Thư viện tri thức trực tuyến
Kho tài liệu với 50,000+ tài liệu học thuật
© 2023 Siêu thị PDF - Kho tài liệu học thuật hàng đầu Việt Nam
Điện công nghiệp và điều khiển động cơ
Nội dung xem thử
Mô tả chi tiết
NGUYỄN TRỌNG THANG ị TRẦlSỊ f HỂ SAN
Khoa Điện Công Nghiệp - Điện Tử
TRƯỜNG ĐẠI HỌC s ứ PHẠM KỸ H U Ậ T T P .H ồ C H Í M IN H
Điện
c ố n g n g h i ệ p
và Điều KhiểfL Động Cơ
NGUYỄN TRỌNG THANG - TRAN t h ê s a n
Khoa Điện Công Nghiệp - Điện Tử
TRƯỜNG ĐẠI HỘC s ư PHẠM KỸ THUẬT TP.HCM
DIỆN CỔNG NGHIỆP
và Điều Khiển Động Cơ
TRƯềNG ĐẠI H « c «UY NHtfN !
THƯ VIỆN________ í
VVP - Ấqìtt
NHÀ XUẤT BẢN KHOA HỌC YÀ KỸ THUẬT
Ca \ \ f k i e u
Động cơ điện là thiết bị cơ bản, thông dụng, và không thể thiếu trong mọi máy móc,
trang thiết bị ngày nay, từ đồ chơi trẻ em, thiết bị gia dụng hàng ngày, cho đến tàu
ngầm hoặc tàu vũ trụ. Động cơ điện, thực chất là thiết bị chuyển đổi điện năng thành
năng lượng cơ học để có thể sử dụng một cách thuận tiện, tiết kiệm, và hiệu quả. Hiểu
biết về điện công nghiệp, động cơ, và diều khiển động cơ điện là rất cần thiết cho những
người chuyên làm việc trong lĩnh vực lắp đặt, vận hành, bảo trì, sửa chữa hệ thống diện,
điều khiển và máy điện, kỹ sư, kỹ thuật viên, nhà thầu diên... Cuốn sách này giả thiết
bạn đọc đã có kiến thức cơ bản về điện năng, lý thuyết và vận hành động cơ điện,
nhưng để bảo đảm tính hệ thông, phần đầu sẽ cung cấp khái quát các cơ sở về điện.
Nội dung chính bao gồm các kiến thức về động cơ điện và bộ điều khiển, lỹ thuyết,
thực hành, vận hành, lắp đặt, và bảo trì các hệ thống điện. Bạn đọc của cuốn sách chủ
yếu là những người đang tham gia các khóa đào tạo hoặc bổ túc nghề ngắn hạn, các
trường đào tạo nghề cả trung cấp và cao đẳng, công nhân, sinh viên đại học kỹ thuật, và
cả các thầy cô giáo, các kỹ sư và nhà quản lý, và mọi người quan tậm đến lĩnh vực năng
lượng điện. Do đó các chủ đề chính bao quát từ dụng cụ và đồng hồ đo điện, an toàn nơi
làm việc, ký hiệu và sơ đồ mạch điện. Các linh kiện chính, từ công tắc, cầu chì, cuộn
solenoid, relay, cho đên các bộ cảm biến, các loại động cơ, khởi động động cơ điện, giám
sát và điều khiển tốc độ, điều khiển và bảo vệ động cơ, máy biến áp, máy phát điện, hệ
thống điện dự phòng (động cơ diesel - máy phát điện), hệ thống truyền tải và phán phối
điện, bộ điều khiển lập trình PLC, xử lý sự cố và chế độ bảo trì - bảo dưỡng... Đầu mỗi
chương đều có tóm tăt nội dung chính, và cuối chương là các câu hỏi và bài tập để giúp
bạn đọc ôn tập hoặc kiểm tra lại kiến thức.
Nội dung cuốn sách chỉ tóm tắt lý thuyết cơ bản, chủ yếu là tập trung vào các vấn đề
thực tiễn, thực hành, với nhiều minh họa thiết thực trong lĩnh vực này, các hiện tượng
và triệu chứng sự cố của các lọại động cơ điện 1-pha, 3-pha, động cơ cảm ứng ac, động
cơ điện dc, nguyên nhân và biện pháp xử lý. Điện công nghiệp, động cơ và điều khiển
động cơ là lĩnh vực rất rộng và phát triển rất nhanh, nội dung cuốn sách có thê là nguồn
thông tin giá trị cho những người muôn cập nhật liên tục các phát triển mới nhất trong
điêu khiển động cơ, đặc biệt là điều khiển tốc độ với các bộ biến tần và bộ vi xử lỷ. Hy
vọng, bạn đọc sẽ tìm dược ở đây nhiều điều bổ ích và lý thú.
CÁC VẦN ĐÊ Cơ BẢN
MỘI DUNG CHÍNH
♦ Định nghĩa đơn giản về dòng điện.
♦ Liệt kê các phương pháp tạo ra điện năng.
♦ Nhận biết bốn yếu tó xác định điện trở.
♦ Nhận biết các kiểu mạch điện.
♦ Định luật Ohm.
♦ Các phương pháp đo điện thông dụng.
♦ Nhận biết các loại công tắc được dùng trong
điều khiển điện.
♦ Hiểu mã màu các linh kiện điện trở.
BỊNH NGHĨA VỀ BIỆN
Tuy không nhìn thấy điện trực tiếp, nhưng bạn
luôn luôn nhận thấy sự hiện diện của điện trong
cuộc sống hàng ngày. Bạn không thể "nếm" hoặc
"ngửi" điện năng, nhưng có thể cảm nhận; chẳng
hạn, bạn có thể ngửi mùi khí ozone hình thành
khi sét đánh qua khí quyển.
Về cơ bản, có thể chia điện thành hai loại:
tĩnh điện và điện động (kèm theo chuyển động).
Điện động là dạng phổ biến và được dùng nhiều
trong công nghiệp cũng như cuộc sống hàng
ngày, được định nghĩa một cách đơn giản là
dòng chuyển động của các điện tử (electron) qua
vật dẫn điện. Để hiểu định nghĩa này, bạn cần
biết đôi điều về nguyên tô" hóa học vá nguyên tử.
NGUYÊN Tô VÀ NGUYÊN TỬ
Nguyên tố là vật liêu cơ bản nhất trong vũ trụ.
Hiện nay đã phát hiện được chín mươi bôn
nguyên tô' trong tự nhiên. Các nhắ khoa học đã
tổng hợp hơn một chục nguyên tô' khác trong
phòng thí nghiệm. Mọi vật chất đã biết (rắn,
lỏng, khí) đều gồm các nguyên tố.
Rất hiếm nguyên tố tồn tại ở trạng thái tinh
khiêt. Hầu như mọi nguyên tồ đều ở dạng liên
kết với nhau, được gọi là hợp chất. Chẳng hạn,
chất phổ biến là nước cũng là hợp chất của hai
nguyên tố, Hình 1-1.
Nguyên tử là hạt nhỏ nhất của nguyên tô'
còn duy trì mọi tính chât của nguyên tô đó. Mỗi
nguyên tô đều có dạng nguyên tử đặc thù của
Một nguyên tử oxy
Hình 1-1. Hai hoặc nhiều nguyên tử liên kết tạo
thành phản tử. Chẳng hạn, hai nguyên tử hydro và
một nguyên tử oxy tạo thành phân tử nước H2Q.
mình. Nghĩa là, mọi nguyên tử hydro đều như
nhau, nhưng khác với các nguyên tử của mọi
nguyên tô' khác. Tuy nHiên, mọi nguyên tử đều
có các đặc điẹm chung. Chúng đều có phần bên
trong, được gọi là nhân, gồm các hạt râ't nhỏ là
proton và neutron. Nguyên tử còn có phần phía
ngoài, gồm các hạt khác, cũng rất nhỏ, được gọi
là electron (điện tử) chuyển động trên các quỹ
đạo xung quanh nhân, các Hình 1-2 và 1-3.
