THIẾT KẾ VÀ TÍNH TOÁN TÀU LƯỢNG SIÊU TỐC 3 VÒNG XOẮN

Thiết kế và tính toán thiết bị và dây dẫn cho hệ thống tàu lượng siêu tốc 3 vòng xoắn. hướng dẫn nguyên lý hoạt động, các mạch điều khiển và mạch động lực..................................................................................................................................................................................................................................................................................................................................

MỤC LỤC

Trang

LỜI NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN i

LỜI NÓI ĐẦU ii

LỜI CÁM ƠN iii

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN TÀU LƯỢN 3 VÒNG XOẮN 1

1.1 Giới thiệu 1

1.1.1 Thông số kỹ thuật 1

1.1.2 Những yêu cầu chủ yếu khi thiết kế hệ thống 2

1.1.3 Các bước chính trong việc thiết kế 2

1.2 Giớ thiệu về thiết bị linh kiện và động cơ 2

1.2.1 CB 2

1.2.2 Contactor 4

1.2.3 Rơ le nhiệt 5

1.2.4 Timer (Rơ le thời gian) 7

1.2.5 Cầu chì 9

1.2.6 Relay bảo vệ mất pha Mikro MX100A 9

1.2.7 Motor 7.5HP 11

1.2.8 Motor 20HP 12

1.2.9 Motor khí nén 3HP 13

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG 14

2.1 Mạch điện động lực và điều khiển 14

2.1.1 Mạch động lực 14

2.1.2 Mạch điều khiển 15

2.2 Hệ thống điện điều khiển của tủ điện điều khiển 16

2.1.1 Chức năng các nút trên panel điều khiển 16

2.1.2 Chức năng linh kiện mạch điều khiển 17

2.3 Nguyên lý hoạt động của mạch 18

2.3.1 Vận hành trò chơi 18

2.3.2 Dừng trò chơi 18

2.4 Các phương pháp tính toán công suất động cơ 19

2.4.1 Công thức tính công suất và và dòng điện của động cơ 19

2.5 Tính toán phụ tải cho mạch điều khiển 19

2.6 Tính toán và chọn thiết bị cho tủ điện 20

2.6.1 Chọn CB 20

2.6.2 Chọn contactor 21

2.6.3 Chọn dây dẫn 21

2.6.4 Chọn rơle nhiệt 23

CHƯƠNG 3: PHẦN KẾT LUẬN 24

3.1 Kết quả nghiên cứu 24

3.2 Bàn luận 24

3.3 Kết luận và kiến nghị 24

Tài liệu tham khảo: 26

DANH MỤC HÌNH

Trang

HÌNH 1.1……… 2

HÌNH 1.2……… 3

HÌNH 1.3……… 4

HÌNH 1.4……… 5

HÌNH 1.5……… 5

HÌNH 1.6……… 6

HÌNH 1.7……… 7

HÌNH 1.8……… 8

HÌNH 1.9……… 9

HÌNH 1.10……… 9

HÌNH 1.11……… 10

HÌNH 1.12……… 11

HÌNH 1.13 ……… 12

HÌNH 1.14 ……… 13

HÌNH 2.1……… 14

HÌNH 2.2……… 15

HÌNH 2.3……… 16

HÌNH 2.4……… 17

HÌNH 2.5……… 22

LỜI NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

………

LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của nền công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước đòi hỏi nhu cầu về giải trí là rất cao, nên việc áp dụng khoa học kỹ thuật mới là nhu cầu tất yếu của xã hội Đòi hỏi các kỹ thuật ngày càng phải phát triển để phù hợp với nền công nghiệp hóa hiện đại hóa đất nước Với su thế hiện nay khi các bạn bước chân vào các khu vui chơi lớn sẽ dễ dàng bắt gặp các trò chơi cảm giác mạnh rất thú vị và ấn tượng Với sự phát triển không ngừng của khoa học kỹ thuật, đặc biệt là ngành điện tử đã ứng dụng rất nhiều trong công nghiệp trong lĩnh vực “Cơ điện”, đã đem đến các kỹ thuật điều khiển hiện đại

Tạo ra những thành tựu đó có thể biến những cái tưởng chừng như không thể thành có thể, góp phần năng cao đời sống vật chất và tinh thần cho con người Vì vậy sau khi chúng em tiếp cận được môn học “Khí cụ điện” và “Thiết

kế hệ thống điện”,cùng với những thực nghiệm, chúng em áp dụng kiến thức đó vào việc thiết kế tủ điện thực tế qua đề tài Niên luận 2 : Thiết kế tủ điện điều khiển trò chơi ‘‘Tàu lượn trên không 3 vòng xoắn”

Niên luận này giúp em hiểu biết và cũng cố sâu hơn về kiến thức đã học Tuy vậy do mới tập làm quen trong việc thiết kế hệ thống điều khiển cũng như kiến thức còn hạn chế nên không tránh khỏi sai sót Rất mong các thầy cô và các bạn thông cảm Em xin chân thành cảm ơn!

