Giáo trình Nén khí, điện khí nén

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP TP.HCM 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN 
 Tháng 9 năm 2006 
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
 Chương 1 
Chương 1 
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN 
I. VÀI NÉT VỀ LỊCH SỬ PHÁT TRIỂN : 
Ứng dụng của khí nén đã có từ thời trước công nguyên. Ví dụ: Nhà triết 
học người Hy Lạp Ktesibios (năm 140, trước công nguyên) và học trò của ông 
Heron (năm 100, trước công nguyên) đã chế tạo ra thiết bị bắn tên hay ném đá 
(hình 1.1). Dây cung được căng bằng áp suất khí trong 2 xilanh thông qua 2 đòn 
bẩy nối với 2 pittông của 2 xi lanh đó. 
Khi buông dây cung ra, áp suất của không khí nén 
giãn ra, tăng vận tốc bay của mũi tên. Sau đó một số 
phát minh sáng chế của Klesibios và Heron, như: Thiết 
bị đóng mở cửa bằng khí nén; bơm; súng phun lửa được 
ứng dụng. Khái niệm “Pneumatica” cũng được dùng 
trong thập kỷ này. 
Tuy nhiên sự phát triển của khoa học kỹ thuật thời 
đó không đồng bộ, nhất là sự kết hợp các kiến thức về 
cơ học, vật lý, vật liệucòn thiếu, cho nên phạm vi ứn
còn hạn chế. 
Mãi cho đến thế kỷ 17, nhà kỹ sư chế tạo người 
(1602-1686), nhà toán học và triết học người pháp Blai
cũng như nhà vật lý người Pháp Denis Papin (1647-1712)
cơ bản ứng dụng khí nén. 
Trong thế kỷ19, các máy móc thiết bị sử dụng năng
được phát minh như : Thư vận chuyển trong ống bằng kh
Ritter (Austria), phanh bằng khí nén (1880), búa tán đin
Trong lĩnh vực xây dựng đường hầm xuyên dãy núi Alpe
đầu tiên người ta sử dụng khí nén với công suất lớn. Vào
kỷ 19 xuất hiện ở Pari một trung tâm sử dụng năng lượn
suất 7350KW. Khí nén được vận chuyển tới nơi tiêu th
đường kính 500 mm với chiều dài nhiều km . Tại đó kh
lên nhiệt độ từ 500C đến 1500C để tăng công suất truy
thiết bị búa hơi 
Với sự phát triển mạnh mẽ của năng lượng điện,
lượng bằng khí nén bị giảm dần. Tuy nhiên việc sử dụn
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN Hình 1.1 Thiết bị bắn g dụng của khí nén rất 
Đức Otto Von Guerike 
se Pascal (1623-1662), 
 đã xây dựng nền tảng 
 lượng khí nén lần lượt 
í nén (1835) của Josef 
h bằng khí nén (1861). 
s ở Thụy Sỹ(1857) lần 
 những năm 70 của thế 
g khí nén lớn với công 
ụ trong đường ống với 
í nén được nung nóng 
ền động động cơ, các 
 vai trò sử dụng năng 
g năng lượng bằng khí 
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
 Chương 1 
nén vẫn đóng một vai trò cốt yếu ở những lĩnh vực mà khi sử dụng năng lượng 
điện sẽ nguy hiểm; sử dụng năng lượng bằng khí nén ở những dụng cụ nhỏ, 
nhưng truyền động với vận tốc lớn; sử dụng năng lượng bằng khí nén ở những 
thiết bị như búa hơi, dụng cụ dập, tán đinh  và nhiều nhất là các dụng cụ đồ 
gá kẹp chặt trong các máy. 
Thời gian sau chiến tranh thế giới thứ hai việc ứng dụng năng lượng bằng 
khí nén trong kỹ thuật điều khiển phát triển khá mạnh mẽû. Với những dụng cụ, 
thiết bị, phân tử khí nén mới được sáng chế và ứng dụng vào nhiều lĩnh vực 
khác nhau , sự kết hợp khí nén với điện - điện tử là nhân tố cho sự phát triển 
của kĩ thuật điều khiển trong tương lai. Hãng FESTO (Đức) có những chương 
trình phát triển hệ thống điều khiển bằng khí nén rất đa dạng. Không những 
phục vụ cho công nghiệp, mà còn phục cho sự phát triển các phương tiện dạy 
học (Didactic). 
