CÂU HỎI ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP CƠ ĐIỆN TỬ 2

Hoàng Dương_CDT1

Câu 1: Trình bầy đặc điểm cấu tạo, nguyên lý làm việc, và đặc điểm phân loại
động cơ điện một chiều?
Cấu tạo động cơ điện 1 chiều:
Động cơ điện một chiều có thể chia làm hai phần chính là: Phần tĩnh (stato)
Phần quay (rôto)

+ Phần tĩnh(stato): Đây là phần đứng yên của động cơ, bao gồm các bộ phận chính
sau:
- Cực từ chính: là bộ phận sinh ra từ trường, gồm lõi sắt cực từ và dây quấn kích
từ.
Lõi sắt cực từ làm bằng thép kĩ thuật điện dày ( 0,5 –1)mm ép lại và tán chặt.
Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện.
Trong các máy công suất nhỏ, cực từ chính là một nam châm vĩnh cửu.
Trong các máy công suất trung bình và lớn, cực từ chính là nam châm điện.
- Cực từ phụ: đặt giữa cực từ chính và dùng để cải thiện điều kiện làm việc của
máy điện và đổi chiều
Lõi thép cực từ phụ có thể là một khối hoặc có thể được ghép bởi các lá thép tùy
theo chế độ làm việc.
- Gông từ: dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ đồng thời làm vỏ máy.
- Nắp động cơ: để bảo vệ động cơ khỏi những vật ngoài rơi vào làm hư hỏng dây
quấn hay an toàn cho người sử dụng.
- Cơ cấu chổi than: để đưa dòng điện từ phần quay ra ngoài. Cơ cấu chổi than
gồm có chổi than đặt trong hộp chổi than và nhờ 1 lò xo tì chặt lên cổ góp. Hộp
chổi than được cố định trên giá đỡ chổi than và cách điện với giá.
+ Phần quay (rôto) bao gồm những bộ phận sau:

Cơ Điện Tử 2

1

Hoàng Dương_CDT1

-Lõi thép phần ứng: dùng để dẫn từ, thường dùng những tấm thép kĩ thuật điện dày
0,5mm phủ cách điện mỏng ở hai mặt rồi ép chặt lại để giảm tổn hao do dòng điện xoáy
gây lên.
-Dây quấn phần ứng: Là phần sinh ra sức điện động và có dòng điện chạy qua.
Dây quấn phần ứng thường làm bằng đồng có bọc cách điện.
Trong máy điện công suất nhỏ, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện tròn.
Trong máy điện công suất vừa và lớn, dây quấn phần ứng dùng dây tiết diện
hình chữ nhật.
- Cổ góp dùng để đổi chiều dòng điện xoay chiều thành một chiều.
Các bộ phận khác:
- Cánh quạt: quạt gió làm mát động cơ.
- Trục động cơ: trên đó đặt lõi sắt phần ứng, cổ góp, cánh quạt và ổ bi.
Nguyên lí làm việc động cơ điện 1 chiều:
Khi cho điện áp một chiều vào, trong dây quấn phần ứng có điện. Các thanh dẫn có
dòng điện nằm trong từ trường sẽ chịu lực tác dụng làm rôto quay, chiều của lực được
xác định bằng quy tắc bàn tay trái.
Khi phần ứng quay được nửa vòng, vị trí các thanh dẫn đổi chỗ cho nhau.
Do có phiếu góp chiều dòng điện dữ nguyên làm cho chiều lực từ tác dụng không thay
đổi. Khi quay, các thanh dẫn cắt từ trường sẽ cảm ứng với suất điện động Eư chiều của
suất điện động được xác định theo quy tắc bàn tay phải, ở động cơ chiều sđđ Eư ngược
chiều dòng điện Iư nên Eư được gọi là sức phản điện động. Khi đó ta có phương trình: U
= Eư + Rư.Iư

Phân loại động cơ điện một chiều:
Khi xem xét động cơ điện một chiều cũng như máy phát điện một chiều người ta phân
loại theo cách kích thích từ các động cơ. Theo đó ta có 4 loại động cơ điện một chiều

thường sử dụng:
- Động cơ điện kích từ độc lập
Khi nguồn một chiều có công suất không đủ lớn, mạch điện phần ứng và mạch kích từ
mắc vào hai nguồn 1 chiều độc lập nhau nên I = Iư
- Động cơ điện kích từ song song
Khi nguồn một chiều có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi, mạch kích từ
được mắc song song với mạch phần ứng nên I = Iư + It
- Động cơ điện kích từ nối tiếp
Cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng, cuộn kích từ có tiết diện lớn,
điện trở nhỏ, số vòng dây ít chế tạo dễ dàng nên ta có I = Iư =It

 Động cơ điện kích từ hỗn hợp
Động cơ kích từ hỗn hợp gồm 2 dây quấn kích từ: dây quấn kích từ song song
và dây quấn kích từ nối tiếp trong đó dây quấn kích từ song song là chủ yếu.
I = Iư + It

Cơ Điện Tử 2

2


Hoàng Dương_CDT1

Câu 2: Trình bày chức năng và ứng dụng của các phần tử công suất Thyristo,
BJTs, MOSFET và IGBT?
1. Thyristo. (Chỉnh lưu silic có điều khiển (SCR).
Thyristor là phần tử bán dẫn cấu tạo từ bốn lớp bán dẫn
p-n-p-n, tạo ra ba tiếp giáp p-n: J1, J2, J3. Thyristor có
ba cực Anode (A), Cathode (K), cực điều khiển (G –
Gate).

Thyristor chỉ cho phép dòng chạy qua theo một chiều,
từ Anode đến Cathode, và không được chạy theo chiều ngược lại. Điều kiện để
Thyristor có thể dẫn dòng, ngoài điều kiện phải có điện áp UAK > 0 còn phải thỏa
mãn điều kiện là điện áp điều khiển dương. Do đó Thyristor được coi là phần tử
bán dẫn có điều khiển.
Ứng dụng: Thyristor chủ yếu được sử dụng ở những ứng dụng yêu cầu điện áp và
dòng điện lớn, và thường được sử dụng để điều khiển dòng xoay chiều AC
(Alternating current), vì sự thay đổi cực tính của dòng điện khiến thiết bị có thể
đóng một cách tự động(được biết như là quá trình Zero Cross-quá trình đóng cắt
đầu ra tại lân cận điểm 0 của điện áp hình sin).
: Thyristor BT151-500R chỉnh lưu điều khiển này chủ yếu được sử dụng ở
những ứng dụng yêu cầu điện áp và dòng điện lớn, và thường được sử dụng để
điều khiển dòng xoay chiều AC ở các mạch đánh lửa, mạch bảo vệ và chuyển
mạch tĩnh, điều khiển động cơ.
2. BJTs. Transistor lưỡng cực.
Tranzito lưỡng cực nối hay BJT (Bipolar junction
transistor) là một loại linh kiện bán dẫn, có 3 cực là B
(base - cực nền), C (collector - cực thu), E (emitter cực phát). Một dòng điện nhỏ được đặt vào cực Base
(với transistor NPN dòng điện đi qua cực B và cực E)
có thể điều khiển hoặc chuyển đổi một dòng điện lớn
giữa cực Emiter và cực Collector. Đây là một linh kiện vô cùng quan trọng và có nhiều
ứng dụng trong kỹ thuật điện tử.

Transistor lưỡng cực có khả năng sử dụng một tín hiệu nhỏ được đặt một cực
của nó để điều khiển một tín hiệu lớn hơn ở các cực còn lại. Tính chất này được
gọi là Gain. Nó có thể tạo ra tín hiệu đầu ra mạnh hơn, điện áp hoặc dòng điện, tỷ
lệ với tín hiệu đầu vào; Có nghĩa là, nó có thể hoạt động như bộ khuếch đại. Ngoài
ra, bóng bán dẫn có thể được sử dụng để bật hoặc tắt dòng điện trong một mạch
như là một khóa điện tử.
- Transistor làm công tắc.

