣợc sử dụng phổ biến để chế tạo: - Dây dẫn điện không để truyền tải điện - Ruột cáp điện - Các ghép chi tiết cho trang thiết bị điện - Dây quấn máy điện - Các nhôm để làm tụ điện, lõi dẫn từ máy biến áp, rôto động điện, b Hợp kim nhôm: Nhơm có nhiều hợp kim dùng để đúc để kéo dây dẫn điện Các hợp kim nhơm dùng để đúc loại sau: Al-Zn-Cu, Al-Cu, Al-Cu-Ni, Al-Si, Al-Si-Cu, Al-Si-Mg, Al-Mg, Al-Mg-Mn Một hợp kim đƣợc dùng phổ biến để chế tạo dây dẫn hợp kim "aldrey" Chúng hợp kim nhôm với (0,30,5)%Mg, (0,40,7)% Si, (0,20,3)% Fe Tổ hợp làm cho hợp kim có tính chất khí tốt Dây dẫn hợp kim loại "aldrey" nhận đƣợc thông qua việc hợp kim (nung nóng đến 5006000C), kéo thành sợi kích thƣớc mong muốn làm già hóa nhân tạo nung nóng 1502000C Sức bền dây dẫn "aldrey" lớn gấp khoảng lần so với dây dẫn Al tinh khiết Vì vậy, dùng dây dẫn "aldrey" tăng khoảng cách cột đƣờng dây khơng, giảm chi phí xây dựng đáng kể 2.4.3 Chì hợp kim chì * Đặc tính Chì kim loại có màu tro sáng ngã màu xanh da trời, kim loại mềm, dễ dàng uốn cong cắt dao cắt công nghiệp Chỗ cắt có màu sáng rực màu sáng rực nhanh trở thành màu tro Nó có sức bền thời tiết xấu có tổ hợp bảo vệ hình thành bề mặt (PbCO3, PbSO4,…) Không bị tác dụng axit clohydric, axit sulphuaric, axit sulphuarơ, axit flohydric,axit phosphoric amôniac, clo, xút, borax Chì hịa tan dễ dàng axit nitric pha lỗng hay axit axêtic pha lỗng 122 Chì có sức bền với muối amoniac, clorua, dầu…nhƣng không bền chất kiềm Sự bay chì độc hại Chì kim loại dễ dát mỏng thành sợi, thành Ở trạng thái lỏng, chì dễ chảy làm đầy khn mẫu Do nhiệt độ nóng chảy thấp nên ngƣời ta dùng chì làm vật liệu hàn hàn gắn tốt Chì khơng có sức đề kháng dao động, đặc biệt môi trƣờng nhiệt độ cao Vì cáp có vỏ bọc chì khơng nên đặt gần đƣờng sắt nhƣ xuất đƣờng nứt Hợp kim chì với tỉ leeh phần trăm nhỏ SB, Te, Cu, Sn tạo cho chì cấu trúc mịn có sức đề kháng dao động nhƣng bền ăn mịn Sau giãn nở nhiệt, chì mềm khơng trở lại dạng kích thƣớc ban đầu Chì loại vật liệu bảo vệ tốt xuyên thủng tia Rơnghen (tia X) * Ứng dụng Chì hợp kim chì dùng làm vỏ bảo vệ cáp điện nhằm chống ẩm ƣớt Chì khơng bị thẩm thấu chất lỏng khí, bảo vệ ngăn cách ẩm ƣớt Chì tham gia vào hợp kim Chì đƣợc dùng để chế tạo ăcquy điện có chì Chì đƣợc sử dụng làm dây chì nóng chảy để bảo vệ đƣờng dây dẫn điện Chì đƣợc sử dụng nhƣ vật liệu bảo vệ hấp thụ tia Rơnghen 2.4.4 Sắt hợp kim sắt * Tính chất sắt Sắt tinh khiết kim loại màu trắng bạc, không khí khơ khơng tác dụng vào sắt, song bị tác dụng khí ẩm axit, nhƣng sắt kỹ thuật (vì sắt kỹ thuật có nhiều tạp chất) Dây dẫn thép bị ăn mịn thơng qua tƣợng rỉ nhiệt độ bình thƣờng, đặc biệt mơi trƣờng ẩm thấp Để tránh ăn mịn, bề mặt tiếp xúc góp trang thiết bị điện ngƣời ta phủ lớp cadmi, tức tạo lớp bảo vệ ổn định khơng khí Dây dẫn thép chịu đựng tốt nhiệt độ đến 1000C mà không làm biến đổi phẩm chất khí thép Điện trở dây dẫn thép dòng xoay chiều tăng so với dòng chiều ảnh hƣởng hiệu ứng màng ngồi * Ứng dụng Thép có điện trở suất gấp † lần so với