Hạt neutron không có điện tích, còn proton
có điện tích dương. Hạt electron (điện tử) có điện
tích âm, Do các diện tích này, proton và electron
là các hạt năng lượng, nghĩa là các điện tích
này tạo thành lực điện trường bên trong nguyên
tử. Nói một cách đơn giản, các điện tích này
luôn luôn kéo và đẩy lẫn nhau, do đó xuất hiện
năng lượng dưới dạng chuyển động.
Các nguyên tử của từng nguyên tố hóa học
đều có sô' lượng proton và electron xác định.
Nguyên tử hydro có một elctron và một proton.
Nguyên tử nhôm có 13 electron và 13 proton.
Các điện tích trái dấu: electron điện tích âm và
proton điện tích dương, hút lẫn nhau và có xu
Electron
Đ. Nguyên tử nhôm (AI)
Hình 1-2 Cấu trúc nguyên tử. (A) Nguyên tử hydro;
(B) nguyên tử nhôm. Nguyên tử chứa các hạt proton,
neutron, và electron.
Electron
© G ) o o
0 o _
) G 0
Proton
§ k
3#
Hình 1-3. Cấu trúc phán tử.
hướng duy trì các electron trên qúỹ ‘đậo' Khi sự
sắp xếp này không thay đổi, nguyên tử- trung
hòa về điện.
Tuy nhiên, các electron của một số nguyên
tử có thể bị kéo hoặc dẩy một cách dễ dàng ra
khỏi quỹ đạo của chúng. Khả năng chuyển động
này của các electron là cơ sở của điện động.
Bỉện tử tự do
Trong một số vật liệu, nhiệt có thể giải phóng
các electron ra khỏi quỹ dạo của chúng. Trong
các kim loại, chẳng hạn đồng, các electron có
thể dễ dàng rời khỏi quỹ đạo ngay cả ở khoảng
nhiệt độ phòng. Khi các electron rời khỏi quỹ
đạo của mình, chúng có thể chuyển động từ
nguyên tử này đến nguyên tử khác một cách
ngẫu nhiên, không theo phương xác định. Các
electron chuyển động theo cách này được gọi là
electron (điện tử) tự do. Tuy nhiên, có thể cung
cấp năng lượng để định hướng chuyển dộng của
các elctron này theo phương xác định.
Dòng diện
Nếu chuyển động của các electron tự do được
định hướng theo phương xác định, dòng electron
chuyển động có hướng này dược gọi là dòng điện.
Năng liiựng
Electron rất nhỏ, đường kính khoảng 22.10 1 in.
Bạn có thể ngạc nhiên tại sao hạt nhỏ như vậy
lại có thể là nguồn năng lượng. Điều này chủ
yếu do các electron chuyển động với tốc độ rết
nhanh, gần bằng vận tốc ánh sáng, và với sô
lượng rất lớn, nhiều tỷ electron có thể đồng thời
chuyển động qua dây dẫn. Tôc độ và nồng độ tạo
ra năng lượng lớn.
VẬT LIỆU «HỆN
Vặt liệu rila fliộn
Vật dẫn điện là vật liệu cho phép các electron di
chuyển qua chúng. Hầu như mọi kim loại và các
vật liệu khác đều dẫn điện ở mức độ nào đó;
nhưng, một sô dân điện tôt hơn sô khác. Do đó,
thuật ngữ vật dẫn điện thường được sử dụng để
chỉ vật liệu, qua đó, các electron có thể chuyển
động một cách tự do.
Điều gì làm cho vật liệu này dẫn điện tôt
hơn vật liệu khác? Vật liệu có nhiều điện tử tự
do có xu hướng trở thành vật dân điện tốt. Tuy
nhiên, đốì với các mục đích thực tiễn, khi lựa
chọn vật liệu dẫn diện còn phải xét thêm các
yếu tố khác. Ví dụ, vàng, bạc, nhôm, và đồng
đều dẫn điện rất tốt, nhưng vàng và bạc ít được
gử dụng làm vật dẫn điện do giá quá cao. Trong
các ứng dụng đòi hỏi độ bền cao trong thời tiết
nóng và lạnh, đồng có ưu thế hơn nhôm; nhưng
khi yêu cầu trọng lượng nhỏ, nhôm được dùng
nhiều hơn đồng.
Vật cách điện
Vật cách điện là vật liệu hạn chế sự chuyển
động của các electron. Loại vật liệu này có rất ít
electron tự do. Tùy theo chuyển động của các
electron tự do, vật liệu được chia thành vật dẫn
điện và vật cách điện. Không có vật liệu nào là
chất cách điện hoàn hảo, nghĩa là hoàn toàn
không có các electron tự do. Tuy nhiên, vật liệu
có tính dẫn điện kém đôi với các mục đích thực
tiễn được xếp vào nhóm vật liệu cách điện.
Gỗ, thủy tinh, mica, và polystyrene là những
vật liệu cách điện điển hình, Hình 1-4, chúng có
trở lực khá lớn đối với chuyển động của electron
tự do. Cột trên biểu đồ cột, Hình 1-4, càng cao,
khả năng cách diện của vật liệu càng lớn.
Vật liệu hán dẫn
Thuật ngừ "bán dẫn" liên quan với các linh kiện
transistor và diode được dùng trong thiết bị điện
tử. Vật liệu được dùng để chế tạo transistor và
diode có tinh dẫn điện trung gian giữa vật dẫn
điện tốt và vật cách điện tót; do đó, có tên là vật
liệu bán dẫn. Germani và silic là hai trong sô'
vật liệu bán dẫn thông dụng. Bằng cách hòa tan
một lượng nhỏ các nguyên tô' khác vào Ge hoặc
Si tinh khiết, 99.999999%, chúng sẽ trở thành
các chất dẫn điện giới hạn. Công nghệ chế tạo
— Chấl —
cảch điộn
10* —
100.000 —
10,000 —
1.000 —100 —
10 —
1—
.1 —
.01 —
.001 —
.0001 —
.00001 —
.000001 —0—
Hình 1-4. Điện trở của một số vật liệu.
8
vật liệu bán dẫn tương đôi phức tạp cả về lý
thuyết và thực tiễn, do đó ở đây sẽ không trình
bày chi tiết.
PHÁT BIỆN
Hiện có nhiều phương pháp tạo ra điện năng.
Dòng điện là dòng chuyển động của các electron
trong vật dẫn điện. Ma sát, áp suất hoặc lực,
nhiệt, ánh sáng, tác dụng hóa học, và từ tính là
một sô' phương pháp thực tiễn được dùng để làm
cho electron chuyển động dọc theo vật dẫn điện.
Các phương pháp khác (đôi khi gọi là phương
pháp "phi truyền thống") được dùng để tạo ra
điện năng cho các mục đích chuyên biệt. Ví dụ,
các pin thực nghiệm được phát triển cho chương
trình không gian là loại "phi truyền thông".
• Ma sát. Điện được tạo ra khi chà xát hai vật
liệu với nhau. Chuyển động của đế giày trên
mặt thảm có thể phát sinh tĩnh điện. Vài
ứng dụng tĩnh điện gồm chế tạo giấy nhám
và làm sạch không khí ô nhiễm, Hình 1-5.
