nghiên cứu chế tạo mô hình thiết bị gia nhiệt phục vụ cho môn học thực tập điện cơ bản

Hầu hết các gia đình đều sử dụng những dụng cụ như bàn ủi, nồi cơm điện … Thế nhưng, hiện nay ở nước ta hầu hết các cơ sở đào tạo khi hướng dẫn học sinh thực tập, khảo sát về các thiết b

THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH

CÔNG TRÌNH NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CẤP TRƯỜNG

NGHIÊN CỨU CHẾ TẠO MÔ HÌNH

THIẾT BỊ GIA NHIỆT PHỤC VỤ CHO MÔN HỌC

A

PHẦN GIỚI THIỆU

Thiết bị gia nhiệt là một trong những thiết bị điện mà trong thực tế ngày nay được sử dụng rất nhiều trong đời sống sinh hoạt hàng ngày Hầu hết các gia đình đều sử dụng những dụng cụ như bàn ủi, nồi cơm điện … Thế nhưng, hiện nay ở nước ta hầu hết các cơ sở đào tạo khi hướng dẫn học sinh thực tập, khảo sát về các thiết bị gia nhiệt đều sử dụng các thiết bị thực Điều đó gây lãng phí vì các thiết bị có giá thành cao mà khi thực tập lại rất nhanh hư hỏng Và mặt khác cũng không thể hiện được tính sư phạm trong dạy học

Vì vậy, trong đề tài này nhóm nghiên cứu sẽ thiết kế và chế tạo mô hình bàn ủi, nồi cơm điện vừa đảm bảm tính thực tế và vừa đảm bảo tính sư phạm phục vụ cho giảng dạy

II TÌNH HÌNH NGHIÊN CỨU TRONG VÀ NGOÀI NƯỚC

Các tài liệu nước ngoài chỉ nghiên cứu chế tạo các thiết bị gia nhiệt phục vụ trong sinh hoạt

Chưa có mô hình thiết bị gia nhiệt dùng trong giảng dạy và học tập của học viên ngành Điện

III NHỮNG VẤN ĐỀ TỒN TẠI

Với sự cố gắng nỗ lực, nhóm nghiên cứu đã nêu được cơ sở lý thuyết về các thiết bị gia nhiệt Qua đó nhóm nghiên cứu đã thiết kế và chế tạo mô hình bàn ủi, nồi cơm điện phục vụ cho giảng dạy và thực tập Kết quả đề tài có thể làm tài liệu tham khảo cho sinh viên và mô hình thiết bị gia nhiệt có thể sử dụng trong dạy lý thuyết, thực tập

Tuy nhiên với thời gian, kinh phí có hạn nên mô hình chỉ mới được chế tạo ở dưới

dạng đơn giản và tính thẩm mỹ chưa cao

MỤC LỤC

A Phần giới thiệu

- Đối tượng nghiên cứu

- Tình hình nghiên cứu trong và ngoài nước

- Những vấn đề còn tồn tại

- Mục lục

B Phần nội dung

- Mục đích nghiên cứu … … … 2

- Phương pháp nghiên cứu … …… … … 2

- Nội dung nghiên cứu … … … 2

Chương 1: Các thiết bị gia nhiệt trong sinh hoạt I Bàn ủi điện … … … … … … 4

II Nồi cơm điện … … … … … … 7

III Lò ViBa … … … … … … 10

Chương 2: Thiết kế chế tạo mô hình bàn ủi điện, nồi cơm điện I Cơ sở sư phạm về mô hình dạy học … … … 16

II Mô hình bàn ủi và nồi cơm điện … … … 17

C Phần kết luận … … … 20

Tài liệu tham khảo … … … 23

ThS Phạm Thị Nga

ThS Bùi Văn Hồng

- 2 -

I MỤC ĐÍCH NGHIÊN CỨU

 Nghiên cứu các thiết bị gia nhiệt

 Sản xuất mô hình thiết bị gia nhiệt

II PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU

 Phương pháp tham khảo tài liệu

 Tính toán thi công

 Kiểm tra, thử nghiệm

III NỘI DUNG NGHIÊN CỨU

III.1 Cơ sở lý thuyết về các loại thiết bị gia nhiệt sử dụng trong sinh hoạt:

 Bàn ủi điện

 Nồi cơm điện

 Lò viba

III.2 Thiết kế, chế tạo mô hình thiết bị gia nhiệt phục vụ cho dạy học:

 Bàn ủi điện

 Nồi cơm điện

ThS Phạm Thị Nga

ThS Bùi Văn Hồng

- 3 -

CHƯƠNG I

CÁC THIẾT BỊ GIA NHIỆT

TRONG SINH HOẠT

ThS Phạm Thị Nga

ThS Bùi Văn Hồng

- 4 -

I BÀN ỦI ĐIỆN:

I.1 Kết cấu của bàn ủi:

Bàn ủi gồm có các bộ phận chính sau (Hình 1):

Hình1: Kết cấu bên trong của bàn ủi

I.1.1 Đế:

Đế bàn ủi làm bằng gang để tích nhiều năng lượng nhiệt và được mạ Niken + Crôm chịu nhiệt (Có loại bàn ủi đế bằng nhôm đúc, mặt dưới mài nhẵn bóng), mũi nhọn để khi sử dụng ủi lượn quanh góc

I.1.2 Điện trở đốt:

Dây điện trở được quấn thành lò xo lồng vào chuỗi hạt bằng sứ đặt vào đế gang có rãnh (gọi là điện trở đúc), có loại dây dẹp quấn trên mica hai mặt có giấy kính cách điện hoặc chôn chìm trong lớp giấy chịu lửa bao kín phía ngoài bằng kim loại

I.1.3 Bộ phận điều nhiệt:

Có cấu tạo theo nguyên tắc của rơ le nhiệt Tức là có thanh lưỡng kim, trên thanh lưỡng kim có gắn tiếp điểm để đóng cắt điện qua điện trở chính (Hình 2) Tuy nhiên với rơ le nhiệt của bàn ủi điện thì phần tử đốt nóng thanh lưỡng kim là điện trở của chính thanh lưỡng kim Dòng điện của điện trở chính đi qua thanh lưỡng kim thông qua tiếp điểm sẽ làm cho thanh lưỡng kim nóng lên và cong về một phía tạo ra lực đòn bẩy làm nhả tiếp điểm ngắt điện khỏi điện trở chính và thanh lưỡng kim, nhiệt độ thanh lưỡng kim giảm xuống và trở về trạng thái ban đầu Tiếp điểm đóng trở lại

Để điều chỉnh nhiệät lượng của bàn ủi, ta điều chỉnh lực đòn bẩy đè lên thanh lưỡng kim để thay đổi thời gian nhả của tiếp điểm Tức là, điều chỉnh được thời

ThS Phạm Thị Nga

ThS Bùi Văn Hồng

- 5 -

t R I

gian dòng điện qua điện trở chính dẫn đến nhiệt lượngä của bàn ủi cũng sẽ thay đổi theo biểu thức sau:

Với Q: Nhiệt lượng của bàn ủi

I: Cường độ dòng điện qua điện trở chính

R: Điện trở của điện trở chính

t: Thời gian dòng điện qua điện trở chính

Hình 2: Kết cấu bộ điều nhiệt

Ngoài ra bàn ủi còn có các bộ phận khác như vỏ, tay cầm, đèn báo và bộ phận phun hơi nước làm ẩm quần áo (Hình 3)

Hình 3: Các bộ phận bên ngoài của bàn ủi hơi.

