SMCT EP1
GIỚI THIỆU VÀ
THỰC HÀNH VỀ
HỆ THỐNG ĐIỆN
KHÍ NÉN

0


MỤC LỤC
Phần A :

Phần B :

LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ ĐIỆN HỌC
Dòng điện là gì?........………………………………………….
Tĩnh điện……..………………………………………………
Pin, dòng 1 chiều …..…..………………………………….
Ắc qui……. …………..………………..…………………...
Máy phát…..…………..…………………………………….
Các định luật cơ bản……..…………………………………….
Mạch cơ bản……….……………………………………....
Định luật Ohm………………………………………….…..
Đoạn mạch nối tiếp..……………………………………....
Đoạn mạch song song..……………………………….…..
Định luật Kirchhoff………………. …………………….
Hiện tượng từ tính……………. ……………………………….
Từ trường…………………………………………….……..
Điện từ trường……………………………………………..
Hiện tượng cảm ứng………………………………………
Nguyên lý máy phát điện, dòng điện xoay chiều……….

Máy biến áp ……………….……………………………….
Cuộn hút điện từ ………………………………….……….
Lực điện từ và khe khí…………………..……………...
Quá kích ở cuộn hút 1 chiều.…….……..……………...
Dòng điện xoay chiều và 1 chiều..……..……………...
Nguồn xông /giữ………………..……..……………...
Lệch pha………………….……..……..……………...
Vòng ngắn mạch……………...…..…..……………...

3
3
3
4
4
4
4
5
5
6
6
6
6
7
7
7
8
8
9
9
10

10
10
11

CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐIỆN – KHÍ NÉN:
Công tắc từ chuyển mạch của xi lanh..……………………….
Nguyên lý……..………………………………………………
Phương pháp lắp đặt công tắc…………………………….
Lắp bộ chuyển mạch....………………..…………………...
Máy phát…..…………..……………………………..……….
Sự chọn lựa…….……..……………………………..……….
Van điện từ…….…………..…………………………….……….
Tác động trực tiếp……..…………………………………….
Nguyên lý skinner……….……………………………….
Van công suất…….……..……………………………….
Tác động bằng khí..…..…………………………………….
Nguyên lý ……….…………………….………………….
Độ tin cậy…….……..…………………………………….

12
12
12
12
13
13
14
14
14
15
15

15
16

1


Phần tử điều khiển..…………………………………………...
Role………………………………..…..……………………..…
Nguyên lý…………….………………….. ………………..
Đặc tính tiếp điểm… ……..……………………………….
Chức năng role..………………………………….……….
Role chân cắm…………………………………..…………
Role mạch in…………………………………….…….……
Chức năng đặc biệt………………………………………..
Role chốt……………..…….……….………………………
Role thời gian………..…….……….………………………

17
17
17
17
17
17
17
18
18
18

Phần C


Thiết kế mạch
19
Các tiêu chuẩn……. ………………………………………….. 19
Bố trí sơ đồ……………….………………………………... 19
Mạch điện - khí nén……………………………………………. 20
Mạch cơ bản…………………..…………………..……….. 20
Mạch nhân tiếp điểm..………………………………….. 20
Mạch giữ……………………………………………….... 20
Mạch đảo tiếp điểm………………………….……….... 22
Mạch định thời ……………………………………….…. 22
Xilanh chuyển động lập lại……………………..… 23
Đèn chớp…………………………………………. 23
Mạch xung………………..……………………..… 24
Chuyển động lặp lại thay đổi………………….…. . 24
Điều khiển trình tự (đk chuỗi).……………………………….. 24
Phương pháp thử và sai...………………………………... 24
Hệ thống bậc thang…..….………………………………... 28
Nguyên lý bước…..……………………………………………. 31

Phần D

Phụ lục
Hệ đơn vị SI………. …………………………………………..
Ký hiệu theo chuẩn IEC.…….………………………………...
Thiết bị dẫn điện và kết nối……………………………….
Thiết bị đèn và tín hiệu………..…………………………..
Phương pháp và thiết bị tác động……………………….
Kí hiệu tiếp điểm…………………………………………..
Ví dụ kí hiệu hoàn chỉnh…………………………………..
Role cơ điện……………..…………………………………

Các cấp bảo vệ……….………………………………………..
Thư viện các mạch phụ..…….………………………………...
Mạch khởi động…….………………………………………..
Khởi động trực tiếp..…….………………………………...
Khóa nguồn an toàn bên trong.……………………………..

32
32
32
32
33
34
35
36
37
37
39
39
39
40

2


A.

LÝ THUYẾT CƠ BẢN VỀ ĐIỆN HỌC

I.


Thế nào là dòng điện?

1.

Dòng tĩnh điện:

“Điện” có nguồn gốc trong thế giới của người Hy Lạp cổ. Với một thanh hổ phách được
thừa nhận có lực lạ trong nó đã hút tóc chúng ta và sinh ra tia lửa. Tên của hổ
phách theo tiếng Hy Lạp là elektron và lực lạ đó có tên là điện. Hiện tượng
huyền bí này được gọi là tĩnh điện, và chúng ta biết rằng có một điện trường ở
xung quanh vật thể mang điện tích, tương tự như từ trường.
Thế nhưng, cho đến nay, người ta vẫn chưa tìm được câu trả lời chinh xác: “thế nào là
dòng điện?” Bởi vì chúng ta chỉ nghiên cứu, mô tả những tác dụng của nó và
biết răng có những thứ gì đó đã làm thay đổi những hạt electron trong kim loại
nhưng không biết chính xác đó là cái gì.
Tĩnh điện không thể sử dụng như một nguồn cung cấp năng lượng. Điện áp của nó có thể
sẽ rất cao, nhưng không có dòng điện và khi xả , những thứ trong nó sẽ biến
mất cho đến khi có ma sát tạo ra 1 trường mới.

2.

Pin, dòng điện một chiều:

Nhà vật lý người Ý, Count Alessandro Volta (1945 – 1827) người đã có nhiều phát minh và
khám phá quan trọng về Pin. Pin bao gồm 2 bản cực kim loại khác nhau được
nhúng vào dung dịch nước axit. Phản ứng này sinh ra dòng điện. Để tăng công
suất, Volta đã xếp nhiều bản cực này lại để tận dụng nguồn năng lượng điện.
“Pin Volta” này được sử dụng trong thời gian dài. Điện áp phụ thuộc vào loại
kim loại được sử dụng làm các điện cực. Với thành phần như trên, chúng ta
gọi là “Pin khô”.