Các transistor thường được sử dụng trong các mạch số như các khóa điện tử có thể ở
trạng thái "bật" hoặc "tắt", cho cả các ứng dụng năng lượng cao như chế độ chuyển mạch
nguồn điện và cho các ứng dụng năng lượng thấp như các cổng logic số. Các thông số

Cơ Điện Tử 2

3


Hoàng Dương_CDT1

quan trọng cho ứng dụng này bao gồm chuyển mạch hiện tại, điện áp xử lý, và tốc độ
chuyển đổi, đặc trưng bởi thời gian của sườn lên và sườn xuống.

3. MOSFET. (Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor)
Mosfet là Transistor hiệu ứng trường, là một Transistor đặc biệt có cấu tạo và
hoạt động khác với Transistor thông thường mà ta đã biết, Mosfet có nguyên tắc
hoạt động dựa trên hiệu ứng từ trường để tạo ra dòng điện, là linh kiện có trở
kháng đầu vào lớn thích hợn cho khuyếch đại các nguồn tín hiệu yếu, Mosfet được
sử dụng nhiều trong các mạch nguồn Monitor, nguồn máy tính .
Transistor MOSFET được xây dựng dựa trên lớp chuyển tiếp Oxit Kim loại và
bán dẫn (ví dụ Oxit Bạc và bán dẫn Silic)
Ứng dụng: Mosfet trong nguồn xung của Monitor

Mosfet được sử dụng làm đèn công xuất nguồn Monitor
Trong bộ nguồn xung của Monitor hoặc máy vi tính, người ta thường dùng cặp
linh kiện là IC tạo dao động và đèn Mosfet, dao động tạo ra từ IC có dạng xung
vuông được đưa đến chân G của Mosfet, tại thời điểm xung có điện áp > 0V =>
đèn Mosfet dẫn, khi xung dao động = 0V Mosfet ngắt => như vậy dao động tạo ra
sẽ điều khiển cho Mosfet liên tục đóng ngắt tạo thành dòng điện biến thiên liên tục

chạy qua cuộn sơ cấp => sinh ra từ trường biến thiên cảm ứng lên các cuộn thứ cấp
=> cho ta điện áp ra.
4. IGBT. (Insulated Gate Bipolar Transistor)
Transistor có cực điều khiển cách ly là một linh kiện bán dẫn công suất 3
cực.IGBT kết hợp khả năng đóng cắt nhanh của MOSFET và khả năng chịu tải lớn
của transistor thường. Mặt khác IGBT cũng là phần tử điều khiển bằng điện áp, do
đó công suất điều khiển yêu cầu sẽ cực nhỏ
Về cấu trúc bán dẫn, IGBT rất giống với MOSFET, điểm khác nhau là có thêm
lớp nối với collector tạo nên cấu trúc bán dẫn p-n-p giữa emiter (tương tự cực gốc)
với collector (tương tự với cực máng), mà không phải là n-n như ở MOSFET. Vì
thế có thể coi IGBT tương đương với một transistor p-n-p với dòng base được điều
khiển bởi một MOSFET.
Dưới tác dụng của áp điều khiển Uge>0, kênh dẫn với các hạt mang điện là các
Cơ Điện Tử 2

4


Hoàng Dương_CDT1

điện tử được hình thành, giống như ở cấu trúc MOSFET.Các điện tử di chuyển về
phía collector vượt qua lớp tiếp giáp n-p như ở cấu trúc giữa base và collector ở
transistor thường, tạo nên dòng collector.
IGBT là một loại van công suất tuyệt vời. Khác với thysistor, IGBT cho phép
bạn đóng cắt một cách vô tư bằng cách đặt điện áp điều khiển lên hai cực G và E.
Điện áp ra đo được trên van rất đồng dạng với điện áp điều khiển. IGBT thường
dùng trong các mạch biến tần hay các bộ băm xung áp một chiều.
Máy hàn điện tử áp dụng công nghệ IGBT.
Câu 3: Trình bày phương pháp điều chế độ rộng xung PWM và cấu trúc bộ
điều khiển vòng kín PID điều khiển tốc độ động cơ một chiều?

1. phương pháp điều chế độ rộng xung PWM:
Phương pháp điều chế PWM có tên tiếng anh là Pulse Width Modulation là
phương pháp điều chỉnh điện áp ra tải hay nói cách khác là phương pháp điều chế
dựa trên sự thay đổi độ rộng của chuỗi xung vuông dẫn đến sự thay đổi điện áp ra.
Để tạo được ra PWM thì hiện nay có hai cách thông dụng : Bằng phần cứng và
bằng phần mềm.
- Mạch tương tự(Analog): Có giá trị thay đổi liên tục và có độ phân giải vô
hạn cả về thời gian và biên độ, có thể được dùng để điều khiển trực tiếp
nhiều thứ, như độ lớn âm được phát ra từ 1 radio, tốc độ của động cơ. Độ
chính xác thường không cao và dễ điều khiển như mạch số.
- Mạch số: Bằng cách điều khiển các tín hiệu analog 1 cách số hoá, giá thành
hệ thống và tiêu hao năng lượng hệ thống có thể giảm 1 cahcs đáng kể.
Nhiều vi điều khiển và DSPs hiện nay có thêm các bộ điều khiển PWM tích
hợp, đưa đến việc điều khiển trở nên dễ dàng hơn. Thông qua 1 số bộ đếm
có độ phân giải cao, hệ số duty của 1 sóng vuông được mã hóa thành 1 tín
hiệu analog đặc trưng. Tín hiệu PWM vẫn là tín hiệu số vì tại n1 thời điểm
bắt kì, nguồn DC qua tải là mở hết hoặc ngắt hết.

Xung PWM

Điều chế xung PWM bằng PIC 18F4520

Cơ Điện Tử 2

5


Hoàng Dương_CDT1

2. Cấu trúc bộ điều khiển vòng kín PID điều khiển tốc độ động cơ một

chiều?
Cấu trúc bộ điều khiển PID

r(t) - giá trị đặt trước.
y(t) - đầu ra của hệ thống.
e(t) – tín hiệu đầu vào
u(t) – tín hiệu đầu ra PID.
P: khâu khuếch đại.
I: khâu tích phân.
D: khâu vi phân.
– hằng số tích phân.
– hằng số vi phân.
Khâu tích phân:
Khâu vi phân:

=

( )

∫

=

e(t)

Khâu tỉ lệ, tích phân, vi phân được cộng lại với nhau để tính toán đầu ra của bộ
điều khiển PID. Định nghĩa rằng là đầu ra của bộ điều khiển, biểu thức cuối cùng
của giải thuật PID là:
u(t) =

e(t) +

∫

( )

+

e(t)

hàm truyền của bộ điều khiển PID:
=(

+

+

)

Cơ Điện Tử 2

6


Hoàng Dương_CDT1

Câu 4: Trình bầy nguyên lý hoạt động, cấu tạo chung và đặc điểm phân loại
động cơ bước?
1. Cấu tạo chung:

Động cơ bước có thể được coi là tổng hợp của 2 loại
động cơ: Động cơ 1 chiều không tiếp xúc và động cơ
đồng bộ giảm tốc công suất nhỏ.
Cấu tạo gồm 2 phần chính: Roto ( phần quay )
: Stato ( phần động )
Có 4 cuộn dây stato được sắp xếp theo cặp đối xứng
qua tâm.