đỡ em rất nhiều như sách vở, phương tiện, kiến thức Trong quá trình thực hiện

đề tài này, dù đã cố gắng, xong cũng không tránh khỏi nhiều thiếu xót, mong thầy cô và các bạn đóng góp ý kiến để đề tài thành công hơn Em xin chân thành cảm ơn!

Sinh viên thực hiện

Dương Thiện Tú

CHƯƠNG 1 : TỔNG QUAN TÀU LƯỢN 3 VÒNG XOẮN

1.1 Giới thiệu

TÀU LƯỢN 3 XOẮN - là một trò chơi thuộc loại cảm giác mạnh dành cho thiếu niên và người lớn Các toa tàu có hình dạng giống đội xe siêu nhân thần tốc có khung sườn sắt chắc chắn và cơ cấu gọng an toàn, dây an toàn để bảo vệ người tham gia trò chơi Mỗi toa được liên kết bulong chắc chắn với cụm bánh chạy và bánh móc trên đường ray ống thép Khi trò chơi hoạt động, đoàn tàu sẽ được kéo lên dốc bằng hệ thống bánh xích và thả dốc chạy tự do theo quán tính cho đến hết một vòng đường ray Đường ray có đoạn thẳng, lên dốc, xuống dốc và các vòng xoắn nghiêng 60 độ so với phương ngang nhằm làm tăng tính hấp dẫn và mạo hiểm của trò chơi Đoàn tàu khi lao xuống dốc có thể đạt tốc độ đến 40km/h Người tham gia trò chơi sẽ có được cảm giác thoải mái, hấp dẫn và an toàn khi ngồi trên những toa tàu này

- Kích thước cơ bản của trò chơi: dài x rộng x cao = 51m x 21.5m x 11m

- Số lượng toa: 1 đầu 4 toa

- Tải trọng max: 1350kg (18 người x75kg)

- Tổng công suất trò chơi: 22.5kW

- Đường ray ống 90 kẽm dày 4mm

- Sàn thao tác: bằng nhôm chống trượt 2mm

- Tốc độ tối đa khi xuống dốc 40km/h

- 1 motor nén khí 3 HP dùng để phanh toa tàu khi về đến nhà gas

- Mục tiêu chính của thiết kế hệ thống điện là:

 Phải đảm bảo tính ổn định thiết bị và điện năng

 Độ chính sát cao

 Nằm trong phạm vi kiểm soát, cho phép

 Đảm bảo mức độ tính cây cho tải

 Đảm bảo mỹ quan và tuyệt đối an toàn cho người và thiết bị

 Vố đầu tư và các chi phí kim loại màu phati ít

 Khả năng thuận tiện khi vận hành và sửa chữa

- Tính toán ngắn mạch và sụt áp cho tất cả thiết bị

1.2 Giớ thiệu về thiết bị linh kiện và động cơ

Hình 1.1

Ký hiệu:

- CB (Circuit Breaker): Còn gọi là Aptomat Là khí cụ điện dùng để đóng ngắt mạch điện, có công dụng bảo vệ quá tải, ngắn mạch, sụt áp… Một Aptomat gồm những bộ phận chính như sau: Hệ thống tiếp điểm, hệ thống dập hồ quang, hệ thống truyền động, Cơ cấu bảo vệ và cần gạt bằng tay

- Nguyên lý làm việc của áptômát tác động theo mức dòng

+ Loại dòng cực tiểu: Nó tự động ngắt mạch khi dòng điện trong mạch nhỏ hơn dòng điện chỉnh định Icđ Khi I < Icđ

+ Loại dòng cực đại: Áptômát loại dòng cực đại tự động ngắt mạch khi dòng điện vượt quá trị số dòng chỉnh định Icđ Khi I > I