đồng nhƣng sức bền khí gấp † 2,5 lần, dây dẫn thép đƣợc sử dụng cột lớn, tuyến vƣợt sơng 123 rộng…và sử dụng cho khoảng cột lớn từ 1500 † 1900m Dây dẫn thép đƣợc mắc với độ võng bé dây dẫn khác, cột thấp nhƣng khỏe Lực kéo căng dây thép lớn nên dùng thép cột thấp Sự phong phú thép quặng thiên nhiên giá thành thấp thép làm cho giá thành dây dẫn thép thấp dây dẫn đồng hay nhôm Sự tổn thất nhiều lƣới điện dùng dây dẫn thép phải đƣợc nghiên cứu tính tốn nên dùng dây dẫn thép trƣờng hợp lƣợng điện có giá thành hạ Thanh ray tàu điện, đƣờng sắt tàu sử dụng điện, đƣờng sắt mêtrô đƣợc sử dụng nhƣ đƣờng dây dẫn điện Dây dẫn thép thay cho dây đồng thiết bị phải làm việc điều kiện nặng nhọc nhƣ va đập khí, áp suất lớn, bụi khói,…dẫn đến bị mài mịn nhanh Dây dẫn thép đƣợc dùng làm dây dẫn bảo vệ điện áp đƣờng dây không (dây chống sét), dây dẫn sét trang thiết bị nối đất Một lĩnh vực quan trọng khác việc ứng dụng dây dẫn điện thép chi tiết gang chế tạo điện trở phát nóng với nhiệt độ phát nóng lên đến 300 – 5000C, đồng thời dùng làm biến trở khởi động điều chỉnh Thép rèn đƣợc dùng vịng cổ góp máy điện để thay cho vòng đồng hay gang Sắt đƣợc làm dây tóc bóng đèn hay sử dụng làm điện trở Sắt tinh khiết (đƣợc chế tạo điện phân) đƣợc sử dụng chế tạo điện cực anot (điện cực dƣơng) chỉnh lƣu với bể thủy ngân 2.4.5 Wofram (W) * Đặc tính wonfram (W) Wonfram kim loại cứng, có màu tro chiếu sáng, khơng bị thay đổi nhiệt độ thƣờng dù có nƣớc Ở 7000C, wonfram bắt đầu bị oxi hóa, tạo nên oxit màu trắng (WO3), tăng nhiệt độ, oxit trắng chuyển sang màu vàng Ở nhiệt độ cao, wonfram phản ứng với oxit cacbon, nitơ, nƣớc hydro cacbua, wonfram không phản ứng với thủy ngân hidro Ở khí cụ điện với kỹ thuật chân khơng, có sợi tóc nung nóng wonfram (đèn nung sáng, bóng điện tử…), bên có vết nƣớc dây tóc bị hủy hoại nhanh Giải thích ? Ở nhiệt độ dây tóc, nƣớc bị phân tích oxy từ kết phân tích tác dụng với wonfram tạo nên oxit WO3 bám vào bờ bóng đèn Trên đƣờng từ sợi tóc đến bờ bóng đèn, hay sau đạt đến bờ bóng đèn, WO3 bị 124 giảm hydro (do phân tích nƣớc) tái tạo lại nƣớc Nhƣ wonfram sợi tóc vận chuyển bám vào bờ bóng đèn Wonfram khơng tan axit, hịa tan Na2CO3 nóng chảy Những chi tiết wonfram tƣơng đối dày dễ vỡ đứt mối liên hệ học mạng tinh thể yếu Đối với sợi tóc phải uốn thành vòng xoắn, ngƣời ta sử dụng dây đa tinh thể, mạng kết cấu cản trở việc tái tạo lại mạng tinh thể cách đƣa vào oxit khó bay (SiO2, CaO, K2O, Al2O3, ThO2) Cùng với việc thêm vào oxit ThO2 (0,75†2%) ngƣời ta thành công việc chế tạo dây tóc wonfram, chịu đƣợc đến nhiệt độ 25000C tƣơng đối bền vững biến dạng Wonfram kim loại có sức bền đứt độ cứng cao, có nhiệt độ nóng chảy cao tất kim loại (33800C) Sức bền khí kéo dài wonfram thay đổi tùy theo nhiệt độ phƣơng pháp gia công Tốc độ bay wonfram khí nitơ † 5% nhỏ chân khơng, cịn khí argon 1,3 ÷ 3% nhỏ chân khơng Sự phát xạ điện tử wonfram thay đổi theo nhiệt độ Catod * Ứng dụng Wonfram loại kim loại có nhiệt độ nóng chảy cao nhất, đƣợc chế tạo thành dây