Nhà vật lý người Ý, giáo sư y khoa L. Galvani (1937 – 1798) đã phát minh ra “Pin ướt” hay
còn gọi là “Pin Galvanic”. Một pin galvanic cơ bản là một bình chứa axit
sulfuric loãng (được xem như chất điện phân), một thanh kẽm và một thanh
đồng. Thanh đồng mang điện tích dương và thanh kẽm mang điện tích âm.
Nối 2 thanh này bằng một dây dẫn và sẽ xuất hiện dòng điện chạy trong dây
dẫn này.

Điều gì sẽ xảy ra?
Thanh kẽm giải phóng ion dương vào dung dịch axit, do đó electron âm còn lại bám trên
thanh kẽm. Tiến trình tiếp tục cho đến khi đạt được mật độ điện tử cân bằng .
Hiện tượng tương tự đã xảy ra với thanh đồng. Nhưng cuối cùng, thanh kẽm
tích lũy nhiều eletron âm hơn thanh đồng. Nếu nối 2 thanh này bằng dây dẫn
kim loại thì các electron sẽ di chuyển từ thanh kẽm sang thanh đồng: một dòng
điện đã được tạo ra.

3


Khi pin hoạt động, các electron trong chất điện phân di chuyển từ điện cực kẽm sang điện
cực đồng. Điều này gây nên sự phân hủy chất điện phân. Khí Hydro được sinh ra,
và phủ lên trên điện cực đồng và làm cho các electron ngừng hoạt động. Phần
axit còn lại bám vào thanh kẽm. Điều này làm giảm năng lượng điện động một
cách nhanh chóng. Để tránh hiện tượng này, thanh đồng nên phủ một lớp kim loại
chống ăn mòn để khí Hydro bám vào sẽ hòa vào môi trường nước bằng cách giải
phóng khí Oxy. Điều này cho phép kéo dài tuổi thọ pin.
Sự khác nhau về điện tích của 2 bản cực được gọi là điện thế hay lực điện động và có đơn
vị đo: Volt.
Do vậy, ta có thể trả lời rằng: “Dòng điện là dòng chuyển dời của các hạt mang điện tích”

3.


Ắc quy

Tương tự như pin, nhưng ắc quy sử dụng 2 thanh chì. Chất điện phân này cũng được
nhúng trong dung dịch axit sulfric. Tùy theo điều kiện công tác mà nồng độ dung
dịch khác nhau. Nếu nồng độ dung dịch cao gây ra hiện tượng sun phát hóa bản
cực :
Pb + H2SO4 → PbSO4 + H2
Khi ắc quy phóng điện, khí Hydro sẽ di chuyển đến cực âm của bản cực và phần gốc axit
còn lại sẽ di chuyển đến bản cực thứ 2. Một mặt, khí Hydro kết hợp lại với chì sun
phát để tạo ra chì nguyên chất ở bản cực âm, và mặt khác, axit lại kết hợp với
axit sulfuric theo phương trình phản ứng sau:
H2 + PbSO4 + 2H2O → Pb + PbSO4 + 2H2O
Ngược lại, khi nạp điện cho ắc quy quá trình xảy ra theo hướng ngược lại:
Pb + PbSO4 + 2H2O → PbSO4 + PbSO4 + 2H2O
Ắc quy được nạp có sức điện động 2V. Để được 6V, ta mắc nối tiếp 3 ắc quy thành tổ ắc
quy.

4.

Máy phát:

Máy phát được lai bởi tuabin nước hoặc tuabin hơi hoặc các thiết bị khác. Nguồn năng
lượng khổng lồ được chuyển đổi thành năng lượng điện và phân phối đến nơi tiêu
thụ qua đường dây cao thế.
Nguyên lý hoạt động dựa trên hiện tượng từ tính. Chúng ta sẽ đề cập đến phần này ở các
phần sau.

II.


Những định luật cơ bản:

1.

Mạch cơ bản: là mạch vòng kín, với 3 thành phần cơ bản:

•
•
•

Nguồn cung cấp
Tải
Công tắc

Hình 2.2 Các thành phần của mạch
a. Công tắc mở: đèn tắt
Nguồn cung cấp: pin, acquy, hoặc máy phát.

b. Công tắc đóng: đèn sáng

4


Tải: đèn, cuộn dây, … Nếu không có thành phần này, hai cực của nguồn điện nối với
nhau sẽ trở nên ngắn mạch. Vì: dòng điện của nguồn cung cấp sẽ là lớn nhất, do
đó dây dẫn sẽ nóng lên và tan chảy. Vì thế, người ta thường sử dụng cầu chì để
bảo vệ.
Công tắc: dùng để ngắt sự hoạt động của tải. Công tắc có ở bất kỳ vị trí nào trong
mạch có tác dụng để đóng hoặc ngắt mạch.
2.


Định luật Ohm:

Miêu tả mối quan hệ giữa Điện áp, dòng điện và điện trở. Có thể so sánh:
Điện áp với áp suất :đều có thế năng
Dòng điện với lưu lượng khí: có được bởi điện thế khác nhau.
Điện trở với dung tích: Nghịch đảo của điện trở gọi là điện dẫn G và có đơn vị S
(Siemens). S = 1/W.
Trong khí nén, điện dẫn G tương đương với diện tích tiết diện mm2 hoặc so sánh với
hệ số lưu lượng Kv hay Cv.
Một số vật liệu như sứ, thủy tinh không cho phép trao đổi electron nên nó không cho
dòng điện đi qua , điện trở của nó vô cùng và gọi là chất cách điện.
Định luật: Điện áp trong đoạn mạch được tính bằng dòng điện nhân với điện áp
U=IxR
V=AxΩ
Ngoài ra, ta còn có các công thức sau được suy ra rừ định luật Ohm:
A = V/ Ω
Ω = V/ A
•
•
•

3.

