cua tu dong

Động cơ dùng trong cửa tự động tại đây là động cơ một chiều điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp điều chỉnh điện áp.Hệ thống cửa tại đây không dùng hệ thống con lăn phụ mà thay vào đó là s

MỤC LỤC

LỜI NÓI ĐẦU……… 2

CHƯƠNG I: CÁC LOẠI CỬA TỰ ĐỘNG HIỆN NAY ……… 4

1.1: Cửa cuốn……… 4

1.2: Cửa kéo……… ……… 6

1.3: Cửa trượt……… ……… … 7

CHƯƠNG II: KHẢO SÁT CÁC LOẠI CỬA ĐÓNG MỞ TỰ ĐỘNG Ở HÀ NỘI HIỆN NAY……… 9

CHƯƠNG III: PHÂN TÍCH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ…… …… 12

CHƯƠNG IV: CHỌN HỆ TRUYỀN ĐỘNG……… ………14

4.1: giới thiệu chung về động cơ 1 chiều……….… 14

4.1.1: Cấu tạo động cơ điện một chiều……… 14

4.1.2: Phân loại động cơ điện một chiều………15

4.1.3: Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều……… 17

4.1.4: Phương trình đặc tính cơ của động điện một chiều kích từ độc lập……… 17

4.2: giới thiệu về động cơ không chổi than………… ……… 19

4.3: các phương pháp thay đổi tốc độ động cơ……… 20

4.3.1: Phương pháp điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng đông cơ……… 20

4.3.2: Phương pháp thay đổi từ thông động cơ……… 22

CHƯƠNG V: THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP……… … …… 24

5.1: khái niệm chung về máy biến áp……… 24

5.1.1: Khái niệm chung……… 24

5.1.2: Các đại lượng định mức của máy biến áp………25

5.1.3: Cấu tạo máy biến áp……… 26

5.2: chế tạo máy biến áp………26

5.2.1: Tính toán máy biến áp……… 26

5.2.2: Tính toán số vòng dây máy biến áp……… 27

CHƯƠNG VI: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ VÀ CÁC LINH KIỆN THIẾT KẾ……… 29

6.1: Phần cứng……… ……….29

6.1.1: Vi điều khiển AT89C51……… 29

6.1.2: IC tạo ổn áp 7805( IC ổn áp 5v) ……….31

6.1.3: Bộ chuyển đổi tương tự sang số ADC……….32

6.1.4: SENSOR CẢM BIẾN……… 33

6.1.5: IC điều khiển động cơ L298……… 34

6.2: Phần mềm……… ……… 35

6.2.1: Phần mềm mô phỏng mạch……… 35

6.2.2: Ngôn ngữ lập trình……… 36

Chương VII: Giới thiệu một số cách phát hiện vật thể……… 38

7.1: phương phát phát hiện vật thể ứng dụng công nghệ vi song………… 38

7.2: phương pháp phát hiện vật thể dựa trên hiệu ứng điện quang ……… 39

7.2.1: Tế bào quang dẫn……… 39

7.2.2: Photodiode……… 40

7.2.3: Phototranzito………40

7.3: phương pháp phát hiện vật thể bằng nhận dạng hình ảnh……… 41

7.4: cảm biến tiếp cận điện cảm……… 42

7.4.1: Cảm biến tiếp cận điện cảm……….42

7.4.2: Cảm biến tiếp cận điện dung………43

7.4.3: Cảm biến tiếp cận quang học……… 43

7.5: cảm biến hồng ngoại……… 45

CHƯƠNG VIII: GIỚI THIỆU CHUNG VỀ ENCODER……… 47

8.1: khái niệm về encoder……… 47

8.2: các loại encoder……… 48

8.3: mô hình mô phỏng cửa tự động ……… 53

CHƯƠNG IX: SỬ DỤNG PHẦN MỀM SOLID WORK 2012……… 54

9.1: Giao diện chính……… 54

9.2: Mở một file đã có………55

9.3: Lưu file 56

9.4: Vẽ các đối tượng 2D……… 57

9.4.1: Vẽ các biên dạng 2D………57

9.4.2: Các lệnh chỉnh sửa vẽ nhanh các đối tượng 2D……… 58

9.4.3: Tạo đối tượng 3D từ đối tượng 2D……… 62

9.5: Bản vẽ lắp……… 64

9.6: Mô hình mô phỏng cửa tự động bằng solid word……… … 66

LỜI NÓI ĐẦU

Trong xã hội văn minh hiện đại, cửa là một bộ phận không thể thiếu được trong từng công trình kiến trúc Tuy nhiên loại cửa bình thường (cửa không tự động) mà chúng ta hay dùng hiện nay lại có những nhược điểm gây phiền toái cho người sử dụng đó là: cửa thường chỉ đóng mở dược khi có tác động của con người vào nó Vì vậy mà dùng cửa thường làm tốn thời gian và gây cảm giác ngại cho người sử dụng

Việc thiết kế ra một loại cửa tiện ích hơn, đa năng hơn, phục vụ tốt hơn cho đời sống con người trong thời điểm xã hội ngày càng hiện đại và phát triển hiện nay là tất yếu và vô cùng cần thiết Vì vậy cần thiết kế ra một loại cửa tự động khắc phục tốt những nhược điểm của cửa thường

Mục đích của việc thiết kế cửa tự động là để tạo ra được một loại cửa vừa duy trì được những đặc tính cần có của cửa, vừa khắc phục những nhược điểm lớn của loại cửa bình thường

Do đó, khi sử dụng cửa tự động, người dùng hoàn toàn không phải tác dụng trực tiếp lên cánh cửa mà cửa vẫn tự động đóng mở theo ý muốn của mình Với tính năng này, cửa tự động mang lại những thuận lợi lớn cho người sử dụng:

Thứ nhất, cửa tự động rõ ràng sẽ đem lại cảm giác thoải mái cho người dùng, loại bỏ hoàn toàn cảm giác ngại, khó chịu như khi dùng cửa thường

Thứ hai, nếu người dùng cửa đang bê vác vật gì đó (bằng cả hai tay) thì cửa

tự động không những chỉ tạo cảm giác thoải mái mà thực sự đã giúp người dùng, tạo thuận lợi cho người hoàn thành công việc mà không bị cản trở

Thứ ba, sử dụng cửa tự động sẽ giúp người dùng nó đỡ tốn thời gian để đóng

mở cửa’ tức là tiết kiệm cho họ một khoảng tời gian dù là rất nhỏ nhưng cũng có thể rất cần thiết trong nhịp sống công nghiệp hiện đại ngày nay

Đặc biệt, ở những nơi công cộng, công sở, cửa tự động ngày càng phát huy

ưu điểm Đó là vì cửa tự động sẽ giúp cho lưu thông qua cửa nhanh chóng dễ dàng, cũng như sẽ giảm đi những va chạm khi nhiều người cùng sử dụng chung một cánh cửa

Thêm vào đó, hiện nay hệ thống máy lạnh dược sử dụng khá rộng rãi ở những nơi công sở, công cộng Nếu ta dùng loại cửa bình thường thì phải đảm bảo cửa luôn đóng khi không co người qua lại để tránh thất thoát hơi lạnh ra ngoài gây lãng phí Thế nhưng điều này trong thực tế lại rất khó thực hiện vì ý thức của mỗi người ở nơi công cộng là rất khác nhau Do đó, cửa tự động, với tính chất là luôn đóng khi không có người qua lại đã đáp ứng được tốt yêu cầu này.

Chính vì những ưu điểm nổi bật của cửa tự động mà chúng ta càng phải phát triển ứng dụng nó rộng rãi hơn, đồng thời nghiên cứu để cải tiến và nâng cao chất lượng hoạt động của cửa tự động để nó ngày càng hiện đại hơn, tiện ích hơn

Để nghiên cứu một cách chính xác và cụ thể về cửa tự động, cần thiết phải chế tạo ra mô hình cửa đóng mở tự động, mô tả hoạt đọng, hình dáng, cấu tạo của cửa tự động Từ mô hình này t có thể quan sát và tìm hiểu hoạt động của cửa

tự động, cũng như có thể lường trước những khói khăn có thể gặp phải khi chế tạo cửa tự động trên thực tế Cũng từ mô hình có thể thấy được ưu nhược điểm của thiết kế mà từ đó khắc phục những hạn chế, phát huy thế mạnh thiết kế cánh cửa ưu việt hơn, hoàn thiện hơn cho con người

CHƯƠNG I CÁC LOẠI CỬA TỰ ĐỘNG HIỆN NAY

Hiện nay có nhiều loại cửa tự động : cửa kéo,cửa đẩy, cửa cuốn, cửa trượt

Nhưng chúng thường được sản xuất ở nước ngoài bán tại việt nam với giá thành khá cao Vì thế chúng không được sử dụng rộng rãi Nhu cầu cửa tự động ở Việt Nam là rất lớn về số lượng và chủng loại

Hình 1.3: Động cơ của cửa cuốn Loại cửa này có ưu điểm là gọn nhẹ tiện dụng và dễ sử dụng, lại chỉ cần động

cơ công suất nhỏ Loại cửa này thường được dùng cho gara ô tô Nó có tính kinh

tế khá cao vì không mấy khó khăn khi làm được loại cửa này

Nhưng có nhược điểm là cửa không chắc chắn và dễ bị hỏng hơn các loại cửa khác

1.2 Cửa kéo

Hình 1.4: Cửa kéoLoại cửa này nhìn rất lạ, với kết cấu đơn giản một động cơ được gắn cố định với trần nhà Cửa được động cơ kéo bằng một đoạn dây Ưu điểm của loại này là đơn giản nhưng hiệu quả, so với loại cửa cuốn thì cánh cửa chắc hơn nhiều Có

lẽ nhược điểm của loại cửa này là động cơ gắn với trần nhà vì vậy cần phải gắn

đủ chắc để chịu được sức nặng của cửa Vì vậy trong thực tế người ta ít sử dụng loại cửa kéo này do nhược điểm là phải gắn đủ chắc để chịu sức nặng nếu không

sẽ rất nguy hiểm cho người sử dụng

1.3 Cửa trượt

Hình 1.5: Cửa trượt Ẻuowindow Loại cửa này có đặc điểm là có một rãnh trượt cố định cho phép cánh cửa thể trượt qua trượt lại Loại cửa này thường được sử dụng trong nhà hàng, khách sạn, cơ quan hay sân bay, nhà ga

Loại cửa này có ưu điểm là kết cấu khá nhẹ nhàng,tạo ra một cảm giác thoáng đạt và thoải mái và lịch sự rất thích hợp với nhưng nơi công cộng, cơ quan

Hình 1.6: Các loại cửa trượt thông dụng Loại cửa này thiết kế rất toàn vẹn, nó có thể nhận biết được người, máy móc cũng như loài vật có thể đi qua

Nhược điểm của loại cửa này là không hề chắc chắn, nhẹ nhàng nhưng không có nghĩa là gọn gàng mà ngược lại có khi lại rất cồng kềnh

Có một điều không thể phủ nhận đó là tính phổ biến của loại cửa này

CHƯƠNG II KHẢO SÁT CÁC LOẠI CỬA ĐÓNG MỞ

TỰ ĐỘNG Ở HÀ NỘI HIỆN NAY

Thông qua việc quan sát, tìm hiểu về cửa tự động ở một số địa điểm trên Hà

Nội hiện nay, ta nhận thấy cửa tự động được sử dụng chủ yếu ở những nơi giao dịch thương mại, những công sở lớn, ở sân bay, ngân hàng và các khách sạn lớn