Stato: Hai bộ phận chính của Stator là lõi thép (mạch từ) và dây quấn :
- Lõi thép làm bằng các lá thép kỹ thuật điện dập theo khuôn rồi ghép lại dạng hình
trụ rỗng, mặt trong có phay rãnh. Trong rãnh là dây quấn máy điện có thể là dây
quấn 2 pha , 3 pha .4 pha hoặc 5 pha. Phía ngoài Stator có vỏ bằng nhôm hoặc hợp
kim của nhôm, hai đầu Stator có hai nắp làm bằng cùng vật liệu với vỏ và bắt chặt
vào vỏ. Trên nắp máy có lắp ổ trục (ổ trượt hoặc vòng bi) để đỡ trục quay của
Rotor.
- Dây quấn Stator của động cơ bước nam châm vĩnh cửu là loại dây điện từ, có tiết
diện hình tròn hoặc hình chữ nhật. Dây quấn Stator được chia thành nhiều pha dây
quấn, mỗi pha có một tổ bối dây, mỗi tổ bối dây có W số vòng dây và được lồng
vào cực từ của Stator.
Roto: Rotor của động cơ bước là các cuộn dây( nam châm điện) hoặc nam châm
vĩnh cửu có cấu tạo thường không có răng cực từ, được từ hoá vĩnh cửu vuông góc
với trục (ngang trục) và được lồng vào phía trong của Stator. Cực từ của Rotor
thường là 2 hoặc 6 cực từ (N - S) xen kẽ nhau.
2. Nguyên lí hoạt động
Động cơ bước là 1 dạng động cơ đồng bộ dùng để biến đổi các tín hiệu điều
khiển dưới dạng các xung điện ròi rạc kế tiếp nhau thành các chuyển động góc
quay hoặc các chuyển động của roto và có khả năng cố định roto vào những vị trí
cần thiết.
Động cơ bước hoạt động dựa trên cơ sở lí thuyết điện từ trường, các cực cùng
dấu đẩy nhau và các cực khác dấu hút nhau.

Động cơ hoạt động được nhờ các bộ chuyển mạch điện tử đưa các tín hiệu điều
khiển vào stato theo 1 thứ tự và tần số nhât định.
Khi 1 xung điện áp đặt vào cuộn dây stato của động cơ bước thì roto của động cơ
sẽ quay đi 1 góc nhất định. Góc ấy là 1 bước quay của động cơ.

Cơ Điện Tử 2

7


Hoàng Dương_CDT1

1 xung tương ứng với 1 bước của roto.
Roto của động cơ bước không có cuộn dây khởi động mà được khởi động bằng
phương pháp tần số, roto của động cơ bước có thể đucợ kích thích hoặc không
được kích thích.
Các cuộn dây của Stator gọi là các pha. Động cơ bước có thể có nhiều pha 2,3,4,5
pha; nó được cấp điện cuộn này sang cuộn khác với việc đảo chiều dòng điện sau
mỗi bước quay. Chiều quay của động cơ phụ thuộc vào thứ tự cấp điện cho các
cuộn dây và hướng của từ trường.
Góc bước của động cơ thay đổi thường là từ 60 đến 450 trong chế độ điều khiển
bước đủ, moment hãm từ 0,5 đến 25 Ncm, tần số khởi động lớn nhất là 0,5 Khz và
tần số làm việc lớn nhất ở chế độ không tải là 5 Khz.
3. Phân loại động cơ bước.
Động cơ bước có thể được phân loại dựa theo cấu trúc hoặc cách quấn các cuộn
dây trên stator.
Dựa theo cấu trúc rotor, động cơ bước được chia thành 3 loại:
- Động cơ bước có Rotor được kích thích (có dây quấn kích thích hoặc kích thích
bằng nam châm vĩnh cửu).
- Động cơ bước có Rotor không kích thích (Động cơ kiểu cảm ứng, và động cơ

kiểu phản kháng - còn gọi là động cơ bước có từ trở thay đổi).
- Động cơ bước kiểu hỗn hợp (Động cơ bước kết hợp cả hai loại động cơ trên).
Dựa theo cách quấn dây trên stator, động cơ bước được chia thành 2 loại:
- Động cơ bước đơn cực.
- Động cơ bước lưỡng cực.

Cơ Điện Tử 2

8


Hoàng Dương_CDT1

Câu 5: Trình bầy và phân biệt điều khiển đủ bước, nửa bước và vi bước điều
khiển động cơ bước?
1. Điều khiển đủ bước.
Điều khiển đủ bước có nghĩa là mỗi lần cấp
điện áp cho các cuộn dây, động cơ sẽ quay đủ
1 bước.
Ví dụ: động cơ bước có 4 pha.
thứ tự cấp xung điều khiển như sau (thứ tự từ
trái sang phải: cuộn 1 -> cuộn 2 -> cuộn 3 ->
cuộn 4):
Bước 1: 0110
Bước 2: 1100
Bước 3: 1001
Bước 4: 0011

Điều khiển nửa bước.
Điều khiển nửa bước là mỗi lần cấp xung điều khiển và điện áp cho các cuộn dây,

động cơ sẽ quay 1 nửa bước.
thứ tự cấp xung điều khiển: từ trái sang phải: cuộn1>>…>>cuộn 4 cuộn 1>>…
cuôn 4:
Bước 1: 0110 1110
Bước 2: 1100 1101
Bước 3: 1001 1011
Bước 4: 0011 0111

a. Điều khiển đủ bước b. Điều khiển nửa bước

2. Vi bước điều khiển động cơ bước.
3. Điều khiển vi bước có thể chia nhỏ bước cơ bản của động cơ 256 lần, làm cho các
bước nhỏ hơn. Một driver nhỏ sử dụng hai song hình sin lệch nhau 90 độ, Bằng
cách kiểm soát hướng và biên độ của dòng điện dòng chảy trong mỗi cuộn dây, độ
phân giải tăng lên và các đặc tính của động cơ được cải thiện, ít rung động và vận
hành mượt mà hơn.

Cơ Điện Tử 2

9


Hoàng Dương_CDT1

Câu 6: Trình bầy nguyên lý hoạt động, cấu tạo và ứng dụng của động cơ
không đồng bộ ba pha?
1. Cấu tạo.
Động cơ không đồng bộ 3 pha có 2 phần chính:
Phần tĩnh-Stato, Phần động-Roto.
a.Phần Tĩnh-Stato.

- Lõi thép Stato: Được ghép bằng các lá
thép kĩ thuật điện hình vành khăn, có xẻ
rãnh ở bên trong để đặt dây quấn stato.
Trường hợp máy có công suất lớn, thì lõi
thép sẽ được ghép từ nhiều lá thép hình rẻ
quạt.
- Dây quấn Stato: Là dây điện từ, có thể là
dây Đồng hoặc nhôm. Dây quấn stato
động cơ không đồng bộ ba pha là dây đồng được phủ sơn cách điện, gồm ba
pha dây quấn AX, BY và CZ đặt trong các rãnh stato theo một quy luật nhất
định. Sáu đầu dây của ba pha dây quấn được nối ra ngoài hộp đấu dây (đặt ở
vỏ của động cơ) để nhận điện vào.
b.Phần động-Roto.
- Lõi thép: Cũng được ghép bằng các lá thép kí thuật điện, có sẻ rãnh ở bên ngoài
để đặt dây quấn Roto.
- Dây quấn:
+ Động cơ có cuộn dây Roto nối ngắn mạch gọi là động cơ không đồng bộ Roto
ngắn mạch hay Roto lồng sóc vì có dạng như lồng sóc.
+ Đối với loại Roto dây quấn, cuộn dây Roto nối hình Sao (Y), còn 3 đầu đucợ
nối đến 3 vòng góp cố định trên trục, được cách điện với trục và gọi là 3 vành
trượt. Có 3 chổi than tiếp xúc với 3 vành trượt này để nối ra ngoài. Người ta có thể
nối nối tiếp dây quấn Roto với các điện trở phụ để mở máy hoặc điều chỉnh tốc độ.
Động cơ Roto lồng sóc có lồng được đúc bằng Đồng hoặc nhôm, đucợ nối ngắn
mạch ở 2 đầu và có đúc thêm các cánh quạt để làm mát bên trong khi Roto quay.
các đường rãnh trên roto thường đucợ dập xuyên so với trục, nhằm cải thiện đặc
tính mở máy và giảm bớt các hiện tượng rung lắc.
2. Nguyên lí hoạt động.
Stato của động cơ được cấp dòng điện xoay chiều. dòng điện xoay chiều qua dây
quấn stato sẽ tạo ra từ trường quay với tốc độ: n =
(vòng/phút).