Đoạn mạch mắc nối tiếp:

Tổng điện trở trong đoạn mạch mắc nối tiếp:
RΣ = R1 + R2 + R3 + ….+ Rn
Hình 2.4a minh họa 3 điện trở có các giá trị khác nhau và mắc nối tiếp với nhau. Trong
đoạn mạch mắc nối tiếp này, dòng điện đi qua là bằng nhau và bằng dòng điện

trong mạch. Theo định luật Ohm, điện áp rơi trên mỗi điện trở được tính như sau:
Udrop = A x Ω.

Ở hình 2.4: RΣ = 3.5 Ω, I = 2A, U = 12V
Udrop1 = A x R1 = 2 x 1 = 2V
Udrop2 = A x R2 = 2 x 2 = 4V
Udrop1 = A x R3 = 2 x 0.5 = 1V
ΣUdrop = A x RΣ = 2 x 3.5 = 7 V

5


4.

Đoạn mạch mắc song song:

Trong đoạn mạch mắc song song, dòng điện đi qua cùng lúc các điện trở và tổng điện
trở nhỏ hơn điện trở mỗi thành phần và được tính bằng tổng nghịch đảo của
mỗi thành phần:
RΣ = 1/R1 + 1/R2 +….+ 1/Rn

Trên hình 2.5, các điện trở là mắc song song, vì thế, tổng điện trở là:
RΣ =1/20 + 1/20 + 1/50 = 0.17 Ω
Tổng dòng điện: I = 1.7A
5.

Định luật Kirchhoff:

Mô tả dòng điện được đi qua tải như thế nào trong đoạn mạch mắc song song.
Định luật đơn giản: Dòng điện tổng bằng tổng dòng điện các thành phần, hay:

I Σ = I1 + I2 + I3 + …. + In

III.

Hiện tượng từ tính

1.

Từ trường:

Nếu một thanh sắt được đưa vào nơi có từ trường, thanh sắt này sẽ bị nhiễm từ. Điều
này cho thấy lực của từ trường đã hút những thanh sắt. Hãy làm một thí
nghiệm điển hình: Rắc mạt sắt trên một tấm bìa cứng , và đặt tấm bìa trên một
nam châm, gõ nhẹ tấm bìa, ta thấy những mạt sắt này sắp xếp thành những
đường cong xác định.Gọi là cực Nam và cực Bắc.
Nếu treo nam châm trên một sợi dây, có một cực luôn luôn chỉ về hướng Bắc, đó là cực
Bắc, và cực còn lại là cực Nam.

Đường cong sắt từ được biểu diễn trên hình 2.6a.
Những thanh nam châm có thể xếp thành 1 chuỗi nối tiếp nhau. Khi để 2 cực nam châm
(của 2 thanh nam châm) cùng cực gần nhau thì chúng sẽ đẩy nhau, và ngược
lại, 2 cực ngược chiều thì chúng sẽ hút nhau.

6


2.

Điện từ trường:


Dòng điện và nam châm có quan hệ tương tác với nhau, và không thể tách rời nhau:
dòng điện trong dây dẫn sẽ phát sinh từ trường (minh họa hình 2.7a). Từ
trường được nhìn thấy gọi là “những đường cong từ”, và là những đường tròn
đồng tâm.

3.

Hiện tượng cảm ứng:

Có hiện tượng khác: nếu một dây dẫn chuyển động trong từ trường, sẽ có một dòng
điện được tạo ra. Hình 2.7b minh họa điều này: số chỉ của Ampe kế tại vị trí 0
trước khi đặt vào từ trường và quay ngược chiều đồng hồ khi dây vẫn đặt
trong từ trường.

Sự sản sinh dòng điện trong dây dẫn bằng cách thay đổi từ trường gọi là “hiện tượng
cảm ứng” điện từ. Hiện tượng này được ứng dụng trong “máy phát điện” nơi
mà dòng điện được cảm ứng trong cuộn dây và quay trong trong từ trường
tĩnh. Dòng điện xoay chiều trong mỗi lần tác động trong từ trường và chúng ta
gọi là dòng điện xoay chiều.

4.

Nguyên lý của máy phát điện, dòng điện xoay chiều

Quay vòng dây trong từ trường giữa 2 cực của nam châm, sẽ xuất hiện dòng điện cảm
ứng trong vòng dây. Hai đầu vòng dây được nối với 2 phiến góp trên có 2 chổi
điện luôn tì sát vào chúng.

Khi quay vòng dây, do chổi điện luôn tiếp xúc với phiến góp nối với thanh dẫn nằm ở
cực Bắc, dòng điện sẽ có chiều từ trên xuống dưới. Nên chúng ta gọi là dòng

điện dương. Ngược lại, chổi B luôn tiếp xúc với thanh dẫn nằm dưới cực
Nam, nên gọi là cực âm.
Trên hình 2.8, nếu chúng ta nhìn từ hướng cực Nam, dòng điện trong vòng dây có chiều
là chiều ngược của kim đồng hồ khi quay nửa vòng dây. Và quay cùng chiều
đồng hồ khi vòng dây quay lên trên cực Bắc. Vì thế, dòng điện đã đổi chiều tại
mỗi nửa vòng quay.

7


Giải thích:
Tại nửa chu kỳ dương: Ở vị trí 1, vì vòng dây vẫn đứng yên nên chưa có dòng điện.Tại
điểm 2, khi vòng dây bắt đầu quay , đã bắt đầu có dòng điện, dòng điện càng
tăng dần lên đên điểm cực đại ở vị trí 4 và bắt đầu giảm dần đến vị trí 7.
Tại nửa chu kỳ âm: Hiện tượng cũng xảy ra tương tự từ vị trí 7 đến vị trí10 và tiếp tục chu
kỳ mới.

5.