Sở dĩ như vậy là do những nơi này có lượng người qua lại lớn, đồng thời những nơi này lại yêu cầu có tính hiện đại, sang trọng và tiện dụng Sử dụng cửa tự động tại những nơi này sẽ phát huy được tất cả những ưu điểm của nó

Tuy nhiên cửa tự động cũng có rất nhiều loại tuỳ theo yêu cầu về mục đích

sử dụng như trọng lượng cửa, chiều cao hay phần mạch điều khiển cửa

Theo trọng lượng cửa thì có các loại sau: loại 200 kg/hai cánh tại Cung văn hoá hữu nghị Việt Xô,loại 180kg/2 cánh tại ngân hàng nông nghiệp và phát triển nông thôn….Ngoài ra người ta còn chia ra làm hai loại theo số cánh cửa:Loại một cánh và loại hai cánh

+ Cửa tự động chỉ có 1 cánh: Loại cửa này chủ yếu được dùng trong 2 điều kiện như sau:

Một là, những nơi yêu cầu tính hiện đại, sang trọng nhưng lại có số lượng người đi qua lại không nhiều như các khác sạn lớn, nhà nghỉ lớn, hay công

hiểu sâu hơn trong công nghệ này ta sẽ phân tích hệ thống cửa tự động ở sân bay Nội Bài.

• Khảo sát cửa tự động ở sân bay Nội Bài - Hà Nội

Hình 2.1:Cửa tự động ở sân bay nội bài

Trước cửa ra vào nơi bán vé và làm thủ tục bay của sân bay Nội Bài cả tầng

1 và tầng 2 mỗi tầng có nhiều hệ thống cửa tự động Tất cả các cửa này đều có kết cấu cơ khí và hình dạng bên ngoài giống nhau Đây là loại cửa trượt rất phổ biến

Cửa tự động tại đây sử dụng hệ thống cửa hai cánh trọng lượng mỗi cánh khoảng 80 kg Động cơ dùng trong cửa tự động tại đây là động cơ một chiều điều chỉnh tốc độ bằng phương pháp điều chỉnh điện áp.Hệ thống cửa tại đây không dùng hệ thống con lăn phụ mà thay vào đó là sử dụng hai gờ sắt cố định xuống sàn

Cuối hành trình mở có đặt một công tắc hành trình để bảo vệ tránh cho cửa không chuyển động vượt quá hành trình.

Quan sát cửa chuyển động em thấy cửa chuyển động với hai cấp tốc độ Khi

mở cửa cửa mở ra với vận tốc nhanh để kịp thời mở ra tránh tình trạng người phải chờ đợi cửa mở gây cảm giác khó chịu cho người muốn đi vào, gần hết hành trình mở cửa giảm tốc và dừng lại, khi cửa đóng cửa đóng với vận tốc chậm hơn so với lúc mở để tránh gây cảm giác cho người muốn đi vao từ đằng xa.Gần hết hành trình cửa giảm tốc và dừng lại chính xác

Khi cửa đang đóng mà có tín hiêu người đi vào thì cửa sẽ mở ra với vận tốc nhanh sau gần cuối hành trình thì giảm tốc và dừng lại chính xác ở cuối hành trình.Cảm biến dùng ở đây là hai cảm biến quang: Một cảm biến đặt ở phía bên ngoài, một cảm biến đặt ở phía bên trong của cánh cửa để đảm bảo nhận biết và báo tín hiệu khi có người đi từ trong ra cũng như khi có ngừơi đi từ ngoài vào.Hai cảm biến này trên khung cánh cửa

Phương thức hoạt động của loại cửa này là dùng mạch điều khiển không tiếp điểm dùng các phần tử lôgic thì có ưư điểm là rẻ, việc hỏng hóc có thể sửa chửa

dễ dàng, nhưng nó có một nhược diểm rất lớn là làm việc không lâu bền bằng phương pháp dùng bộ điều khiển lôgô, PLC Còn cửa dùng phần mềm diều khiển bằng lôgô lại có ưu đIểm là là việc rất ổn định nhẹ êm, trơn nhưng có nhược đIểm là giá cả đắt, nếu hỏng hóc rất khó sửa chữa.Do đó hiện nay tuỳ theo nhu cầu sử dụng và vốn đầu tư khác nhau, mà việc ứng dụng loại cửa nào cho phù hợp

Ngoài ra qua việc quan sát vừa qua em thấy việc lắp đặt cửa tự động thường được sắp xếp ở những nơi mà tầm nhìn có độ rộng lớn, không gian rộng và thường có các loại cửa khác đi kèm như cửa đẩy hay cửa cuốn để tạo thêm mỹ quan.Các cảm biến dùng trong các loại cửa tự động có ở Hà Nội hiện nay đều là cảm biến hồng ngoại

CHƯƠNG III PHÂN TÍCH QUY TRÌNH CÔNG NGHỆ

Quy trình công nghệ của cửa tự động như sau:

Cửa tự động sử dụng động cơ một chiều không chổi than kích từ bằng nam châm vĩnh cửu sử dụng encorder để điều chỉnh quá trình thay đổi tốc độ nhận biết người và vật bằng cảm biến hồng ngoại Cụ thể như sau:

+khi có tín hiệu người hoặc cửa sẽ mở ra với tốc độ nhanh, khi gần đến cuối hành trình mở cửa giảm tốc độ và dừng lại một cách chính xác