• Áp suất. Điện được tạo ra khi tác dụng lực
hoặc áp suất lên một sô' loại tinh thể, chẳng
hạn tinh thể perovskite, tinh thể thạch anh.
Các tính chất đặc biệt của những tinh thể
này được ứng dụng trong, chẳng hạn, microphone tinh thể, Hình 1-6. Ưô'n cong tinh thể
sẽ phát ra điện áp nhỏ. Hiện tượng này được
gọi là hiệu ứng áp điện. Có thể khuếch đại
điện áp nhỏ này để truyền động loa. Bộ loa
tinh thể được dùng trong máy ghi-phát âm
và trong nhiều ứng dụng công nghiệp khác.
• Nhiệt. Điện được tạo ra khi câ'p nhiệt cho
mối tiếp giáp giữa hai kim loại khác nhau.
Môi tiếp giáp này tạo thành cặp nhiệt điện.
Các cặp nhiệt điện được dùng để đo nhiệt độ
Hình 1-5. Bộ lọc bụi tĩnh điện sử dụng phương pháp hai
cấp làm sạch không khí bằng each thu thập các hạt
ion hóa trên các tâm điện tích. Dây wolfram ion hóa
được nạp điện áp 12000 Vdc (+). Tất cả các hạt dược
tích điện nhờ quá trình ion hóa (+). Các hạt diện tích
dương này bị hút về các tấm điện tích âm 6000 Vdc (-)
Tấm điện tích âm là khung thu thập bụi. Không khí
sạch được xả ra khỏi bộ lọc.
Hình ì-6. (A) Nguyên lý cơ bản vận hành microphone
tinh thể; (B) các microphone tinh thể: kiểu tác dộng
trực tiếp và kiểu màng.
Tiếp giá|
nóng
Dòng
electron
I Nguồn nhiệt
Hình I-7. Cặp nhiệt
trong nhiều ứng dụng công nghiệp, chẳng
hạn hệ thống điều khiển nhiệt độ trong lò
gôm, Hình 1-7.
• Ánh sáng. Điện được tạo ra khi ánh sáng đi
tới bề mặt vật liệu nhạy quang, Hình 1-8. Tè
bào quang điện được dùng trong camera, tàu
vũ trụ, thiết bị radio,...
• Tác dụng hóa học. Điện phát sinh khi xảy ra
tác dụng hóa học giữa hai kim loại trong pin
đơn. Nô'i hai hoặc nhiều pin đơn với nhau sè
tạo thành acquy. Acqụy được dùng trong đèn
chiếu sáng, thiết bị radio, thiết bị trợ thính,
đồ chơi trẻ em, camera, máy tính cầm tay,
Hầu hết xe hơi đều sử dụng acquy acid-chì;
nhưng do ô nhiễm môi trường, loại acquy
này đang bị hạn chế sử dụng. Hiện nay có
nhiều kiểu acquy khả dụng tùy theo các mục
đích cụ thể, Hình 1-9.
9
ế
Pb giftm ---■ :^ 5 :í : Pb0^gĩảhi •
I PbS04 tốngpbs0 tăng
Ị(Pb+PbSOj - ---- - - - - - ,";-3 PbOjT PbSO,)
Phóng điện
n í " ? íb O . tang
Tphso PK, VbS04 Blip : lp»so<*Pb) (PbS^.põọ,)
Nạp điện
Hình 1-9. Pin sạc, chu kỳ nạp và phóng điện.
• Từ tính. Điện được tạo ra khi nam châ
chuyẹn động qua đoạn dây dẫn hoặc đoạ
dây chuyển động qua từ trường; kết quả ]
như nhau. Cho tới nay, từ trường có lẽ 1
phương pháp tạo ra điện năng với chi pl
thấp nhất. Hầu hết điện năng được sử dụr
hiện nay đều dược tạo ra từ máy phát điệ
dựa trên nguyên lý từ tính. Máy phát điệ
thường chỉ tạo ra dòng điện xoay chiều, a
Máy phát điện một chiều, dc, thực chất 1
máy phát điện xoay chiều, dòng điện X 0 8
chiều của máy phát được chỉnh lưu thàn dòng một chiều.
• Thiết bị phát điện phi truyền thống. Pin nhiê
liệu là một trong các phát triển mới nhất V
sản xuất điện nàng. Pin với nồng độ oxy C8
chứa chất điện phân. Chất điện phân nà
dẫn điện tích dưới dạng ion oxy, nhưng 1
chất cách ly đối với các electron. Chất điệ
phân được đặt giữa hai điện cực. Chất điệ
phân là ướt, các điện cực thường là than
hoặc tấm kim loại. Bằng cách cho oxy c
nồng độ khác nhau đi qua các điện cực, điệ
nàng sẽ được tạo ra.
Pin hydro-oxy tạo ra nước và điện năng, c
thể sử dụng loại pin này trong các chuyến ba
vũ trụ để cung cấp cả điện năng và nước uốn
trong khồng gian chật hẹp. Các loại pin pl
truyền thống kế tiếp - nhưng chưa hoàn chỉnh
là pin nhiên liệu oxy hóa-khử, pin nhiên liê
hydrocarbon, màng trao đổi ion, và máy phí
điện từ thủy động (MHD), Hình MO. Trong má
phát điện MHD, plasma nóng được tạo ra và cỗ
vào buồng đốt, tương tự động cơ tên lửa. Plasir
Khi xả
Hình 1-10. Một trong các nguồn diện phi truyền
thống là máy phát điện từ thủỳ dộng, MHD.
nàỹ chuýển động qua từ trường tác dụng vuông
góc với chiều lưu động của dòng plasma và tiếp
xúc với các điện cực. Các electron trong plasma
chuyển hướng theo từ trường. Giữa các va chạm
với các hạt trong plasma, chúng tiến đến một
trong các điện cực. Dòng điện chính là dòng
electron chuyển động từ cathode, qua tải, đến
anode, và trở lại dòng plasma. Hiện có hàng
ngàn phương pháp tạo ra điện năng.
ĐIỆN ÁP VÀ DÙNG ĐIỆN
Các đơn vị thông dụng được dùng trong đo đạc
mạch điện là volt (V) để đo điện áp, và ampere
(A) đo cường độ dòng điện
• Volt. Chênh lệch điện thế giữa hai điểm
trong mạch điện, chẳng hạn giữa hai tấm
bản cực, được gọi là điện áp, và đo bằng đơn
vị volt (V). Điện áp thực chất là ứng suất tác
dụng lên điện tử trong mạch điện. Ngoại lực
tác dụng lên các điện tử để chúng chuyển
động qua vật dẫn được gọi là lực điện động
(emfì, và được đo theo đơn vị volt. Điện áp,
chênh lệch điện thế (hiệu điện thế), và emf
về bản chất là có cùng ý nghĩa.
• Dòng điện. Để các electron chuyển động theo
phương xác định, cần phải có chênh lệdT
điện thế giữa hai điểm của nguồn emf. Nếu
có 6.28xl018 electron đi qua điểm cho trước
trong thời gian một giây, dòng điện đi qua
điểm đó có cường độ một ampere. Nếu sô'
lượng electron này được lưu trong vật thể
(tĩnh điện) và không chuyển động, thì đó là
điện lượng một coulomb (ký hiệu là C). Dòng
điện được giả thiết là đi từ đầu âm (-) đến
đầu dương (+) của nguồn điện.
Cường độ dòng điện được đo theo đơn vị
ampere (Á). Trong kỹ thuật điện tử, các ước sổ»
thông dụng của A là miliampere (mA) và
microampere (pA). Bảng I-A liệt kê các chữ cái
Hy Lạp và đại lượng ký hiệu theo các chữ đó.