sợi tóc bóng đèn dây tóc, chế tạo điện trở phát nóng cho lị điện, chế tạo phần tử nhiệt,… Nó có phát xạ điện tử tƣơng đối thỏa mãn nên trƣớc đƣợc dùng bóng đèn điện tử - Wonfram đƣợc dùng làm dây vòng xoắn đèn nung sáng - Wonfram đƣợc dùng điện cực catôt (cực âm) - Wonfram đƣợc dùng làm điện trở nung nóng - Các tiếp điểm điện: Wonfram có độ tinh khiết 99,5 ÷ 99,8% có khả chịu đựng phóng điện thơng qua hồ quang, ngƣời ta sử dụng nhƣ vật liệu cho tiếp điểm điện ngắt, dòng điện bé VẬT LIỆU DẪN TỪ 3.1 KHÁI NIỆM VÀ TÍNH CHẤT VẬT LIỆU DẪN TỪ 3.1.1 Khái niệm Một tác dụng dịng điện tác dụng từ Đó sở để chế tạo loại máy điện Để truyền tải đƣợc lƣợng từ trƣờng cần phải có vật liệu có từ tính, nhóm vật liệu dẫn từ (cịn gọi vật liệu sắt từ ) Kim loại chủ yếu có từ tính sắt cacbon, niken hợp kim chúng, bên cạnh cịn có cơban đƣợc gọi chất sắt từ qua trình tinh luyện 3.1.2 Tính chất vật liệu dẫn từ 125 Nguyên nhân chủ yếu gây nên từ tính vật liệu điện tích ln chuyển động nằm theo quỹ đạo kín, tạo nên dịng điện vịng quay điện tử xung quanh trục quay theo quỷ đạo điện tử nguyên tử Hiện tƣợng sắt từ số vật liệu nhiệt độ thấp nhiệt độ định phân thành vùng mà vùng điện tử định hƣớng song song với Các vùng đƣợc gọi đơmen tử Nhƣ tính chất đặc trƣng cho trạng thái sắt từ chất có độ nhiễm từ tự phát khơng có từ trƣờng ngồi Mặc dù chất sắt từ có vùng từ hóa tự phát nhƣng mơmen từ đơmen lại có hƣớng khác Các chất sắt từ đơn tinh thể có khả từ hóa dị hƣớng nghĩa theo trục khác mức từ hóa khó hay dễ khác Trong trƣờng hợp chất sắt từ đa tinh thể có tính dị hƣớng thể rõ ngƣời ta gọi chất có cấu tạo thớ từ tính Tạo đƣợc thớ từ theo ý muốn có ý nghĩa lớn, đƣợc sử dụng kỹ thuật để nâng cao đặc tính từ vật liệu theo hƣớng xác định 3.1.3 Các đặc tính vật liệu dẫn từ Tại điểm từ trƣờng, hệ số từ thẩm tỷ số cƣờng độ từ cảm B cƣờng độ từ trƣờng H Mơi trƣờng chân khơng, có trị số cƣờng độ từ cảm B0 từ trƣờng H0, thì: 0 = B0 H0 (6.1) 0-hệ số từ thẩm tuyệt đối chân không, trị số 0= 4.10-7 s/m Đơn vị s/m cịn gọi Henry/mét (H/m) Trong mơi trƣờng khác chân khơng, ta có:  0 = B hay B =  0H H (6.2)  - hệ số từ thẩm tƣơng đối môi trƣờng từ trƣờng khác chân không, cho biết hệ số từ thẩm tuyệt đối môi trƣờng so với hệ số từ thẩm chân không 0 Theo hệ số từ thẩm từ tính vật chất, ngƣời ta chia chất thuận từ, nghịch từ dẫn từ a Chất thuận từ: chất có độ từ thẩm  > không phụ thuộc vào cƣờng độ từ trƣờng ngồi Loại gồm có oxy, nitơ, oxyt, muối sắt, muối côban, muối niken, kim loại kiềm, nhơm, bạch kim b Chất nghịch từ: chất có độ từ thẩm  < không phụ thuộc vào cƣờng độ từ trƣờng ngồi Loại gồm có hydro, khí hiếm, đa số hợp chất hữu cơ, đồng, kẽm, bạc, vàng, thuỷ ngân, antimon, gali, Các chất thuận từ ngịch từ giống chỗ từ yếu, tức có độ từ thẩm  sấp sỉ Ví dụ nhơm chất thuận từ có  = 1,000023, cịn đồng chất nghịch từ có  = 0,999995 126 c Chất dẫn từ: chất có độ từ thẩm  >> phụ thuộc vào cƣờng độ từ trƣờng Loại gồm có sắt, niken, cơban hợp kim chúng, hợp kim crôm - mangan, gađôlonit ferit