+ở hành trình đóng khi không có tín hiệu người hoặc vật cửa sẽ đóng lại với tốc độ nhanh, khi gần đến cuối hành trình thì cửa giảm tốc độ và dừng lại

+ khi cửa đang đóng nếu có tín hiệu người hoặc vật thì cửa lại mở ra với tốc

độ khi mở cửa

+khi cửa đang mở nếu mất tín hiệu thì cửa dừng lại khoảng vài giây rồi đóng lại

+thiết bị điều khiển là bộ điều khiển PLC S7-200 của hãng Siemens

+ phía trên dùng vi xử lý để điều khiển chữ chạy gồm 5 chữ T Đ T H Đ cụ thể như sau:

- khi cửa mở chữ sẽ sáng từ giữa sang hai bên

- khi đóng của chữ sẽ tắt dần từ hai bên vào giữa

Trong nghành tự động hóa đang khá là hot ở Việt Nam, thì cửa tự động là một trong những sản phẩm được nhiều người ưa chuộng nhất Do cấu trúc an toàn cho

hệ thống an ninh cũng như tiện lợi sử dụng và thẩm mỹ nên hiện nay nó được sử dụng khá nhiều tại các thành phố cũng như doanh nghiệp công ty Nguyên tắc hoạt động của nó khá phức tạp nhất là loại cửa tự động sử dụng mô tơ Hãy cùng tìm hiểu và rút ra nguyên tắc hoạt động của loại cửa này:

1) Bộ phận Mô Tơ

Loại mô tơ mà cửa tự động tại Việt Nam hay sử dụng là loại mô tơ một chiều,

không chổi nan 24VDC, tùy vào loại cửa mà dùng loại 60W hoặc 75W Với loại

mô tơ này cửa tự động có thể hoạt động tốt, lâu hơn mà không bị nóng Khi cửa tự động vận hành thường không bị rung hoặc rung nhẹ do thiết kế của moment xoắt lớn giúp cho máy có thể tăng tốc và tăng lực khởi động nhanh và hệ thống gá được thiết kế đặc biệt

2) Bộ điều khiển của cửa tự động

Cửa tự động là một sản phẩm rất thông minh ngoài chế độ đóng mở thông thường,

nó còn có thể kết hợp với nhiều dụng cụ thiết bị hiện đại khác như đầu đọc thẻ, khóa điện… để đảm bảo anh ninh và an toàn

Cửa có thể quay lại và đổi hướng nếu gặp chướng ngại vật Đây là một chức năng rất tuyệt vời của cửa tự động, nó giúp người sử dụng hoặc vật dụng khi mắc kẹt ở cửa sẽ không bị kẹp Nguyên tắc cho hoạt động này là gặp vật cản nó sẽ lại mở ra

và từ từ khép lại, nếu gặp 3 lần liên tục như vậy thì nó sẽ dừng lại và chờ lệnh hoạt động trở lại từ mắt thần sensor

3) Mắt thần Sensor

Đây là một bộ phận cảm biến có độ nhạy cao và có tầm quét cảm ứng vật cản tốt với tốc độ khá nhanh

4) Hộp kỹ thuật cửa tự động (Rail Base)

Được chế tạo bằng nhôm, có độ bền và cứng cao nhằm giúp cho khung không bị mòn hay biến dạng trước va đập thông thường khi dùng

CHƯƠNG VI:CHỌN HỆ TRUYỀN ĐỘNG

Hệ truyền động được sử dụng là hệ truyên động động cơ điện một chiều không chổi than kích từ bằng nam châm vĩnh cửu

Hình 4.1: Động cơ dùng trong mô hình của tụ động

4.1.Giới thiệu chung về động cơ điện một chiều

4.1.1 Cấu tạo động cơ điện một chiều

A Phần tĩnh

a Cực từ chính

Cực từ chính là bộ phận tạo ra từ trường gồm có lõi sắt cực từ và dây quấn kích từ ngoài lõi sắt cực từ Lõi sắt làm bằng những lá thép kĩ thuật điện hay thép các bon dày từ 0.5 dến 1mm ép lại và tán chặt, cũng có thể dùngthép khối Cực

từ dược tán chặt vào vỏ máy nhờ các bu lông Dây quấn kích từ được quấn bằng dây đồng bọc cách điện và mỗi cuộn dây đều được bọc cách điện kĩ thành một khối và tẩm sơn cách điện trước khi đặt lên các cực từ Cuộn kích từ đặt lên các cực từ Cuộn kích từ đặt trên các cực từ này được nối tiếp với nhau

b Cực từ phụ

Được đặt xen kẽ với cực từ chính, xung quanh các cực từ phụ có dây quấn

cực từ phụ Dây quấn cực từ phụ đấu nối tiếp với dây quấn rôtô, nhiệm vụ của cực từ phụ là triệt tiêu từ thông phần ứng Trên vùng trung tính hình học để hạn chế xuất hiện tia lửa điện trên chổi than và cổ góp

c Vỏ máy(gông từ)

Dùng để làm mạch từ nối liền các cực từ, đồng thời làm vỏ máy Trong động cơ điện một chiều nhỏ và vừa thường dùng thép tấm dày, uốn và hàn lại, với động cơ lớn thường dùng thép đúc

B Phần quay ( phần ứng )

a Lõi sắt phần ứng

Lõi sắt phần ứng dùng để dẫn từ.Thường dùng các tấm thép kĩ thuật diện ( thép hợp kim silic) dày 0.5 mm phủ cách điện mỏng ở 2 mặt rồi ép chặt lại dể giảm hao tổn do dòng điện xoáy gây lên Trên lá thép có dập hình dạng rãnh dể saukhiép lại thì đặt dây quấn vào

b Dây quấn phần ứng.

