CHƯƠNG 2 : THIẾT BỊ ĐIỆN
2.1. Thiết bị chiếu sáng
Hiện nay, người ta thường dùng đèn điện để chiếu sáng nhân tạo vì chúng có nhiều ưu điểm: thiết bị đơn giản, sử dụng thuận tiện, giá thành rẻ, tạo được ánh sáng gần dúng với ánh sáng tự nhiên.
2.1.1. Đèn sợi đốt
Đèn sợi đốt dùng nguyên tắc đốt nóng dây dẫn để phát sáng.
a. Cấu tạo
Hình 2-1 trình bày cấu tạo của đèn sợi đốt. Đèn gồm dây tóc để nóng sáng, các móc giữ bằng molipđen (râu đỡ), giá đỡ dây tóc bằng thuỷ tinh, dây dẫn, đế đèn kiểu ren hoặc kiểu ngạnh, sứ cách điện, đầu tiếp xúc điện.
- Dây tóc được làm bằng wolfram, được giữ bởi các móc bằng molipđen cắm sâu vào phần đĩa thuỷ tinh của giá đỡ tóc. Hai đầu dây tóc được nối với hai điện cực tạo nên từ đồng Cu hay Ni đặt ở bên trong đèn. Hai đầu của điện cực được gắn chặt ở phần dưới của giá đỡ tóc, phần nằm trong giá đỡ tóc làm bằng hợp kim có cùng hệ số giãn nở với hệ số
giãn nở của thuỷ tinh. Thực hiện tiếp xúc với cực đế bên ngoài bằng cách hàn đồng hay thiếc.
Dây wolfram có phẩm chất tốt hơn các loại dây đốt nóng khác (như cacbon,
60
tantan...) vì điểm nóng chảy của dây đốt loại này cao (36500C) và sự bốc hơi của nó chậm (áp suất bốc hơi 5.10-6mmHg ở 28000K) đồng thời sức bền cơ khí lớn.
- Bóng thuỷ tinh: dùng để bảo vệ dây tóc. Bên trong bóng thuỷ tinh là chân không (10-3 – 10-5 mmHg) hay đầy khí trơ. Nếu trong bóng đèn hút chân khơng thì tổn hao do đối lưu và chuyển động trong bóng đèn ít, nhưng vì áp suất thấp nên ngay ở nhiệt độ thấp dây tóc cũng dễ bị bay hơi. Ở những bóng đèn nhiệt độ cap, sự bay hơi càng nhanh, tuổi thọ của đèn giảm. Mặt khác hơi kim loại bay ra bám vào vách trong của bóng làm quang thơng giảm, hiệu suất phát quang giảm. Bởi vậy trong các bóng đèn thơng thường người ta nạp khí Ne và Argon với mục đích tăng áp suất trên mặt ngồi của dây tóc. Tuy nhiên vì có khí trong bóng nên lại có hiện tượng đối l ưu trong bóng, có sự truyền nhiệt và mất mát năng lượng từ trong bóng ra ngồi khơng khí xung quanh. Do đó chỉ có bóng đèn cơng suất lớn (trên 75W) người ta mới nạp Ne và Argon, cịn các bóng có cơng suất nhỏ thì hút chân khơng.
- Đế đèn làm nhiệm vụ đỡ các bộ phận của đèn và dùng để lắp với đui đèn. Đế đèn có hai kiểu: kiểu ngạnh trê và kiểu ren.
- Đuôi đèn: dùng để mắc đèn vào mạng điện. Đi đèn có hai điện cực để nối với mạch điện nguồn cung cấp. Đi đèn cũng có hai kiểu tương ứng với đế.
b. Nguyên lý làm việc
Khi có dịng điện chạy qua đèn, do tác dụng nhiệt, sợi dây điện trở (dây tóc) bị nung nóng đến nhiệt độ nóng sáng (khoảng 26000C).
Như vậy, đèn dây tóc làm việc dựa trên nguyên lí phát quang của một số vật liệu dẫn điện khi có dịng điện chạy qua.
c. Đặc điểm, thông số kỹ thuật
Thông số cơ bản của đèn bao gồm: điện áp, công suất, quang thông, hiệu suất phát quang, tuổi thọ của đèn.