Máy biến thế:

Bao gồm hai (hoặc một) cuộn dây, quấn quanh lõi sắt như minh họa hình 2.10a. Dòng điện
xoay chiều không những tạo ra trong từ trường xoay chiều, mà còn ngược lại:
một từ trường xoay chiều cũng sản sinh ra dòng điện xoay chiều trong cuộn dây.
Vì thế, sự đổi pha giữa dòng điện và điện áp cũng như sự thay đổi giữa 2 từ
trường được biểu diễn trên hình 2.10b:

Ở hình 2.10B, cuộn sơ cấp có số vòng dây nhiều hơn cuộn thứ cấp. Nguồn AC của máy
phát xoay chiều có điện áp cao và dòng điện thấp. Ở cuộn thứ cấp số vòng dây ít
hơn, do đó điện áp thấp va dòng điện cao, Vì thế công suất của máy biến thế

được tính bằng dòng điện x điện áp. (P = U x I ). Vì thế chúng ta phải có sự lựa
chọn máy biến áp có điện áp cao và dòng thấp (máy biến áp cao áp)và ngược lại.

6.

Cuộn hút điện từ:

Dây dẫn được quấn quanh ống dài – ống được làm bằng vật liệu không nhiễm từ , được
minh họa ở hình 2.11a: cuộn dây với những đường xuất từ giống bơm tạo ra
dòng chảy mạnh .
Tại những điểm mà đường sức từ đi vào và đi ra , gọi là “cực”, giống như thanh nam
châm, nó cũng chỉ ra cực Nam va cực Bắc.
Với sự hiện diện của thanh sắt, từ trường tăng lên rất nhiều. Bởi vì từ trường di chuyển
trong thanh sắt dễ dàng hơn so với khi di chuyển trong không khí.
8


Hình 2.11b, biểu diễn sự nâng của nam châm trong thực tế. Bao gồm thanh sắt hình
chữ U . Một cuộn dây nằm giữa thanh sắt. Phần ứng hình chữ U có thể di chuyển
về phía thanh sắt khi cuộn dây có điện. Mạch sắt từ này có 3 khe hở không khí để
có lực hút lớn nhất .Lực này dùng để di chuyển các cơ cấu cơ khí, van điện từ, vị
trí đóng mở luân phiên.
a. Lực từ và khe hở không khí:
Lực từ phụ thuộc rất nhiều vào khe hở nhất thời giữa 2 cực sắt.
Sơ đồ hình 2.2 mô tả điều này: Giữa phần ứng và cực cố định có khoảng cách 0.6mm
thì lực tác dụng là 4N.
Khi hoạt động ở nửa hành trình, có nghĩa là ở khoảng cách 0.3mm, lực tác dụng là 6N
Trước khi kết thúc hành trình tại vị trí 0.1mm, lực tác dụng sẽ trên 12N
Điều này cho thấy sức hút của nam châm đối với hành trình làm việc của tải là có giới
hạn. Vì thế, lực và tốc độ tăng lên nhanh chóng trong suốt hành trình.


b. Hiện tượng quá kích của cuộn hút một chiều:
Thời gian đáp ứng của cuộn hút DC sẽ được rút ngắn khi cấp nguồn điện lớn hơn điện
áp định mức của nó trong vài mili giây. Khi phần ứng đi hết hành trình thì có thể
giảm điện áp cấp xuống còn ½ định mức, điều này làm giảm sự sinh nhiệt và thời
gian ngắt điện.

9


c.

Dòng điện xoay chiều và một chiều:
i.
Xông nguồn / Giữ nguồn :
Đối với cuộn hút AC, có 2 vấn đề:
từ tính thay đổi theo vị trí phần ứng
dòng điện hạ xuống 0 hai lần trong một chu kỳ
Từ tính thay đổi mạnh theo vị trí của phần ứng. Ban đầu, khe khí cực đại, lực từ và từ
kháng nhỏ, dòng điện lớn chạy qua cuộn dây. Khi khe khí giảm, từ tính tăng lên
và dòng điện giảm xuống. Điều này phản ánh bởi 2 khái niệm của cuộn hút AC
là: Nguồn xông và nguồn giữ. Sự khác biệt của chúng được chỉ ra ở bảng sau:
Loại
cuộn
hút
Tần số

Nguồn xông VA

Nguồn giữ VA


Nguồn DC W

50 Hz

60 Hz

50 Hz

60 Hz

VZ

4.5

4.2

3.5

3.0

1.8

VF

5.6

5.0

3.4


2.3

1.8

Trong trường hợp DC, dòng và áp không đổi nên công suất tính đơn giản là: W=V.A.
Trong trường hợp xoay chiều, dòng và áp thay đổi một cách ổn định. Dòng hay áp xoay
chiều, tác động giống như dòng điện 1 chiều nào đó, biến đổi từ 0 tới x. 2 .
Điện áp đỉnh của nguồn AC 24v đo được gần bằng 34V. Để phân biệt nguồn DC
và AC, nguồn AC được mô tả dạng vôn-ampe.
Do dây dẫn không dẫn điện hoàn toàn, nó có trở kháng ‘ Ohmic’, nên gây ra độ trượt pha.
Ở động cơ xoay chiều, có hệ số cos φ chính là góc lệch pha và công suất trung
bình là:
P= Ueff. Ieff . cos φ với Ueff: điện áp hữu ích; Ieff: dòng điện hữu ích.( 1/ 2
giá trị đỉnh)
Công suất thực tính theo Watt, Công suất nguồn tính theoVA.
Nếu phần ứng bị kẹt, dòng điện sẽ không suy giảm, cuộn dây sẽ phát nhiệt cho đến khi
chất cách điện bị nóng chảy, từ từ sẽ làm cuộn dây bị ngắn mạch và cháy.
Lệch pha:
Hình 2.13 vẽ ra độ lệch pha và trở kháng Z- tổng của điện trở và cảm kháng. Giá trị trở
kháng tính bằng Ohm và phụ thuộc độ lệch pha.
ii.

Z=

R điện trở 2 + R cảm kháng 2

10



TỈ số R trở kháng / R điện trở là tang của góc φ. Ở hình 2.13, độ lệch pha là 60o ,
tang 60o= 1,732, vậy cảm kháng cao hơn 1,732 lần so với điện trở. Nếu điện trở là 100
Ω thì cảm kháng là 173,2 φ và trở kháng là 200 φ.
Vòng ngắn mạch
Khi dòng điện xoay chiều về 0, lò xo sẽ đẩy phần ứng về lại. Sau đó dòng điện lại tăng
lên, phần ứng lại bị hút xuống. Với dòng điện 50 Hz thì phần ứng sẽ bị dao
động hàng trăm lần / giây , điều này gây ra tiếng ồn và giảm tuổi thọ thiết bị.
Ta dùng vòng ngắn mạch để tạo vùng từ trường thứ 2, lệch 90o, lấp vào khi dòng điện bị
mất. Nó chỉ là 1 vòng đồng nhỏ đặt vào vùng đầu của phần ứng cố định, như
vậy thì điện áp của nó sẽ là 0 còn dòng điện là cực đại.
iii.