Nguyên lí làm việc của áptômát tác động theo mức điện áp

+ Loại thấp áp: Nó tự động ngắt mạch khi điện áp U giảm xuống dưới mức chỉnh định Ucđ Nếu U < Ucđ

- Sơ đồ chân CB

Hình 1.2

- Thao tác đóng ngắt của contactor có thể thực hiện nhờ cơ cấu điện từ, cơ cấu khí động hoặc cơ cấu thuỷ lực Nhưng thông dụng nhất là các loại contactor điện từ

- Phân loại tiếp điểm contactor

+ Theo khả năng tải dòng: Tiếp điểm chính (cho dòng điện lớn đi qua từ 10A đến 1600A hay 2250A), tiếp điểm phụ (cho dòng điện đi qua có giá trị từ 1A đến 5A)

+ Theo trạng thái hoạt động: Tiếp điểm thường đóng ( là loại tiếp điểm ở trạng thái kín mạch khi cuộn dây nam châm trong contactor ở trạng thái nghỉ không có điện ), tiếp điểm thường mở (

là tiếp điểm ở trạng thái hở mạch khi cuộn dây nam châm trong contactor ở trạng thái nghỉ không có điện )

K

- Sơ đồ chân Contactor

Hình 1.4

Hình 1.5

- Rơle nhiệt là loại khí cụ điện tự động đóng cắt tiếp điểm nhờ sự

co dãn vì nhiệt của các thanh kim loại

- Ứng dụng: Rơle nhiệt thường dùng để bảo vệ quá tải cho các thiết bị điện Trong công nghiệp rơle nhiệt được lắp kèm với công tắc tơ

- Phần tử cơ bản rơle nhiệt là phiến kim loại kép (bimetal) cấu tạo từ hai tấm kim loại, một tấm hệ số giãn nở bé (thường dùng invar có 36% Ni, 64% Fe) một tấm hệ số giãn nở lớn (thường là đồng thau hay thép crôm - niken, như đồng thau giãn nở gấp 20 lần invar) Hai phiến ghép lại với nhau thành một tấm bằng phương pháp cán nóng hoặc hàn

- Khi đốt nóng do dòng I phiến kim loại kép uốn về phía kim loại

có hệ số giãn nở nhỏ hơn, có thể dùng trực tiếp cho dòng điện qua hoặc dây điện trở bao quanh Để độ uốn cong lớn yêu cầu phiến kim loại phải có chiều dài lớn và mỏng Nếu cần lực đẩy mạnh thì chế tạo tấm phiến rộng, dày và ngắn

- Sơ đồ chân Rơ-le nhiệt

Hình 1.6

1.2.4 Timer (Rơ le thời gian)

Hình 1.7

Ký hiệu:

- Rơ le thời gian là thiết bị có tiếp điểm (đóng lại hoặc mở ra) chậm hơn so với thời điểm nhận (được) tín hiệu điều khiển Có thể điều chỉnh độ trì hoãn về thời gian của RTG Dùng trong các sơ đồ bảo vệ và tự động, trong những hệ thống điều khiển các quá trình công nghệ Rơle thời gian là có chức năng tạo ra thời gian duy trì cần thiết khi truyền tín hiệu từ một thiết bị này sang một thiết bị khác rơ le thời gian là loại có tiếp điểm đóng, mở chậm ( delay) để tạo nên khả năng điều khiển theo ý con người để thực hiện một mục đích, chương trình điều khiển nào đó

- Rơ le thời gian có 2 chế động làm việc + ON DELAY:

Khi cấp nguồn vào cuộn dây của rơle thời gian ON DELAY, các tiếp điểm tác động không tính thời gian chuyển đổi trạng thái tức thời (thường đóng hở ra, thường hở đóng lại), các tiếp điểm tác động có tính thời gian không đổi Sau khoảng thời gian đã định

trước, các tiếp điểm tác động có tính thời gian sẽ chuyển trạng thái

và duy trì trạng thái này

Khi ngưng cấp nguồn vào cuộn dây, tất cả các tiếp điểm tức thời trở về trạng thái ban đầu

+ OFF DELAY Khi cấp nguồn vào cuộn dây của rơle thời gian OFF DELAY, các tiếp điểm tác động tức thời và duy trì trạng thái này

Khi ngưng cấp nguồn vào cuộn dây, tất cả các tiếp điểm tác động không tính thời gian trở về trạng thái ban đầu Tiếp sau đó một khoảng thời gian đã định trước, các tiếp điểm tác động có tính thời gian sẽ chuyển về trạng thái ban đầu