Các đặc tính của đèn phụ thuộc rất nhiều vào điện áp đặt vào hai cực của bóng đèn. Khi điện áp đặt vào đèn tăng cao thì cả dịng điện, nhiệt độ, quang thơng và hiệu suất của đèn đều tăng, nhưng dây tóc sẽ bốc hơi nhiều, tuổi thọ của đèn giảm. Khi điện áp giảm thì sẽ có hiện tượng ngược lại. Vì vậy để đảm bảo tuổi thọ đúng định mức, hiệu suất quang tốt, điện áp đặt vào hai cực của đèn chỉ được dao động trong phạm vi ± 2,5%.
61 điện áp 110 và 220V.
Thời gian hiệu dụng của một bóng đèn là thời gian làm việc tính bằng giờ kể từ khi đèn cháy sáng đầu tiên đến lúc dây tóc bị ơxy hố hỏng. Đại đa số các đèn nung sáng thơng dụng được tính tốn ở thời gian làm việc 1000 giờ (tuổi thọ trung bình).
Bảng 2-1: Quang thơng và hệ số hiệu dụng của đèn sợi đốt
Công suất định mức
Loại điện áp 110V Loại điện áp 220V
Quang thông
(Lumen) Hệ số hiệu dụng Quang thông (Lumen) Hệ số hiệu dụng 25 250 10 220 8,8 40 440 11 375 9,5 60 750 12,5 600 10 75 1.000 13,3 840 11,2 100 1.400 14 1.200 12 150 5.225 14,8 1.950 13 200 3.160 15,8 2.850 14,2 500 9.000 18 7.900 15,8 1000 19.500 19,5 18.000 18
2.1.2. Đèn huỳnh quang (còn gọi là đèn ống)
Đèn huỳnh quang là những đèn ống làm việc dựa trên cơ sở sự phóng điện trong hơi thuỷ ngân áp suất thấp. Chúng biến đổi một phần của các tia bức xạ cực tím của q trình phóng thành các tia nhận thấy được. Sự biến đổi này được thực hiện nhờ màn huỳnh quang ở trên các bờ bên trong ống.
a. Cấu tạo
Cấu tạo của bóng đèn huỳnh quang được chỉ ra như ở hình 6-2. Đèn huỳnh quang cấu tạo gồm một bóng thủy tinh, bên trong có chứa một ít hơi thủy ngân và một ít khí hiếm neon, argon dưới áp suất thấp khoảng 1/100ml thủy ngân để dễ dàng khơi mồi đèn. Bên trong ống đèn được tráng lớp bột huỳnh quang. Ở hai đầu ống có các điện cực là vonfram có phủ oxít bary để tăng cường sự phát xạ electron
62
Hình 2-2. Cấu tạo của đèn huỳnh quang
+ Các trang bị phụ của đèn huỳnh quang: - Stăc-te: Stăc-te thực chất là một công tắc tự động làm việc dưới điện thế thích hợp. Cấ tạo Stăc-te gồm một lưỡng kim nhiệt được đặt trong một bóng thủy tinh chứa đầy neon và bình thường hai điện cực này hở mạch. có nhiệm vụ để triệt tiêu phóng điện giữa hai điện cực nhờ một tụ
điện mắc giữa hai điện cực và cũng có tác dụng làm đèn khởi động nhanh (hình 6-4a). Tụ điện (có trị số khoảng 0,005µF) mắc song song với tiếp điểm của stắc-te hấp thụ nhiễu vơ tuyến phát sinh do sự phóng điện trong đèn và do tia lửa trong stắc-te.
- Chấn lưu (ballast): Bản chất của chấn lưu là cuộn cảm (cuộn kháng) gồm dây điện từ quấn trên lõi thép có điện cảm lớn. Nhiệm vụ của chấn lưu là giữ ổn định dòng điện qua đèn và tạo điện thế cao(1000 ÷ 2000V) để dễ khởi động đèn lúc ban đầu. Sau khi đèn đã được mồi sáng, điện áp đặt trên các điện cực của đèn chỉ vào khoảng một nửa điện áp lưới, vì một nửa khác đã rơi trên chấn lưu có điện kháng lớn.