Trong đó: f- là tần số của nguồn điện.
p- số đôi cực của dây quấn stato.

Cơ Điện Tử 2

10


Hoàng Dương_CDT1

Trong quá trình quay từ trường này sẽ quét qua các thanh dẫn của roto, làm suất
hiện sức điện động cảm ứng. Vì các dây quấn roto là mạch kín nên sức điện động
này tạo ra dòng điện trong các thanh dẫn của roto. Các thanh dẫn có dòng điện lại
nằm trong từ trường, nên sẽ tương tác với nhau, tạo ra lực điện từ đặt vào các thanh
dẫn.
Tổng hợp các lực này sẽ tạo ra momen quay đối với trục roto, làm cho roto quay
theo chiều quay từ trường. Khi động cơ làm việc, tốc độ của roto(n) luôn nhỏ hơn
tốc độ của từ trường(n1).
3. Ứng dụng.
Hầu hết động cơ điện ngày nay là động cơ không đồng bộ.
Động cơ không đồng bộ 3 pha được sử dụng trong hầu hết trong các lĩnh vực hiện
nay.
Động cơ các trục chính máy công cụ, các băng chuyền trong công nghiệp.
máy bơm công suất lớn…

Câu 7: Nguyên lý điều khiển tần số động cơ xoay chiều ba pha? Trình bày
chức năng, phân loại và cấu trúc của biến tần điều khiển động cơ ba pha?
1. Nguyên lý điều khiển tần số động cơ xoay chiều ba pha.
- Sơ đồ nguyên lí:

sơ đồ nguyên lý hệ ĐCTĐ ĐCKĐB bằng cách thay đổi tần số .
- Tần số nguồn điện cung cấp cho động cơ KĐB quyết định giá trị tốc độ từ trường
quay cũng là tốc độ không tải lý tưởng . Ta có:

=

hoặc

- Do vậy bằng cách thay đổi tần số nguồn cấp cho phần cảm ta có thể điều chỉnh
được tốc độ động cơ. Để thực hiện phương án này người ta dùng bộ biến tần để
cung cấp cho động cơ .
- Khi thay đổi tần số thì trở kháng của động cơ có thay đổi, do đó kéo theo dòng

Cơ Điện Tử 2

11


Hoàng Dương_CDT1

điện từ thông thay đổi. Cụ thể , khi giảm tần nguồn cảm kháng giảm (X1 = 2πf ) và
dòng điện sẽ tăng lên. Muốn động cơ không bị quá dòng cần giảm điện áp theo sự
giảm tần số.
- Người ta chứng minh được rằng khi thay đổi tần số, nếu đồng thời chỉnh điện áp
giữ không đổi thì động cơ làm

cấp cho phần cảm sao cho hệ số quá tải

việc ở chế độ tối ưu như làm việc với các thông số định mức .

= Conts.
Trong đó:
(

Nếu điện trở phần cảm rất nhỏ (

+(

√

)

) và lưu ý

)[

.

]

- momen cản của cơ cấu chấp hành ở tố độ ω nào đó.
- moomen cản của cơ cấu chấp hành ở ω = 0.
- momen cản của cơ cấu chấp hành ở ω =

.

K- số mũ đặc trưng cho phụ tải (K=1,±2).
Ta có :

=

= const

Như vậy đặc tính cơ của động cơ KĐB khi điều chỉnh tần số không những phụ
thuộc vào giá trị tần số f1 mà còn phụ thuộc vào qui luật biến đổi điện áp, nghĩa là
còn phụ thuộc vào đặc tính phụ tải .
2. Trình bày chức năng, phân loại và cấu trúc của biến tần điều khiển
động cơ ba pha.
- Chức năng: Biến tần là thiết bị làm thay đổi tần số dòng điện đặt lên cuộn
dây bên trong động cơ và thông qua đó biến tần có thể điều khiển tốc độ
động cơ một cách vô cấp, không cần dùng đến các hộp số cơ khí. biến
tần thường sử dụng các linh kiện bán dẫn để đóng ngắt tuần tự các cuộn dây
của động cơ để làm sinh ra từ trường xoay làm quay rô-to (rotor).

Cơ Điện Tử 2

12


Hoàng Dương_CDT1

- Cấu trúc:

- Phân loại:
Biến tần AC
Biến tần dòng điện xoay chiều (AC) là loại biến tần được sử dụng rộng rãi nhất. Chúng được
thiết kế để điều khiển xe cộ chạy bằng dòng điện xoay chiều.
Biến tần DC
Biến tần dòng điện một chiều (DC) kiểm soát sự rẽ nhánh của động cơ điện một chiều. Thiết kế
này của động cơ điện một chiều phân chia phần cảm ứng điện và mạch rẽ nhánh.

Biến tần có thể thay đổi điện áp đầu vào.
Biến tần có thể thay đổi điện áp đầu vào (VVI) là các loại biến tần đơn giản nhất. Với loại này,
các thiết bị chuyển mạch đầu ra tạo ra một sóng sin mới cho điện áp của động cơ điện bằng cách
nhập một loạt các sóng vuông ở các điện áp khác nhau. Các biến tần này này thường làm việc
với sự hỗ trợ của một tụ điện lớn.
Biến tần nguồn điện đầu vào
Biến tần nguồn điện đầu vào (CSI) rất giống với VVI. Sự khác biệt giữa hai thiết kế này là biến
tần nguồn điện đầu vào điều khiển để ép một dòng dòng điện sóng vuông thành một dòng đối lập
với điện áp. Biến tần nguồn điện đầu vào cần đến một bộ đảo lưu lớn để giữ cho dòng điện luôn
ở mức không đổi.
Biến tần điều chỉnh độ rộng xung
Biến tần điều chỉnh độ rộng xung (PWM) là loại biến tần phức tạp nhất. Nó cũng cho phép động
cơ điện hoạt động hiệu quả hơn. PWM thực hiện điều này thông qua việc sử dụng các bóng bán
dẫn. Các bóng bán dẫn chuyển đổi dòng điện một chiều ở các tần số khác nhau và do đó cung
cấp một loạt các xung điện áp cho động cơ động cơ điện. Mỗi xung được chia thành từng phần
để phản ứng với điện kháng của động cơ điện và tạo ra dòng điện thích hợp trong động cơ điện.
Biến tần vector dòng biến đổi độ rộng xung
Biến tần vector dòng biến đổi độ rộng xung là một loại biến tần mới. Chúng sử dụng một loại hệ
thống điều khiển thường kết hợp chặt chẽ với động cơ điện một chiều. Các biến tần có một bộ vi
xử lý, chúng được kết nối với động cơ điện thông qua một vòng điều khiển kín. Điều này cho
phép bộ xử lý có thể kiểm soát chặt chẽ hơn hoạt động của động cơ điện.

Cơ Điện Tử 2

13


Hoàng Dương_CDT1

Câu 8: So sánh chức năng, nguyên lý hoạt động và ứng dụng của cảm biến

tiệm cận cảm ứng từ điện cảm và điện dung.
1. Giống nhau:
Cảm biến tiệm cận là tên thường gọi để chỉ các cảm biến chuyên dùng để đo lường,
phát hiện vật ở một khoảng cách gần, mà không cần phải tiếp xúc trực tiếp lên vật
đo lường. Cảm biến tiệm cận có các đặc điểm sau :
- Phát hiện vật không cần tiếp xúc
- Tốc độ đáp ứng cao
- Đầu sensor nhỏ, có thể lắp đặt nhiều nơi
- Có thể sử dụng trong môi trường khắc nghiệt.