II. KHẢ NĂNG ỨNG DỤNG CỦA KHÍ NÉN: 
1. Trong lĩnh vực điều khiển: 
Sau chiến tranh thế giới thứ hai, nhất là vào những năm 50 và 60 của thế 
kỷ 20 này, là thời gian phát triển mạnh mẽ của giai đoạn tự động hóa quá trình 
sản xuất; kỹ thuật điều khiển bằng khí nén được phát triển rộng rãi và đa dạng 
trong nhiều lĩnh vực khác nhau. Chỉ riêng ở Cộng Hoà Liên Bang Đức đã có 60 
hãng chuyên sản xuất các phần tử bằng khí nén. 
Hệ thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng ở những lĩnh vực mà ở 
đó nguy hiểm, hay xảy ra các vụ nổ, như các thiết bị phun sơn, các loại đồ gá 
kẹp các chi tiết nhựa, chất dẻo, hoặc là được sử dụng cho lĩnh vực các thiết bị 
điện tử, vì điều kiện vệ sinh môi trường rất tốt và an toàn cao. Ngoài ra các hệ 
thống điều khiển bằng khí nén được sử dụng trong các dây chuyền rửa tự động; 
trong các thiết bị vận chuyển và kiểm tra của thiết bị lò hơi, thiết bị mạ điện, 
đóng gói, bao bì và trong công nghiệp hoá chất. 
2. Hệ thống truyền động: 
- Các dụng cụ, thiết bị máy va đập. 
- Các thiết bị, máy móc trong lĩnh vực khai thác, như khai thác đá, khai thác 
than, trong các công trình xây dựng như xây dựng hầm mỏ, đường hầm 
Truyền động quay: 
Truyền động động cơ quay với công suất lớn bằng năng lượng khí nén 
giá thành rất cao. Nếu so sánh giá thành tiêu thụ điện của một động cơ quay 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN 
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
 Chương 1 
bằng năng lượng khí nén và một động cơ điện có cùng một công suất, thì giá 
thành tiêu thụ điện của một động cơ quay bằng năng lượng khí nén cao hơn 10 
đến 15 lần so với động cơ điện. Nhưng ngược lại thể tích và trọng lượng giảm 
30% so với động cơ điện có cùng một công suất. 
Những dụng cụ vặn vít từ M1 đến M300 : Máy khoan, công suất khoảng 
3,5KW; máy mài, công suất khoảng 2,5kw cũng như những máy mài có công 
suất nhỏ, nhưng với số vòng quay cao 100.000vòng/phút thì khả năng sử dụng 
động cơ truyền động bằng khí nén là phù hợp. 
Truyền động thẳng: 
Vận dụng truyền động bằng áp suất khí nén cho chuyển động thẳng trong 
các dụng cụ, đồ gá kẹp chặt các chi tiết, trong các thiết bị đóng gói, trong các 
loại máy gia công gỗ, trong các thiết bị làm lạnh, cũng như trong hệ thống 
phanh hãm của ô tô . 
Trong các hệ thống đo và kiểm tra : 
Dùng trong các thiết bị đo và kiểm tra chất lượng sản phẩm. 
III. ƯU NHƯỢC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG KHÍ 
NÉN : 
1. Ưu điểm: 
Do khả năng chịu nén (đàn hồi) lớn của không khí, cho nên có trích chứa 
khí nén một cách thuận lợi. Như vậy có khả năng ứng dụng để thành lập một 
trạm trích chứa khí nén. 
Có khả năng truyền tải năng lượng xa, bởi vì độ nhớt động học của khí 
nén nhỏ và tổn thất áp suất trên đường dẫn ít. 
Đường dẫn khí nén ra (thải ra) không cần thiết (ra ngoài không khí). 
Chi phí thấp để thiết lập một hệ thống truyền động bằng khí nén, bởi vì 
phần lớn trong các xí nghiệp hệ thống đường dẫn khí đã có sẵn. 
Hệ thống phòng ngừa quá áp suất giới hạn được bảo đảm. 
2. Nhược điểm: 
Lực truyền tải trọng thấp. 
Khi tải trọng trong hệ thống thay đổi, thì vận tốc truyền cũng thay đổi, bởi 
vì khả năng đàn hồi của khí nén lớn, cho nên không thể thực hiện chuyển động 
thẳng hoặc quay đều. 