có thành phần khác 3.1.4 Những hƣ hỏng thƣờng gặp vật liệu dẫn từ Các loại vật liệu dẫn từ đƣợc sử dụng để chế tạo mạch từ thiết bị điện, máy điện khí cụ điện, nên sử dụng lâu ngày bị hƣ hỏng ta thƣờng gặp dạng hƣ hỏng sau: + Hƣ hỏng bị ăn mòn kim loại: đa phần chúng chất sắt từ hợp chất sắt từ nên chúng bị tác dụng mơi trƣờng xung quanh tác dụng diễn dƣới hai hình thức ăn mịn, ăn mịn hóa học ăn mịn điện hóa nhƣ kim loại khác bề mặt chúng có sơn lớp sơn cách điện + Hƣ hỏng điện: trình làm việc xẩy tƣơng nhƣ điện áp, bị ngắn mạch nên cuộn dây đặt mạch từ bị cháy nên làm hỏng mạch từ + Hƣ hỏng bị già hóa kim loại: dƣới tác dụng thời gian mơi trƣờng làm cho tính chất vật liệu từ thay đổi + Hƣ hỏng lực tác động từ bên ngoài: dƣới tác dụng ngoại lực làm cho vật liệu từ bị biến dạng bị hỏng + Dƣới tác dụng nhiệt độ: nhiệt độ tăng lên (khoảng 125 0C) vật liệu có từ tính từ tính 3.2 MỘT SỐ VẬT LIỆU DẪN TỪ THÔNG DỤNG 3.2.1 Vật liệu từ mềm Là vật liệu có độ thấm từ cao lực kháng từ nhỏ tổn thất nhỏ thƣờng dùng làm lõi máy biến áp, nam châm Để giảm dòng điện xoáy ngƣời ta phủ lớp mỏng lên vật liệu từ mềm có sơn cách điện để tăng điện trở suất a Thép kỹ thuật (gồm gang) đƣợc dùng làm từ trƣờng mạch từ không đổi Thép kỹ thuật có cƣờng độ từ cảm bão hồ cao (tới 2,2 Tesla), số từ thẩm lớn cƣờng độ khử từ nhỏ b Thép kỹ thuật điện hợp chất sắt-silic (1-4%Si) Silic cải thiện đặc tính từ sắt kỹ thuật: tăng số từ thẩm, giảm cƣờng độ khử từ, tăng điện trở suất (để giảm dịng điện Fucơ hay dịng điện xốy) c Pecmaloi hợp kim sắt - niken (22%Ni), ngồi cịn có số tạp chất: Molipden, crơm, silic, nhơm Pecmaloi có số từ thẩm lớn gấp 10-50 lần so với thép kỹ thuật điện, cần cƣờng độ từ trƣờng nhỏ vài phần đến vài chục phần trăm A/m, thép đạt tới cƣờng độ từ cảm bão hoà d Ferit vật liệu sắt từ gồm có bột oxýt sắt, kẽm số nguyên tố khác Khi chế tạo, hỗn hợp đƣợc ép khuôn với công suất lớn nung đến nhiệt độ khoảng 12000C, thành phẩm có dạng theo ý muốn Ferit có điện trở suất lớn, thực tế coi gần nhƣ khơng dẫn điện, nên dịng điện xốy chạy ferit nhỏ Bởi 127 cho phép dùng ferit làm mạch từ từ trƣờng biến thiên với tần số cao Ferit nikenkẽm cách nhiệt phân muối, gọi Oxyfe Ferit Oxyfe có số từ thẩm ban đầu lớn, từ dƣ nhỏ (0,18-0,32 Tesla) từ trƣờng khử từ nhỏ (8-80 A/m) Chúng đƣợc sử dụng rọng rãi làm mạch từ linh kiện điện tử, khuếch đại từ, máy tính, e Những hợp kim có độ thẩm từ cao - Hợp kim niken cao chứa 72 - 80% Niken - Hợp kim niken thấp chứa 40 - 50% Niken Ứng dụng: Hợp kim niken thấp khơng có phụ gia chế tạo lõi máy biến áp cỡ nhỏ, cuộn kháng, rơle Hợp kim niken cao có phụ gia dùng máy biến áp xung, khuếch đại từ, rơle không tiếp điểm nhớ máy tính 3.2.2 Vật liệu từ cứng Gồm : Thép hợp kim cứng, hợp kim đúc, nam châm dạng bột, ferit từ cứng, hợp kim biến dạng đàn hồi băng từ a Thép hợp kim tơi cứng Đặc điểm : Tính chất từ tính thấp, dễ gia công, giá thành rẻ Ứng dụng: Sản xuất nam châm vĩnh cửu b Hợp kim nam châm cứng- đúc Đặc điểm : Là hợp kim nguyên tố: Nhơm - Niken- Sắt gọi alni, có lƣợng từ lớn.Tính chất từ tính phụ thuộc vào kết cấu tinh thể kết cấu từ Hợp kim giịn cứng khơng gia cơng khí đƣợc hoàn thiện sản phẩm cách đúc mài mòn Ứng dụng :sản xuất nam châm vĩnh cửu c Nam châm bột: có loại + Loại : Nam châm gốm kim loại nam châm có kết dính + Loại : Nam châm nhựa kim loại nam châm khơng có kết dính trƣờng từ có tần số cao d Ferit nam châm cứng Có điện trở suất cao hàng triệu lần điện trở suất hợp kim cứng, cƣờng độ học thấp, tính giịn cao, tính chất phụ thuộc nhiều vào nhiệt độ Ứng dụng : Dùng thiết bị có tần số cao e Băng từ hợp kim biến dạng dẻo Dùng chế tạo thép nam châm cứng hợp kim tạo thành băng từ ghi chép băng ghi âm dây kim loại Khi hợp kim khơng thể hình thành băng hay sợi kim loại tạo thành băng chất dẻo 3.2.3 Nam châm điện Khi lõi thép đƣợc đặt cuộn dây có dịng điện chạy qua (mạch từ 128 hở) lõi thép trở thành nam châm hút dƣới tác động lực điện từ bên cuộn dây Vậy nam châm điện thiết bị gồm có cuộn dây từ hố mạch từ, phần động gọi nêm từ đƣợc kéo phần mạch từ với lực: F = 4.10 5B2S Với: F lực đƣợc xác định N B cảm ứng từ đƣợc tính T S diện tích cực tính m2 Trong trƣờng hợp mạch từ nam châm điện làm việc trạng thái khơng bão hịa, biến đổi dịng điện cho phép làm thay đổi cảm ứng từ làm biến đổi lực kéo nam châm - Nam châm điện đƣợc ứng dụng rộng rãi VD: Để cố định chi tiết gia công máy công cụ, rơ le, cấu phanh VẬT LIỆU BÁN DẪN 4.1 KHÁI NIỆM VÀ PHÂN LOẠI CHẤT BÁN DẪN 4.1.1 Khái niệm Chất bán dẫn chiếm vị trí trung gian chất dẫn điện chất cách điện, đặc điểm điện trở suất lớn vật liệu dẫn điện nhƣng nhỏ vật liệu cách điện Tuy nhiên khơng có danh giới rõ rệt ba loại vật liệu kể 4.1.2 Phân loại chất bán dẫn a Chất bán dẫn * Một số chất bán dẫn thường gặp  Silic, (Si) Si nguyên tố có nhiều thiên nhiên dƣới dạng SiO mỏ khác dƣới dạng Silicat (Si chiếm khoảng 28% lớp vỏ trái đất) Nhƣng, kỹ thuật để sản xuất Si tinh khiết phức tạp nên dụng cụ sử dụng bán dẫn Si đắt so với dụng cụ bán dẫn sử chất khác chất thiên nhiên nhiều so với Si Điện dẫn suất Si biến đổi phạm vi rộng Silic nguyên chất đƣợc chế tạo làm điện trở phi tuyến mạch điện tần số cao, dùng làm chất bán dẫn điện máy tách sóng, khuyếch đại, Silic đƣợc sử dụng nhƣ chất khử oxy luyện kim Silic hợp hợp kim Sắt - Silic (15% Si) đƣợc chế tao dƣới dạng tấm, dùng để làm lõi thép dẫn từ máy biến áp Ngoài cịn đƣợc sử dụng để chế tạo hợp kim khác sắt - Si ; đồng thanh, đồng thau - Silic, đƣợc sử dụng rộng rãi công nghiệp  Giecmani, (Ge) Ge tự nhiên, Ge đƣợc dùng để chế tạo chất bán dẫn máy tách sóng, chỉnh lƣu phẳng, transisto khuyếch đại  Cácbon, (C) 129 Các bon đƣợc tìm thấy nhiều tự nhiên Trong kỹ thuật, chia bon thành dạng: Kim cƣơng (diamant), graphit bon vơ định hình (carbone amorphe), kim cƣơng, graphit khai thác từ mỏ tự nhiên cịn bon vơ định hình đƣợc điều chế nhiều phƣơng pháp khác Các bon đƣợc dùng nhiều kỹ thuật điện, điện tử để chế tạo: - Các điện cực bon (điện cực điện phân, hàn hồ quang điện) - Chổi than (graphit, bon