Hình 2.14 a: từ trường giàm về 0 hai lần trong 1 chu kỳ
b: từ trường thứ 2 tạo ra do vòng ngắn mạch.

11


B.

CÁC THÀNH PHẦN CỦA ĐIỆN – KHÍ NÉN:

I.

Công tắc từ chuyển mạch của xi lanh :

1.

Nguyên lý:


Có 2 loại công tắc xilanh: - tiếp điểm lẩy – tiếp điểm chất rắn
Tiếp điểm lẩy tiếp xúc bằng cơ khí có tuổi thọ cao nhất khoảng vài chục triệu chu kỳ đóng
ngắt, phụ thuộc giá trị dòng điện
Hình 3.1 miêu tả đặc tính điển hình của tiếp điểm rơ le. n – số lần đóng ngắt; W – phụ
thuộc công suất tải.
Tiếp điểm chất rắn là loại điện trở nhạy từ trường. Khi
không có từ trường xung quanh, giá trị điện trở của
nó rất cao, khi có từ trường thì điện trở nó giảm mạnh
gần như về 0. Đây là loại co khả năng làm việc tần số
cao, tuổi thọ bền.

Cách gắn công tắc lên xi lanh:
Ngoài cách gắn chuyên dụng cho các actuator đặc biệt (loại xoay, trượt) , có 3 cách chính
để gắn công tắc lên xi lanh:
Vành nẹp:
a.
Phương pháp này an toàn nhất. Miếng nẹp thép quấn quanh xi lanh có phủ lớp cao su
chống trượt và được siết chặt bằng màn chắn lò xo thông qua đai-ốc.
b.
Gắn lên thanh ray:
Một vài xilanh nhỏ và có các thành phần khác nhau đòi hỏi phải có thanh ray. Công tắc gắn
cho loại này có một vành khoét lỗ trên đó để vặn ốc giữ vào ray. Do đó, dễ dàng
điều chỉnh.
c.
Kẹp giữ bằng chốt:
Gồm một cái dầm hình dấu ngoặc được gắn cố định trên trục giữ của xi lanh bằng 01 hoặc
02 ốc. Phương pháp này không được an toàn vì công tắc có thể rơi ra bất kỳ lúc
nào.

12



2.

Lắp đặt bộ chuyển mạch:

Theo yêu cầu các ứng dụng thực tế mà ta sử dụng mạch điện. Đầu tiên, ta bảo vệ các
tiếp điểm của công tắc. Khi ngắt mạch có tải cảm ứng - cuộn hút điện từ chẳng
hạn - năng lượng được tích trữ trong nó sẽ phóng điện qua khe hở tiếp điểm
khi ngắt mạch. Tia lửa tạo ra sẽ phá huỷ bề mặt tiếp điểm và ảnh hưởng khả
năng tiếp xúc. Vì tiếp điểm quá nhỏ nên không gắn thiết bị bảo vệ trực tiếp lên
nó được nên ta xem mạch bảo vệ sau AC (hình 3.3 a), và DC (hình 3.3 b).

Sự khác biệt giữa 2 mạch AC và DC: đối với mạch DC thì tụ điện được mắc nối tiếp với
điện trở và mạch AC thì mắc bộ khử song song. Cả 2 mạch đều mắc cuộn cảm
kháng ở đầu vào. Để hiểu rõ chúng ta xem xét mạch điện DC sau:

hình 3.4 a,b mạch mắc với tải và nguồn ắcqui.
a.
Khi công tắc đóng: Hai tiếp điểm lưỡi gà (+), (-) nối liền với nhau, vì thế không
có điện áp giữa chúng và tụ phóng điện. Dòng điện đi qua tải được xác định bởi
điện trở tải.
b.
Khi ngắt mạch: Dòng tải không còn và nguồn áp 24V đặt lên tiếp điểm. Năng
lượng được tích luỹ trong tải sẽ phóng ngược trở lại.
Cuộn cảm kháng cấp trở kháng cao để nhanh thay đổi dòng. Trở kháng cao hơn điện
trở, dòng được nạp trong tải phóng qua tụ điện dễ dàng vì thế tia lửa sẽ không
xuất hiện tại khe khí của công tắc.
Loại mạch AC cũng dựa trên phương thức trên, Nhưng ở đây chúng ta không tìm hiểu.


3.

Sự lựa chọn:

Lựa chọn công tắc cần các yếu tố sau:
Loại điều khiển.
Điện áp.
Dòng điện.
Công tắc (Switch) được sử dụng phổ biến. Chúng có các thông số là áp lớn nhất, dòng
lớn nhất và công suất lớn nhất cho phép. Ví dụ 1 công tắc có thông số 1W,
50V, 1A, thì có

13


thể dùng cho mạch có 20mA, 10V, nhưng không dùng được ở mạch 1mA, 100V mặc dù
chỉ có 0.1W.
Lắp đặt công tắc có tích hợp chỉ thị bằng LED cần điện áp phù hợp với LED, thông số
dòng cần nằm trong dãy yêu cầu. Trong công tắc, không chỉ quan tâm dòng
lớn nhất mà còn quan tâm dòng nhỏ nhất. Khi công tắc làm việc mà dẫn
dòng dưới dòng nhỏ nhất thì LED sẽ không sáng.
Công tắc DC dùng trong các bộ điều khiển chương trình (Programmable controller) đều
có 1 mạch bảo vệ về điện.
Việc lắp Rơle (relay) cần có mạch bảo vệ để hấp thụ dòng ngược từ tải cảm, ...
Những ví dụ này chỉ ra rằng loại công tắc có điều khiển được lắp trong mạch điều khiển:
dùng IC, rơle, PLC. Việc sử dụng không đúng loại sẽ dẫn đến làm giảm tuổi
thọ của công tắc.