- Sơ đồ chân của rơ le thời gian

Hình 1.8 Chân 2-7: là chân nguồn

Chân 1-3, 6-8: tiếp điềm thường hở Chân 1-4: tiếp điểm thường đóng Chân 5-8: tiếp điểm thường đóng mở chậm

Hình 1.10

Ký hiệu:

Đối với mạch điện được cấp nguồn bằng MCCB, ta muốn khi có hiện tượng mất pha, MCCB sẽ tự động nhảy (tác động) Ta cũng biết rõ MCCB được chế tạo chỉ tác động khi có hiện tượng ngắn mạch hoặc quá tải Tuy vậy ta vẫn có thể buộc MCCB tác động bằng cách sử dụng phụ kiện "Shunt Trip" Shunttrip là phụ kiện được lắp vào MCCB giúp ta buộc MCCB nhảy bằng cách đưa điện vào cuộn dây của Shunt trip Relay Mikro MX100 được thiết kế sử dụng cho đế cắm 11 chân relay và sơ đồ chân như sau :

Hình 1.11

- Ở trạng thái không cấp điện thì tiếp điểm 1-3 hở, tiếp điểm 1-4 đóng

- Nếu được cấp nguồn 3 pha 3 dây hoặc 3 pha 4 dây đúng thứ

tự pha thì tiếp điểm 1-3 đóng lại, tiếp điểm 1-4 mở ra Đèn báo cuộn dây sáng và đèn báo tiếp điểm sáng thể hiện trạng thái lưới điện đủ pha và đúng thứ tự pha Đây là trạng thái thường trực khi ta sử dụng relay này

- Nếu mất ít nhất 1pha thì sẽ có những hiện tượng sau xảy ra : Đèn báo tiếp điểm tắt hoặc đèn báo cuộn dây và đèn báo tiếp điểm đều tắt; tiếp điểm 1-3 hở, tiếp điểm 1-4 đóng lại

- Nếu có hiện tượng đảo pha xảy ra thì đèn báo tiếp điểm sẽ tắt đồng thời tiếp điểm 1-3 sẽ mở ra, 1-4 sẽ đóng lại

1.2.7 Motor 7.5HP

- Động cơ đi

- Khi đấu ampe (A) nếu

- Hệ số bảo vệ bụi và nmát toàn phần

- Động cơ có trhơn

- Nguyên licách điện)

- Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ chân

- Khoảng cách giữa

- Tổng chiều dài thân mô t

- Tổng chiều cao thân mô t

Hình 1.12

ơ điện 5.5KW , 3 pha 7.5 HP 380V/660V

ấu điện, cường độ dòng điện định mức đ

ếu đấu tam giác là 11.1 ampe (A)

ệ số bảo vệ bụi và nước IP 55, cấp chịu nhiệt F, chế

ơ có trọng lượng 57 kg (vỏ gang), với vỏ nhôm sẽ nhẹ

Nguyên liệu: tôn silic xanh cán nguội, dây ê may (dây

ảng cách giữa 2 tâm lỗ chân đế dọc trục 140 mmảng cách giữa 2 tâm lỗ chân đế ngang trục 216ổng chiều dài thân mô tơ 470 mm

ổng chiều cao thân mô tơ 345 mm

380V/660V

đấu sao là 6.4

ớc IP 55, cấp chịu nhiệt F, chế độ làm

ỏ gang), với vỏ nhôm sẽ nhẹ

ội, dây ê may (dây đồng

ế dọc trục 140 mm

ế ngang trục 216 mm

- Động cơ có tr

- Nguyên lidây ê may

- Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ chân

- Khoảng cách giữa 2 tâm lỗ chân

- Tổng chiều dài thân mô t

Hình 1.13

ơ điện 15KW, 3 pha 20HP 380V/660Vờng kính cốt (trục) của motor 42 mm

ấu điện, cường độ dòng điện định mức khi 12.2 ampe (A) nếu đấu tam giác là 21.2 ampe (A)

ệ số bảo vệ bụi và nước IP 55, cấp chịu nhiệt F, chế

ơ có trọng lượng 107 kg Nguyên liệu: tôn silic xanh cán nguội, (dây đồng cách

ảng cách giữa 2 tâm lỗ chân đế dọc trục 210 mmảng cách giữa 2 tâm lỗ chân đế ngang trục 254 mmổng chiều dài thân mô tơ 615mm