Dòng khí nén thoát ra ở đường dẫn ra gây nên tiếng ồn. 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN 
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
 Chương 1 
Hiện nay, trong lĩnh vực điều khiển, người ta thường kết hợp hệ thống 
điều khiển bằng khí nén với cơ, hoặc với điện, điện tử. Cho nên rất khó xác 
định một cách chính xác, rõ ràng ưu, nhược điểm của từng hệ thống điều khiển. 
Tuy nhiên có thể so sánh một số khía cạnh, đặc tính của truyền động 
bằng khí nén đối với truyền động bằng cơ, bằng điện. 
IV. MỘT SỐ ĐẶC ĐIỂM CỦA HỆ THỐNG TRUYỀN ĐỘNG BẰNG 
KHÍ NÉN 
Kí hiệu(+), (=), (-), có nghĩa là: thích hợp hơn/bằng/ít hơn so với truyền 
động bằng khí nén. 
1. Độ an toàn khi quá tải : 
Khi hệ thống đạt được áp suất làm việc tới hạn, thì truyền động vẫn an 
toàn, không có sự cố hay hư hỏng xảy ra. 
Truyền động điện – cơ (-), truyền động bằng thuỷ lực (=), truyền động 
bằng cơ (-). 
2. Sự truyền tải năng lượng: 
Tổn thất áp suất và giá đầu tư cho mạng truyền tải bằng khí nén tương đối 
thấp. Truyền tải năng lượng điện (+), truyền tải thuỷ lực (-), truyền tải bằng cơ 
(-). 
3. Tuổi thọ và bảo dưỡng: 
Hệ thống điều khiển và truyền động bằng khí nén hoạt động tốt. Khi 
mạng đạt tới áp suất tới hạn và không gây nên ảnh hưởng đối với môi trường 
tuy nhiên hệ thống đòi hỏi rất cao vấn đề lọc chất bẩn của áp suất không khí 
trong hệ thống. 
Hệ thống điện - cơ (-/=), hệ thống cơ (-), hệ thống thuỷ lực (=), hệ thống 
điện (+). 
4. Khả năng thay thế những phần tử, thiết bị: 
Trong hệ thống truyền động bằng khí nén, khả năng thay thế những phần 
tử dễ dàng. 
Điều khiển bằng điện (+), hệ thống điều khiển cơ (-), hệ thống điều khiển 
bằng thủy lực (=). 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN 
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
 Chương 1 
5. Vận tốc truyền động : 
Do trọng lượng của các phần tử trong hệ thống điều khiển bằng khí nén 
nhỏ, hơn nửa khả năng giãn nở của áp suất khí lớn, nên truyền động có thể đạt 
được vận tốc rất cao. 
Điện – cơ (-), cơ (-), thuỷ lực (-). 
6 – Khả năng điều chỉnh lưu lượng dòng và áp suất: 
Truyền động bằng khí nén có khả năng điều chỉnh lưu lượng và áp suất 
một cách đơn giản. Tuy nhiên với sự thay đổi tải trọng tác động, thì vận tốc bị 
thay đổi. 
Điện – cơ (-), cơ (-), thuỷ lực (+). 
7 – Vận tốc truyền tải 
Vận tốc truyền tải và xử lý tín hiệu tương đối chậm. 
V. ĐƠN VỊ ĐO TRONG HỆ THỐNG ĐIỀU KHIỂN : 
 1 – Áp suất: 
Đơn vị cơ bản của áp suất theo hệ đo lường SI là Pascal 
1. Pascal là áp suất phân bố đều lên bề mặt có diện tích 1m2 với lực tác 
động vuông góc lên bề mặt đó là 1 Newton (N) 
1 Pascal (Pa) =1 N/m2
1 Pa = 1 kg m/s2/m2 = 1kg/ms2
Trong thực tế người ta dùng đơn vị bội số của Pascal là Megapascal 
(MPa). 
1 MPa = 1.000.000Pa 
Ngoài ra còn dùng đơn vị bar: 1 bar = 105Pa = 100.000Pa 
 1 kp/cm2 = 0,980665 bar = 0,981 bar 
 1 bar = 1,01972kp/cm2 = 1,02 kp/cm2 
Trong thực tế người ta coi 1 bar = 1 kp/cm2 = 1 at 
Ngoài ra một số nước (Anh, Mỹ) còn sử dụng đơn vị đo áp suất: 
Pound (0,45336kg) per square inch (6,4521 cm2) 
Kí hiệu lbf/in2 (psi) 1 bar = 14,5 psi 1psi = 0,06895 bar 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN 
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
 Chương 1 
 Theo hình 1.2 thì áp suất ghi trên tất cả các thiết bị khí nén là hiệu áp 
suất của áp suất tuyệt đối và áp suất khí quyển. 