Volt kế được dùng để đo điện áp, và amere
kế đo cường độ dòng điện, đôi khi còn dùng
miliampere kế hoặc microampere kế để đo các
dòng điện nhỏ.
10
Bảng l-A. Chữ cái Hy Lạp và các ký hiệu đại lượng
Tên Viết
hoa
Viết
thường Đại lượng được kỷ hiệu
alpha A a Góc, diện tích, hệ số, và hằng
beta B P Góc, các hệ số
gamma r Y Độ dẵn điện, hằng số lan truyền
delta A ô Góc, số gia, định thức
epsilon E E
Hằng số điện môi, dộ tải cho
phép, cơ số của logarit tự
nhiên
zêta Z ç Tọa độ
eta H n
Hiệu suất, độ trễ (từ, diện), tọa
dộ « •
thêta 0 3 0
Góc, độ dịch chuyển pha theo
góc
iota I 1 Hệ số nối ghép
kappa K K
lambda A X Bước sóng
muy M P Độ từ thẩm, hệ số khuếch đại
nuy N V
xi 4
omicron O O
P' n 7Ĩ Số Pi = 3.1416...
rho P P
Điện trở suất, mật độ điện tích
thể tích
sigma V ơ q Tổng
tau T T
Hằng số thời gian, độ dịch
chuyển pha-thởi gian
upsilon Y U Góc, từ thông
phi O (Ị) (f>
chi X X Góc
psi y M' Điện môi
Điện trử
Chuyển động của các electron trong vật dẫn điện
gặp một sô" trở lực. Trở lực này được gọi chung là
điện trở. Điện trở là đại lượng rất quan trọng
trong kỹ thuật điện và điện tử. Từ điện trở có
thể phát sinh nhiệt năng, cho phép điều khiển
dòng electron, và cung cấp điện áp đúng cho
thiết bị.
Điện trở trong vật dẫn điện phụ thuộc vào
bôn yêu tô chính, vật liệu, chiều dài, tiết diện,
và nhiệt độ.
• Vật liệu. Một số vật liệu có điện trở cao hơn
sô khác, điện trở phụ thuộc vào sô lượng
electron tự do trong vạt liệu.
• Chiều dài. Vật dẫn điện càng dài, điện trở
càng cao. Điện trở tỷ lệ thuận với chiều dài
dây dẫn.
• Tiết diện. Điện trở tỷ lệ nghịch với tiết diện
dây dẫn. Nói cách khác, dây càng lớn, điện
trở trên một đơn vị chiều dài càng nhỏ.
• Nhiệt độ. Đối với hầu hết các vật liệu, nhiệt
độ càng cao, điện trở càng cao; nhưng củng
có ngoại lệ, điện trở giảm khi tăng nhiệt độ,
chẳng hạn linh kiện thermistor. Thermistor
thay đổi điện trở theo nhiệt độ, điện trở
giảm khi nhiệt độ tăng. Thermistor được
dùng trong đồng hồ đo để chỉ báo nhiệt độ.
Điện trở được đo theo đơn vị ohm, viết theo
chừ cái Hy Lạp là "omega", Q.
Cỡ dây dẫn
Bạn cần chú ý đến khả năng dẫn dòng điện của
dây dẫn. Cờ dây dẫn được ghi theo sô", từ 0000
đến No.40. Dây càng lớn, chỉ số cỡ dây càng nhỏ.
Ví dụ, dây No.32 nhỏ hơn dây Nq.Ì4. Bảng
I-B liệt kê giá trị điện trở (tính theo ohm/1000
ft dây dẫn) tùy thuộc tiết diện dâ.y dẫn. Bạn hãy
lưu ý ảnh hưởng của nhiệt độ đối với điện trở ở
77°F và 149°F (25°c và 65°ỏ). Nhiệt độ có thể
gây ra khác biệt điện trờ rù rẹt giữa các dây dài.
Các dây dẫn dài tích tụ nhiệt và giãn nỡ trong
những ngày hè nóng nực.
So sánh dây đổng và dãy hhồm
Tuy A g có tính dẫn điện tốt nhất, nhưng ít được
sử dụng do giá quá cao. Hai kim loại chính được
dùng làm dây dẫn điện là Cu và Al. Mỗi loại đều
có các ưu và nhược điểm riêng. Ví dụ, Cu có tính
dẫn điện cao và tính dẻo cao, dễ kéo sợi, độ bền
kéo cao, và dễ hàn, nhưng nặng và đắt hơn Al.
Tính dẫn điện của AI so với Cu chỉ khoáng
60%, nhưng tương đô"i nhẹ. Dây AI được dùng chủ
yếu trong các đường dây truyền tải với điện áp
cao, và được sử dụng ngày càng rộng râi.
Nếu xoắn dây đồng và dây nhôm với nhau,
hơi ẩm tích tụ sẽ dẫn đến hở mạch, xảy ra hiện
tượng ăn mòn, làm tăng điện trở ở mô"i nôi, do
đó làm tăng tổn thất điện năng.
Mạch diện
• Mạch hoàn chỉnh. Cần có mạch hoàn chỉnh
để kiểm soát chuyển động của các electron
dọc theo dây dẫn, Hình I-11A. Mạch hoàn
chỉnh gồm nguồn điện, dây dẫn, và tải hoặc
thiết bị tiêu thụ điện. Dòng electron đi qua
thiết bị tiêu thụ điện sê tạo ra nhiệt, ánh
sáng, hoặc công.
Để tạo ra mạch hoàn chỉnh, cần tuân theo
các nguyên tắc:
1. Nối một phía nguồn với một phía của thiêt
bị tiêu thụ (A đến B).
2. Nôi phía còn lại của nguồn đến một phía của
thiết bị điều khiển, chẳng hạn cỗng tắc (C
đến D).
3. Nối phía kia của thiết bị điều khiến đến
thiết bị tiêu thụ được điều khiển (E đến F).
Phương pháp này được dùng đế hoàn chinh
đường dẫn cho các electron chuyên động từ một
đầu dây nguồn hoặc acquy chứa nhiều electron,
11
Bảng l-B. Dầỵ,đổng tiêu chuẩn ở trạng thái cân bằng.