Bảng 2-2: Quan hệ giữa cỡ đèn, điện áp và chấn lưu
Cỡ đèn Điện áp Ballast (Chấn lưu)
0,3 m 220 V 110 W/ 220 V 0,6 m ,, 20 W/ 220 V 1,2 m ,, 40 W/ 220 V 0,3 m 110 V 10 W/ 110 V 0,6 m ,, 20 W/ 110 V 1,2 m ,, 40W/ 110 V
Chấn lưu thơng thường có hai đầu ra, nhưng cũng có loại có 3 hoặc 4 đầu ra. Hiện nay, do sự phát triến của kĩ thuật điện tử nên người ta đã chế tạo ra chấn lưu điện tử để thay thế cho chấn lưu lõi thép ở trên. Chấn lưu điện tử có ưu điểm là gọn nhẹ, tiêu thụ ít điện năng, thời gian tác động nhanh, loại trừ được hiệu ứng nhấp nháy.
- Các phụ kiện khác: đui đèn, chao đèn, máng đèn, kính tản xạ ánh sáng...
b. Nguyên lý làm việc của đèn huỳnh quang
63
Khi đóng điện áp cho đèn, giữa các điện cực của đèn neon nhỏ trong stắcte xuất hiện sự phóng điện âm ỉ và làm lưỡng kim giãn nở nối mạch dẫn dòng điện qua hai điện cực của đèn làm nóng điện cực để sẵn sàng phát sáng.
Ngay sau dấy, do điện thế ở 2 cực stắcte triệt tiêu bằng không nên lá lưỡng kim co lại, ngắt dòng điện trong mạch đột ngột làm phát sinh điện thế cao, do sự tự cảm của cuộn cảm kháng tạo ra tác động lên các điện cực của đèn huỳnh quang gây lên sự phóng điện giữa các điện cực làm đèn phát sáng. Sau khi đèn đã phát sáng thì
điện thế ở hai đầu giảm xuống nên không đủ điện thế làm tắc te hoạt động nữa, nên nó ngừng hoạt động.
Thời gian khởi động đèn từ 2-5 giây với điện thế đúng định mức và nhiệt độ môi trường trong khoảng 5-350C.
c. Đặc điểm đèn huỳnh quang
Đèn huỳnh quang được sử dụng rộng rãi trong sản xuất cơng nghiệp và đời sống, chúng có những ưu, khuyết điểm sau:
Ưu điểm:
- Hiệu suất ánh sáng lớn; - Tuổi thọ cao;
- Diện tích phát quang lớn;
- Khi điện áp thay đổi trong phạm vi cho phép, quang thơng giảm ít (1%).
Nhược điểm:
- Chế tạo phức tạp, giá thành cao, cosϕ thấp.
- Quang thông phụ thuộc vào nhiệt độ, phạm vi phục vụ cũng phụ thuộc vào nhiệt độ. Khi nhiệt độ thấp thì stăcte làm việc khó khăn.
- Khi đóng điện đèn khơng thể sáng ngay.
2.1.3. Đèn Compac
a. Cấu tạo
Đèn compactthực chất là loạiđèn huỳnh quang công suất nhỏ, có ống thuỷ tinh uốn gấp hình chữ U, 2U, 3U hoặc ống xoắn thu gọn kích thước gần bằng với bóng
Hình 2-4. Mạch điện của đèn huỳnh quang dùng stắcte
64
đèn sợi đốt thơng thường. Do kích thước nhỏ gọn nên tiếng Anh gọi là compact và hiện chưa có tên tiếng Việt nên vẫn tạm dùng bằng tên tiếng Anh hoặc phiên âm tiếng việt là com-pắc
Cấu tạo đèn Compact
– Bóng đèn compact có đa dạng về hình dáng nhưng đều có cấu tạo chung gồm:
+ Bóng đèn: Làm từ thủy tinh được phủ một lớp bột huỳnh quang. Bóng đèn compact khác với bóng đèn sợi đốt bởi được phủ 100% bột 3 phổ nên phát ra nhiều ánh sáng hơn và không gây hại cho mắt.