I.2 Nguyên lý làm việc:

Khi cấp nguồn vào bàn ủi và điều chỉnh núm chỉnh nhiệt độ ra khỏi vị trí off, tiếp điểm của bộ điều nhiệt sẽ đóng lại cho dòng điện chạy qua điện trở chính và đèn báo sáng Điện trở chính bắc đầu nóng lên

ThS Phạm Thị Nga

ThS Bùi Văn Hồng

- 6 -

Hình 4: Sơ đồ nguyên lý của bàn

Sau một thời gian nhiệt của điện trở chính truyền sang đế bàn ủi đạt nhiệt độ yêu cầu thì tiếp điểm bộ điều nhiệt nhả ra, ngắt điện khỏi điện trở chính và nhiệt độ giảm dần đến một nhiệt độ nào đó thì tiếp điểm đóng lại tiếp tục làm việc ở chu kỳ sau

Để thay đổi nhiệt độ đế bàn ủi, ta điều chỉnh vị trí của núm chỉnh nhiệt Vặn theo chiều kim đồng hồ là tăng nhiệt, vặn ngược chiều kim đồng hồ là giảm nhiệt

I.3 Phân loại bàn ủi:

 Bàn ủi thường: P=300-400W

 Bàn ủi tự điểu chỉnh nhiệt: P= 580-1000W

 Bàn ủi tự động phun nước: P =750- 1100W

I.4 Bảo quản và sửa chữa:

I.4.1 Bảo quản:

 Bàn ủi nên cất nơi khô ráo

 Khi ủi xong, để nguội phải lau đế bàn ủi cho sạch những sợi tơ, nilon cháy dính vào, nhầm mục đích lần sau ủi không bị dính đen vào quần áo

I.4.2 Sửa chữa:

Hư hỏng thông thường ở bàn ủi là: đứt dây điện trở chính và hay bị hỏng phần điều chỉnh nhiệt (rơle nhiệt)

 Nếu bị đứt dây điện trở, ta thay thế điện trở mới phù hợp với điện trở cũ

 Bộ phận điều chỉnh nhiệt: thường có 3 khả năng xảy ra như sau:

 Dây nối nguồn và điện trở chính kiểm tra không bị đứt, nguồn có điện nhưng khi cắm vào bàn ủi không nóng Khi đó tiếp điểm của bộ điều nhiệt chưa đóng lại hoặc bị rỉ sét không tiếp xúc Khi đó ta đều chỉnh tiếp điểm cho thích hợp, đồng thời dùng giấy nhám lau chùi lại mặt tiếp xúc của tiếp điểm

 Nhiệt độ quá cao mà rơle nhiệt không cắt được Có khả năng điều chỉnh lực đòn bẩy của bộ điều nhiệt chưa thích hợp hoặc tiếp điểm đã bị chảy dính lại

Thông thường vị trí của vít chỉnh được điều chỉnh như sau: vặn núm điều chỉnh nhiệt độ (Vít chỉnh tinh) về vị trí không (off), điều chỉnh vít tạo lực đòn bẩy tỳ lên thanh lưỡng kim (Vít chỉnh thô) sao cho tiếp điểm vừa mở ra Nếu như khi đó ta vặn vít chỉnh tinh về trí trí số 1 mà tiếp điểm đóng lại thì vị trí của vít chỉnh là thích hợp

II NỒI CƠM ĐIỆN:

II.1 Kết cấu nồi cơm điện:

Nồi cơm điện có cấu tạo gồm các thành phần chính sau (Hình 5):

Hình 5: Kết cấu bên trong nồi cơm

II.1.1 Vỏ ngoài:

Vỏ nồi cơm thường làm bằng sắt lá hoặc bằng nhựa được sơn chịu nhiệt

Vỏ chứa điện trở và các bộ phận mạch điều khiển

II.1.2 Nồi trong:

Làm bằng nhôm dùng để chứa gạo nấu cơm Nồi có nhiều dung tích khác nhau: 1 lít, 1,5 lít, 2,5 lít, 3,2 lít…

II.1.3.Điện trở:

Điện trở đốt của nồi cơm điện được sử dụng loại điện trở đúc và có các đặc điểm sau:

II.1.4 Đèn báo:

Có tác dụng báo nồi cơm đang làm việc hay không, đang ở chế độ nấu hay chế độ hâm

II.1.5 Bộ phận điều nhiệt:

Chủ yếu là hai miếng nam châm vĩnh cửu có cực tính khác nhau (Hình 6) Khi nhiệt độ

đáy nồi khoảng 1250C ứng với lúc cơm cạn, thì sẽ bị mất từ tính Nồi cơm sẽ chuyển sang chế độ hâm để giữ nồi cơm ở độ nóng cần thiết Bộ phận này thường sử dụng điện trở phụ có giá trị lớn hơn nhiều so với điện trở chính, mắc nối tiếp với điện trở chính

Hình 6: Kết cấu bên trong bộ điều nhiệt

Hình 7: Vị trí của bộ điều nhiệt

I.2 Nguyên lý hoạt động:

Khi đóng điện nguồn, đèn vàng (Đv) sáng, điện trở chính chưa có điện Ấn nút nhấn, thông qua cơ cấu truyền lực hai khối nam châm hút lại, tiếp điểm chính

sẽ giảm Nhiệt độ này chỉ có tác dụng giữ nhiệt cho nồi cơm (chế độ hâm) (Hình 8)

 Nhiệt lượng ở chế độ nấu:

 Nhiệt lượng ở chế độ hâm:

Hình 8: Sơ đồ ng lý nối cơm điện có điện trở phụ

Đối với các nồi cơm không có điện trở phụ, khi tiếp điểm chính nhả ra, ngắt điện khỏi điện trở chính thì nồi cơm sẽ hâm nhờ nhiệt lượng còn tồn tại trong mâm điện trở chính (Hình 9) Tuy nhiên khi điện trở chính tỏa hết nhiệt thì nồi cơm sẽ không còn giữ được nhiệt nữa

t R

U t R I Q

C C

U t

R R I Q

P C P

C

2 2









ThS Phạm Thị Nga

ThS Bùi Văn Hồng

- 10 -

Hình 9: Sơ đồ ng lý nối cơm điện không có điện trở phụ

II.3 Sửa chữa nồi cơm điện:

Những hư hỏng thường gặp khi sử dụng nồi cơm điện như sau:

II.3.1 Nồi cơm điện không nóng:

Tháo nồi cơm điện ra kiểm tra các đầu nối dây, kiểm tra, lau chùi hai mặt tiếp xúc của tiếp điểm Kiểm tra điện trở chính, nếu dây điện trở bị đứt thì thay mới

II.3.2 Nồi cơm nóng nhưng khi cơm cạn nước không chuyển sang chế độ hâm

được:

Nguyên nhân chính là do bộ phận truyền lực bị kẹt do rỉ sét, làm cho tiếp điểm không ngắt được Ngoài ra còn có khả năng hai mặt tiếp xúc của tiếp điểm bị dính hoặc lò xo trong bộ điều nhiệt bị giảm lực đàn hồi Trường hợp này, ta kiểm tra, lau chùi sạch các gối trục, kiểm tra vệ sinh hoặc thay mới tiếp điểm và lò xo

II.3.3 Nồi cơm nóng nhưng khi cơm chưa cạn nước đã chuyển sang chế độ hâm:

Nguyên nhân chính là do của hai khối nam chân bị giảm Có thể do bụi bám trên hai mặt của khối nam châm hoặc do nam châm đã bị lão hóa, bị gãy Trường hợp này ta kiểm tra và làm vệ sinh sạch ở hai mặt nam châm hoặc thay mới bộ điều nhiệt

III LÒ SÓNG CỰC NGẮN (LÒ VIBA):

Lò sóng cực ngắn hay con gọi là lò viba đã rất hấp dẫn với nhiều Đầu Bếp và các nhà Nội Trợ trên thế giới vì lò này nấu chín thức ăn rất nhanh và tiện lợi trong sử dụng Để hâm nóng bánh sữa, bánh mì hoặc sôcôla, hâm cháo hay làm nóng cơm buổi sáng, hoặc làm tan đông lạnh những món ăn đã để ngăn lạnh lâu, người ta đều thực hiện trong lò sóng cực ngắn, vì nó nấu nhanh, ngon và ít tốn thời gian