số cỡ dây Đường kính
(mil)
Tiết diện Ohm/1000 ft Ohm/dặm
25°c (77°F)
Trọng lượng
pound/1000
Mil tròn ft Inớh vuông 25°c
(77°F)
65°c
(149°F)
0000 460.0 212000.0 0.166 0.0500 0.0577 0.264 641.0
000 410.0 168000.0 0.132 0.0630 0.0727 0.333 508.0
00 365.0 133000.0 0.105 0.0795 0.0917 0.420 403.0
0 325.0 106000.0 0.829 0.100 0.116 0.528 319.0
1 289.0 83700.0 0.0657 0.126 0.146 0.665 253.0
2 258.0 66400.0 0.0521 0.159 0.184 0.839 201.0
3 229.0 52600.0 0.0413 0.201 0.232 1.061 159.0
4 204.0 41700.0 0.0328 0.253 0.292 1.335 126.0
5 182.0 33100.0 0.0260 0.319 0.369 1.685 100.0
6 162.0 26300.0 0.0206 0.403 0.465 2.13 79.5
7 144.0 20800.0 0.0164 0.508 0.586 2.68 63.0
8 128.0 16500.0 0.0130 0.641 0.739 3.38 50.0
9 114.0 13100.0 0.0103 0.808 0.932 4.27 39.6
10 102.0 10400.0 0.00815 1.02 1.18 5.38 31.4
11 91.0 8230.0 0.00647 1.28 1.48 6.75 24.9
12 81.0 6530.0 0.00513 1.62 1.87 8.55 19.8
13 72.0 5180.0 0.00407 2.04 2.36 10.77 15.7
14 64.0 4110.0 0.00323 2.58 2.97 13.62 12.4
15 57.0 3260.0 0.00256 3.25 3.75 17.16 9.86
• 16 51.0 2580.0 0.00203 4.09 4.73 21.6 7.82
17 45.0 2050.0 0.00161 5.16 5.96 27.2 6.20
18 40.0 1620.0 0.00128 6.51 7.51 34.4 4.92
19 36.0 1290.0 0.00101 8.21 9.48 43.3 3.90
20 32.0 1020.0 0.000802 10.4 11.9 54.9 3.09
21 28.5 810.0 0.000636 13.1 15.1 69.1 2.45
22 25.3 642.0 0.000505 16.5 19.0 87.1 1.94
23 22.6 509.0 0.000400 20.8 24.0 109.8 1.54
24 20.1 404.0 0.000317 26.2 30.2 138.3 1.22
25 17.9 320.0 0.000252 33.0 38.1 174.1 0.970
26 15.9 254.0 0.000200 41.6 48.0 220.0 0.769
27 14.2 202.0 0.000158 52.5 60.6 277.0 0.610
28 12.6 160.0 0.000126 66.2 76.4 350.0 0.484
29 11.3 127.0 0.0000995 83.4 96.3 440.0 0.384
30 10.0 101.0 0.0000789 105.0 121.0 554.0 0.304
31 8.9 79.7 0.0000626 133.0 153.0 702.0 0.241
32 8.0 63.2 0.0000496 167.0 193~:0 882.0 0.191
33 7.1 50.1 0.0000394 211.0 243.0 1,114.0 0.152
34 6.3 39.8 0.0000312 266.0 307.0 1,404.0 0.120
35 5.6 31.5 0.0000248 335.0 387.0 1,769.0 0.0954
36 5.0 25.0 0.0000196 423.0 488.0 2,230.0 0.0757
37 4.5 19.8 0 0000156 533.0 616.0 2,810.0 0.0600
38 4.0 15.7 0.0000123 673.0 776.0 3,550.0 0.0476
39 3.5 12.5 0.0000098 848.0 979.0 4,480.0 0.0377
40 3.1 . 9.9 0.0000078 1,07t>.0 1,230.0 5,650.0 0.0299
đến đầu dây có ít electron. Chuyển động của các
electron dọc theo đường dẫn này sẽ cung câp
nầng lượng. Để đường dẫn khép kín, cần đóng
cồng tắc.
Nếu mạch được sắp xếp sao cho các electrron
chỉ có một đường dẫn, mạch đó được gọi là mạch
nô'i tiếp; nếu có hai hoặc nhiều đường dẫn, mạch
đó là mạch song song.
• Mạch nôì tiếp. Hình I-11B minh họa ba linh
kiện điện trở mắc nôi tiếp với nhau. Dòng
điện lần lượt đi qua từng điện trở đó và trở
về đầu dương của acquy.
Định luật Kirchoff về điện áp cho biết, tổng
các điện áp qua các tải (điện trở) bằng điện áp
cung cấp. Trên Hình I-11B, dòng điện lần lượt
đi qua ba điện trở. Độ sụt áp qua Ri là 5 V, qua
12
F
£ Nguổn
12 voll tả i 3 3
r
X
E, = 5V E, = 10V E,= 15V
a b c .¿ 7 «
50 ỉo n 150
1 Es = 30V
B --------------- s= ^ |l|l|l|lH
Hình 1-11. (A) Mạch điện đơn giản; (B) mạch nối tiếp;
(C) mạch song song; (D) mạch song song-nối tiếp.
R2 là 10 V, và qua R-J là 15 V. Tổng các độ sụt áp
này bằng điện áp cung cấp, 30 V.
Để tìm tổng điện trở trong mạch nối tiếp,
chỉ cần cộng các giá trị điện trở thành phần:
Rt — R] + R2 + R3 t
• Mạch song song. Trong mạch song song, từng
tải (điện trở) được mắc trực tiếp vào nguồn
điện áp, do đó có nhiều đường dẫn, hoặc các
nhánh dẫn điện, Hình I-11C.
Điện áp qua tất cả các nhánh của mạch song
song là như nhau, do các nhánh này đều mắc
trực tiếp với nguồn điện. Dòng điện trong mạch
song song phụ thuộc vào điện trở của nhánh
tương ứng. Có thể dùng định luật Ohm để xác
định cường độ dòng điện trong từng nhánh; có
thể tính tổng dòng điện'trong mạch song song
bằng cách cộng các dòng điện qua từng nhánh:
I rt = I ri + ỈR2 + I r3 + •••
Điện trở toàn phần trong mạch song song
không phải là tổng các điện trở thành phần của
từng nhánh. Có hai công thức để tính điện trở
trong mạch song song. Nếu chỉ có hai điện trở
mắc song song, có thể dùng công thức đơn giản:
Rj X R.
Rl + R;
Nếu có hơn hai điện trở mắc song song, có
thể áp dụng công thức:
~ = ± - - 1 _L
R T r / r / r / -
Cần chú ý, điện trở toàn phần luôn luôn nhỏ
hơn điện trở nhỏ nhất trong mạch song song.
• Mạch song song-nốì tiốp. Mạch song song-nôi
tiếp là tổ hợp hai mạch này. Hình I-11D
minh họa mạch điện trở song song-nôi tiếp.
• Mạch hở. Mạch hở là mạch không có đường
dân hoàn chỉnh (khép kín) cho các electron
chuyên đông. Loại mạch này thường xảy ra
do lỏng nối kết hoặc hở công tắc, Hình 1-12.
• Ngắn mạch. Ngắn mạch là mạch có đường
dẫn điện trở thấp đế các electron đi qua.
Hiện tượng này thường xảy ra khi dây điện
trở thấp được đặt qua thiết bị tiêu thụ điện.
Sô' lượng electron đi qua đường dẫn có điện
c
? Ị
Công tắc
Đèn
A B
Hình 1-12. Mạch hở do mở công tắc.
Í Q Đèn
Hình 1-13. Ngắn mạch, dây có diện trở nhỏ hơn đèn.
trở thấp nhất lớn hơn nhiều so với đi qua
thiết bị tiêu thụ điện. Ngắn mạch thường
dẫn đến dòng điện rất lớn, có thể gây ra quá
nhiệt, làm cháy dây dẫn hoặc sự cố nghiêm
trọng khác. Hình 1-13.
Có thể tính cường4ỈỘ dòng điện đi qua mạch
nếu biết điện áp và điện trơ. Quan hệ giữa điện
áp, dòng điện, và điện trở trong mạch điện tuân
theo định luật Ohm.
ĐỊNH LUẬT OHM
Có ba đại lượng điện cơ bản, và quan hệ của
chúng được Georg s. Ohm phát hiện vào năm
1827. Ông nhận thấy, trong mạch điện bất kỳ
mà trở ngại duy nhất đối với dòng điện là điện
trở, các đại lượng điện áp, dòng điện, và điện trờ
có quan hệ chặt chè với nhau. Cường độ dòng
điện tỷ lệ thuận với điện áp và tỷ lệ nghịch với
điện trở.
Có thể biểu diễn định luật Ohm dưới dạng
công thức, trong đó, E là lực điện động, emf,
hoặc điện áp; I là cường độ dòng điện; và R là
điện trở. Công thức E = I X R được dùng để tính
điện áp khi biết điện trở và cường độ dòng điện.