2. Khác nhau:

Cảm
biến
tiệm
cận
điện
cảm.

Cấu tạo-Chức
năng

Nguyên lí hoạt động

Ứng dụng

Các bộ phận
chính :
+ Tạo từ trường
gồm : bộ tạo dao

động và cuộn dây
cảm ứng,
+ Biến đổi gồm :
cuộn dây so sánh,
bộ so sánh, bộ
khuếch đại
+ Tín hiệu ra

Cảm biến tiệm cận Điện cảm phát hiện các vật
bằng cách tạo ra trường điện từ.Bộ tạo dao động sẽ

+Phát hiện các
lá kim loại trên
giấy bọc socola
+Đếm lon bia
trong sản xuất.

Dùng để phát
hiện những vật
bằng kim loại,
với khoảng cách
phát hiện nhỏ (có
thể lên đến
50mm)

phát ra tần số cao và truyền tần số này qua cuộn
cảm ứng để tạo ra vùng từ trường ở phía trước
.Đồng thời năng lượng từ bộ tạo dao động cũng
được gửi qua bộ so sánh để làm mẫu chuẩn.
Khi không có vật cảm biến nằm trong vùng từ

+phát hiện đếm
trường thì năng lượng nhận về từ cuộn dây so
vật kim loại.
sánh sẽ bằng với năng lượng do bộ dao động gửi
qua như vậy sẽ không có tác động gì xảy ra. Khi
có vật cảm biến bằng kim loại nằm trong vùng
từ trường,dưới tác động của vùng từ trường
trong kim loại sẽ hình thành dòng điện xoáy. Khi
vật cảm biến càng gần vùng từ trường của cuộn
cảm ứng thì dòng điện xoáy sẽ tăng lên đồng
thời năng lượng phát trên cuộn cảm ứng càng
giảm .
…Qua đó, năng lượng mà

cuộn dây so sánh nhận được sẽ nhỏ hơn năng
lượng mẫu chuẩn do bộ dao động cung cấp.
Sau khi qua bộ so sánh tín hiệu sai lệch sẽ
được khuếch đại và dùng làm tín hiệu điều
khiển ngõ ra.

Cơ Điện Tử 2

14


Hoàng Dương_CDT1

Cảm
biến
tiệm

cận
điện
dung.

- Cấu tạo :
Các bộ phận
chính :
+ Tạo vùng điện
môi (hoặc vùng
từ trường) gồm :
bộ tạo dao động
và các
bản cực hở (bản
cực trong và bản
cực ngoài)
+ Biến đổi gồm :
bộ so sánh, bộ
khuếch đại
+ Tín hiệu ra
- Chức năng:
Dùng để phát
hiện những bằng
phi kim, với
khoảng cách phát
hiện nhỏ (có
thể lên đến
50mm)

Cảm biến tiệm cận điện dung phát hiện Phát hiện mức
các vật bằng cách tạo ra trường điện dung chất lỏng.

tĩnh điện.
Phát hiện nắp
Bộ dao động sẽ phát ra tần số cao và truyền chai.
tần số này qua hai bản cực hở để
Phát hiện vết
tạo ra vùng điện môi (hoặc vùng từ trường) nứt.
ở phía trước . Đồng thời năng
Phân loại sản
lượng từ bộ dao động cũng được gửi qua
phẩm.
bộ so sánh để làm mẫu chuẩn.
Phát hiện sữa
Khi không có vật cảm biến nằm trong vùng trong hộp giấy.
điện môi thì năng lượng nhận vềtừ hai bản
cực hở sẽ bằng với năng lượng do bộ dao
động gửi qua như vậy sẽ không có tác động
gì xảy ra.
Khi có vật cảm biến bằng phi kim (giấy,
nhựa, gỗ,…) nằm trong vùng điện môi thì
vùng điện môi sẽ hình thành một tụ điện và
điện dung của tụ diện sẽ bị thay đổi tức là
năng lượng trên tụ điện giảm đi.
Qua đó, năng lượng mà bộ so sánh nhận
được sẽ nhỏ hơn năng lượng mẫu chuẩn do
bộ dao động cung cấp. Sau khi qua bộ so
sánh tín hiệu sai lệch sẽ được khuếch đại và
dùng làm tín hiệu điều khiển ngõ ra.

Cơ Điện Tử 2

15


Hoàng Dương_CDT1

Câu 9: So sánh nguyên lý hoạt động, ưu nhược điểm của cảm biến tiệm cận
quang chùm tia, cảm biến phản xạ gương và cảm biến quang khuếch tán?
Nguyên lí hoạt động Ưu điểm

Nhược điểm

Cảm
biến
tiệm
cận
quang
chùm
tia.

Cảm biến dạng
quang chùm tia có
bộ phát và thu sáng
tách riêng. Bộ phát
truyền ánh sáng đi
và bộ thu nhận ánh
sáng. Nếu có vật thể
chắn nguồn sáng
giữa hai phần này
thì sẽ có tín hiệu ra
của cảm biến.

Khoảng cách phát
Mất nhiều thời gian để chỉnh vị
hiện xa, phát hiện
trí lắp đặt.
tốt trong môi trường Mất nhiều thời gian nối dây vì
nhiều bụi.
có 2 dây riêng biệt
Khả năng xác định
vị trí chính xác của
vật thể.
Độ tin cậy cao,
phát hiện được mọi
loại vật thể (trừ loại
trong suốt)

Cảm
biến
tiệm
cận
phản xạ
gương

Bộ phát truyền ánh
sáng tới một gương
phản chiếu lăng
kính đặc biệt, và
phản xạ lại tới bộ
thu sáng của cảm
biến. Nếu vật thể

xen vào luồng sáng,
cảm biến sẽ phát tín
hiệu ra.

Giá thành thấp hơn
loại thu phát
Lắp đặt dễ hơn loại
thu phát
Chỉnh định dễ dàng
Với vật thể có bề
mặt sáng bóng có
thể làm cảm biến
không phát hiện
được, có thể dùng
kính lọc phân cực.

Khoảng cách phát hiện ngắn
hơn loại quang chùm tia.
Vẫn cần 2 điểm lắp đặt cho
cảm biến và gương
Cảm biến phản xạ gương loại
2 thấu kính thường không phát
hiện được vật ở một số khoảng
cách ngắn nhất định.

Cảm
biến
tiệm
cận
quang

khuếch
tán

Cảm biến dạng này
truyền ánh sáng từ
bộ phát tới vật thể.
Vật này sẽ phản xạ
lại một phần ánh
sáng (phản xạ
khuếch tán) ngược
trở lại bộ thu của
cảm biến, kích hoạt
tín hiệu ra.

Lắp đặt đơn giản, dễ
dàng
Chỉ cần 1 điểm lắp
đặt duy nhất.

Khoảng cách phát hiện ngắn (do chỉ
phát hiện được một phần ánh sáng
phản xạ).
Tỉ lệ lỗi đen / trắngcao; khoảng cách
phát hiện phụ thuộc nhiều vào màu
sắc, kích thước, tính chất bề mặt của
vật thể.
Bởi vậy việc phát hiện vật có thể khó
khăn nếu có nền màu đen sau vật.
Độ nhạy và độ tin cậy kém hơn loại
Thu phát và Phản xạ gương.