Áp suất dư 
Chân không tuyệt đối 
Áp suất chân không 
Áp suất khí quyển 
0.
5 
ba
r 
1 
ba
r 
1 
kp
/c
m
2
1 
at
A
ù p 
su
ất
 tu
ye
ät đ
ối
2 
ba
r 
1,
01
3 
ba
r 
1,
03
3 
at
1 
at
m
Hình 1.2 Biểu thị các mối tương quan của các đơn vị đo áp suất khác nhau 
(theo DIN ) 
BẢNG 1.1 
Aùp 
suất 
Pa Bar mbar At 
kp/cm2
Mmws 
Kp/m2
Torr 
Mmhg 
psi atm 
1 Pa 
1 N/m2
1 1,000.10-5 1,000.10
-
2 1,02.10-5 0,102 7,50.103
1,45.10-
4
0,987
.10-5
1 bar 1,000.105 1 1,000.103 1,02 1,02.104 0,75.103 1,45.10 0,987 
1 mbar 1,000.102 1,000.10-3 1 1,02.10-3 1,02.10 0,75 
1,45.10-
2
0,987
.10-3
1 at 
1 
kp/cm2
0,981.105 0,981 9,81.102 1 1,000.104 7,36.10
2 1,42.10-
2 0,987 
1 
mmWS 
1 
kp/m2
9,81 0,981.10-4 9,81.10-2 1,000.10-4 1 7,36.10-2
1,42.10-
3
9,68.
10-5
1 
mmHg 
1 torr 
1,33.102 1,33.10-3 1,33 1,36.10-3 1,36.10 1 1,934.10-2
1,32.
10-3
1 psi 6,985.103 6,985.10-2 6,985.10 
7,033.10
-2
7,033.1
02 5,171.10 1 
6,805
.10-2
1atm 1,013.105 1,013 1,013.103 1,033 
1,033.1
04 7,6.10
2 1,469.1
0-2 1 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN 
CƠ SỞ LÝ THUYẾT VỀ KHÍ NÉN 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
 Chương 1 
2. Công suất: Đơn vị của công suất là Watt 
1 Watt là công suất, trong thời gian 1 giây sinh ra năng lượng 1 Joule. 
 1w = 1 Nm/s = 3
2
s
kgm 
Bảng 1.2:Biểu thị mối quan hệ giữa các đơn vị đo về công suất (theo DIN) 
w kw Kpm/s ps Kcal/s Kcal/h 
1 10-3 0,102 1,36.10-3 2,39.10-4 0,86 
103 1 102 1,36 0,239 860 
9,81 9,81.10-3 1 1,33.10-2 23,45.10-4 8,43 
735,5 0,7355 75 1 0,1757 622 
4187 4,19 427 5,69 1 3600 
1,16 1,16.10-3 0,119 1,58.10-3 2,78.10-4 1 
 Bảng 1.2 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN 
MÁY NÉN KHÍ VÀ THIẾT BỊ SỬ LÝ KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Chương 2 
CHƯƠNG2 
MÁY NÉN KHÍ VÀ THIẾT BỊ XỬ LÍ KHÍ NÉN. 
I MÁY NÉN KHÍ: 
Áp suất khí được tạo ra từ máy nén khí, ở đó năng lượng cơ học của động 
cơ điện hoặc của động cơ đốt trong được chuyển đổi thành năng lượng khí nén 
và nhiệt năng. 
Nguyên tắc hoạt động và phân loại máy nén khí: 
Nguyên tắc hoạt động: 
™ Nguyên lý thay đổi thể tích: Không khí được dẫn vào buồng chứa, ở 
đó thể tích của buồng chứa sẽ nhỏ lại. Như vậy theo định luật Boyle – Mariotte 
áp suất trong buồng chứa sẽ tăng lên. Máy nén khí hoạt động theo nguyên lý 
này, ví dụ như máy nén khí kiểu pittông, bánh răng, cánh gạt. 
™ Nguyên lý động năng : Không khí được dẫn vào buồng chứa, ở đó áp 
suất khí nén được tạo ra bằng động năng của bánh dẫn. Nguyên tắc hoạt động 
này tạo ra lưu lượng và công suất rất lớn. Máy nén khí hoạt động theo nguyên 
lý này, ví dụ như máy nén kiểu li tâm. 