+ Chấn lưu: Đèn compact sử dụng chấn lưu điện tử để khởi động và duy trì phát sáng ổn định, đồng thời tạo dòng điện dao động hàng chục ngàn lần trong một giây nên không gây hiện tượng ánh sáng nhấp nháy, làm mỏi mắt như đèn huỳnh quang thông thường.
+ Đuôi đèn hay cịn gọi là đuiđèn
Ngồi ra để tăng tuổi thọ cho điện cực và tạo ánh sáng màu người ta cịn bơm vào đèn khí trơ như Nê ơn cùng hơi thủy ngân
b. Nguyên lý làm việc
Khi đóng nguồn điện, giữa hai đầu cực xảy ra hiện tượng phóng điện làm phát ra tia cực tím. Tia cực tím được tạo ra sẽ tác động vào lớp bột huỳnh quang để tạo ra ánh sáng. Hiện tượng phóng điện xảy ra giữa hai đầu điện cực là nhờ tác dụng của chấn lưu và tắc te.
c. Đặc điểm, thông số kỹ thuật
Ưu điểm:
Tính ứng dụng cao: Vì thiết kế nhỏ gọn, ánh sáng thích hợp nên đèn compact được sử dụng cho nhiều nơi khác nhau như: nhà ở, chung cư, khách sạn…
– Hiệu suất lớn: Đèn compact kích thước nhỏ nhưng có hiệu suất lớn hơn nhiều. Trung bình bóng đèn compact có thể chiếu sáng lên tới 10000 giờ với 8 tiếng/ngày liên tục, cao gấp 10 lần so với đèn dây tóc thơng thường
–Tuổi thọ cao, cao hơn 6-7 lần so với bóng đèn thơng thường – Tiết kiệm điện gấp 8 lần bóng đèn sợi đốt
–Ánh sáng không gây hại cho mắt – Giá cả phù hợp với mọi gia đình
– Giảm thiểu sự nhấp nháy ánh sáng do được trang bị chấn lưu điện tử.
– Thay thế bóng mới đơn giản: Giống như khi thay thế các loại đèn khác, thì thay thế bóng đèn compact cũng chỉ cần sử dụng lại đui đèn cũ nên chỉ mua bóng đèn mới để lắp đặt một cách đơn giản, khơng địi hỏi thay đổi đáng kể nào về kỹ thuật.
Nhược điểm:
65
– Độ sáng của đèn compact sẽ giảm dần theo thời gian, nên nếu sử dụng trong thời gian dài người dùng dễ bị các tật về mắt như: cận thị
– Vẫn chứa nhiều chất độc hại, kim loại nặng hay thủ ngân giống như những loại đèn khác nên người sử dụng vẫn nên cẩn thận khi dùng cũng như biết cách xử lý phù hợp khi bể bóng đèn…
2.1.4. Đèn thủy ngân cao áp.
a. Cấu tạo
Đây là loại đèn phát quang có âm cực nóng được cấu tạo bởi hai bóng, một bóng nhỏ bằng thạch anh, ở hai đầu bóng có điện cực và bên trong ống có chứa hơi thuỷ ngân với một ít khí hiếm (argon) dưới áp suất cao. Bóng ngồi bằng thuỷ tinh được rút chân khơng, bên trong bóng được tráng lớp bột phố-pho. Điện áp cung cấp để đèn khởi động khoảng 300- 500V, nên khi đèn sử dụng với nguồn điện 110/220V cần phải có một máy biến áp tăng áp để ổn định dòng điện qua đèn.