Khi biết điện áp và điện trở, có thế tìĩb
cường độ dòng điện theo công thức:
I - Ệ
R
Nếu biết điện áp và dòng điện, công thức
tính điện trở sẽ là:
R = *
I
13
ửng dụng định luật Ohm
Trong thực tế, bạn có thể phải thường xuýẽn sử
dụng định luật Ohm, chẳng hạn để xác đinh cỡ
dây cần dùng trong mạch điện hoặc tìm điện trở
của mạch.
Phương pháp tốt nhất để giải quyết vấn đề
là bắt đầu với các ví dụ đơn giản, chẳng hạn:
1. Nếu cho điện áp là 100 V và điện trở là 50 Q,
đây là bài toán đơn giản và là ứng dụng thực
tế của định luật Ohm để tìm cường độ dòng
điện trong mạch.
2. Nếu cường độ dòng điện là 4 A (sô' đo trên
ampere kế) và điện áp là 100 V (đò trên volt
kế), điện trở sẽ là:
R = E = i ^ = 2 5 n
I 4A
3. Nếu biết dòng điện là 5 A, và điện trở đo
được (trước khi cung cấp điện áp cho mạch)
là 75 Q, có thể xác định giá trị điện áp cần
thiết để mạch vận hành một cách thích hợp.
E = I x R = 5 A x 7 5 f ì = 375 V
Hình 1-14. Định luật Ohm. Đặt ngón trỏ lên đại lượng
chưa biết, hai đại lượng còn lại sẽ tạo thành công
thức dể tim đại lượng chưa biết đó.
CÕNG SUẤT
Công suất được định nghĩa là tốc độ thực hiện
công. Trong hệ mét, công suất được tính theo
đơn vị watt và đơn vị joule được dùng cho năng
lượng hoặc công. Xem Phụ lục A. Một watt là
công suất tạo ra năng lượng với tốc độ một J
trong một giây (1 w = 1 J/s). Một joule là công
thực hiện khi điểm tác dụng lực 1 N dịch chuyển
vđi khoảng cách 1 mét theo chiều tác dụng lực
( 1 J = 1 N X 1 m).
ở Bắc Mỹ và một sô' nơi trên thế giới vẫn sử
dụng đơn vị mã lực (hp) đe đo công. Động cơ
điện vẫn ghi định mức công suất theo mã lực.
Công suất có thể là cơ hoặc điện. Khi lực cơ học
được dùng để nâng vật nặng, khi đó cổng được
thực hiện. Tô'c độ nâng vật nặng được gọi là
công suất. Mã lực được định nghĩa theo đại
lượng dịch chuyển vật nặng xác định trên
khoảng cách cho trước trong thời gian đơn vị.
Năng lượng tiêu thụ khi dịch chuyển vật nặng,
hoặc công thực hiện trong quá trình đó. Các kết
quả là như nhau dù sử dụng cơ năng hay năng
lượng điện. Một mã lực tương đương 746 w điện
năng, Bẩng I-C.
Bảng l-C. Mã lực
Một mã lực thường được dinh nghĩa là công cẩn thiết để dịch chuyển
trọng lượng 550 pounds trên khoảng cách một foot trong thời gian
một giây.
Trong hẩu hết các trưởng hợp, đơn VỊ hiện dại được dùng dể do
cổng suất là kilowatt thay vì mã lực. Nếu chuyên biệt dộng cơ diện
theo mã lực, và cẩn tính dinh mức theo watt hoặc kilowatt, cồng thức
chuyển dổi tương đỏì dơn giản:
1 mã lực = 746 watt
Chia số watt hoặc kilowatt cho 746 hoặc 0.746 sẽ tính được
dinh mức theo mâ lực.___________________________________
Định mức mã lực của động cơ điện được tính
bằng cách nhân điện áp với cường độ dòng điện
khi có tải toàn phần. Công suất này đo theo đơn
vị watt. Nói cách khác, IV nhân với 1A bằng
1W. Công thức có dạng:
Công suất = Volt X ampere hoặc p = E X I
Kilowatt
Tiếp đầu ngữ “kilo” theo tiếng Hy Lạp có nghĩa
là một ngàn, do đó, 1000 w bằng 1 kW. Một
kilowatt-giờ tương đương tiêu thụ 1000 w trong
một giờ. Đồng hồ điện và hóa đơn tiền điện của
bạn tính theo kWh.
Công thức tính-.công suất được dùng để tìm
số watt tiêu thụ trong mạch điện. Ba công thức
thông dụng bao gồm:
t?2
p = E X I hoặc p = =- hoặc p = I2R
R
Điều này có nghĩa là nếu chưa biết một trong
ba đại lượng (điện áp, dòng điện, hoặc điện trở)
có thể tìm đại lượng chưa biết bằng cách dùng
quan hệ giữa các đại lượng đã biết. Trong các
phần sau, bạn sẽ gặp vân đề tính tổn thất I2R
và thuật ngữ liên quan với các công thức trên.
Ngoài watt và kW còn sử dụng đơn vị miliwatt (mW) cho các thiết bị điện. Ví dụ, định mức
của loa trong radio xách tay có thể trong khoảng
100 - 300 mW. Mạch transistor được thiết kê với
công suất cờ mW, nhưng đường dây truyền tải
điện thường có dịnh mức tính theo kw.
14
00 ĐIỆN■ »
Trong thực tế có nhiều cách đo điện, đo theo
volt, ampere, hoặc watt. Kilowatt .kế là thiết bị
thông dụng để đo công suất tiêu thụ.
Bổng hổ do
Để đo các đại lượng vật lý bất kỳ, cần phải có hệ
đơn vị cơ bản. ĐỔI với điện, dòng điện được đo
theo đơn vị cơ bản là ampere. Dòng điện thường
được đo với nam châm vĩnh cửu và nam châm
điện mắc theo mạch thích hợp để biểu thị các
giá trị ampere. Từ trường được dùng để đo tác
dụng của các electron, thay vì đếm sô" electron
chuyển động trong một đơn vị thời gian.
Chuyển động trong đồng hồ D’Arsonval sử
dụng nam chân vĩnh cửu ở phần đế, qua đó dây
hoặc nam châm điện xoay và được phép chuyển
động một cách tự do. Khi dòng điện đi qua cuộn
dây, từ trường được thiết lập, Hình 1-15. Cường
độ từ trường xác định độ lệch của cuộn dây. Cực
tính của cuộn dây hoàn' toàn như cực tính của
nam châm vĩnh cửu. Lực đẩy xuất hiện, tỷ lệ với
cường độ từ trường phát sinh do dòng điện đi
qua cuộn dây đó. Sô" vòng quấn dây, nhân với
dòng điện đi qua cuộn dây xác định cường độ từ
trường. Do cuộn dây đồng hồ xoay trên các ổ trục
để giảm ma sát, chuyển động này được chuẩn
hóa theo dòng điện đã biết hoặc theo đồng hồ
khác. Thang đo trên đồng hồ mới được chuẩn
hóa để đo ampere, miliampere, hoặc microampere, Hình 1-15.
• Ampere kế ac. Nếu đo điện ac bằng đồng hồ
dc, cần lắp bộ chỉnh lưu vào mạch đồng hồ
đế chuyển dòng điện ac thành dc. Nếu không
chỉnh lưu, điện ac sẽ làm cho kim đồng hồ
dao động rất nhanh, Hình 1-16.
• Mắc rẽ. Mắc rẽ là cách thức rẽ dòng điện
Hình 1-15. (A) Chuyển động trong đổng hồ D’Arsonval;
(B) Chuyển động trong đồng hồ D’Asonval biểu thị đơn
vị hoàn chỉnh dưới dạng sơ đổ; (C) Cấu trúc của đong
hồ D’Arsonval.