1.Máy nén khí kiểu pittông : 
Nguyên lý hoạt động : 
Nguyên lý hoạt động của máy nén kiểu pittông một cấp (hình2.1). 
 Hình 2.1 
Máy nén khí kiểu pittông một cấp có thể hút được lưu lượng đến 10 
m3/phút và áp suất nén được là 6 bar, có thể trong một số trường hợp áp suất 
nén lên đến 10 bar. Máy nén khí kiểu pittông 2 cấp có thể nén đến áp suất 15 
bar. Loại máy nén khí kiểu pittông 3, 4 cấp có thể nén áp suất đến 250 bar. 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 1 
MÁY NÉN KHÍ VÀ THIẾT BỊ SỬ LÝ KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Chương 2 
Loại máy nén khí 1 cấp và 2 cấp thích hợp cho hệ thống điều khiển bằng 
khí nén trong công nghiệp. Máy nén khí kiểu pittông được phân loại theo số 
cấp nén, loại truyền động và phương thức làm nguội khi nén. Ngoài ra người ta 
cũng phân loại theo vị trí của pittông. 
2. Máy nén khí kiểu cánh  ... N 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
Chương 7 
a. 
b. 
Hình 7.7. Cấu tạo và kí hiệu van đảo chiều (hãng Herion). 
a. Van 4/2 điều khiển gián tiếp bằng nam châm điện và khí nén 
b. Van 5/2 điều khiển gián tiếp bằng nam châm điện và khí nén 
2. Các Phần Tử Điện: 
a. Công Tắc: 
Trong kĩ thuật điều khiển, công tắc, nút nhấn thuộc các phần tử đưa tín 
hiệu. Hình 7.8 giới thiệu hai loại công tắc thông dụng. Công tắc đóng – mở 
(on- off switch). Xem hình 7.8a và công tắc chuyển mạch quay xem hình 7.8b. 
Hình 7.8 Công tắc 
b. Nút Nhấn: 
Nút ấn đóng – mở ở hình 7.9a. Khi chưa tác động thì chưa có dòng điện 
chạy qua (mở), khi tác động (nhấn) dòng điện đi qua 3-4. Nút ấn chuyển mạch, 
sơ đồ cấu tạo và kí hiệu trình bày ở hình 5.9b. 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 4 - 
CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN – KHÍ NÉN 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
Chương 7 
Hình 7.9a. Hình 7.9b. 
Trong kĩ thuật điều khiển, rơle được sử dụng như là phần tử xử lí tín 
hiệu. Có nhiều loại rơle khác nhau, tuỳ theo công dụng, ví dụ như rơle công 
suất, rơle đóng – mở, rơle điều khiển, rơle thời gian. 
Nguyên tắc hoạt động của rơle là từ trường của cuộn dây. Trong quá 
trình đóng – mở sẽ có hiện tượng tự cảm, để khắc phục hiện tượng đó, xem 
mục I-3-c. 
™ Rơle đóng mạch: 
 Nguyên lý hoạt động của rơ le đóng mạch được biểu diễn ở hình 7.10. 
Khi cho dòng vào cuộn dây cảm ứng , xuất hiện lực từ trường sẽ hút lõi sắt, 
trên đó có lắp các tiếp điểm. Các tiếp điểm có thể là các tiếp điểm chính để 
đóng, mở mạch chính và các tiếp điểm phụ để mạch điều khiển . Rơle đóng 
mạch ứng dụng cho mạch có công suất lớn từ 1KW đến 500KW. 
 Tiếp điểm chính Tiếp điểm phụ 
Hình 7.10 Rơle đóng mạch. 
™ Rơle điều khiển: 
Nguyên lý hoạt động của rơ le điều khiển cũng tương tự như Rơle đóng 
mạch (hình7.11); Khác Rơle đóng mạch ở chỗ là Rơle điều khiển đóng mở cho 
mạch có công suất nhỏ và thời gian đóng mở các tiếp điểm rất nhỏ (1ms đến 
10ms). 
 Kí hiệu 
Hình 7.11 Rơle đóng mạch. 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 5 - 
CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN – KHÍ NÉN 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
Chương 7 
™ Rơle thời gian tác động muộn: 
Nguyên lý hoạt động Rơle thời gian tác động muộn (hình 7.12): Tương tự 
như rơle thời gian tác động muộn của phần tử khí nén, diode tương đương như 
van một chiều, tụ điện như bình trích chứa, biến trở R1 như van tiết lưu. Đồng 
thời tụ điện có nhiệm vụ giảm điện áp tải trong quá trình ngắt. 
 c. b. 
 a. d. 