vơ định hình) - Tiếp điểm điện - Điện trở đốt nóng, điện trở hố học - Dùng Micro, ống nói dƣới dạng hạt nhỏ, khối * Dòng điện chất bán dẫn nguyên chất Để hiểu đƣợc chất dẫn điện bán dẫn ta nghiên cứu cấu trúc bên Ta xét tinh thể Silic bán dẫn điển hình Trong mạng tinh thể, nguyên tử Si liên kết với 15 nguyên tử Si khác bên cạnh 15 mối liên kết đồng hố trị (Hình 3.1) Si Si Si Si Si Si Si Si Si Si Hình 3.1 Mơ hình cấu trúc nguyên tử Si Ở nhiệt độ thấp liên kết bền vững Do chất bán dẫn Si có tính dẫn điện Khi đốt nóng, mạng tinh thể chất bán dẫn Si thu thêm lƣợng Do chuyển động nhiệt, số nguyên tử liên kết với hạt nhân, trở thành điện tử tự Hình 3.2 giúp ta hình dung đƣợc tình trạng chất bán dẫn lúc Eng - Hình 3.2: Mạng tinh thể Si tạp chất 130 Giả sử điện tử tách khỏi nguyên tử số 1, nguyên tử trở thành ion dƣơng, xem nhƣ lỗ trống lấy điện tử nguyên tử gần để lấp lỗ trống trở thành trung hoà Nguyên tử số vừa điện tử lại trở thành lỗ trống lại lấy điện tử nguyên tử gần Hiện tƣợng tiếp diễn nhƣ gây chuyển dịch vị trí lỗ trống Nếu khơng có điện trƣờng ngồi Eng tác động, tƣợng xảy hỗn độn, chất bán dẫn khơng có dịng điện Cịn có điện trƣờng ngồi Eng, điện tử chuyển dịch ngƣợc chiều điện trƣờng (hình 3.2) tạo thành dịng điện Tính dẫn điện chất bán dẫn Si tăng lên Vậy chất dòng điện chất bán dẫn dòng chuyển dời có hƣớng đồng thời điện tử ngƣợc chiều điện trƣờng lỗ trống thuận chiều điện trƣờng b Chất bán dẫn tạp * Dòng điện vật liệu bán dẫn tạp chất Trong thực tiễn, chế tạo chất bán dẫn nguyên chất khó khăn Các bán dẫn thƣờng có lẫn tạp chất, kỹ thuật ngƣời ta chủ động pha thêm tạp chất vào chất bán dẫn nguyên chất Nếu có tạp chất lẫn vào (dù lƣợng nhỏ, không đáng kể) đủ làm cho độ dẫn điện chất bán dẫn tăng lên nhiều lần, chí hàng chục nghìn lần Ví dụ : Nếu cho vào Si Ge chất có điện tử hoá trị; vào mạng tinh thể Si, 15 điện tử hố trị Ge kết chặt đơi với 15 điện tử nguyên tử Si láng giềng, điện tử thứ trở thành điện tử tự chuyển động tự mạng tinh thể (hình 3.3) Khi mật độ điện tử tự chất bán dẫn Si tăng lên nhiều Dƣới tác dụng điện trƣờng, điện tử tự chuyển động có hƣớng tạo thành dịng điện Loại bán dẫn có tính chất dẫn điện chủ yếu điện tử tự gọi chất bán dẫn loại n hay bán dẫn điện tử Si Si - Si Si Si Si Si Si Ge Si Hình 3.3: Mạng tinh thể Si tạp chất Ge Nếu ta cho vào Silic chút nguyên tố thuộc nhóm III bảng hệ thống tuần hoàn Mendeleep, chẳng hạn Indi (In) : Ở vành ngồi In có điện tử hoá trị, nên vào mạng tinh thể Si, tạo lỗ trống mối liên kết nguyên tử Điện tử nguyên tử bên cạnh dễ dàng nhảy vào lỗ trống tạo thành lỗ trống mới, quà trình tiếp diễn mãi; lỗ trống chạy tự tinh thể Khi mật độ lỗ trống chất bán dẫn tăng lên nhiều Dƣới tác dụng điện trƣờng, điện 131 tử chuyển dời có hƣớng ngƣợc chiều điện trƣờng, cịn lỗ trống chuyển dịch thuận chiều điện trƣờng Ta xem lỗ trống tƣơng tự nhƣ điện tích dƣơng dòng điện chạy chất bán dẫn dòng lỗ trống chuyển động Chất bán dẫn gọi chất bán dẫn loại p hay bán dẫn lỗ trống 4.2 ỨNG DỤNG CHẤT BÁN DẪN 