• — ----------------1
Bộ phận chuyển dộng
của đổng hổ
Diode
• -------*---------------------------------------------------- J
Hình 1-16. Chuyển động của đổng hổ ac dược thực
hiện bằng cách mắc thêm diode vào đổng hồ.
Đổng hổ
r 1 mA M.M
Hình 1-17. Ampere kế với điện trở mắc rẽ để tăng
khoảng đo đến 10 mA.
qua chuyển động của đồng hồ. Điện trở với
giá trị thích hợp được lắp vào đồng hồ để rẽ
nhánh dòng điện. Phần lớn dòng điện này
được rẽ mạch, chỉ để lại một lượng nhỏ cần
thiết để kim đo chuyển dịch theo giới hạn
thiết kế. Đồng hồ được chuẩn hóa để trên
thang đo sẽ biểu thị đúng giá trị dòng điện
trong mạch, Hình 1-17.
Có thể sử dụng nhiều kiểu mắc rẽ trong đồng
hồ. Chẳng hạn, mắc thêm một điện trớ song
song để chuyển mạch sang các khoảng đo khác
nhau. Loại đồng hồ với nhiều khoảng đo được
gội là đồng hồ vạn năng.
Đồng hồ vạn năng (có thể đo cả điện áp và
điện trở). Loại đồng hồ này có thể đo từ 0 đên 1
mA, 0 đến 10 mA, và 0.1 đến 1.0 A. Với loại
đồng hồ 1-mA, không cần mắc rè khi dùng đê đo
dòng điện 1 mA, nhưng cần mắc rè khi đo trong
khoảng 0-10 mA và 0.1 đến 1 A. Cồng tắc trên
đồng hồ có thể có thêm diode đê đo điện ac.
Các lỗ COMMON và POSITIVE có các dây
kiểm tra để gắn vào mạch cần đo. COMMON là
15
o -------' U Ü W ' — f l -
o ------------ t f W ' _________
Bộ nhân
Hình 1-18. Mạch bên trong của volt kế VỚI điện trở
(bộ nhân).
cực âm (-), màu đen, và POSITIVE là cực dương
(+), màu đỏ. Tuy nhiên, không cần cực tính khi
đo điện ac, có thể sử dụng các dây ri ày tùy ỵ
trong mạch ac. Ampere kế luôn luôn mắc nôi
tiếp trong mạch. Điều này có nghĩa lầ phải ngăt
mạch điện và lắp ampere kế vào đường dây.
• Volt kế. Volt kế được dùng để đo điện áp.
Thực chất đây cũng là ampere kế có thêm
điện trở mắc trong mạch đồng hồ. Điện trở
cao của volt kế cho phép mắc song song V Ớ I
điện nguồn, Hình 1-18. Một số linh kiện điện
trở, được gọi là bộ nhân, có thế chuyển mạch
trong đồng hồ để tăng khoảng đo hoặc đo
các giá trị điện áp cao hơn. Volt kế DC có
khả năng đo các khoảng điện áp 0-150,
0-300, và 0-750 V, bằng cách nôi bộ nhân
tương ứng vào mạch đồng hồ. Chú ý cách
thức nôi kết các đầu nồi trên đỉnh đồng hô
với đầu dò kiểm tra theo nhiều vị trí khác
nhau đê thay đổi khoảng đo theo yêu cầu.
• Ohm kê. Đơn vị cơ bản của điện trở là ohìĩi.
Ohm kê là thiết bị đo điện trở theo ohm, Q.
Thực chất đây là ampere hoặc miliampere
kê được cải tiên đế đo điện trở.
Nhiều loại đồng hồ vạn năng có khả năng
đo điện trở với ba khoảng đo: Rxl, RxlOO, và
RxlOK (Rx 10000). Điều này có nghĩa là đồng hồ
có thế đo từ 0 đến 200 Q trên thang Rxl, và 0
đến 200 kQ trên thang RxlOO. Trong khoảng
RxlOK, có thế đo từ 0 đến 20 MQ. Thang đo
đồng hồ phải nhân với 100 hoặc 10000 dể nhận
được giá trị thích hợp. Bằng cách thay các linh
kiện điện trở, có thể thay đổi các khoảng đo
điện trở trên ohm kế. Hình 1-19 minh họa ohm
kế cơ bản sử dụng ampere kế 1-mA với các cải
tiến thích hợp. Chú ý cách thức pin được dùng
làm nguồn điện, cần tắt nguồn này mỗi khi đọc
sô đo điện trở của mạch. Ohm kế có nguồn điện
riêng, không được nối vào mạch đang có điện,
do điều này sẽ làm hư đồng hồ đo điện trở.
Điều chỉnh ohm kế cho kim đồng hồ chỉ giá
trị zero trước khi bắt đầu đo điện trở. Đây là sự
điều chỉnh mạch đồng hồ để bù cho các thay đổi
điện áp của pin nguồn. Điện áp của bộ pin giảm
theo thời gian sử dụng đồng hồ. Điều này hâu
như không ảnh hưởng đến kết quả đo.
Hình 1-19. (A) Mạch cơ bản của ohm kế. (B) Các dầu
dây kiểm tra nối chéo (ngắn mạch) để có thể điều
chỉnh diện trở đưa đổng hồ về giá trị zero. (C) Các
đầu dây kiểm tra chạm vào diện linh kiện điện trở để
đo giá trị diện trở.
Một sô' đồng hồ yêu cầu nguồn điện ngoài.
Các mạch điện tử sử dụng đèn điện tử hoặc
transistor để cải thiện khả năng đo. Hình 1-20
minh họa volt kế kỹ thuật số (digital) được xác
lập để đo điện áp dc.
• Đổng hổ digital. Đồng hồ digital hoàn toàn là
điện tử, sử dụhg các mạch in và vi mạch tích
hợp (IC) để đo đạc, tính toán điện áp, điện
trở, và dòng điện, không sử dụng cuộn dây
hoặc nam châm.
Đa sô' các đồng hồ này đều có nhiều khoảng
đo điện áp. Mỗi khi đo, cần chọn khoảng điện
áp thích hợp. Một sô' đồng hồ có tính năng tự
động chọn khoảng đo. Chúng chọn khoảng đo
thích hợp và đo điện áp không cần chọn trước,
nhưng người sử dụng phải chỉ rõ đại lượng cần
đo: volt, ohm, hay ampere.
Đồng hồ digital lấy mẫu mạch điện 5 lần
trong một giây và hiển thị giá trị trung bình để
có số đo chính xác. Sai sô' chỉ khoảng 0.01 V, độ
chính xác này là quá đủ cho hầu hết các ứng
dụng thực tiễn.
, Đổng hồ digital có độ chính xác cao và dễ sử
dụng. Bạn chỉ cần xác định tính năng cần thiết
16
trên đồng hồ, sau đó chọn ohm, sử dụng các đầu
dò qua linh kiện điện trđ để đo điện trở. Nếu đo
mA, bạn mắc đồng hồ vào mạch điện cần đo một
cách thích hợp. Nếu đo điện trở, cần nhớ không
câp điện cho mạch trong khi đồng hồ đang được
mắc trong mạch.
Loại đồng hồ này râ't tôt, nhưng có thể bị hư
hại, nếu xác lập để đo điện trở (ohm) trong khi
đo điện áp (volt). Màn hiển thị có thể bị hư hỏng
hoàn toàn khi để hiển thị quá lâu hoặc đông hô
bị rưi trên nền cứng. Đê kéo dài tuổi thọ bộ pin,
nên tát đồng hồ khi không sứ dụng. Giá của
đồng hồ digital giảm nhanh, dần dần thay cho
các loại đồng hồ khác; nhưng trong một sô
trường hợp, đồng hồ D’Arsonval vẫn có ưu thô.