Hình 7.12 : Rơ le thời gian tác động muộn 
a. Sơ đồ nguyên lý làm việc 
b. Sơ đồ thời gian nhả muộn của phần tử khí nén 
c. Kí hiệu 
 d. Biểu đồ thời gian 
™ Rơle thời gian nhả muộn: 
Nguyên lý hoạt động của Rơle thời gian nhả muộn hình (8.64): tương tự 
như rơle thời gian nhả muộn của phần tử khí nén, diode tương đương như van 
một chiều, tụ điện như bình trích chứa, biến trở R1 như van tiết lưu. Đồng thời 
tụ điện có nhiện vụ giảm điện áp quá tải trong quá trình ngắt. 
S1
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 6 - 
CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN – KHÍ NÉN 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
Chương 7 
 a. b. 
 c. d. 
Hình 7.13: Rơ le thời gian nhả muộn 
a. Sơ đồ nguyên lý làm việc 
b. Sơ đồ thời gian nhả muộn của phần tử khí nén 
c. Kí hiệu 
d. Biểu đồ thời gian 
c. Công Tắc Hành Trình Điện – Cơ: 
Nguyên lý hoạt động của công tắt hành trình điện – cơ được biểu diễn: Khi 
con lăn chạm cữ hành trình thì tiếp điểm 1 nối với 4. 
 a. b. 
Hình 7.14 :Công tắc hành trình điện cơ 
a. Trạng thái thường đóng khi không có tác động 
b. Trạng thái thường đóng khi có tác động 
d. Công tắc hành trình bằng nam châm: 
Nguyên lý hoạt động của công tắt hành trình điện – cơ được biểu diễn ở 
hình 7.15. Khi con lăn chạm cữ hành trình thì tiếp điểm 1 nối với 4. 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 7 - 
CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN – KHÍ NÉN 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
Chương 7 
Hình 7.15: Công tắc hành trình nam châm điện 
e. Cảm biến cảm ứng từ: 
Bộ tạo dao động sẽ phát ra tần số cao. Khi có vật cản bằng kim loại nằm 
trong vùng đường sức của từ trường, trong kim loại đó sẽ hình thành dòng điện 
xoáy. Như vậy năng lượng của bộ dao động sẽ giảm, dòng điện xoáy sẽ tăng, 
khi vật cản càng gần vật cảm ứng. Qua đó biên độ dao động của bộ dao động 
sẽ giảm. Qua bộ so, tín hiệu ra được khuếch đại. Trong trường hợp tín hiệu ra 
là tín hiệu nhị phân, mạch Schmitt trigơ sẽ đảm nhậân nhiện vụ này. 
 Hình 7.16 :Nguyên lí hoạt động của cảm biến cảm ứng từ 
Sơ đồ đơn giản của mạch dao động LC: 
f. Cảm Biến Điện Dung: 
Bộ tạo dao động sẽ phát ra tần số cao. Khi có vật cản bằng kim loại hoặc 
phi kim loại nằm trong vùng đường sức của điện trường, điện dung tụ điện thay 
đổi. Như vậy tần số riêng của bộ dao động thay đổi. Qua bộ so, và bộ nắn 
dòng, tín hiệu tín hiệu ra được khuếch đại. Tong tường hợp tín hiệu ra là tín 
hiệu nhị phân, mạch schmitt trigơ sẽ nhân nhiệm vụ này. 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 8 - 
CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN – KHÍ NÉN 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
Chương 7 
Nguyên lí hoạt động và kí hiệu của cảm biến điện dung ở hình7.17 
Hình 5.17 Nguyên lí hoạt động và kí hiệu của cảm biến điện dung 
Kí hiệu 
g. Cảm biến quang: 
Nguyên tắc hoạt động của cảm biến quang biểu diễn ở hình 5.18 gồm 2 phần: 
− Bộ phận phát 
− Bộ phân nhận 
Bộ phận phát sẽ phát đi tia hồng ngoại bằng diod phát quang, khi gặp vật 
chắn tia hồng ngoại sẽ phản hồi lại vào bộ phận nhận. Như vậy ở bộ phận nhận 
tia hồng ngoại phản hồi sẽ được xử lýtrong mạch và cho tín hiệu ra sau khi 
khuyếch đại. 