II.


Van điện từ:

1.

Hoạt động trực tiếp:

a.
Nguyên lý Skinner
Nguyên lý cấu tạo của van 2 cửa, 2 trạng thái được Skinner phát hiện vào thập niên 30
tại Mỹ được biểu diễn ở hình 3.5a. Phần ứng (cây ti bên trong van) , bao
quanh ống là vật liệu không từ tính, một đầu gắn đệm cao su và tác động
của lực lò xo để làm kín. Khi cuộn hút có điện, phần ứng sẽ được tác động
thắng lực lò xo và khí có thể đi qua lỗ thoát khí dễ dàng.

Hình 3.5b là cấu tạo van 3 cửa, 2 trạng thái, như hình 3.5a nhưng ta có cửa thoát ở bên
trên và đệm cao su.
Để hiểu rõ ưu điểm của nguyên lý chúng ta xem xét chi tiết.
Lực của phần ứng ở vị trí bình thường:
Lực ép:
- Lực của lò xo.
- Trọng lực của phần ứng.
Lực nâng: - Lực của áp lực nguồn cấp ở tiết diện của cửa van.
Lực từ phải thắng được 2 lực ban đầu. Từ trường của cuộn dây sẽ móc vòng qua ống,
tạo lực hút không những thắng 2 lực ban đầu mà hơn nữa để làm tăng
khoảng cách của phần ứng. Lực lò xo cực đại phải chịu được lực của áp lực
và dòng chảy lớn nhất

14



Với hoạt động của nguyên lý SKinner phần ứng (cây ti ở trong) làm kín bằng ron sẽ nhanh
hỏng. Để cải thiện ta lắp thêm 1 lò xo nhỏ như hình 3.6. Việc lắp thêm lò xo sẽ
làm tăng tuổi thọ của ron.

Ron làm kín được đặt trên đĩa đệm . Đĩa này được gắn trên giá đỡ và có thể di chuyển
được. Dưới tác dụng của lò xo phần ứng và lò xo của van, đĩa phần ứng được
nâng lên. Hoạt động này được gọi là giảm sốc để tăng tuổi thọ của ron. Khi mất
diện, đĩa đệm sẽ hạ xuống chặn đường khí vào. (hình 3.6c)
b.
Van công suất
Chỉ có 1 loại van công suất được tác động trực tiếp bằng lực từ, đó là van ống làm kín
bằng kim loại.

Hình 3.8 mô tả hoạt động trực tiếp của van lực điện từ
Loại van ổn đinh kép cần có chốt để giữ ống van ở vị trí cuối vì ở đó không có ma sát và
áp lực khí. Thậm chí khi áp suất cung cấp đạt giá trị cực đại và piston ở vị trí nằm
ngang, ống van có thể sẽ bị dịch chuyển vì rung động hoặc bị chấn động.

2.

Van tác động bằng khí:

Sản xuất loại van như trên hình 3.8 đòi hỏi kỹ thuật cao, qui trình phức tạp dẫn đến giá
thành cao. Các loại van như van ti , van ống làm kín bằng chất đàn hồi chuyển
trạng thái bằng khí nén và dùng cuộn hút tích hợp sẵn để điều khiển áp lực.
a.

Nguyên lý:

15



b.

Độ tin cậy:

-

Hiệu suất cao
Sự thất thoát từ tính làm thay đổi nhiệt và hư hỏng cuộn dây (Vì có khe hở
không khí trong mạch sắt, xung quanh ống. Hơn nữa khe hở không khí chỉ ra
vòng khung thấp hơn sẽ tạo ra lực xuyên tâm trong phần ứng. Thay vì nâng
lên, chúng lại kéo phần ứng vào ngược lại bên trong ống để tăng ma sát.) Do
đó, để có hiệu suất cao, ống phải được làm bằng vật liệu không nhiễm từ

16


CÁC THÀNH PHẦN ĐIỀU KHIỂN
Rơ le:
1.

Nguyên lý:
Rơ le hoạt động như một công tắc điện. Bao gồm cuộn dây có từ trường với lõi
sắt, và một hoặc nhiều tiếp điểm. Nguyên lý như hình 3.12

Bình thường, lò xo sẽ kéo giữ thanh phần ứng ở mức tối đa về bên phải. Một khối làm
bằng vật liệu không dẫn điện đặt trên phần ứng, giữ lá lò xo có tiếp điểm hình
thấu kính ở phía dưới. Phần trên của lò xo lá này hoạt động như chân chung của
công tắc. Hai tiếp điểm khác được gắn ở 2 phía đối diện. Tiếp điểm của lò xo lá

đang tác động đến 1 trong những tiếp điểm này. Tiếp điểm đó được gọi là tiếp
điểm thường đóng (NC).
Khi cuộn dây có điện, tiếp điểm thứ hai sẽ chạm vào chỗ nối chung của công tắc, tiếp điểm
này được gọi là tiếp điểm thường mở (NO).
2.

Đặc tính của tiếp điểm

Thông thường, Rơ le phải có tối thiểu 2 tiếp điểm. Tùy theo nhu cầu sử dụng mà rơ le có 3
hoặc 4 tiếp điểm.
Đối với 1 số ứng dụng, ta cấn quan tâm loại role là ‘đóng trước khi ngắt’ hay ‘ngắt trước
khi đóng’. Loại ‘đóng trước khi ngắt ’ có nghĩa là sẽ đóng tiếp điểm thường hở
trước khi ngắt tiếp điểm thường đóng khi cuộn hút có điện; điều này làm cho tại 1
thời điểm ngắn tất cả đều bị nối với nhau và ở vài ứng dụng điều đólà không cho
phép.
3.

Các chức năng của Rơ le:

•
•
•
•
•

Chuyển đổi tiếp điểm thường đóng sang thường mở và ngược lại
Khuếch đại công suất
Thay đổi điện áp
Chức năng nhớ
Có nhiều tiếp điểm phụ


4.

Role chân đế:

Có nhiều loại Rơ le khác nhau. Dựa vào phương pháp lắp đặt của Rơ le để phân biệt.
Hình 3.13 cho chúng ta thấy 2 loại Rơ le chân đế khác nhau: Loại chân tròn và
loại chân vuông

17


5.