ThS Phạm Thị Nga

ThS Bùi Văn Hồng

- 11 -

III.1 Khảo sát kết cấu:

Hình 10: Kết cấu của lò viba

Cấu tạo của lò viba bao gồm các thành phần chính sau (Hình 10):

 Động cơ (1) dùng để quay đĩa thủy tinh chứa thức ăn (2)

 Thiết bị manhêtrôn (3), thiết bị cung cấp điện cao áp 4000V (4)

 Thiết bị hướng sóng (5), hệ thống khuấy động (6)

 Bảng điều khiển (7)

 Công tắc nguồn (8) và rơ le điều chỉnh thời gian (9)

Ngoài ra còn có một thiết bị lựa chọn công suất cho phép thu nhận các mức công suất đun nóng khác nhau và một công tắc bảo vệ không cho phép lò hoạt động khi cửa lò mở

III.2 Nguyên lý làm việc:

Dòng điện với cấp điện áp 220V – 50Hz đươc chuyển thành dòng điện với cấp điện áp cao 3000  4000V nhờ thiết bị cung cấp điện áp cao (4) Điện áp này được đưa đến thiết bị manhêtrôn (3) chính là bóng đèn điện tử Do hiệu ứng cộng hưởng, manhêtrôn sẽ phát ra các sóng điện từ có tần số 109Hz (1GHz) Chiều dài của sóng là 0,3mm Những sóng cực ngắn này được hướng đến đĩa đựng thức ăn cần nấu chín (2) nhờ thiết bị hướng sóng (5) Các sóng cực ngắn đó cũng được phân bố rải khắp nhờ hệ thống khuấy động (6) Dưới ảnh hưởng của các sóng cực ngắn này, các phân tử thức ăn sẽ được lay động đến sôi sục và dẫn đến nóng lên

1 2

3 4

5 6

7 8 9

ThS Phạm Thị Nga

ThS Bùi Văn Hồng

- 12 -

III.3 Các đặc tính của lò viba:

Dung tích chứa của lò: từ 15 đến 30 lít

Công suất: người ta phân biệt công suất hấp thu của khu vực trong lò và công suất tạo nên sóng cực ngắn

Ngoài ra còn trang bị thêm hệ thống nướng, cho phép kết hợp sóng cực ngắn và tia hồng ngoại để nướng thịt hay quay thịt

III.4 Lựa chọn lò viba:

Để lựa chọn lò ta nên dựa vào tính hữu dụng và dung tích chứa bên trong lò Tức là dựa vào công suất sóng cực ngắn và kích thước lò Ngoài ra còn phải dựa vào tính linh hoạt của đĩa thủy tinh chứa thức ăn và tính đơn giản trong vận hành, bảo dưỡng

III.5 Vận hành, kiểm tra, sửa chữa:

III.5.1 Vận hành lò viba:

Hình 11: Các chi tiết trong lò viba

a Nấu và hâm nóng:

Thực hiện theo quy trình sau:

 Mở cửa lò và đặt thức ăn vào tâm đĩa thủy tinh sau đó đóng cửa lại

 Đặt mức công suất lớn nhất Thông thường là 800W

 Đặt thời gian nấu (vặn nút Timer)

 Trong thời gian nấu, ta có thể thay đổi mức công suất

ThS Phạm Thị Nga

ThS Bùi Văn Hồng

- 13 -

b Ngưng nấu:

Có thể ngưng nấu ở bất kỳ thời gian nào, thực hiện theo quy trình sau:

 Kiểm tra thức ăn

 Xoay hoặc khuấy thức ăn

 Để thức ăn dừng lại hẳn

 Nếu dừng tạm thời thì mở cửaa, việc nấu thức ăn sẽ dừng lại Để tiếp tục nấu chín thì đóng cửa lại

 Nếu ngừng hẳn thì xoay nút điều chỉnh thời gian (nút Timer) về không

Hình12: Bảng điều khiển lò viba

c Điều chỉnh thời gian:

Tùy vào từng loại thức ăn và mùi vị, ta có thể thay đổi thời gian nấu như sau:

 Kiểm tra việc nấu chín ở bất kỳ thời gian nào bằng cách mở cửa lò

 Để thay đổi thời gian nấu, ta nặn nút Timer đến vị trí nào đó theo yêu cầu

ThS Phạm Thị Nga

ThS Bùi Văn Hồng

- 14 -

d Làm tan hết đông lạnh thức ăn:

 Mở cửa lò, đặt thức ăn vào đĩa thủy tinh và đóng cửa lại

 Quay nút kiểm soát công suất đến biểu tượng “làm hết đông lạnh”

 Quay nút Timer đến thời gian cần chọn Việc làm hết đông lạnh bắt

đầu

e Hâm nóng tức thời:

 Đặt thức ăn vào đĩa thủy tinh và đóng cửa lại

 Quay nút kiểm soát công suất đến công suất tối đa

 Quay nút Timer để chọn thời gian nấu

f Chế độ nướng:

 Mở cửa lò, đặt thức ăn vào đĩa thủy tinh và đóng cửa lại

 Quay nút kiểm soát công suất đến biểu tượng nướng “”

 Quay nút Timer đến thời gian tương ứng

III.5.2 Kiểm tra, sửa chữa:

Hiện tượng Kiểm tra, sửa chữa

- Sự ngưng tụ trong lò

- Không khí thổi xung quanh cửa và lớp

bao ngoài cùng

- Sự phản xạ ánh sáng xung quanh cửa

và ở vỏ bọc ngoài cùng

- Thoát hơi từ xung quanh cửa hay từ lỗ

- Thức ăn không được nấu chín hoàn

toàn Cửa lò đóng kín chưa? Nút Timer và mức công suất đặt đúng chưa? Kiểm

tra bộ phận bảo vệ quá tải, cầu chì

- Thức ăn nấu quá chín Nút Timer và mức công suất đặt

đúng chưa?

- Xuất hiện tia lửa điện và rạn nức

trong lò Có dùng đĩa đựng thức ăn bằng kim loại hay viền kim loại không? Có để

vật dụng kim loại nào đó bên trong lòkhông?

- Lò có hiện tượng làm nhiễu sóng

radio và tivi Đây là hiện tượng bình thường nếu đặt lò gần tivi hay radio

ThS Phạm Thị Nga

ThS Bùi Văn Hồng

- 15 -

CHƯƠNG II

THIẾT KẾ, CHẾ TẠO MÔ HÌNH

 BÀN ỦI ĐIỆN

 NỒI CƠM ĐIỆN

ThS Phạm Thị Nga

ThS Bùi Văn Hồng

- 16 -

Thiết kế Sản xuất Thử nghiệm

Phổ biến thực hiện

Đánh giá

I CƠ SỞ SƯ PHẠM VỀ MÔ HÌNH DẠY HỌC :

I.1 Chức năng cơ bản của mô hình:

 Đơn giản hóa thông tin

 Gây chú ý người học

 Làm dễ nhớ

 Cho phép đưa vào bài học những sự vật mà bằng cách khác người học rất khó nhìn thấy được

 Làm đa dạng trong trình bày

 Tiết kiệm thời gian dạy học

I.2 Các giai đoạn thiết kế, chế tạo mô hình:

I.2.1 Giai đoạn thiết kế:

Bước 1: Lập đề cương nội dung hàm chứa các dữ liệu, lý thuyết, cảm nhận hoặc

thái độ, quan điểm, …

Bước 2: Phân tích mối quan hệ giữa mục tiêu, nội dung, phương pháp trong một

bài dạy và dựa vào các dữ liệu trong đề cương để xác định mục tiêu của mô hình

Bước 3: Thiết kế sơ bộ mô hình

Bước 4: Lập danh mục các vật tư, thiết bị cần thiết cho mô hình dựa vào bản

thiết kế sơ bộ

Bước 5: Đánh giá thiết kế để có sửa đổi, điều chỉnh và có quyết định cuối cùng