Dây quấn phần ứng là phần sinh ra suất điện động và có dòng điện chạy qua, dây quấn phần ứng thường được làm bằng dây đồng có bọc cách điện Trong động cơ nhỏ thường dùng dây có tiết diện tròn, còn động cơ vừa và lớn thường dùng dây có tiết diện hình chữ nhật Dây quấn được cách điện cẩn thận với rãnh của lõi thép

c Cổ góp

cổ góp (hay còn gọi là vành góp hay vành đảo chiều) dùng để đổi chiều

của dòng điện xoay chiều thành một chiều

4.1.2 Phân loại động cơ điện một chiều

Tuỳ theo cách mắc mạch kích từ so với mạch phần ứng mà động cơ điện một chiều được chia ra thành các loại sau:

+Động cơ điện một chiều kích từ độc lập

Khi nguồn điện một chiều có công suất dủ lớn thì mạch phần ứng và mạch kích từ mắc vào hai nguồn một chiều độc lập với nhau, lúc nay động cơ được gọi

là động cơ kích từ độc lập

+

+

-I U

E

U2 1

Hình 4.2: Sơ đồ nguyên lý nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ độc lập

+Động cơ điện một chiều kích từ song song

+

-IU

IKT KT

E

Hình 4.3: Sơ đồ nguyên lý nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ song song

Khi nguồn điệnn một chiêu có công suất vô cùng lớn và điện áp không đổi thì mạch kích từ thường mắc song song với mạch phần ứng, lúc này động cơ được gọi là động cơ kích từ song song

+Động cơ điện một chiều kích từ nối tiếp:

KT§2

+

-I U

E

Hình 4.4 : Sơ đồ nguyên lý nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ nối tiếp

Đặc điểm của động cơ kích từ nối tiếp là cuộn kích từ mắc nối tiếp với cuộn dây phần ứng, nên cuộn kích từ có tiết diện lớn, điện trở nhỏ, số vòng ít, chế tạo

Hình 4.5: Sơ đồ nguyên lý nối dây động cơ điện 1 chiều kích từ hỗn hợp

Đặc điểm của động cơ này là từ thông của máy là tổng hợp của các cuộn kích từ song song và kích từ nối tiếp Do vậy nó tận dụng được những đặc tính

cơ bản của hai loai trên tuỳ theo cách đấu dây để sử dụng cuộn dây kích từ nào đóng vai trò chủ yếu

4.1.3 Nguyên lý làm việc của động cơ điện một chiều

Khi đóng dộng cơ quay đến tốc độ n đặt điện áp Ukích từ nào đó lên dây quấn kích từ thì trong dây quấn kích từ có dòng điện, và do đó mạch từ của máy

sẽ có từ thông, do trong mạch phần ứng có dòng điện chạy qua nên sự tương tác giữa từ thông và dòng điện phần ứng sinh ra mô men động cơlàm quay động cơ

4.1.4 Phương trình đặc tính cơ của động điện một chiều kích từ độc lập:

Để thành lập phương trình đặc tính cơ ta xuất phát từphương trình cân

bằng điện áp của động cơ:

Uư = Eư + ( Rư +Rf ) Iư =Eư +RI ư (1)

Sức điện động Eư của động cơ được xác định theo công thức sau:

Eư = Uư- (Rư + Rf) Iư

Chia cả 2 vế cho KΦ ta được

k Euφ=Uu kφ-Ru(kφ+)Rf2 Mđt

Hay ω = Uu kφ-Ru(kφ+)Rf2 Mđt (2) → ω =f (I): đặc tính cơ điện

Mặt khác mô men điện từ của cơ điện được xác định bởi :

Mđt =KφIư, →Iư = ωMdt Kφ

Thế vào (2) ta được :

ω= Uu kφ-Ru(kφ+)Rf2 Mđt , ω = f(M) đặc tính cơ theo mô men.Nừu bỏ qua tổn thất thép thì mô men trục điện cơ bằng mômen điện từ, ta kí hiệu là M, nghĩa là: Mđt = Mcơ = M

⇒ ω =Uu kφ-Ru(kφ+)Rf2 Mđt (3)

Giả thiết phản ứng phần ứng được bù đủ, từ thông Φ = const thì phương trình đặc tính cơ điện (2) và phương trình đặc tính cơ là tuyến tính, đồ thị của chúng được thể hiện như sau:

4.2.Giới thiệu về động cơ không chổi than

Như tên gọi của nó, động cơ không chổi than là loại động cơ không có chổi than, vành góp, những bộ phận cần thiết trong các động cơ điện một chiều thông thường

Cấu trúc cơ bản của động cơ không chổi than là một nam châm vĩnh cửu quay vượt quá các vòng dây có dòng điện chạy qua Về khía cạnh này, nó tương dương với một động cơ điện một chiều thông thường đã hoán đổi vị trí giữa stato

và rotor Trong cả hai trường hợp, dòng điện trong dây dẫn phải thay đổi cực tính mỗi khi một cực nam châm dịch chuyển theo một thứ tự nào đó phải đảm bảo rằng mô men được sinh ra có một phương duy nhất

Trong động cơ điện một chiều thông thường, việc đảo chiều cực tính được thực hiện bởi chổi than và vành góp Khi vành góp cố định trong roto, thời điểm chuyển mạch được tự động đồng bộ hoá với cực tính thay đổi của từ trường mà dây dẫn vượt qua

4.3 Các phương pháp thay đổi tốc độ động cơ

Về phương diện điều chỉnh tốc độ, động cơ điện một chiều có nhiều ưu việt hơn so với các loại động cơ khác, không những nó có khả năng điều chỉnh tốc dộ

dễ dàng mà cấu trúc mạch lực, mạch điều khiển đơn giản hơn đồng thời lại đạt chất lượng điều chỉnh cao trong dải điều chỉnh tốc độ rộng