Cơ Điện Tử 2

16


Hoàng Dương_CDT1

Câu 10: Trình bày những ưu điểm và cơ sở phần cứng của máy tính nhúng?
1. Cơ sở phần cứng của máy tính nhúng.
 Đơn vị xử lí trung tâm CPU
Đơn vị xử lý trung tâm CPU (Central
Processing Unit) đóng vai trò như bộ
não chịu trách nhiệm thực thi các phép
tính và thực hiện các lệnh. Phần chính
của CPU đảm nhận chức năng này là
đơn vị logic toán học (ALU Arthimetic Logic Unit).
Bộ giải mã chuyển đổi (thông dịch)
các lệnh lưu trữ ở trong bộ mã chương
trình thành các mã mà ALU có thể hiểu
Cấu trúc phần cứng CPU
được và thực thi.
Bộ tuần tự có nhiệm vụ quản lý dòng dữliệu trao đổi qua bus dữ liệu của VXL.
Các thanh ghi được sử dụng để CPU lưu trữ tạmthời các dữ liệu chính cho việc thực thi
các lệnh và chúng có thể thay đổi nội dung trongquá trình hoạt động của ALU.

 Xung nhịp và trạng thái tín hiệu.
Trong VXL và các vi mạch số nói chung, hoạt động của hệ thống được thực hiện đồng
bộ hoặc dị bộ theo các xung nhịp chuẩn. Các nhịp đó được lấy trực tiếp hoặc gián tiếp từ
một nguồn xung chuẩn thường là các mạch tạo xung.

 Bus địa chỉ, dữ liệu và điều khiển
Bus địa chỉ là các đường dẫn tín hiệu logic một chiều để truyền địa chỉ tham chiếu tới
các khu vực bộ nhớ và chỉ ra dữ liệu được lưu giữ ở đâu trong không gian bộ nhớ. Trong
qúa trình hoạt động CPU sẽ điều khiển bus địa chỉ để truyền dữ liệu giữa các khu vực bộ
nhớ và CPU.
Bus dữ liệu là các kênh truyền tải thông tin theo hai chiều giữa CPU và bộ nhớ hoặc
các thiết bị ngoại vi vào ra. Bus dữ liệu được điều khiển bởi CPU để đọc hoặc viết các
dữ liệu hoặc mã lệnh thực thi trong quá trình hoạt động của CPU.
Bus điều khiển phục vụ truyền tải các thông tin dữ liệu để điều khiển hoạt động của hệ
thống. Thông thường các dữ liệu điều khiển bao gồm các tín hiệu chu kỳ để đồng bộ các
nhịp chuyển động và hoạt động của hệ thống.
 Bộ nhớ
Kiến trúc bộ nhớ:
Kiến trúc bộ nhớ được chia ra làm hai loại chính và được áp dụng rộng rãi trong hầu hết
các Chip xử lý nhúng hiện nay là kiến trúc bộ nhớ von Neumann và Havard.
Bộ nhớ chương trình – PROM (Programmable Read Only Memory)
Vùng để lưu mã chương trình. Có ba loại bộ nhớ PROM thông dụng được sử dụng cho
hệ nhúng và sẽ được giới thiệu lần lượt sau đây:
EPROM :Bao gồm một mảng các transistor khả trình. Mã chương trình sẽ được ghi trực

Cơ Điện Tử 2

17


Hoàng Dương_CDT1

tiếp và vi xử lý có thể đọc ra để thực hiện. EPROM có thể xoá được bằng tia cực tím và
có thể được lập trình lại.
Bộ nhớ Flash: Cũng giống như EPROM được cấu tạo bởi một mảng transistor khả trình

nhưng có thể xoá được bằng điện và chính vì vậy có thể nạp lại chương trình mà không
cần tách ra khỏi nền phần cứng VXL. Ưu điểm của bộ nhớ flash là có thể lập trình trực
tiếp trên mạch cứng mà nó đang thực thi trên đó.
Bộ nhớ dữ liệu – RAM: Vùng để lưu hoặc trao đổi dữ liệu trung gian trong quá trình
thực hiện chương trình.
 Ngoại vi
Bộ định thời/Bộ đếm
Bộ điều khiển ngắt
Bộ điều khiển truy cập bộ nhớ trực tiếp – DMA
 Giao diện
Giao diện song song 8bit/16bit:
Giao diện nối tiếp:USART
2. Ứng dụng Máy tính nhúng.
Quanh ta có rất nhiều sản phẩm nhúng như lò vi sóng, nồi cơm điện, điều hoà, điện
thoại di động, ô tô, máy bay, tàu thuỷ, các đầu đo cơ cấu chấp hành thông minh …. Ta có
thể thấy hiện nay hệ thống nhúng có mặt ở mọi lúc mọi nơi trong cuộc sống của chúng ta.
Các máy trả lời tự động, các thiết bị y tế, máy in, hệ thống dẫn đường trong không lưu
đều có tích hợp các hệ thống nhúng.
Các thiết bị trên các tàu vũ trụ, máy bay được tích hợp rất nhiều các hệ thống nhúng.

Câu 11: Trình bày ưu nhược điểm và ứng dụng của PLC trong sản xuất công
nghiệp?
1. Ưu điểm
- Tính linh hoạt: có thể sử dụng một bộ điều khiển cho nhiều đối tượng khác nhau

với các thuât toán điều khiển khác nhau.
- Dễ dàng thiết kê và thay đổi logic điều khiển: với các hệ thống điểu khiển sử
dụng rơle, khi thay đổi logic điều khiển cần có nhiều thời gian để nối lại dây cho
các thiết bị và panel điều khiển, và đó là một công việc phức tạp. Với hệ thống
điều khiển sử dụng PLC, thay đổi logic điều khiển bằng cách thay đổi chương trình

thông qua thiết bị lập trình và ngôn ngữ lập trình chuyên dùng. Điều đó làm giảm
đáng kể thời gian thiết kế hệ thông.
- Tôi Ưu logic điều khiển: được sự hỗ trỢ của các công cụ mô phỏng và gỡ
rối trực tuyến và trực quan làm cho hệ thống được thiết kê có tính tôi Ưu hơn.

Cơ Điện Tử 2

18


Hoàng Dương_CDT1

- Tốc đô thưc hiên nhanh.
- Nhỏ, gọn và giá thành thấp.
- Khả năng bảo mật hệ thống khi sử dụng mã khóa.
- Khả năng mở rộng và nâng cấp hệ thống: do được chê tạo dưói dạng các
modul được chuẩn hóa cho phép ghép nối các thành phần không chỉ của một
nhà sản xuất. Đây là một yêu cầu không thể thiếu trong các hệ thống điều
khiển hiên đại.
2. Nhược điểm.
Nhược điểm của PLC là giá thành đắt ,phần mềm khó kiếm (đòi bản quyền cao)
nên sinh viên tự động hóa ít có cơ hội tiếp cận .
3. Ứng dụng của PLC.
Từ các ưu điểm nêu trên, hiện nay PLC đã được ứng dụng trong rất nhiều lĩnh vực
khác nhau trong công nghiệp như:
– Hệ thống nâng vận chuyển.
– Dây chuyền đóng gói.
– Các robot lắp giáp sản phẩm .
– Điều khiển bơm.
– Dây chuyền xử lý hoá học.

– Công nghệ sản xuất giấy .
– Dây chuyền sản xuất thuỷ tinh.
– Sản xuất xi măng.
– Công nghệ chế biến thực phẩm.
– Dây chuyền chế tạo linh kiện bán dẫn.
– Dây chuyền lắp giáp Tivi.
– Điều khiển hệ thống đèn giao thông.
– Quản lý tự động bãi đậu xe.
– Hệ thống báo động.
– Dây chuyền may công nghiệp.
– Điều khiển thang máy.
– Dây chuyền sản xuất xe ôtô.
– Sản xuất vi mạch.
– Kiểm tra quá trình sản xuất .

Cơ Điện Tử 2

19


Hoàng Dương_CDT1

Câu 12: Trình bày phân loại và đặc trưng của mạng truyền thông công
nghiệp?
Mạng truyền thông công nghiệp hay mạng công nghiệp (MCN) là một khái niệm
chung chỉ các hệ thống mạng truyền thông số, truyền bit nối tiếp, được sử dụng để
ghép nối các thiết bị công nghiệp. Các hệ thống truyền thông công nghiệp phổ biến
hiện nay cho phép liên kết mạng ở nhiều mức khác nhau, từ các cảm biến, cơ cấu
chấp hành dưới cấp trường cho đến các máy tính điều khiển, thiết bị quan sát, máy
tính điều khiển giám sát và các máy tính cấp điều hành xí nghiệp, quản lý công ty.