4.2.1 Ứng dụng chất bán dẫn chất bán dẫn a Silic (Si) Si vật liệu chủ yếu để sản xuất vi mạch tích phân có kích thƣớc cực nhỏ có cấu tạo phức tạp, đƣợc sử dụng kỹ thuật máy tính Từ Si ngƣời ta chế tạo diode chỉnh lƣu tần số cao thấp, transistor công suất cao hoạt động tần số tới 109Hz Diode chỉnh lƣu từ Si chịu đƣợc điện áp ngƣợc tới 1500 V, dòng điện cho qua tới 1500 A Si đƣợc sử dụng rộng rãi dụng cụ quang học độ nhạy cao, diode quang có tác động cực nhanh, tế bào quang điện dùng để biến đổi lƣợng ánh sáng thành lƣợng điện có hiệu suất đạt 10 - 12% Nhờ Si có độ rộng vùng cấm cao Ge, dụng cụ từ Si hoạt động đƣợc nhiệt độ cao hẳn so với Ge Nhiệt độ hoạt động bán dẫn Si đạt khoảng180 † 2000C b Giecmani (Ge) Trên sở Ge sản xuất số lƣợng lớn dụng cụ có nhiều cơng dụng khác nhau, phải nói tới diode transistor Đặc biệt diode chỉnh lƣu mặt phẳng transistor lƣỡng cực Các diode chỉnh lƣu mặt phẳng tính dịng điện từ (0,3 †1000)A điện áp rơi ttrên có không 0,5 V Nhƣợc điểm diode Ge tính chịu điện áp ngƣợc khơng cao Các transistor từ Ge cao tần hoạc âm tần cơng suất nhỏ cơng suất lớn Nhờ có độ nhạy điện tích cao, Ge sử dụng để sản xuất độ cảm biến Tính chất quang Ge sử dụng để sản xuât transistor quang, diode quang Nhiệt độ hoạt động bán dẫn Ge từ 600C ÷700C, giới hạn nhiệt độ hoạt động nhƣợc điểm Ge c Cácbon (C) Các bon đƣợc dùng nhiều kỹ thuật điện, điện tử để chế tạo: - Các điện cực bon (điện cực điện phân, hàn hồ quang điện) - Chổi than (graphit, bon vơ định hình) - Tiếp điểm điện - Điện trở đốt nóng, điện trở hố học - Dùng Micro, ống nói dƣới dạng hạt nhỏ, khối 4.2.2 Ứng dụng chất bán dẫn tạp chất Bằng cách ghép bán dẫn loại n với loại p, ngƣời ta chế tạo đƣợc nhiều dụng cụ điện, điện tử quan trọng Dƣới số ứng dụng bán dẫn tạp chất a Điốt bán dẫn (đèn bán dẫn cực) 132 Điôt bán dẫn đƣợc cấu tạo từ tiếp giáp P-N với mục đích sử dụng nhƣ van điện Tuỳ theo diện tích phần tiếp xúc hai lớp P N mà ngƣời ta gọi điôt tiếp điểm hay điôt tiếp mặt Ở điôt tiếp điểm, mặt tiếp xúc hai lớp bán dẫn thu nhỏ lại hầu nhƣ cịn điểm nhằm mục đích giảm điện dung ký sinh mặt ghép để điôt làm việc đƣợc tần số cao Điơt tiếp điểm đƣợc sử dụng mạch để xử lý tín hiệu vơ tuyến điện nhƣ tách sóng, điều chế, biến tần Khác với điôt tiếp điểm, điôt tiếp mặt mặt tiếp xúc hai lớp P N có điện tích đủ lớn nhằm chịu đƣợc dịng điện lớn để sử dụng chúng vào mục đích chỉnh lƣu b Transisto (đèn bán dẫn cực) Tranzito lƣỡng cực gồm có hai tiếp giáp P-N đƣợc tạo nên miền bán dẫn loại P N xếp xen kẽ Nếu miền bán dẫn bán dẫn loại N ta có tranzito lƣỡng cực loại P-N-P Nếu miền bán dẫn bán dẫn loại P ta có tranzito lƣỡng cực loại N-P-N Tranzito lƣỡng cực linh kiện có chân, tranzito đƣợc sử dụng điều khiển chuyển mạch điều khiển khuếch đại Các tranzito có loại có cấu trúc pnp, có loại có cấu trúc npn Tranzito lƣỡng cực loại npn dùng dòng nhỏ vào cực badơ B (cấp dịng) điện áp dƣơng (có quan hệ với cực emitơ E) để điều khiển dòng lớn chảy từ cực colectơ C đến cực emitơ E Ngƣợc lại, tranzito loại