Ghắng hạn, các đồng hồ kim đo cần kim dịch
chuyến để hiểu thị ÇÔ đo. Trong đồng hồ digital,
bạn phải chờ để quan sát các số hiển thị.
Ampere kê' kẹp AC. Các đồng hồ này được
kẹp vào dây dẫn điện ac. Từ trường xung
quanh dây sẽ cảm ứng dòng điện nhò vào
đồng hồ. Thang đo được chuẩn hóa để đo
ampere hoặc volt. Do dây chạy qua vòng kẹp
trên đồng hồ, có thể đo điện áp hoặc dòng
điện mà không cần tác động đến lớp cách
điện của dây. Các đồng hồ này rất hữu ích
khi làm việc vứi động cơ ac.
• Watt kc. Watt kê được dùng đế đo công suât
điện tiêu thụ. Công suất điện là tích số giữa
điện áp và cường độ dòng điện. Watt kế có
hai cuộn điện từ (một cuộn gồm nhiều vòng
dây mành dùng cho điện áp và cuộn thứ hai
r WATTS
Hình 1-21. (A) Mắc watt kế vào mạch do;
(B) Đồng hổ điện kilowatt-giờ.
chỉ có vài vòng dây lớn tải điện). Cuộn điện
áp mắc song song với đường dây vào, và cuộn
dòng điện mắc nôi tiếp với một trong các
dây vào. Hai cuộn này là tĩnh tại và được
mắc nôi tiếp với cuộn di động. Cường độ các
từ trường xác định mức dịch chuyên của cuộn
di động. Kim quay, chi số đo trên thang đo
được chuẩn hóa theo watt. Theo cách đó,
watt kế đo cồng suất tiêu thụ trong một đơn
vị thời gian, Hình 1-21.
Để đo công suất điện tiêu thụ trong các thời
gian dài có thế sử dụng đồng hồ kilovvatt-giờ
(kWh). Đồng hồ kWh (điện kế) đo công suât
điện tiêu thụ trong khoảng thời gian xác định,
chắng hạn một tháng, là cơ sờ để tính chi phí
điện hàng tháng cho các hộ tiêu thụ điện.
Điện kế thực chất là động cơ điện cờ nhỏ.
Moment quay của đồng hồ được tạo ra do nam
châm điện, stator, có hai bộ cuộn dây. Một cuộn
dây, được gọi là cuộn điện thế, tạo ra từ trường
theo điện áp của mạch điện. Cuộn thứ hai là
cuộn dòng điện, tạo ra từ trường tương ứng với
dòng điện tái. Hai cuộn này được bô' trí sao cho
các từ trường của chúng tạo ra lực tác dụng lên
đĩa đồng hồ, tỷ lệ thuận với công suất, watt, do
tải nòi kêt tiêu thụ.
Các nam châm vĩnh cứu được dùng đê tạo ra
lực làm trê, hoặc kềm hãm, tý lệ với tôc độ quay
của đĩa. c.ườngđô từ trưởng r\\u r-ÁQaam chàm
I TRƯỜNG ĐẠI H # c «UY NH0N
TH UýlỆN
W /0 ~ AA-'trf'S
17
Kim
làm trế điều chỉnh tốc dộ đĩa đối với tải cho
trước bất kỳ sao cho mỗi vòng quay của đĩâ luôn
luôn đo cùng một giá trị năng lượng theo wattgiờ. Số vòng quay của đĩa được đổi thành kWh
trên bộ ghi điện kế.
Hầu hết các điện kế đều được lắp vào ổ hoặc
hộp trên tường của kết cấu xây dựng. Tháo đồng
hồ sẽ ngắt nguồn cung cấp điện, nhưng an toàn,
do không tiếp xúc trực tiếp với các dây tải điện
áp cao. Có các loại điện kế chuyên dùng cho điện
ba pha và điện một pha. Các điện kế được cồng
ty cung cấp điện kiểm tra và chuẩn hóa băng
máy tính.
Các kiểu đổng hổ khác
Hiện có nhiều kiểu đồng hồ đo điện áp và dòng
điện. Loại đồng hồ chuyển động D’Arsonval chỉ
là một trong nhiều kiểu thông dụng hiện nay.
Kiểu dẩi căng, về cơ bán là tương tự loại chuyển
động D’Arsonval nhưng có dải xoắn và kéo căng
được dùng để giữ cuộn dây và kim đo giữa các cực
nam châm vĩnh cửu. Ngoài ra, không có điểm
chuyển động nào chạm vào vỏ hộp đồng hồ, do
đó không cần các ổ trục đặc biệt. Dải này dược
vặn xoắn khi lắp vào khung đồng hồ, làm cho
cuộn dây đàn hồi trở lại vị trí ban đầu sau khi
ngắt dòng điện qua cuộn dây đó.
• Điện động lực kế. Đồng hồ kiểu điện động lực
kế không sử dụng nam châm vĩnh cửu. Hai
cuộn dây cố định tạo ra từ trường. Đồng hồ
còn sử dụng hai cuộn di động. Có thể dùng
loại đồng hồ này làm volt kế hoặc ampere
kế, Hình 1-22, nhưng không nhạy bằng loại
chuyển động D’Arsonval.
• Đồng hồ cánh sắt cuộn nghiêng. Kiểu đồng hồ
này được dùng để đo điện ac hoặc dc, trong
các mạch có cường độ dòng điện lớn, có thể
dùng làm volt kế hoặc ampere kế, Hình
1-23.
Hình 1-22. Điện động lưc kế. (A) Mạch khi dược dùng
làm volt kế; (B) Mạch khi được dùng làm ampere kế;
(C) Cấu tạo bên trong.
Ị
Cấu tạo bên trong
Cấu tạo bên trong
Hình 1-23. Đổng hổ cánh sắt cuộn nghiêng.
ĐIỂU KHIỂN ĐIỆN
Để có thể sử dụng, cần điều khiển điện năng
một cách hiệu quả. Điện năng phải hiện diện ơ
vị trí yêu cầu vào đúng thời điểm thích hợp. Nếu
không đạt được điều này, có thế dẫn đến các
nguy cơ lớn, thậm chí cháy nổ hoặc chết người.
Có thể điều khiến điện bằng cách dùng công tắc,
relay, hoặc diode. Các thiết bị này được dùng đế
hướng dòng điện đến nơi cần sử dụng. Từng
thiết bị được lựa chọn cẩn thận để thực hiện
công việc theo đúng chức năng. Ví dụ, relay được
dùng cho việc điều khiển từ xa, diode dùng để
điều khiển các dòng điện lớn và nhỏ trong thiết
bị điện và điện tử. Diode là linh kiện chỉ cho
dòng điện đi qua theo một chiều, có thể dùng đê
chỉnh lưu điện ac thành dc.
Cong tắc
Có nhiều loại công tắc được dùng trong điều
khiển điện. Từng loại công tắc đều có tên riêng,
phản ánh chức năng chính của chúng. Ví dụ,
công tắc đơn cực một vị trí (SPST) chính là loại
đơn cực dịch chuyển theo một trong hai chiều để
tạo hoặc ngát nôi kết giữa hai diêm. Trong vị trí
ngắt (off), các tiếp điểm khồng tiếp xúc với
nhau, dòng electron bị gián đoạn, Hình 1-24.
Công tắc hai cực hai vị trí (DPDT) có thể
được dùng để điều khiển đồng thời nhiều mạch
&ện; đáo chiều quay của động cơ dc bàng cách
đảo cực tính, Hình 1-25.
18