Phân loại và đặc trưng:
Để sắp xếp, phân loại và phân tích đặc trưng các hệ thống mạng truyền thông
công nghiệp, ta dựa vào mô hình phân cấp quen thuộc cho các công ty, xí nghiệp
sản xuất.

Mô hình phân cấp chức năng công ty sản xuất công nghiệp
Tương ứng với năm cấp chức năng là bốn cấp của hệ thống truyền thông. Từ cấp
điều khiển giám sát trở xuống thuật ngữ ―bus‖ thường được dùng thay cho ―mạng‖,
với lý do phần lớn các hệ thống mạng phía dưới đều có cấu trúc vật lý hoặc logic
kiểu bus.
- Bus trường, bus thiết bị.
Bus trường (fieldbus) thực ra là một khái niệm chung được dùng trong các ngành
công nghiệp chế biến để chỉ các hệ thống bus nối tiếp, sử dụng kỹ thuật truyền tin
số để kết nối các thiết bị thuộc cấp điều khiển (PC, PLC) với nhau và với các thiết
bị ở cấp chấp hành, hay các thiết bị trường.
- Bus hệ thống, bus điều khiển.
Các hệ thống mạng công nghiệp được dùng để kết nối các máy tính điều khiển và
các máy tính trên cấp điều khiển giám sát với nhau được gọi là bus hệ thống
Cơ Điện Tử 2

20


Hoàng Dương_CDT1

(system bus) hay bus quá trình (process bus). Khái niệm sau thường chỉ được dùng
trong lĩnh vực điều khiển quá trình. Qua bus hệ thống mà các máy tính điều khiển
có thể phối hợp hoạt động, cung cấp dữ liệu quá trình cho các trạm kỹ thuật và
trạm quan sát (có thể gián tiếp thông qua hệ thống quản lý cơ sở dữ liệu trên các
trạm chủ) cũng như nhận mệnh lệnh, tham số điều khiển từ các trạm phía trên.

- Mạng xí nghiệp.
Mạng xí nghiệp thực ra là một mạng LAN bình thường, có chức năng kết nối các
máy tính văn phòng thuộc cấp điều hành sản xuất với cấp điều khiển giám sát.
Thông tin được đưa lên trên bao gồm trạng thái làm việc của các quá trình kỹ
thuật, các giàn máy cũng như của hệ thống điều khiển tự động, các số liệu tính
toán, thống kê về diễn biến quá trình sản xuất và chất lượng sản phẩm. Thông tin
theo chiều ngược lại là các thông số thiết kế, công thức điều khiển và mệnh lệnh
điều hành.
- Mạng công ty.
Mạng công ty nằm trên cùng trong mô hình phân cấp hệ thống truyền thông của
một công ty sản xuất công nghiệp. Đặc trưng của mạng công ty gần với một mạng
viễn thông hoặc một mạng máy tính diện rộng nhiều hơn trên các phương diện
phạm vi và hình thức dịch vụ, phương pháp truyền thông và các yêu cầu về kỹ
thuật. Chức năng của mạng công ty là kết nối các máy tính văn phòng của các xí
nghiệp, cung cấp các dịch vụ trao đổi thông tin nội bộ và với các khách hàng như
thư viện điện tử, thư điện tử, hội thảo từ xa qua điện thoại, hình ảnh, cung cấp dịch
vụ truy cập Internet và thương mại điện tử, v.v...

Cơ Điện Tử 2

21


Hoàng Dương_CDT1

Câu 13: So sánh các đặc điểm truyền tín hiệu trong môi trường truyền truyền
dẫn bằng cáp đôi dây vặn xoắn, cáp đồng trục và cáp quang?
1. Đặc điểm truyền tín hiệu trong môi trường truyền truyền dẫn bằng cáp
đôi dây vặn xoắn.

Đôi dây xoắn và tác dụng trung hòa trường điện từ
Một đôi dây
xoắn
bao gồm hai sợi dây đồng được quấn cách ly ôm vào nhau. Tác dụng thứ nhất của
việc quấn dây là trường điện từ của hai dây sẽ trung hòa lẫn nhau, vìthế nhiễu xạ ra
môi trường xung quanh cũng như tạp nhiễu do xuyên âm sẽ được giảm thiểu. Hiện
tượng nhiễu xuyên âm (crosstalk) xuất hiện do sự giao thoa trường điện từ của
chính hai dây dẫn. Nếu kích thước, độ xoắn của đôi dây được thiết kế, tính toán
phù hợp, trường điện từ do chúng gây ra sẽ tự triệt tiêu lẫn nhau và hầu như không
làm ảnh hưởng tới chất lượng tín hiệu.
Các lớp bọc lót, che chắn sẽ giảm tác động của nhiễu bên ngoài đến tín hiệu truyền dẫn,
đồng thời hạn chế nhiễu xạ từ chính đường truyền ra môi trường xung quanh.

Tuy tốc độ truyền của các loại cáp đôi dây xoắn không cao lắm, nhưng ưu điểm
của nó là giá thành hợp lý và dễ lắp đặt, nối dây. Vì vậy ứng dụng chủ yếu của
chúng là ở cấp trường, có thể sử
dụng trong hầu hết các hệ thống
bus trường.
2. Cáp đồng trục.
Cáp đồng trục thích hợp cho cả
truyền tín hiệu tương tự và tín
hiệu số. Người ta phân biệt hai
loại cấp đồng trục là cáp dải cơ
sở (baseband coax) và cáp dải rộng (broadband coax).
Nhờ cấu trúc đặc biệt cũng như tác dụng của lớp dẫn ngoài, các điện trường và từ
trường được giữ gần như hoàn toàn bên trong một cáp đồng trục. Chính vì vậy hiện
tượng xuyên âm không đáng kể so với ở cáp đôi dây xoắn. Bên cạnh đó, hiệu ứng
bề mặt cũng làm giảm sự tổn hao trên đường truyền khi sử dụng cáp truyền có
đường kính lớn. Về đặc tính động học, cáp đồng trục có dải tần lớn hơn đôi dây
xoắn nên việc tăng tần số nhịp để nâng tốc độ truyền cũng dễ thực hiện hơn. Tốc

độ truyền tối đa cho phépcó thể tới 1-2 Gbit/s. Với tốc độ thấp, khoảng cách truyền
có thể tới vài nghìn mét màkhông cần bộ lặp.

Cơ Điện Tử 2

22


Hoàng Dương_CDT1

3. Cáp quang.
Nguyên tắc làm việc của cáp quang dựa trên hiện tượng phản xạ toàn phần của ánh
sáng tại bề mặt tiếp xúc giữa hai vật liệu có hệ số khúc xạ n1 và n2 khác nhau.
Các loại cáp quang có thể đạt tới tốc độ truyền 20Gbit/s. Các hệ thống được lắp
đặt thông thường có tốc độ truyền khoảng vài Gbit/s. Sự suy giảm tín hiệu ở đây
rất nhỏ, vì vậy chiều dài cáp dẫn có thể tới hàng chục, thậm chí hàng trăm kilomét
mà không cần một bộ lặp hay một bộ khuếch đại tín hiệu.
Một ưu điểm lớn của cáp quang là tính năng kháng nhiễu cũng như tính tương
thích điện-từ. Cáp quang không chịu tác động của nhiễu ngoại cảnh như trường
điện từ, sóng vô tuyến. Ngược lại, bản thân cáp quang cũng hầu như không bức xạ
nhiễu ra môi trường xung quanh, vì thế không ảnh hưởng tới hoạt động của các
thiết bị khác. Bên cạnh đó, sử dụng cáp quang cũng nâng cao độ bảo mật của thông
tin được truyền.
Câu 14: So sánh các đặc điểm của phương thức truyền đẫn RS232, RS422 và
RS485 của mạng truyền thông công nghiệp?
1. RS232
Kết nối theo dạng point-to-point.
RS-232 sử dụng phương thức truyền không đối xứng, tức là sử dụng tín hiệu điện
áp chênh lệch giữa một dây dẫn và đất. Mức điện áp được sử dụng dao động trong
khoảng từ -15V tới 15V. Khoảng từ 3V đến 15V ứng với giá trị logic 0, khoảng từ

-15V đến - 3V ứng với giá trị logic 1.