- Tổng chiều cao thân mô tơ 420 mm

- Motor điện 2P tua nhanh, 2900 – 2950 vòng / phút

Hình 1.14

- Model: SVP-203

- Hãng sản xuất: Swan - Đài Loan

- Nơi sản xuất: Thái Lan

- Công suất: 3HP / 2.2kW

- Lưu lượng khả dụng: 355 L/p (L/min)

- Áp suất làm việc: 8 bar

- Bình chứa: 106L

- Kích thước (Dài x Rộng x Cao): 1250x450x840mm

- Trọng lượng: 110kg

- Điện áp: 380v

CHƯƠNG 2: THIẾT KẾ VÀ THI CÔNG

2.1 Mạch điện động lực và điều khiển

Hình 2.1

2.1.2 Mạch điều khiển

Hình 2.2

2.2 Hệ thống điện điều khiển của tủ điện điều khiển

Hình 2.3 1- Nút nhấn ON màu xanh khởi động hệ thống

2- Nút nhấn OFF màu đỏ có chức năng dừng hệ thống

3- Nút nhấn Chạy nghịch( màu đỏ), thuận (màu xanh) điều khiển đóng mở Motor đẩy toa tàu

4- Đèn báo START màu xanh sẽ sáng nếu nút nhấn START được kích hoạt 5- Đèn báo pha 1, pha 2, pha 3 chỉ thị điện áp nguồn 3 pha 380V

6- Nút dừng khẩn, dừng trò chơi nhanh chống khi có sự cố về điện

2.1.2 Chức năng linh kiện mạch điều khiển

Hình 2.4

1 và 2: Bộ khởi động từ Y-Δ cho motor kéo bánh xích

3: CB tổng

4: Các cầu chì bảo vệ mạch điều khiển

5: Bảo vệ chống mất pha và ngược pha

6: Timer hẹn giờ khởi động Y-Δ

7: Bộ khởi động từ Thuận – Nghịch cho motor đẩy bánh ma sát

8: Các rơle nhiệt bảo vệ motor

2.3 Nguyên lý hoạt động của mạch

- Gạt khóa mở nguồn cho motor 1 (motor chính truyền động bánh xích) hoạt động Xem có đúng chiều quay chưa (theo chiều đưa đoàn tàu lên dốc)

-Gạt khóa mở motor 2 (motor bánh ma sát) quay theo chiều đưa đoàn tàu lên dốc

-Cho đoàn tàu chạy liên tục 3 vòng Nếu thấy không có gì bất ổn thì cho tàu hoạt động bình thường

-Khi tất cả người chơi ngồi vào toa, người điều khiển phải gài tất cả gọng an toàn và dây an toàn hoặc hướng dẫn khách tự gài dây và phải kiểm tra lại thật kỹ

-Yêu cầu tất cả những người không tham gia trò chơi phải di chuyển

ra bên ngoài giới hạn an toàn

-Trước khi điều khiển cho tàu chạy, người vận hành phải quan sát xem nút dừng khẩn cấp phải ở trạng thái ON, bấm chuông cảnh báo 3 hồi

để người chơi tập trung chú ý

-Nhấn nút mở phanh, sau đó nhấn nút Start hệ thống sẽ hoạt động -Người điều khiển trò chơi phải luôn tập trung quan sát những người tham gia trò chơi và tuyệt đối không rời vị trí tủ điện điều khiển để quan sát người chơi và đảm bảo vận hành an toàn Trường hợp khách ra dấu hiệu không tham gia tiếp tục được nữa thì người vận hành nhấn chuông xác nhận tín hiệu kịp thời dừng trò chơi cho khách xuống

- Nhấn nút STOP để dừng động cơ chính truyền động bánh xích và gạt công tắc để dừng động cơ bánh ma sát trong sàn thao tác

- Khi tàu về sàn thao tác, người vận hành phải canh sao cho khi gạt công tắc THẮNG (PHANH) thì toa tàu dừng đúng vị trí nhà ga để khách xuống

2.4 Các phương pháp tính toán công suất động cơ

 Ta có công thức tính công suất động cơ:

Hệ số Cosᵩ trong motor là 0.8

 Từ công thức tính công suất ta suy ra công thức tính dòng điện(có thể áp dụng cho đấu sao-tam giác)

Id= đ

2.5 Tính toán phụ tải cho mạch điều khiển