Print Relay

Được thiết kế để hàn trên mạch điện. Có kích thước: 1 x 1 x 1.5 đến 2cm.
Hình 3.14 là 01 ví dụ.

6.

Các chức năng đặc biệt:

Role chốt: có 2 cuộn hút. Hoạt động tương tự như van khí ổn định kép.

Role thời gian:

18



C.

THIẾT KẾ MẠCH

I.

Các tiêu chuẩn

Bố trí sơ đồ
Như sơ đồ mạch khí đã được học trong chương giới thiệu về hệ thống khí, mạch điện
không biểu thị khối hình học mà biểu thị về chức năng các phần tử. Mạch
điện được chia làm nhiều mạch con hay đường dẫn dòng điện (cột dòng
điện), mỗi phần tử mạch bao gồm một hay nhiều công tắc và một phần tử
tiêu thụ (tải). Nguồn cấp được vẽ bằng 2 đường ngang song song.
Mỗi cột dòng điện khác nhau được đánh số thứ tự. Tiếp điểm rơle không vẽ tại cuộn hút
mà vẽ tại đường dẫn mà nó tác động. Xem số đường dẫn được viết tại cuộn
hút của rơle, ta sẽ tìm được tiếp điểm. Mặc khác, tiếp điểm và cuộn hút điều
có chung 1 kí hiệu. Sơ đồ mạch như hình 4.1

Trong khi tiêu chuẩn của Mỹ (JIC, năm 1947) có các kí hiệu riêng biệt cho công tắc giới
hạn (ngắt cuối) ở trạng thái nghỉ, thì tiêu chuẩn Châu Âu (Ví dụ BS 3939)
không biểu diễn theo nguyên tắc trên. Điều đó chứng minh rằng con người
mà vào 1 lúc nào đó tạo ra tiêu chuẩn JIC biết họ đang nói về cái gì (câu này
còn được hiểu: Điều đó được minh chứng bằng việc ta có thể hiểu bản vẽ
nói gì vào 1 lúc nào đó). Không những chỉ ra tính thực tế mà còn làm dễ
dàng để đọc mạch điện khi các tiếp điểm được vẽ ở trạng thái nghỉ (công
tắc giới hạn).

19



Như JIC, Chúng ta sử dụng 4 kí hiệu cơ bản của ngắt cuối là: Thường mở (N.O), thường
mở được giữ đóng, thường đóng (N.C.), và thường đóng được giữ mở. Chú ý sự
khác biệt giữa tiếp điểm b0 ở cột 3 và a1 ở cột 4. A+ sẽ được cấp nguồn tức thì
khi rơle CR được cấp nguồn. Công tắc b0 làm việc, mặc dù tiếp điểm là thường
mở.
Tiêu chuẩn Mỹ có thể có ích cho kĩ thuật bên ngoài USA. Sơ đồ điện JIC được dùng rộng
rải ở Châu Âu cho lập trình PLC và có “Sơ đồ hình thang”. Chúng ta vẽ mạch
trong cả 2 hệ thống.

II.

Mạch điện – khí nén

Tuỳ vào mức độ phức tạp, Mạch điều khiển có thể được thiết kế không dùng phân tính
logic trước. Khi tiến hành phương pháp, Sơ đồ mạch được vẽ bằng phương thử
và sai. Phương pháp này ứng dụng cho mạch điện dễ hơn mạch khí.
Chúng ta xem xét một số mạch cơ bản. Các mạch này có thể là 1 mạch nhỏ và lưu trữ
trong thư viện phụ lục (SC library).
1.

Các mạch cơ bản:

a.
Mạch nhân
Để thực hiện mạch nhân của 1 nút ấn đơn với rơle, chúng ta giả sử rằng ấn nút pb1, hai
chức năng được kích hoạt đồng thời là đèn sáng và xilanh di chuyển ra. Nếu 2
chức năng này luôn luôn song hành với nhau thì ta có thể dùng nút ấn chỉ có 1
tiếp điểm NO để kích hoạt chúng; nếu 1 trong 2 chức năng còn được kích hoạt
bởi công tắc khác (ở hình 4.2 là cuộn hút A) thì ta phải dùng nút ấn có 2 tiếp điểm

NO hay là role phụ có 2 tiếp điểm riêng biệt trở lên.
Ở hình 4.2, xilanh di chuyển khi ta ấn công tắc pb1 hay pb2; Đèn L chỉ sáng khi pb1 được
ấn. Như giới thiệu ở trước thì nguồn cấp được vẽ là 2 đường thẳng song song,
theo tiêu chuẩn Châu Âu.

b.
Mạch giữ:
Mạch giữ gồm 1 rơle, 1 nút ấn ON cho ở hình 4.3a trong trạng thái ban đầu (trạng thái
nghỉ). Ắcqui đang cấp 1 nguồn áp, nhưng chưa có dòng trong mạch do mạch hở.
Một đầu của cuộn hút rơle được nối với nguồn âm của ắcqui thông qua tiếp điểm
thường mở (nút ấn, tiếp điểm rơle).
Ở hình 4.3 b Ta tác động nút ấn ON. Cuộn hút của rơle được cấp nguồn qua tiếp điểm của
nút ấn ON và tiếp điểm của rơle thay đổi trạng thái, tiếp điểm thường mở của rơle
sẽ đóng cấp nguồn cho cuộn hút.
Ở hình 4.3 c khi ta nhả nút ấn ra, rơle vẫn được cấp nguồn thông qua tiếp điểm của rơle.