Tốc độ truyền dẫn tối đa phụ thuộc vào chiều dài dây dẫn. Đa số các hệ thống hiện nay
chỉ hỗ trợ tới tốc độ 19.2kBd (chiều dài cho phép 30-50m).
Một ưu điểm của chuẩn RS-232 là có thể sử dụng công suất phát tương đối thấp, nhờ trở
kháng đầu vào hạn chế trong phạm vi từ 3-7kΩ.
Chế độ làm việc của hệ thống RS-232 là hai chiều toàn phần (full-duplex), tức là hai
thiết bị tham gia cùng có thể thu và phát tín hiệu cùng một lúc.

Cơ Điện Tử 2

23


Hoàng Dương_CDT1

2. RS422.
Khác với RS-232, RS-422 sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch đối xứng giữa hai
dây dẫn A và B, nhờ vậy giảm được nhiễu và cho phép tăng chiều dài dây dẫn một
cách đáng kể. RS-422 thích hợp cho phạm vi truyền dẫn tới 1200 mét mà không
cần bộ lặp. Điện áp chênh lệch dương ứng với trạng thái logic 0 và âm ứng với
trạng thái logic 1. Điện áp chênh lệch ở đầu vào bên nhận có thể xuống tới 200mV.
RS-422 có khả năng ghép nối điểm-điểm, hoặc điểm-nhiều điểm trong một mạng
đơn giản - cụ thể là duy nhất một trạm được phát và 10 trạm có thể nhận tín hiệu.
3. RS485.
Về các đặc tính điện học, RS-485 và RS-422 giống nhau về cơ bản. RS-485 cũng
sử dụng tín hiệu điện áp chênh lệch đối xứng giữa hai dây dẫn A và B. Ngưỡng
giới hạn qui định cho VCM đối với RS-485 được nới rộng ra khoảng -7V đến 12V,
cũng như trở kháng đầu vào cho phép lớn gấp ba lần so với RS-422.
Đặc tính khác nhau cơ bản của RS-485 so với RS-422 là khả năng ghép nối nhiều

điểm, vì thế được dùng phổ biến trong các hệ thống bus trường.
Mặc dù phạm vi làm việc tối đa là từ -6V đến 6V (trong trường hợp hở mạch),
trạng thái logic của tín hiệu chỉ được định nghĩa trong khoảng từ ±1,5V đến ±5V
đối với đầu ra (bên phát) và từ ±0,2V đến ±5V đối với đầu vào (bên thu).
RS-485 cho phép nối mạng 32 tải đơn vị (unit load, UL), ứng với 32 bộ thu phát
hoặc nhiều hơn, tùy theo cách chọn tải cho mỗi thiết bị thành viên.
Cũng như RS-422, RS-485 cho phép khoảng cách tối đa giữa trạm đầu và trạm
cuối trong một đoạn mạng là 1200m, không phụ thuộc vào số trạm tham gia.
Câu 15: Trình bày các đặc điểm cơ bản mạng MPI, PPI, và mạng Profibus
của hãng siemens?
1. PPI.
PPI (Point to Point Interface) thực hiện truyền thông nối tiếp điểm tới điểm. Ghép
nối điểm tới điểm có thể là ghép nối giữa hai thiết bị tự động hoá với nhau, hay
ghép nối giữa thiết bị với máy tính hoặc với thiết bị truyền thông khác.
PPI có những tính chất đặc trưng sau đây:
- Ghép nối giữa hai thiết bị truyền thông một cách trực tiếp hay thông qua driver
đặc biệt.
- Có thể sử dụng các thủ tục riêng được định nghĩa truyền kiểu ASCII.
Thông số kỹ thuật của PPI
Số lượng trạm 2
Cổng vật lý RS 232C (V24)20mA
(TTY)RS 422/485
Tốc độ truyền 300 bit/s ¸ 76,8 Kbit/s cho
cổng RS 232C ;300 bit/s ¸ 19,2 Kbit/s
Cơ Điện Tử 2

24


Hoàng Dương_CDT1

cho cổng RS 422/485.
Khoảng cách truyền 10 m cho cổng RS 232 ; 1000 m cho cổng RS422/485
Dịch vụ truyền thông ASCII-Driver3964 (R), RK 512, Printdriver và các loại
Driver đặc biệt khác.
2. MPI.
MPI (Multi Point Interface) là một subnet của
SIMATIC. Mạng MPI được sử dụng cho cấp
trường hay cấp phân xưởng với yêu cầu về
khoảng cách giữa các trạm không lớn. Mạng
chỉ cho phép liên kết với một số thiết bị của
SIMATIC như S7/M7 và C7. Thiết lập mạng
MPI phục vụ cho mục đích ghép nối một số
lượng hạn chế các trạm (không quá 32 trạm)
và dung lượng truyền thông nhỏ với tốc độ
truyền tối đa là 187,5 Kbps. Phương pháp
thâm nhập đường dẫn được chọn cho mạng
MPI là Token Passing.
Mạng MPI có những đặc điểm cơ bản sau:
- Các thiết bị trong mạng thuộc SIMATIC S7/M7 và C7 vì vậy cho phép thiết lập
mạng đơn giản.
- Mạng được thiết lập với số lượng hạn chế các thành viên và chỉ có khả năng trao
đổi một dung lượng thông tin nhỏ.
- Truyền thông thông qua bảng dữ liệu toàn cục gọi tắt là GD (Global Data). Bằng
phương pháp này cho phép thiết lập bảng truyền thông giữa các trạm trong mạng
trước khi thực hiện truyền thông.
- Có khả năng liên kết nhiều CPU và PG/OP với nhau.
3. Profibus.
- PROFIBUS - Process Field Bus. Đây là một chuẩn truyền thông được SIEMENS
phát triển từ năm 1987 trong DIN 19245. PROFIBUS được thiết lập theo phương

pháp hệ truyền thông mở, không phụ thuộc vào nhà chế tạo (Open Communication
Network) phục vụ cho các cấp phân xưởng và cấp trường. Mạng PROFIBUS tuân
theo chuẩn EN 50170 cho phép kết nối các bộ điều khiển PLC, các thiết bị vào/ra
phân tán, các bộ lập trình PC/PG, các cơ cấu chấp hành, các thiết bị hãng khác.
Mạng PROFIBUS được cung cấp theo ba chủng loại tương thích nhau:
PROFIBUS – DP (Distributed Peripheral) phục vụ cho việc trao đổi thông tin
nhỏ nhưng đòi hỏi tốc độ truyền nhanh. PROFIBUS – DP được xây dựng tối ưu
cho việc kết nối các thiết bị trường với máy tính điều khiển. PROFIBUS – DP phát
triển nhằm đáp ứng yêu cầu cao về tính năng thời gian trong trao đổi dữ liệu, giữa
cấp điều khiển cũng như các bộ PLC hoặc các máy tính công nghiệp với các ngoại
vi phân tán ở cấp trường như các thiết bị đo, truyền động và van. Việc trao đổi chủ
yếu được thực hiện tuần hoàn theo cơ chế Master/Slave. Với số trạm tối đa trong
một mạng là 126, PROFIBUS – DP cho phép sử dụng cấu hình một trạm chủ
Cơ Điện Tử 2

25