Thực tế có hai phương pháp cơ bản để điều chỉnh tốc độ động cơ điện một chiều:

- Điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng động cơ

- Điều chỉnh điện áp cấp cho mạch kích từ động cơ

4.3.1 Phương pháp điều chỉnh điện áp cấp cho phần ứng đông cơ

Để điều chỉnh điện áp phần ứng động cơ một chiều cần có thiết bị nguồn như

máy phát điện một chiều kích từ độc lập, các bộ phận chỉnh lưu điều khiển v.v…Các thiết bị nguồn này có chức năng biến năng lượng điện xoay chiều thành một chiều có sức điện động Eb điều chỉnh được nhờ tín hiệu điều khiển Uđk vì là nguồn có công suất hữu hạn so với động cơ nên các bộ biến đổi này có điện trở trong Rb và điện cảm Lb khác không

ở chế độ xác lập có thể viết được phương trình đặc tính của hệ thống như sau:

Eb –Eư = Iư ( Rb + Rưđ )

ω = KΦEb dm - Rb KΦ+dm Rud Iư

ω =ω 0( Uđk )

-//β

M

Vì từ thông của động cơ giữ không đổi nên độ cứng đặc tính cơ cũng không đổi, còn tốc độ không tải lý tưởng thì tuỳ thuộc vào giá trị điện áp Uđk của hệ thống, do đó có thể nói phương pháp điều chỉnh này là triệt để

Để xác định dải điều chỉnh tốc độ ta để ý rằng tốc độ lớn nhất của hệ thống

bị chặn bởi đặc tính cơ cơ bản, là đặc tính ứng với điện áp phần ứng định mức và

từ thông cũng được giữ ở giá trị định mức Tốc độ nhỏ nhất của dải điều chỉnh bị giới hạn yêu cầu về sai số tốc độ và về mô men khởi động Khi mô men tải là định mức thìcác giá trị lớn nhất và nhỏ nhất của tốc độ là:

ωmax = ωomax -

//β

) 1 (

max max

dm M

dm

K

M M

K

M D

β ω β β ω

Hình 4.7: Đồ thị về độ cứng đặc tính cơ Với một cơ cấu máy cụ thể thì các giá trị ω0max, Mđm, Km là xá định, vì vậy phạm vi diều chỉnh D phụ thuộc vào giá trị của độ cứng β Khi điều chỉnh điện

áp phần ứng động cơ bằng các thiết bị nguồn điều chỉnh thì điện trở tổng mạch

phần ứng gấp khoảng hai lần điện trở phần ứng động cơ do đó có thể tính sơ bộ được :

ω0max β/ Mđm≤ 10

Vì thế với tải có đặc tính mô men không đổi thì giá trị phạm vi điều chỉnh tốc

độ cũng không vượt quá 10 Đối với các máycó yêu cầu cao về dải điều chỉnh tốc độ và độ chính xác duy trì tốc độ làm việc thì việc sử dụng các hệ thống hở như trên là không thoả mãn được

Trong phạm vi phụ tải cho phép có thể coi các đặc tính cơ tĩnh của truyền động một chiều kích từ độc lập là tuyến tính Khi điều chỉnh điện áp phần ứng thì độ cứng các đặc tính cơ trong toàn dải điều chỉnh là như nhau, do đó độ sụt tốc tương đối sễ đạt giá trị lớn nhất tại đặc tính thấp nhất của dải điều chỉnh Hay nói cách khác, nếu đặc tính cơ thấp nhất của dải điều chỉnh mà sai số tốc độ không vượt quá giá trị sai số cho phép, thì hệ truyền động sẽ làm việc với sai số luôn nhỏ hơn sai số cho phép trong toàn bộ dải điều chỉnh

Trong suốt quá trình điều chỉnh điện áp phần ứng thì từ thông kích từ được giữ nguyên ,do đó mô men tải cho phép của hệ sẽ là không đổi :

Mc.cp = Kφđm Iđm = Mđm

Do vậy, điều chỉnh tốc độ bằng cách thay đổi điện áp phần ứng là rất thích hợp trong trường hợp mô men tải là không đổi trong toàn dải điều chỉnh

4.3.2 Phương pháp thay đổi từ thông động cơ

Điều chỉnh từ thông kích thích của động cơ điện một chiều là điều chỉnh

mô men điện từ của động cơ M = KφIư và sức điện động quay của động cơ

Eư = Kφω Mạch kích từ của động cơ là mạch phi tuyến, vì vậy hệ điêu chỉnh động cơ cũng là hệ phi tuyến :

Trong đó rk- Điện trở dây quấn kích thích

rb - Điện trở của nguồn điện áp kích thích

ωk – số vòng dây của dây quấn kích thích

Trong chế độ xác lập ta có quan hệ :

Thường khi điều chỉnh từ thông thì điện áp phần ứng được giữ nguyên bằng giá trị định mức, do đó đặc tính cơ thấp nhất trong vùng điều chỉnh từ thông chính là đặc tính có điện áp phần ứng định mức, từ thông dịnh mức và được gọi là đặc tính cơ bản Tốc độ lớn nhất của dải điều chỉnh từ thông bị hạn chế bởi khả năng chuyển mạch của cổ góp điện Khi giảm từ thông để tăng tốc

độ quay của động cơ thì đồng thời điều kiện chuyển mạch của cổ góp cũng bị xấu đi, vì vậy để đảm bảo điều kiện chuyển mạch bình thường thì cần phải giảm dòng điện phần ứng cho phép, kết quả là mô men cho phép trên trục động cơ giảm rất nhanh Ngay cả khi giữ nguyên dòng điện phần ứng thì độ cứng đặc tính cơ cũng giảm rất nhanh khi giảm từ thông kích thích :

