CÂU HỎI ĐỀ CƯƠNG ÔN TẬP CƠ ĐIỆN TỬ 2

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 h

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:

-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

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

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

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

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

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:

= ( + + )

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

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

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 ->

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>>…

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

a Điều khiển đủ bước b Điều khiển nửa bước

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

sơ đồ nguyên lý hệ ĐCTĐ ĐCKĐB bằng cách thay đổi tần số

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:

- 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

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

cấp cho phần cảm sao cho hệ số quá tải giữ không đổi thì động cơ làm

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)

- 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

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

Cảm biến tiệm cận Điện cảm phát hiện các vật

bằng cách tạo ra trường điện từ.Bộ tạo dao động sẽ 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 trường thì năng lượng nhận về từ cuộn dây so 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

+Phát hiện các

lá kim loại trên giấy bọc socola +Đếm lon bia trong sản xuất +phát hiện đếm vật kim loại

Cảm biến tiệm cận điện dung phát hiện

các vật bằng cách tạo ra trường điện dung tĩnh điện

Bộ dao động sẽ phát ra tần số cao và truyền tần số này qua hai bản cực hở để

tạo ra vùng điện môi (hoặc vùng từ trường)

ở phía trước Đồng thời năng lượng từ bộ dao động cũng được gửi qua

bộ so sánh để làm mẫu chuẩn

Khi không có vật cảm biến nằm trong vùng 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

Phát hiện mức chất lỏng

Phát hiện nắp chai

Phát hiện vết nứt

Phân loại sản phẩm

Phát hiện sữa trong hộp giấy

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

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)

Mất nhiều thời gian để chỉnh vị trí lắp đặt

Mất nhiều thời gian nối dây vì

có 2 dây riêng biệt

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

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

Cấu trúc phần cứng CPU

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

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:

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

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

- 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

Mô hình phân cấp chức năng công ty sản xuất công nghiệp

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

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

(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