pnp dùng dòng nhỏ khỏi cực badơ B (rút dòng) điện áp âm (có quan hệ với cực emitơ E) để điều khiển dòng lớn chảy từ cực emitơ đến cực colectơ Tranzito lƣỡng cực linh kiện tiện dụng Khả điều khiển dòng điện tranzito lƣỡng cực cách đặt tín hiệu điều khiển làm cho loại tranzito trở thành linh kiện đƣợc phổ dụng mạch chuyển mạch điều khiển điện, mạch điều chỉnh dòng, mạch khuếch đại, mạch dao động mạch nhớ 133 CÂU HỎI ÔN TẬP CHƢƠNG III Trình bày khái niệm, cách phân loại vật liệu cách điện Trình bày hƣ hỏng thƣờng gặp cách chon vật liệu cách điện Trình bày chất cách điện thể khí đƣợc sử dụng phổ biến thực tế Nêu đặc tính chúng Trình bày đặc tính cơng dụng dầu máy biến áp Nêu công dụng dầu máy biến áp Các yếu tố ảnh hƣởng đến hóa già dầu Hãy phân tích ƣu nhƣợc điểm dầu biến áp Theo thành phần hóa học, mica đƣợc chia thành hai loại mica mutscôvit mica flogopit Em cho biết mica mutscôvit có ƣu điểm so với mica flogopit, nhiệt độ mơi trƣờng dầu có ảnh hƣởng nhƣ đến tính chất mica Kể số ứng dụng mica? Trình bày khái niệm tính chất vật liệu dẫn điện, giải thích cụ thể tính chất ? Phân loại chất cách điện thể rắn Các chất cách điện thể rắn vơ đƣợc sử dụng thực tế 10 Khí elegaz (SF6) có cƣờng độ cách điện cao cƣờng độ cách điện khơng khí 23 lần, có độ ổn định cao, có khả dập tắt hồ quang tốt, chất khí có khả tự phục hồi Tuy nhiên sau nhiều lần sử dụng chất khí bị hồ quang phân hủy tạo nhiều sản phẩm độc hại có mùi trứng thối Nếu có mùi trứng thối cần phải tiến hành làm gì? Kể số ứng dụng khí elegaz? 11 Trình bày cách điện rắn hữu đƣợc sử dụng thực tế Nêu đặc tính chúng 12 Trình bày tác nhân môi trƣờng ảnh hƣởng đến vật liệu dẫn điện ? 13 Đồng vật liệu dẫn điện quan trọng tất vật liệu dẫn điện dùng kỹ thuật điện đồng có ƣu điểm trội so với vật liệu dẫn điện khác, trình bày ƣu điểm đồng ứng dụng đồng kỹ thuật điện? 14 Trình bày đặc tính chung, phân loại, tính chất học ứng dụng kim loại Đồng, Nhơm, Chì, Wonfram Sắt 15 Trình bày khái niệm chất bán dẫn, đặc điểm chất bán dẫn bán dẫn tạp? 16 Hãy nêu ứng dụng chất bán dẫn bán dẫn tạp? 134 XÁC NHẬN KHOA Bài giảng môn học “Kỹ thuật điện” bám sát nội dung chương trình mơn học, mơ đun Đáp ứng đầy đủ nội dung kiến thức, kỹ năng, lực tự chủ chương trình môn học, mô đun Đồng ý đưa vào làm Bài giảng cho môn học: Kỹ thuật điện thay cho giáo trình Người biên soạn ( Ký, ghi rõ họ tên) Lãnh đạo Khoa ( Ký, ghi rõ họ tên) 135 ... giảng Kỹ thuật điện đƣợc biên soạn sở chƣơng trình chi tiết mơn học Kỹ thuật điện nghề điện công nghiệp, đƣợc viết cho đối tƣợng đào tạo hệ cao đẳng trung cấp sử dụng đƣợc Bài giảng Điện kỹ thuật. .. Dòng điện qua điện trở, điện cảm điện dung tạo nên điện áp tƣơng ứng - Thành phần điện áp giáng điện trở gọi thành phần điện áp tác dụng, đồng pha với dòng điện: UR = I.R (1.79) - Thành phần điện. .. Phần tử điện trở Điện trở R đặc trƣng cho trình tiêu thụ điện biến đổi điện sang dạng lƣợng khác nhƣ nhiệt năng, quang năng, v…v Quan hệ dòng điện điện áp điện trở : UR =R.I (1.1) Đơn vị điện trở