20


Mạch được biểu diễn ở hình 4.3 là không hoàn chỉnh; cuộn hút sẽ được giữ cho đến khi
hết nguồn ắcqui, trong trường hợp bình thường nguồn cấp sẽ được cắt. Việc ngắt
nguồn có thể điều khiển bằng tay với tiếp điểm thường đóng như hình 4.4

Đường nối từ cực âm tới cuộn hút chạy qua tiếp điểm thường đóng của nút ấn ‘Off ’. Như
ở hình 4.3c, khi ấn nút ‘ Off ’, cuộn hút sẽ mất điện và khi thả ra thì mạch vẫn bị
hở và cuộn dây vẫn không có điện.
Hình 4.3, 4.4 dùng giải thích cho sơ đồ mạch cơ bản. Nhưng trong các bản vẽ thì không vẽ
cuộn dây và tiếp điểm của nó thành 1 cụm mà vẽ riêng lẽ. Hai thành phần này sẽ
có các đường dẫn khác nhau. Chúng ta xem từng bước theo các sơ đồ sau:


Hình 4.5 a được vẽ giống như hình 4.3 nhưng có sự thay đổi nhỏ về vị trí. Trong hình a thì
rơle và tiếp điểm có liên quan với nhau, ví dụ R1. Trong hình b biểu diển sơ đồ
của hình a theo phương thức riêng biệt. Một rơle có thể có vài tiếp điểm, tạo
nhiều không gian cho sơ đồ, Mỗi cột được đánh số, vị trí của tiếp điểm rơle được
ghi dưới vị trí cuộn hút.
Nói chung, nguồn được vẽ 2 đường thẳng song song là 2 cực. Như hình 4.5 c ta thêm vào
nút ấn OFF (tiếp điểm thường đóng N.C). Khi ấn nút OFF thì mạch rơle mất
nguồn, không có gì thay đổi khi nút ấn OFF thả ra.

21


Hình 4.6 Là sơ đồ mạch điện theo tiêu chuẩn IEC.

Mạch đảo tiếp điểm:
c.
Công tắc của Xilanh A (Ngắt cuối) có 1 tiếp điểm thường mở. Nhưng yêu cầu là tiếp
điểm thường đóng, cần rơle để đổi trạng thái (đảo). Chúng ta xem ví dụ.
Như hình 4.2 ở trên, Xilanh A chỉ trở về ban đầu (xilanh A ra hết) khi nút ấn pb1 nhả ra,
trước đó thì xilanh A ở trạng thái ngược lại (trước đó xilanh A ở vị trí vào hết).
Bây giờ thì mạch điện mở rộng gồm 2 mạch cơ bản là mạch giữ và mạch đảo.

Trong hình 4.7a Công tắc a1 (ngắt cuối) được vẽ là thường đóng. Nhưng thường tiếp
điểm này là thường mở nên dùng rơle để có tiếp điểm thường đóng như hình
4.7b. Sơ đồ mạch khí được vẽ như hình 4.2.
Mạch định thời:
•
Xilanh lặp lại.
Ta cần 2 rơle thời gian cho mạch, xilanh A sẽ lập lại hành trình tiến hay lùi với thời gian
trễ duy trì ở mỗi cuối hành trình dựa vào 2 role thời gian. Cả hai cuộn hút được

cấp nguồn thông qua rơle thời gian như hình 4.8.

d.

22


•
Đèn nhấp nháy
Chức năng tương tự có thể thực hiện chỉ với role thời gian và role trung gian.
Khi công tắc Start đóng, rơle thời gian T1 có nguồn và đèn sáng.
Sau thời gian đặt, Tiếp điểm T1 ở cột 3 đóng cấp nguồn cho rơle R1 và rơle thời gian
T2. Tiếp điểm thường đóng của R1 ở cột 1 sẽ mở ra đèn tắt, T1 mất điện,
tiếp điểm T1 ở cột 3 mở ra, đồng thời tiếp điểm thường mở R1 ở cột 4 đóng
lại. R1, T2 được cấp nguồn thông qua tiếp điểm thường mở R1 và tiếp điểm
T2 ở cột 4.
Sau thời gian đặt, tiếp điểm T2 ở cột 4 mở ra, R1 và T2 mất nguồn. Đèn sẽ sáng trở lại,
trạng thái này cứ lặp đi lập lại.

23


•
Mạch xung:
Như mạch 4.7 xilanh sẽ không hồi về được khi nút start không nhả trước khi piston chạm
vào vị trí a1. Để tránh điều này ta mắc nối tiếp ngắt cuối a0 với công tắcnhư hình
4.8a, nhưng khi giữ nút ấn thì xilanh mới lặp lại.
Để tránh điều này ta dùng rơle thời gian cho mạch xung như trong mạch khí (hình 8.9
trong sách kĩ thuật khí nén). Ta có mạch hoàn chỉnh ở hình 4.10b


•
Sự thay đổi chuyển động lặp lại:
Kết hợp 2 rơle thời gian để điều khiển chuyển động lặp lại có trễ thời ở 2 vị trí cuối. Điều
khiển được hoạt động khi công tắc Start làm việc.
Giải pháp đơn giản là mỗi ngắt cuối có 1 bộ định thời để điều khiển của cuộn hút điện từ.
Rơle thời gian T1 hoạt động sau khi công tắc Start đóng lại. Sau thời gian đặt, tiếp điểm
thường đóng của T1 (N.C) mở ra (như TR ở cột 2), và T1 được giữ thông qua
tiếp điểm N.C của T2 nối tiếp với 1 tiếp điểm N.O (như R1 cột 3 trong mạch),
đồng thời cấp nguồn cho cuộn hút của van. Khi đến ngắt cuối T2 thì hoạt động
giống như T1.

2.

Điều khiển trình tự (ĐK Chuỗi):

Để mô tả trình tự điều khiển sự dịch chuyển xilanh, chúng ta dùng sơ đồ bước như hình
4.11

Ta kẽ các ô vuông như giấy tập. Ta vẽ lưới ô vuông như hình 4.11a. Mỗi xilanh được vẽ 2
đường thẳng nằm ngang, đường trên đại diện cho trạng thái 1, đường dưới đại
diện cho trạng thái nghỉ. Hình 4.11b: xilanh H ở trạng thái nghỉ trong bước 1, di
chuyển lên trạng thái 1 ở bước 2 và giữ ở trạng thái này trong bước 3,4. xilanh
quay về 0 ở bước 5, và giữ trạng thái ở bước 6. Hình 4.11c: hoạt động của 2
xilanh A và B.
•
Phương pháp thử và sai
Nếu không có kiến thức thiết kế mạch logic, mạch điện phải được thiết kế theo “phương
pháp thử và sai”. Phương thức không có nghĩa là may rủi. Phải vận dụng suy
nghĩ có phương pháp theo cách mà ta sẽ chứng minh sau đây:


24