Hình 2-5: Cấu tạo đèn hơi thuỷ ngân áp suất cao
b. Nguyên lý làm việc
Trên Hình 2-6 ta thấy đây là loại đèn hơi thuỷ ngân áp suất cao có hai điện cực. Đèn được mắc nối tiếp với thứ cấp của máy biến áp và mắc song song với đèn là một đioe D. điện trở R và tụ C2 có nhiệm vụ khởi động đèn phát quang.
Hình 2-6: Sơ đồ mắc mạch đèn hơi thuỷ ngân áp suất cao với loại đèn có hai cực
Khi đóng ngắt điện cung cấp nguồn điện 220V vào mạch đèn, dòng điện xoay chiều được đioe D chỉnh lưu đi qua điện trở R nạp điện vào tụ C2 đạt điện thế khoảng Uc = 220V. Với điện thế này tụ C2 đủ sức phóng điện qua điện cực SG. Tụ C2 xả điện
66
từ cực dương (+) qua sơ cấp biến thế T trở về bản cực âm(-). Dòng điện qua cuộn sơ cấp này là dòng điện xung nên tạo ở cuộn thứ cấp phát ra dịng cao thế khoảng 400 – 800V, vì thế dễ dàng tạo sự phóng điện giữa hai điện cực trong bóng đèn thạch anh làm ion hố hơi thuỷ ngân trong vài giây tạo sự bức xạ tia cực tím làm đèn phát sáng có màu trắng – xanh. Nhiệt độ trong bóng thạch anh rất cao, khi vận hành có thể đạt đến 6.0000C.
Khi đèn đã sáng, điện thế ở hai đầu đèn giảm xuống nên điện thế ở tụ C2 cũng giảm, vì vây tụ C2 khơng đủ điện áp để phóng điện qua điện cực Sg nữa, chấm dứt việc khởi động đèn. lúc này, dòng điện qua đèn dược nối tiếp với cuộn cảm kháng (thứ cấp máy biến áp) nên điện áp được ổn định. Tụ C1 mắc song song với diode D nhằm bảo vệ diode không bị đánh thủng, tụ C3 mắc song hành với nguồn điện cung cấp nhằm mục đích nâng cao hệ số công suất cảu mạch điện.
c. Đặc điểm, thơng số kỹ thuật
Đèn có hệ số hiệu dụng cao (35 – 40lm/W), nhưng chất lượng ánh sáng phát ra khơng trung thực, có ánh sáng trắng xanh tái nhợt nên khơng thích hợp cho việc thắp sáng trong nhà, mà chỉ dùng thắp sáng nơi công cộng như đường phố, quảng trường... Loại đèn này có tuổi thọ khoảng 1.500 h và được sản xuất với tiêu chuẩn kĩ thuật: P = 1.000W/220V.
2.2. Thiết bị điện gia dụng
2.2.1. Bàn là
Bàn ủi điện có nhiều loại khác nhau, có loại bàn là tự động điều chỉnh nhiệt độ khơng có phun nước (bàn là khơ), có loại tự động điều chỉnh nhiệt độ và phun nước, có loại bàn là hơi nước. Hiện nay bàn là còn lắp thêm các mạch điện tử, bán dẫn để có thể điều chỉnh nhiệt độ theo chương trình chính xác đến từng độ.
a. Cấu tạo
Hình 2-7 là sơ đồ nguyên lí và cấu tạo của bàn là thơng thường (bàn là khô), tự động điều chỉnh nhiệt độ, điện áp 220V, công suất 1000W.
Đ RL C
67
a) b)
Hình 2-7. Sơ đồ nguyên lý (a) và cấu tạo của bàn là (b)
1-Nắp; 2- Núm điều chỉnh nhiệt độ; 3- Đế; 4- Dây đốt nóng
Cấu tạo bàn là có hai bộ phận chính: Dây đốt nóng và vỏ bàn là.
- Dây đốt nóng được làm bằng hợp kim Niken – Crôm, chịu được nhiệt độ cao. - Vỏ bàn là gồm đế và nắp. Đế được làm bằng gang hoặc hợp kim nhơn, được đánh bóng hoặc mạ Crơm. Các bàn là thế hệ mới hiện nay nhẹ, không cần trọng lượng