βφ = (K RuΦ)2

Do đó điều chỉnh tốc độ bằng cách giảm từ thông nên đối với các động cơ

mà từ thông định mức nằm ở chỗ tiếp giáp giữa vùng tuyến tính và vùng bão hoà của đặc tính từ hoá thì có thể coi việc điều chỉnh là tuyến tính và hằng số C phụ thuộc vào thông số kết cấu của máyđiện

CHƯƠNG V: THIẾT KẾ MÁY BIẾN ÁP

5.1 Khái niệm chung về máy biến áp

5.1.1.Khái niệm chung

Máy biến áp là một thiét bị biến đổi kiểu cảm ứng có hai hay nhiều dây quấn đứng yên hỗ cảm với nhau, dùng để biến đổi các thông số điện áp và dòng điện xoay chiều nhờ hiện tượng cảm ứng điện từ

Máy biến áp hai dây quấn có thể bao gồm các máy biến áp một pha hay nhiều pha có hai dây quấn sơ cấp và thứ cấp không nối với nhau về mặt điện Năng lượng điện trưyền từ dây quấn này sang dây quấn kia là nhờ sự liên hệ với nhau thông qua từ trường trong máy biến áp

Dây quấn của máu biến áp nhận điện năng của lưới gọi là dây quấn sơ cấp Dây quấn còn lại nhận điện năng từ dây quấn sơ cấp thông qua từ trường trong máy biến áp Dây quấn này có thể nối vào lưới điện hoặc cung cấp trực tiếp cho tải

Máy biến áp là một thiết bị được sử dụng rất rộng rãi, nhờ các máy biến

áp mà điện năng được truyền một cách hiệu quả từ nhà máy phát điện đến các hộ tiêu thụ Để giảm tổn hao trên đường dây trong quá trình truyền tải điện năng đi

xa, thì điện áp phải được thay đổi qua nhiều cấp do đó tổng dung lượng của máy biến áp trong hệ thống điện phải lớn

Các máy biến áp phải được chế tạo theo những điều kiện kĩ thuật hay những yêu cầu của những hệ thống tiêu chuẩn, thực hiện các chức năng hoàn toàn xác định theo sự biến đổi điện năng

5.1.2.Các đại lượng định mức của máy biến áp

Hình5.1 Máy biến áp dùng trong mô hình cửa tự động

Các tham số của máy biến áp bao gồm các đại lượng định mức của máy như sau:

-Dung lượng định mức: dung lượng định mức của máy biến áp được hiểu là

công suất toàn phần đưa ra từ dây quấn thứ cấp tính bằng KVA hay VA Trong máy biến áp hai dây quấn dung lượng của máy biến áp là như nhau và bằng dung lượng định mức của máy biến áp

- Điện áp định mức : Các điện áp dây của mỗi dây quấn ở các đầu dây ra ở

chế độ định mức gọi là điện áp định mức của máy biến áp

-Dòng điện định mức: là những dòng điện dây của dây quấn sơ cấp và thứ

cấp ứng với công suất và điện áp định mức, nó được tính bằng ampe (A) hay kiloampe (kA) Đại lượng này được tính theo dung lượng định mức và điện áp định mức của mỗi dây quấn

I1đm =S1đm/U1đm. 3

I2đm = S2đm/U2đm 3

-Tần số định mức : tần số của dòng điện chạy qua máy biến áp gọi là tần số

định mức của máy biến áp, ở nước ta hiện nay đối các máy biến áp thông thường tần số này là 50 Hz

Ngoài ra còn có các thông số về điện áp ngắn mạch và dòng điện không tải

5.1.3 Cấu tạo máy biến áp

Các máy biến áp thông thường có kết cấu gồm các phần sau:

- Dây quấn: là bộ phận dẫn điện của máy biến áp, làm nhiệm vụ thu năng

lượng vào và truyền năng lượng ra Dây dẫn thường được làm bằng đồng Theo cách sắp xếp dây quấn cao áp và hạ áp người ta chia ra hai loại chính là dây quấn đồng tâm và dây quấn xen kẽ

-Vỏ máy: Vỏ máy gồm hai bộ phận là thùng và nắp thùng Nó có tác dụng là

bảo vệ ruột máy và làm thùng dầu

5.2.Chế tạo máy biến áp

5.2.1: Tính toán máy biến áp

Do sử dụng nhiều mức điện áp để cung cấp cho các thiết bị hoạt động nên ta cần có máy biến áp Cụ thể có các mức điện áp sau khi quy đổi như sau:

+ Động cơ cần cấp điện áp để thay đổi tốc độ là :

Hình 5.2: Cuộn dây sơ cấp và thứ cấp của máy biến áp

5.2.2 Tính toán số vòng dây máy biến áp

Thông số mạch từ của máy biến áp như sau:

Hình5.3: Lõi thép máy biến áp

Số vòng dây trên cuộn thứ cấp:

Theo công thức W = U.No ta tính được số vòng các cuộn thứ cấp lần lượt như sau:

5V =11 vòng5.5V =13 vòng9.5V =22 vòng19V = 44 vòng20V = 46 vòng

CHƯƠNG VI: GIỚI THIỆU CÁC THIẾT BỊ VÀ LINH

KIỆN THIẾT KẾ

6.1 PHẦN CỨNG

6.1.1: Vi điều khiển AT89C51

Hình 6.1: Sơ đồ chân AT98C51

Ý NGHĨA CÁC CHÂN AT89C51

 Chân 30 (ALE: Adress Latch Enable) là tín hiệu điều khiển xuất ra, nó cho phép phân kênh bus địa chỉ và bus dữ liệu của port 0

 Chân 31 (EA: Eternal Acess) được đưa xuống thấp cho phép chon bộ nhớ

mã ngoài

 32 chân còn lại chia làm 4 cổng vào ra:

Vào ra tức là có thể dùng chân đó để đọc mức logic

 P0 từ chân 39 đến chân 32 tương ứng là các chân P0_0 đến P0_7

 P1 từ chân 1 đến chân 8 tương ứng là các chân P1_0 đến P1_7

 P2 từ chân 21 đến chân 28 tương ứng là các chân P2_0 đến P2_7

 P3 từ chân 10 đến chân 17 tương ứng là các chân P3_0 đến P3_7

Riêng cổng 3 có 2 chức năng ở mỗi chân như trên hình H1:

P3.0 – RxD : chân nhận dữ liệu nối tiếp khi giao tiếp RS232

P3.1 _ TxD : phân truyền dữ liệu nối tiếp khi giao tiếp RS232

P3.2 _ INTO : interrupt 0 , ngắt ngoài 0

P3.3 _ INT1: interrupt 1, ngắt ngoài 1

P3.4 _T0 : Timer0 , đầu vào timer0

P3.5_T1 : Timer1, đầu vào timer 1

P3.6_ WR: Write, điều khiển ghi dữ liệu

P3.7 _RD: Read , điều khiển đọc dữ liệu

Chân 18, 19 nối với thạch anh tạo thành mạch tạo dao động cho VĐK Tần số thạch anh thường dùng trong các ứng dụng là: 11.0592Mhz (giao tiếp với cổng com máy tính) và 12Mhz Tần số tối đa 24Mhz Tần số càng lớn VĐK xử lí càng nhanh

Hình 6.2: Xung dao động thạch anh

Riêng cổng 3 có thêm chức năng như dưới đây:

P3.0 – RxD : chân nhận dữ liệu nối tiếp khi giao tiếp RS232(Cổng COM)

P3.1 _ TxD : phần truyền dữ liệu nối tiếp khi giao tiếp RS232

P3.2 _ INTO : interrupt 0 , ngắt ngoài 0

P3.3 _ INT1: interrupt 1, ngắt ngoài 1

P3.4 _T0 : Timer0 , đầu vào timer0

P3.5_T1 : Timer1, đầu vào timer 1

P3.6_ WR: Write, điều khiển ghi dữ liệu

P3.7 _RD: Read , điều khiển đọc dữ liệu

Chân 18, 19 nối với thạch anh tạo thành mạch tạo dao động cho VĐK Tần số thạch anh thường được dùng trong các ứng dụng là : 11.0592Mhz(giao tiếp với cổng com máy tính) và tần số tối đa 24Mhz Tần số càng lớn VĐK xử lý càng nhanh

6.1.2 IC tạo ổn áp 7805( IC ổn áp 5v)

Với những mạch điện không đòi hỏi độ ổn định của điện áp quá cao, sử dụng IC

ổn áp thường được người thiết kế sử dụng vì mạch điện khá đơn giản Các loại ổn áp thường được sử dụng là IC 78xx, với xx là điện áp cần ổn áp Ví dụ 7805 ổn áp 5V,

7812 ổn áp 12V Việc dùng các loại IC ổn áp 78xx tương tự nhau, dưới đây là minh họa cho IC ổn áp 7805:

Hình 6.3: Sơ đồ IC 7805 Chân số 1 là chân IN

Chân số 2 là chân GND

Chânsố 3 là chân OUT

Ngõ ra OUT luôn ổn định ở 5V dù điện áp từ nguồn cung cấp thay đổi Mạch này dùng để bảo vệ những mạch điện chỉ hoạt động ở điện áp 5V (các loại IC thường hoạt động ở điện áp này) Nếu nguồn điện có sự cố đột ngột: điện áp tăng cao thì mạch điện vẫn hoạt động ổn định nhờ có IC 7805 vẫn giữ được điện áp ở ngõ ra OUT 5V không đổi

Hình 6.4: IC ổn áp 7805

IC ổn áp 7805 : Đầu vào > 7V đầu ra 5V 500mA Mạch ổn áp: cần cho VĐK vì nếu nguồn cho VĐK không ổn định thì sẽ treo VĐK, không chạy đúng, hoặc reset liên tục, thậm chí là chết chíp

6.1.3 Bộ chuyển đổi tương tự sang số ADC

a Giới thiệu về ADC 0804

V X L V X L

H iÖ u c ¸ c ® Ç u v µ o

Hình 6.5: Bộ chuyển đổi tương tự sang số ADC 0804

- Một số đặc tính kỹ thuật của ADC 0804

+ Không yêu cầu một giao diện logic nào để ghép nối với VXL

+ Thời gian chuyển đổi nhỏ hơn 100µs

+ Có bộ dao động nội

- Nguyên lý hoạt động của ADC 0804:

ADC bắt đầu hoạt động khi chân CS và WR đồng thời ở mức thấp (tích cực) Chân INTR được reset để ở mức cao ( không tích cực ) Tín hiệu analog ỏ các chân VIN+ và VIN- được đưa vào lấy mẫu và mã hoá trong 8 xung clock nội của

0804 Sau dó chân INTR được chuyển xuống mức thấp (tích cực) báo hiệu cho

vi điều khiển quá trình chuyển đổi ADC đã hoàn tất Vi điều khiển đưa tín hiệu mức thấp vào chân RD của 0804 để lấy dữ liện ra (Chân RD và CS có thể được nối đất) Quá trình chuyển đổi tiếp theo lại bắt đầu khi CS và WR nhận được tín hiệu ở mức thấp ( từ vi điều khiển )

b Sơ đồ lắp mạch ADC

+ 5 V

2 1

2 0

8

1 0 4

1 9 9 7 6

1 1

.

1 8

F p 5

K 0

4 8 0 C D A