Hình 7.18 :Nguyên lí hoạt động của cảm biến quang 
Hình 7.19: Nút điều chỉnh khoảng cách và kí hiệu cảm biến quang 
Tuỳ theo vị trí sắp xếp của bộ phận phát và bộ phận nhận, người ta phân 
biệt thành 2 loại chính: Cảm biến quang một chiều (hình 7.20a) và cảm biến 
quang phản hồi (hình 7.20b). 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 9 - 
CÁC PHẦN TỬ ĐIỆN – KHÍ NÉN 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
Chương 7 
a. 
b. 
Hình 7.20 a.Cảm biến quang một chiều 
 b. Cảm biến quang phản hồi 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 10 - 
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
ĐIỆN – KHÍ NÉN Chương 8 
CHƯƠNG 8 : THIẾT KẾ MẠCH ĐIỀU KHIỂN ĐIỆN – KHÍ NÉN. 
1. Nguyên tắc thiết kế. 
Sơ đồ mạch điện – khí nén gồm 2 phần: 
- Sơ đồ mạch điện điều khiển. 
- Sơ đồ mạch khí nén. 
Các phần tử điện đã được trình bày ở mục III, 2 sơ đồ mạch được biểu diễn 
khi chưa có tác động tín hiệu vào. 
Các phần tử khí nén được biểu diễn như đã trình bày trong chương VII. 
Sự liên hệ giữa 2 sơ đồ: Trên sơ đồ mạch điện và sơ đồ mạch khí nén được 
ghi chú bằng các kí hiệu số tương ứng của rơle trong mạch điện và nam châm 
điện của van đảo chiều hoặc rơle áp suất – điện trong mạch khí nén. 
2. Bộ Dịch Chuyển Theo Nhịp: 
Bộ dịch chuyển theo nhịp là khối lắp ráp các phần tử khí nén và điện, có 
nhiệm vụ là kẹp, dịch chuyển chi tiết theo chu kì. Ví dụ ứng dụng bộ dịch 
chuyển theo nhịp trong máy đập, xem biểu diễn ở hình 8.1. 
Hình 8.1 :Ứng dụng bộ dịch chuyển theo nhịp 
Hãng FESTO (CHLBĐ) đã sản xuất được các bộ dịch chuyển theo nhịp 
có khoảng cách từ 0 – 1000 mm. Mỗi loại bộ chuyển dịch được tiêu chuẩn hoá 
và có khoảng cách dịch chuyển nhất định. Hình vẽ sau là bộ dịch chuyển với 
khoảng cách dịch chuyển là 20mm. 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 1 - 
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
ĐIỆN – KHÍ NÉN Chương 8 
Nguyên tắc hoạt động 
của bộ dịch chuyển theo nhịp 
được biểu diễn ở hình 8.2. 
− Tại vị trí cơ bản của bộ 
dịch chuyển (hình 8.2a) cửa A 
nối với nguồn P (P = 6 bar) 
đầu kẹp đứng yên sẽ kẹp dải 
kim loại, đầu kẹp dịch chuyển 
( nối với cửa B) mở ra. 
− Khi có tín hiệu điện ở 
Y1, van đảo chiều 2 đổi vị trí 
(hình 8.2b). Đầu kẹp đứng yên 
sẽ mở ra, đầu kẹp dịch chuyển ( nối với B) đóng lại. 
Hình 8.2: Bộ dịch chuyển theo nhịp (Festo) 
Hình 8.3: Nguyên tắc hoạt động của bộ dịch chuyển theo nhịp 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 2 - 
THIẾT KẾ MẠCH ĐIỆN ĐIỀU KHIỂN 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
ĐIỆN – KHÍ NÉN Chương 8 
− Khi áp suất đạt được ít nhất là 50% (khoảng 3 bar) trong ống dẫn B, van 
đảo chiều 1 đổi vị trí, vì đường kính nòng van 2 đầu khác nhau. Pittông dịch 
chuyển đẩy tới (hình 8.3c). 
− Khi tín hiệu điện ở Y1 mất đi, van đảo chiều đổi vị trí. Đầu kẹp đứng yên 
sẽ kẹp dải kim loại, đầu kẹp dịch chuyển (nối với cửa B) mở ra. Khi áp suất 
ống B giảm xuống 50% thì van đảo chiều 1 đổi vị trí, pittông dịch chuyển lùi về 
(hình 8.3d). 
Hình 8.4: Biểu đồ trạng thái bộ dịch chuyển theo nhịp 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 3 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
CHƯƠNG 9 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN BẰNG 
PHẦN MỀM MÔ PHỔNG FLUIDSIMP CỦA HÃNG FESTO 
I. Thiết kế mạch khí nén 
 1. Điều khiển bằng tay một xilanh 
 a) Biểu đồ trạng thái 
b) Sơ đồ mạch khí nén 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 1 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
2. Điều khiển tuỳ động một xilanh 
 a)Sơ đồ trạng thái 
 b) Mạch khí nén 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 2 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
 3. Điều khiển tuỳ động một xilanh 
 a) Biểu đồ trạng thái 
b) Mạch khí nén 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 3 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
4. Điều khiển 2 xilanh ép vật liệu 
 a) Biểu đồ trạng thái 
b) Mạch khí nén 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 4 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
5. Điều khiển 2 xilanh theo hành trình 
 a) Biểu đồ trạng thái 
b) Mạch khí nén 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 5 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
6. Mạch điều khiển phân tầng 
 a) Biểu đồ trạng thái 
b) Mạch khí nén 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 6 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
7. Mạch điều khiển 3 xilanh 
 a) Biểu đồ trạng thái 
 b) Mạch khí nén 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 7 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
8. Mạch điều khiển 3 xilanh 
 a) Biểu đồ trạng thái 
b) Mạch khí nén 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 8 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
9. Mạch điều khiển 3 xilanh 
 a) Biểu đồ trạng thái 
b) Mạch khí nén 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 9 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
10. Mạch điều khiển 3 xilanh 
 a) Biểu đồ trạng thái 
b) Mạch khí nén 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 10 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
11. Mạch điều khiển 3 xilanh 
 a) Biểu đồ trạng thái 
b) Mạch khí nén 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 11 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
12. Mạch điều khiển 3 xilanh 
 a) Biểu đồ trạng thái 
b) Mạch khí nén 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 12 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
13. Mạch điều khiển 3 xilanh 
 a) Biểu đồ trạng thái 
b) Mạch khí nén 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 13 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
14. Mạch điều khiển 3 xilanh 
 a) Biểu đồ trạng thái 
b) Mạch khí nén 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 14 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
II. Thiết kế mạch điện – khí nén 
 1. Thiết kế mạch điện – khí nén điều khiển 1 xilanh 
Sử dụng một xialnh và một van điện từ 5/2, một c6ng tắc tự 
duy trì, một rơle. 
 a) Biểu đồ trạng thái 
 b) Sơ đồ mạch khí nén 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 15 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
c) Sơ đồ mạch điện 
2. Thiết kế mạch dùng 2 xilanh kép điều khiển tuần tự 
 - Sử dụng 2 xialnh tác động kép 
 - 2 van điện từ 5/2 có vị trí không 
 - Một công tắc 
 - 5 rơle 
 - 4 công tắc hành trình 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 16 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
a) Biểu đồ trạng thái 
 b) Sơ đồ mạch khí nén 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 17 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
c) Sơ đồ mạch điện 
3. Thiết kế mạch điều khiển 3 xilanh 
 a) Biểu đồ trạng thái 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 18 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
 b) Sơ đồ mạch khí nén 
c) Sơ đồ mạch điện 
4. Thiết kế mạch điều khiển 3 xilanh 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 19 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
 a) Biểu đồ trạng thái 
 b) Sơ đồ mạch khí nén và sơ đồ mạch điện 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 20 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
5. Thiết kế mạch điều khiển 3 xilanh 
 a) Biểu đồ trạng thái 
 b) Sơ đồ mạch khí nén và sơ đồ mạch điện 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 21 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
 6. Thiết kế mạch điều khiển 1 xilanh 
7. Thiết kế mạch điều khiển 1 xilanh 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 22 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
4. Thiết kế mạch điều khiển 1 xilanh 
5. Thiết kế mạch điều khiển 2 xilanh 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 23 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
6. Thiết kế mạch điều khiển 2 xilanh 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 24 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
11. Thiết kế mạch điều khiển 2 xilanh 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 25 - 
THIẾT KẾ MẠCH KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ 
KHÍ NÉN – ĐIỆN KHÍ NÉN 
NÉN Phần II 
TRUNG TÂM TNTH ĐIỆN - 26 -